1.Строение твердого тела.

Всякое вещество состоит из очень большого числа мельчайших частичек — молекул. Каждая молекула, в свою очередь, состоит из сравнительно небольшого числа атомов. По взаимному расположению атомов или молекул твердые тела подразделяются на кристаллические и аморфные.

Кристаллическими называются тела, в которых атомы и молекулы расположены в правильном геометрическом порядке, а аморфными (стеклообразными), — в которых атомы и молекулы расположены беспорядочно.

При переходе вещества из жидкого состояния в твердое (например, при застывании расплава металла) или при выпадании твердого вещества из насыщенного раствора (например, при твердении гипса) атомы и молекулы вещества стремятся занять такое положение относительно друг друга, чтобы силы их взаимодействия оказались максимально уравновешены. Поэтому их положение относительно друг друга оказывается вполне определенным, фиксированным, и атомы образуют, если мысленно себе представить, пространственную решетку с определенными расстояниями и углами между собой.

Процесс кристаллизации не совершается мгновенно. В некоторых случаях (например, при быстром охлаждении расплавленного кварца) может произойти затвердевание без кристаллизации с сохранением хаотического расположения атомов. Таким образом образуется аморфное вещество — кварцевое стекло.

Различие в строении кристаллических и аморфных веществ определяет и различия в их свойствах. Так, аморфные вещества химически более активны, чем кристаллические такого же химического состава. Поэтому в качестве активных минеральных добавок к цементам применяют горные породы, имеющие аморфное строение, — диатомиты, трепелы, пемзы, туфы. Доменные шлаки, которые используют для получения шлаковых цементов, охлаждают по ускоренному режиму для получения гранулированного шлака, имеющего стеклообразное строение.

Кристаллические вещества остаются твердыми вплоть до температуры плавления, а стеклообразные размягчаются постепенно.

Прочность аморфных веществ, как правило, ниже прочности кристаллических. Поэтому для получения материалов с повышенной прочностью специально проводят кристаллизацию стекол (например, при получении ситаллов — новых стеклокристаллических материалов).

Различные свойства могут наблюдаться у кристаллических материалов одного и того же состава в случае, если они кристаллизуются в разных кристаллических формах. Иллюстрацией этому служат две кристаллические формы углерода: алмаз и графит. Резкое отличие в их свойствах связано с различным строением кристаллов: атомы алмаза имеют плотнейшую тетраэдрическую решетку, а атомы графита расположены как бы слоями, причем расстояние между слоями больше, чем между соседними атомами в слоях. Такое строение графита придает ему мягкость и способность расслаиваться.

Изменением свойств материалов путем изменения его кристаллической решетки пользуются при термической обработке металлов (закалке или отпуске).

На свойства материала влияют также его микро- и макроструктура. Большинство материалов в своем составе, кроме твердого вещества, имеют воздушные включения — поры размером от долей миллиметра до сантиметра. Количество, размер и характер пор во многом определяют свойства материала. Например, пористое стекло (пеностекло) в отличие от обычного непрозрачное и очень легкое.

Форма и размер частиц твердого вещества, из которого состоит материал, также влияют на свойства материала. Так, если обычное стекло расплавить и из расплава вытянуть тонкие волокна, то получится легкая и мягкая стеклянная вата.

В зависимости от строения различают волокнистые, зернистые, слоистые материалы.

Если материал состоит из частиц различных веществ, прочно соединенных одна с другой, то говорят, что он имеет конгломератное строение. Примером искусственного конгломерата может служить бетон. В бетоне зерна щебня и песка прочно соединены в монолит цементным камнем.

Волокнистые или слоистые материалы, у которых волокна (слои) расположены параллельно одно другому, обладают различными свойствами в различных направлениях. Это явление называется анизотропией, а материалы, обладающие такими свойствами, — анизотропными. Пример анизотропного материала — древесина, имеющая волокнистое строение. Древесина набухает поперек волокон в 10...15 раз больше, чем вдоль, а прочность древесины по разным направлениям совершенно различна.