Полиморфизм

Очень многие вещества в кристаллическом состоянии могут существовать в двух или более модификациях, отличающихся физическими свойствами. Это явление называется полиморфизмом. Каждая модификация устойчива в определенном интервале температур и давлений. Так вода имеет девять кристаллических фаз, но только одна устойчива при атмосферном давлении.

При отвердевании упорядоченное расположение атомов или молекул в кристалле определяется действием сил межатомного или межмолекулярного взаимодействия. Тепловое движение частиц нарушают эту упорядоченную структуру. Поэтому при определенном сочетании давления и температуры реализуется тот тип укладки атомов или молекул, который в данном случае наиболее устойчив. Так из углерода при низких давлениях получается графит, а при высоких алмаз.

Применение кристаллов

Кристаллы широко применяются в науке и технике. Около 80% добываемых природных алмазов используются в технике (алмазный инструмент, опорные подшипники в часах и т.д.). Рубин также широко используется для изготовления опорных подшипников в часах и в рубиновых лазерах. Вся современная электроника построена на кристаллах кремния и германия.

Жидкие кристаллы

Некоторые органические вещества, молекулы которых имеют нитевидную форму или форму пластин, могут находиться в особом состоянии – обладать одновременно свойствами анизотропии и текучести. Это состояние, сочетающее свойства кристалла и жидкости, называют жидкокристаллическим.

Контрольные вопросы:

1. Что такое твердое вещество? Что такое монокристалл, и какими свойствами он обладает?

2. Расскажите о поликристаллическом строении вещества и о дефектах кристаллической решетки.

3. Какие виды кристаллических структур Вам известны? Расскажите об ионной кристаллической структуре. Приведите примеры.

4. Расскажите об атомной кристаллической структуре. Приведите примеры.

5. Расскажите о молекулярной кристаллической структуре. Приведите примеры.

6. Расскажите о металлической кристаллической структуре.

7. Что такое полиморфизм?

8. Расскажите о применении кристаллов в науке и технике.

Механические свойства твердых тел

Изменение формы и объема тела под действием каких-либо причин называется деформацией.

Основные виды деформации приведены на рисунке 31.

Продольное растяжение Поперечный изгиб

и сжатие

Продольный изгиб и кручение Деформация сдвига

Рисунок 31. Виды деформаций

Величину деформации можно оценивать абсолютной деформацией или относительной деформацией.

Абсолютной деформацией, называется численное изменение какого-либо размера тела под действием сил (например, длины ).

Относительной деформацией называется число, показывающее, какую часть от первоначального размера тела составляет абсолютная деформация . . В качестве относительной деформации сдвига используется Θ, где Θ – угол сдвига.

В деформированном твердом теле возникают силы, создающие напряжение. Механическим напряжением называется величина, характеризующая действие внутренних сил в деформированном твердом теле. Механическое напряжение измеряется внутренней силой, действующей на единицу площади поперечного сечения деформированного тела.

(Па);

Упругость, пластичность, хрупкость и твердость

Свойство деформированных твердых тел принимать свою первоначальную форму и свой объем после прекращения действия внешних сил называется упругостью. Деформация тела, которая исчезает после снятия внешних нагрузок, называется упругой деформацией.

Свойство тел сохранять деформацию после снятия внешних нагрузок называется пластичностью. Остаточная деформация тела, которая сохраняется после снятия внешних нагрузок, называется пластической деформацией.

Эти свойства (упругость и пластичность) зависят от внешних условий. Так при нагревании упругая пластина может стать пластичной.

Материалы, которые разрушаются прежде, чем в них появилась пластическая деформация, называется хрупкими. Хрупкие материалы

о

чень чувствительны к ударной нагрузке.

Б

Рисунок 32. Методы определения твердости

олее твердым материалом считается тот, который оставляет царапины на поверхности другого материала. Наиболее твердым природным материалом является алмаз. Чем более твердый материал, тем он прочнее.

Твердость материала определяется по глубине вмятины, оставляемой в этом материале при вдавливании в него конуса или шара (Рисунок 32).