Билет №22

Строение и свойства жидкостей и твердых тел. Жидкие кристаллы. Полимеры. Использование кристаллов в технике.

По своим физическим свойствам жидкости занимают проме­жуточное положение между газами и твердыми телами. Так же как и газы, жидкости не сохраняют формы, передают производи­мое на них давление по всем направлениям без изменения. Подобно газам, свойства жидкостей не зависят от направления действия. Говорят, что жидкостям, как и газам, присуща изо­тропия.

Однако, так же как и твердые тела, жидкости сохраняют свой объем, практически не поддаются сжатию, образуют грани­цу раздела.

В то же время жидкости обладают свойством текучести, которого нет ни у твердых тел, ни у газов — при сохранении объема они принимают форму «предоставленного сосуда».

Различия во внутренних строениях веществ проявляются при сравнении параметров фазовых переходов твердое тело ↔ жид­кость и жидкость ↔ пар.

Как известно, твердые тела образуют границу раздела, со­храняют объем и форму, практически несжимаемы и обла­дают прочностью «на разрыв». По своему внутреннему строению твердые тела разделяются на кристаллические и аморфные.

Кристаллические твердые тела (кристаллы) обладают про­странственной периодической струк­турой, называемой кристаллической решеткой. Места расположения частиц на­зываются узлами решетки. Все кристаллические тела имеют определенную температуру плавления, при достижении которой кристаллическая решетка разру­шается — вещество переходит в жидкую фазу.

Среди кристаллических тел различают моно- и поликри­сталлы. Монокристаллы или так называемые «одиночные кристаллы» имеют форму правильных симметричных многогран­ников. Монокри­сталлы обладают анизотропией, т. е. зависимостью механиче­ских, электрических, тепловых, оптических и других свойств образца от направления внутри кристалла. Примерами моно­кристаллов могут служить драгоценные камни (алмаз, изумруд, рубин, сапфир), используемые в ювелирных украшениях.

Сколь совершенна не была бы перио­дичность в кристаллической решетке, всегда будут наблюдаться различного рода дефекты, нарушающие рост монокристалла.

Виды дефектов кристаллов: замена одних частиц на другие (замещения), дополнительные размещения атомов между узлами (междоузлия), пропущенные узлы (вакансии) или линейными, когда образуются целые дефектные участки, микротрещины.

Поли­кристаллы не имеют правильной гео­метрической формы, кроме того, их свойства одинаковы по всем направ­лениям в пространстве, т. е. они изо­тропны.

Твердые тела, у которых отсутствует строгая периодичность расположения структурных частиц, называются аморфными. Аморфные тела можно считать «охлажденными» жидкостями с очень большой вязкостью.

Основные свойства аморфных тел:

1) изотропия — независимость физических свойств от на­правления в пространстве (равноправность всех

направлений внутри вещества по физическим свойствам);

2) твердость (как у твердых тел) при низких температурах и текучесть (как у жидкостей) при более

высоких темпера­турах;

3) отсутствие определенной температуры плавления: при по­вышении температуры вещество

постепенно размягчается и ста­новится жидким.

Примерами аморфных тел являются стекло, янтарь, битум.

Большинство веществ при определенной температуре может находиться только в одном из агрегатных состояний: твердом, жидком, газообразном или плазменном. Однако некоторые орга­нические вещества при повышении температуры могут перехо­дить в жидкокристаллическое состояние. Эти вещества называ­ют жидкими кристаллами. В таком состоянии вещество одновре­менно обладает физическими свойствами как твердого тела — анизотропией, так и жидкости — текучестью. Поэтому для жид­кокристаллического состояния употребляется также и другое название — мезофаза, что буквально означает «проме­жуточная фаза».

!Жидкие кристаллы в 1888 г. открыл австрийский ботаник Рейнитцер.

В настоящее время жидкокристаллические вещества широко применяются для создания устройств отображения и хранения информации — дисплеев компьютеров, мобильных телефонов, калькуляторов. Основным преимуществом жидкокристалличе­ских дисплеев является малое управляющее электрическое на­пряжение — 0,5—2 В, малые рабочие напряжения позволяют без преобразователей соединять жидко­кристаллические дисплеи с интегральными схемами приема, управления и формирования изображения. Кроме того, малые потребляемые токи обуславливают экономичность, долгий срок службы и компактность жидкокристаллических приборов.

По своим необычным свойствам из всей группы твердых тел еще выделяются полимеры — вещества, молекулы которых со­стоят из большого числа повторяющихся групп атомов (мономер­ных единиц), соединенных между собой химическими связями.

К полимерам природного происхождения относятся нату­ральный каучук, белок, клетчатка, крахмал. В настоящее время многие полимеры (пластмассы, синтетические волокна, каучук) синтезированы искусственно для практических нужд человека.

Широкое применение полимерных материалов обусловлено их своеобразными свойствами: способностью выдерживать боль­шие механические нагрузки и деформации, чувствительностью к изменению температуры и частоты внешнего воздействия.