7.4. Кристаллические модификации твёрдых кристаллов.

ПОЛИМОРФИЗМ ТВЁРДЫХ КРИСТАЛЛОВ

Твёрдые кристаллы тоже, как и жидкие кристаллы, могут образовывать различные структуры дальнего порядка, кристаллические модификации различного типа Кристаллические структуры, в значительной степени, определяются тем, какие микрочастицы находятся в узлах кристаллической решётки, характером их молекулярного или химического взаимодействия. Соответственно, бывают кристаллы молекулярные, атомарные, ионные, металлические. Разные типы кристаллических решёток определяют разные макроскопические свойства кристаллов: их прочность, теплопроводность, растворимость, электрические, магнитные, оптические свойства. В поликристаллах их свойства определяются ещё размерами и формой их зёрен - составляющих поликристаллы монокристалликов. Свойства кристаллов определяются не только свойствами микрочастиц, их образующих, но и условиями при которых происходит кристаллизация, например, давлением и, соответственно, температурой.

Полиморфизм - способность при разных условиях образовывать разные кристаллические структуры свойственен также, правда, в меньшей степени, чем жидким, и твёрдым кристаллам. Так, при разных условиях углерод способен образовать и очень прочный гранецентрированный кристалл алмаза, и рыхлую слоистую структуру графита.

Алмаз и графит разные кристаллические модификации одного и того же вещества - углерода резко отличаются друг от друга по своим макроскопическим свойствам. В частности, алмаз имеет большую твёрдость, им можно резать стекло. А графит мягок, его можно намазывать на бумагу, из него делают стержни карандашей.

Полиморфизм наблюдается и у некоторых кристаллических лекарственных веществ, и их разные кристаллические модификации различаются по своим лечебным свойствам. При неправильной технологии производства и условиях хранения возможны полиморфные превращения в этих фармацевтических препаратах, это приводит к изменению их свойств.

7.5 Механические свойства твёрдых тел. Закон гука. Упругость и пластичность

Твёрдые тела обладают упругостью по отношению к изменению формы. На рисунке 7.5. показано: под действием внешней силы F произошла деформация твёрдого тела , где- начальный размер твёрдого тела,- размер после деформации,S- площадь поперечного сечения.. При деформации в твёрдом теле возникает сила, стремящаяся препятствовать деформации - сила упругости:

( 7.1.)

k- коэффициент жёсткости.

Рис.7.5 к закону Гука( объяснение в тексте)

7.1 - математическое выражение закона Гука:

сила упругости прямо пропорциональна деформации и направлена в сторону, противоположную деформации, на что и указывает знак "минус" в формуле 7.1. При сжатии сила упругости, стремится препятствовать сжатию тела, а при растяжениисила упругости. Причина силы упругости при деформации твердого тела - межмолекулярные взаимодействия ( см. гл. 2 ). В среднем молекулы в твёрдом теле находятся друг от друга на расстояниях х = х_{0 ,}когда силы притяжения молекул уравновешиваются силами отталкивания. При сжатии хх₀ - силы отталкивания преобладают над силами притяжения, а при растяжении хх₀ - преобладают силы притяжения между молекулами.

Коэффициент жёсткости k в законе Гука ( 7.1.) прямо пропорционален площади поперечного сечения S и обратно пропорционален размеру тела:

( 7. 2)

Е- модуль упругости ( модуль Юнга) характеризует материал, из которого сделано твёрдое тело.

Подставив 7.2 в 7.1, получим:

( 7. 3)

или

( 7.4)

Обозначим

- механическое напряжение,

=ε - относительная деформация.

И теперь закон Гука 7.1 можно записать в виде

(7.5)

Наблюдаемая на опыте зависимость механического напряжения от относительной деформации значительно сложнее. Например, ( рис. 7.6)

Рис. 7.6. Зависимость модуля механического напряжения от модуля механической деформации ( объяснения в тексте).

Как видим, Зависимость модуля механического напряжения от модуля относительной деформации представлена на рис. 7.6. Как видим, закон Гука - прямая пропорциональность между ивыполняется только на участке 0 - 1, 1 - предел пропорциональности. При дальнейшей деформации достигается предел упругости 2. При деформациях, больших тех, которые соответствуют предел упругости, после снятия нагрузок форма тела уже полностью не восстанавливается, то есть начинают всё больше проявляться пластические свойства твёрдых тел. При дальнейшем росте деформации достигается предел текучести 3, за которым наблюдается течение тела- рост его относительной деформации без увеличения механического напряжения. 4 - предел прочности, после которого твёрдое тело под действием внешних сил разрушается. Механические свойства твёрдых тел следует учитывать при приготовлении лекарственных форм в твёрдом агрегатном состоянии.