Твердые тела

1.

3. Твердые тела
Твердые тела характеризуются
наличием значительных сил
межмолекулярного взаимодействия
и сохраняют постоянными не только
свой объем, но и форму.
1

2. Виды твёрдых тел

Аморфные тела.
Полимеры.
Композиты.
Кристаллические тела.

3.

Аморфные тела- твердые тела, не
имеющие строгой повторяемости во
всех направлениях.
Свойства аморфных тел:
1. Изотропия.
2. При низких температурах имеют
свойства твердых тел, при нагреваниисвойства жидкостей.
3. Не имеют определенной температуры
плавления.
4. Неустойчивое состояние: со временем
переходит в кристаллическое.

4.

Полимеры
- вещества, молекулы которых
состоят из множества
одинаковых частей (мономеров),
соединенных в длинные цепи.
Хлопок, дерево, кожа,
шерсть, полиэтилен,
полистирол.

5.

Композиты
- состоят из матрицы и
наполнителей.
Железобетон - сочетание бетона и стальной
арматуры.
Стеклопластик.
Железографит.
Кости человека и животных (коллаген и
минеральные вещества).

6.

Кристаллические тела можно
разделить на две группы:
монокристаллы и поликристаллы.
Монокристаллы — твердые тела,
частицы которых образуют единую
кристаллическую решетку.

7. Свойства кристаллов

Упорядоченное расположение
частиц(кристаллическая решетка)
Анизотропия(монокристаллы).
Изотропия( поликристаллы)
Определенная температура плавления
Полиморфизм

8.

Типы кристаллических твердых тел
В зависимости от вида частиц, расположенных
в узлах кристаллической решетки различают
четыре вида кристаллов:
ионные,
атомные,
металлические
молекулярные.
8

9.

Ионные кристаллы.
В узлах кристаллической
решетки располагаются
ионы противоположного
знака.
Щелочной металл – NaCl.
Решетка представляет собой две одинаковые
гранецентрированные кубические решетки, вложенные
друг в друга.
В узлах одной из этих решеток находятся ионы Na+, в
узлах другой - ионы Cl– .
Основные свойства – высокая температура плавления,
хрупкость.
9

10.

Кристаллическая
решетка алмаза и
графита
Атомные кристаллы.
В узлах кристаллической
решетки располагаются
нейтральные атомы.
Атомы удерживаются в узлах
решетки ковалентными
связями.
Атомными кристаллами
являются алмаз, графит,
кремний.
Основные свойства – очень
высокая температура плавления,
большая твердость.
10

11.

Металлические кристаллы.
В узлах кристаллической решетки располагаются
положительные ионы металла.
Между положительными ионами хаотически
движутся
«свободные»
электроны,
которые
обеспечивают электропроводность металлов.
При образовании кристаллической решетки
валентные электроны отделяются от атомов и
коллективизируются:
они
принадлежат
всему
кристаллу в целом.
Основные свойства – высокая электропроводность и
теплопроводность.
11

12.

Молекулярные кристаллы.
В
узлах кристаллической решетки располагаются
нейтральные
молекулы
вещества,
силы
взаимодействия
между
которыми
(ван-дерваальсовские
силы)
обусловлены
смещением
электронов в электронных оболочках атомов.
Молекулярными кристаллами являются большинство
органических соединений, например: парафин,
нафталин, спирт, лед, сухой лед (твердая
углекислота) и т.д.
Основные свойства – низкая температура плавления,
низкая твердость.
12

13. Полиморфизм-существование различных кристаллических структур у одного и того же вещества

Основные свойства – высокая температура плавления,
хрупкость.

14.

Дефекты в кристаллах
У реальных кристаллов всегда имеются отклонения от
упорядоченного расположения частиц в узлах решетки.
Эти отклонения называются дефектами кристаллической
решетки.
Дефекты делятся на макроскопические (трещины,
поры, макроскопические включения) и микроскопические,
обусловленные микроскопическими отклонениями.
Микродефекты делятся на точечные и линейные.
Точечные дефекты нарушают лишь ближний порядок
в кристаллах, не затрагивая дальнего порядка.
Линейные дефекты нарушают дальний порядок.
14

15.

Точечные дефекты бывают трех типов:
1) вакансии – отсутствие атома в узле
кристаллической решетки.
2) междоузельный атом,
внедрившийся в междоузельное
пространство;
3) примесный атом — атом примеси,
либо замещающий атом основного
вещества в кристаллической решетке.
15

16.

Линейные дефекты – дислокации, нарушающие
правильное чередование атомных плоскостей.
Дислокации бывают краевые и винтовые.
Если одна из атомных плоскостей обрывается внутри
кристалла, то край этой плоскости образует краевую
дислокацию.
В случае винтовой дислокации кристалл состоит из
одной атомной плоскости, изогнутой по винтовой
поверхности.
Наличие дефектов в кристаллической структуре существенно
влияет на свойства кристаллов.
16

17.

Теплоемкость твердых тел
В узлах кристаллической решетки частицы
колеблются около своих положений равновесия в трех
взаимно перпендикулярных направлениях.
Каждой составляющей кристаллическую решетку
частице приписывается три колебательных степени
свободы, каждая из которых обладает энергией kT.
Внутренняя энергия моля твердого тела:
Um 3NAkT 3RT .
NA — постоянная Авогадро.
R — молярная газовая постоянная.
17

18.

Молярная теплоемкость твердого тела:
dU m
Дж
CV
3R 25
dT
моль К
- закон Дюлонга и
Пти.
т. е. молярная (атомная) теплоемкость химически
простых тел в кристаллическом состоянии
одинакова и не зависит от температуры.
Молярная теплоемкость твердых химических соединений:
Дж
CV 3nR 25n
,
моль К
n — число атомов в молекуле.
т. е. равна сумме атомных теплоемкостей элементов, составляющих
это соединение.
18