4. Будова моно- , полікристалічних та аморфних матеріалів. Ізо- та анізотропія. Ближній та дальній порядок в матеріалах.

Тверді тіла (кристали) характеризуються наявністю значних сил міжмолекулярної взаємодії (рис.1) і зберігають постійними не лише свій об'єм як рідини, але і форму. Кристали мають правильну геометричну форму, яка є результатом упорядкованого розташування частинок (атомів, молекул, іонів), що складають кристал. Структура, для якої характерно регулярне розташування частинок з періодичною повторюваністю у трьох вимірах, називається кристалічною граткою (рис.2). Точки, в яких розташовані частинки, а точніше - точки, відносно яких частинки здійснюють коливання, називаються вузлами кристалічної гратки.

Кристалічні тіла можна розділити на дві групи: монокристали і полікристали. Для цих речовин характерним є дальній порядок, тобто впорядкованість у взаємному розташуванні атомів або молекул повторюється на необмежено великих відстанях.

Монокристали - тверді тіла, частинки яких утворюють єдину кристалічну гратку. Кристалічна структура монокристалів виявляється за їх зовнішньою формою. Правильна форма кристалів пов'язана з закономірним розміщенням частинок, що утворюють кристал. Монокристалами є більшість мінералів. Однак великі природні монокристали зустрічаються досить рідко (наприклад, лід, кухонна сіль).

Характерною особливістю монокристалів є їх анізотропність, залежність фізичних властивостей - пружних, механічних, теплових, електричних, оптичних та ін. - від напряму. Анізотропія монокристалів пояснюється тим, що в кристалічній гратці на однакові за довжиною, але різні за напрямом відрізки припадає різне число частинок, тобто густина розташування частинок кристалічної гратки за різними напрямами не однакова, що і призводить до відмінності властивостей кристала уздовж цих напрямів.

Більшість твердих тіл має дрібнокристалічну структуру, тобто складається з безлічі безладно орієнтованих дрібних кристалітів (зерен) (рис.1). Такі тверді тіла називаються полікристалами (багато гірських пород, металів і сплавів). У полікристаллах анізотропія властивостей не спостерігається. Тверді тіла, що не мають дальнього порядку, називаються аморфними. Прикладами аморфних тіл можуть служити різні види скла, смоли, желатин, клей, сургуч, шевський вар, пластмаси та ін. В аморфному тілі частинки, що його складають розташовуються в загальному безладно, як і в рідинах. Говорять що там спостерігається ближній порядок. Тому аморфні тіла часто уподібнюють рідинам з дуже великим внутрішнім тертям (або високою в'язкістю). Основними їх ознаками є: 1) ізотропність, тобто однаковість властивостей у всіх напрямах; 2) відсутність чітко вираженої температури плавлення.

Аморфні речовини не є стійкими. З часом вони виявляють тенденцію до кристалізації (спостерігається, наприклад, кристалізація скла, "засахарювання" льодяників). Кристалічний стан в порівнянні з аморфним виявляється більш стійким, оскільки впорядкованому розташуванню частинок у структурі відповідає мінімальна внутрішня енергія про що свідчить виділення теплоти при кристалізації рідини і поглинання тепла при розплавлюванні кристалів. У зв'язку із зазначеним, аморфні тіла нерідко відносять до переохолоджених рідин.