Будова твердого тіла

04.10.2015

GardenWeb

До атегория: Вибір будматеріалів

Будова твердого тіла

Всяке речовина складається з великого числа дрібних частинок — молекул. Кожна молекула, в свою чергу, складається з порівняно невеликого числа атомів. По взаємному розташуванню атомів або молекул тверді тіла поділяють на кристалічні і аморфні.

Кристалічними називаються тіла, в яких атоми і молекули розташовані в правильному геометричному порядку, а аморфними (стеклообразными) — тіла, в яких атоми і молекули розташовані безладно.

При переході речовини з рідкого стану в твердий (наприклад, при застиганні розплаву металу) або при випаданні твердої речовини в осад з насиченого розчину (наприклад, при твердінні гіпсового в’яжучого) атоми і молекули речовини прагнуть зайняти таке положення відносно один одного, щоб сили їх взаємодії виявилися максимально врівноважені. Тому їх положення відносно один одного виявляється цілком певним, фіксованим. Такий геометрично правильний і повторюваний у просторі порядок розташування атомів (молекул) називають кристалічною решіткою (рис. 1).

Процес кристалізації не відбувається миттєво, а потребує певного часу. В деяких випадках, наприклад при швидкому охолодженні розплавленого кварцу, може статися затвердіння без кристалізації із збереженням хаотичного розташування атомів. Так утворюється аморфна речовина — в нашому випадку кварцове скло.

Будова твердого тіла

Рис. 1. Схематичне зображення кристалічної гратки алмазу і графіту (б)

Відмінність в будові кристалічних і аморфних речовин визначає і відмінність в їх властивостях. Так, аморфні речовини, володіючи нерозтраченої внутрішньою енергією кристалізації, хімічно більш активні, ніж кристалічні такого ж складу. Наприклад, розплав доменного шлаку, використовуваний для отримання шлакових цементів, охолоджують за спеціальним прискореного режиму для отримання гранульованого шлаку склоподібного будови, що володіє підвищеною хімічною активністю. Аморфне (склоподібне) будову мають також гірські породи, що застосовуються в якості активних мінеральних добавок до цементів (туфи, пемзи, діатоміти, трепели).

Інша істотна відмінність між аморфними і кристалічними речовинами полягає в тому, що кристалічні речовини при нагріванні до певної температури (температури плавлення) плавляться, а аморфні розм’якшуються і поступово переходять у рідкий стан.

Міцність аморфних речовин, як правило, нижче міцності кристалічних, тому для отримання матеріалів підвищеної міцності спеціально проводять кристалізацію стекол, наприклад, при отриманні ситалів і шлакоси — таллов — нових стеклокристаллических матеріалів.

Різні властивості можуть спостерігатися у кристалічних матеріалів одного і того ж складу, якщо вони кристалізуються у різних кристалічних формах. Ілюстрацією цього є дві кристалічні форми вуглецю: алмаз і графіт. Різка відмінність в їх властивостях пов’язано з різною будовою кристалів: атоми алмаза мають плотнейшую тетраэдрическую ґрати (рис. 1, а), а атоми графіту розташовані як би шарами, причому відстань між шарами більше, ніж між сусідніми атомами в шарах (рис. 1,6). Така будова графіту надає їй м’якість і здатність розшаровуватися.

Зміною властивостей матеріалу шляхом зміни його кристалічної решітки користуються при термічній обробці металів (загартуванню або відпустці).

Не менший вплив на властивості матеріалу роблять його мікро — і макроструктура. Мікроструктура — будова матеріалу, видиме під мікроскопом, макроструктура — будова матеріалу, видиме неозброєним оком або при невеликому збільшенні. Більшість матеріалів у своєму складі, крім твердої речовини, мають повітряні включення, пори розміром від часток міліметра до сантиметра. Кількість, розмір і характер пір багато в чому визначають властивості матеріалу. Наприклад, пористе скло (піноскло) на відміну від звичайного непрозоре і дуже легке.

Форма і розмір частинок твердої речовини, з якого складається матеріал, також впливають на властивості матеріалу. Так, якщо звичайне скло розплавити і з розплаву витягнути тонкі волокна, то вийде легка і м’яка скляна вата. В залежності від форми і розміру частинок і їх будови розрізняють зернисті, волокнисті і шаруваті матеріали.

Зернисті матеріали бувають пухкими, що складаються з окремих, не пов’язаних один з іншим зерен (пісок, гравій), або конгломератного будови (зерна міцно з’єднані між собою). Приклад природного матеріалу конгломератного будови — граніт, який складається з зерен різних мінералів, міцно зрощених один з одним.

Штучний матеріал конгломератного будови — будівельний розчин, в якому зерна піску міцно з’єднані цементним каменем.

Волокнисті і шаруваті матеріали, у яких волокна (шари) розташовані паралельно одне одному, мають різні властивості в різних напрямках. Це явище називається анізотропією, а матеріали, що володіють такими властивостями,— анізотропними. Приклад анізотропного матеріалу волокнистої будови — деревина. Вона набухає впоперек волокон в 10…15 разів більше, ніж уздовж, а міцність деревини за різними напрямками абсолютно різна.

Короткий опис статті: будову людського тіла

Джерело: Будова твердого тіла

Також ви можете прочитати