2. Кристаллы. Тепловые явления

Б

Свойства кристаллов

Анизотропность зависимость ряда свойств (механических, тепловых, оптических свойств)

Изотропность тела, свойства которых одинаковы по всем направлениям

ольшинство твердых тел имеет кристаллическое строение .Почти все минералы и все кристаллы в твердом состоянии являются кристаллами.

Структурные элементы кристалла (атома, ионы, молекулы) размещаются в узлах геометрически правильной пространственной решетки.

В

Монокристаллы одиночные кристаллы

есь кристалл может быть получен путем много кратного повторения в трех различных направлениях.

Кристаллы

поликристаллы конгролират сросшихся беспорядочно ориентированных кристаллов

В зависимости от вида частиц, помещающихся в узлах кристаллической решетки, различают четыре типа кристаллов.

Ионные, атомные, металлические, молекулярные.

Ионные кристаллы

В узлах кристаллической решетки помешаются ионы разных знаков.

Силы взаимодействия между ними – электростатические (кулоновские).

Связь, обусловлена электростатическими силами между разноименными ионами называется гетерополярной или ионной.

Примером ионной решетки решетка каменной соли (Na C )

Алмаз самый твердый минерал, график мягок и легко крошится.

Металлические кристаллы

В узлах кристаллической решетки помещаются положительные ионы металла. Между ними беспорядочно, подобно молекулам газа, движутся электроны, отщепив …. от атомов при образовании кристалла. Эти электроны играют роль «цемента», удерживая вместе положительные ионы. Вместе с тем и электроны удерживаются ионами в пределах кристаллической решетки.

Молекулярные кристаллы

В узлах кристаллической решетки помещаются определенным образом ориентированные молекулы. Силы связи между молекулами, приводящие к отклонению газов от идеальности (силы ван-дерваальсовские силы).

3. Ближний порядок. Жидкости

Жидкости, занимая промежуточное положение между газами и кристаллами. Для жидкости характерно наличие определенного объема, занимает весь предварительный объем. Молекулы жидкости занимают промежуточное положение, в жидкостях наблюдается ближний порядок. В связи с наличием в жидкостях порядка структуру жидкости называют квазикристаллической.

В жидкостях с удельными молекулами наблюдается одинаковая ориентация молекул в пределах значительного объема, чем обуславливается анизотропия оптических и некоторых других свойств. Такие жидкости получили название жидких кристаллов. У них упорядочена только ориентация молекул, взаимное расположение, молекул дальнего порядка не обнаруживает.

Каждая молекула в течение некоторого времени колеблется около определенного положения равновесия, отстоящее от предыдущего на расстояние порядка размеров самих молекул. Этим объясняется текучесть жидкостей с повышением температуры частота таких скачкообразных перемещений возрастает, в следствие чего вязкость жидкостей уменьшается. Вязкость газов возрастает с повышением температуры.

Свойства жидкостей

1. Поверхностное натяжение молекулы жидкости располагаются так близко друг к другу, что силы притяжения между ними имеют ощутимую величину

Молекула 1, окруженная со всех сторон другими молекулами той же жидкости, испытывает в среднем одинаковые силы притяжения ко всем своим соседям. Эти силы в среднем взаимно компенсируют друг друга, и их равнодействующая

равна нулю.

Молекула 2 испытывает меньшее притяжение вверх со стороны молекул пара и большее притяжение вниз со стороны молекул жидкости.

В результате на молекулы, расположенные в поверхностном слое, действует направленная вниз равнодействующая сил, которую принято относить к единице площади поверхностного слоя.

Для перемещения молекул из глубины объема жидкости в ее поверхностный слой необходимо совершать работу на присоединение силы. Эта работа идет на увеличение поверхностн6ой энергии. Так называется избыточная потенциальная энергия, которой обладают молекулы в поверхностном слое по сравнению с их потенциальной энергией внутри остального объема жидкости.

Для того чтобы изотермически увеличить поверхностный слой жидкости за счет молекул, находящихся в объеме, необходимо совершить работу А, равную A = (П_S - П_V) · N , где

П_S – потенциальная энергия одной молекулы в поверхностном слое;

П_V – потенциальная энергия молекулы в объеме жидкости;

N – число молекул в поверхностном слое.

Коэффициентом поверхностного натяжения жидкости называется работа, необходимая для изотермического увеличения площади поверхности жидкости на оду единицу.

, где

n – число молекул на единице площади поверхности жидкости.

Если поверхность жидкости ограничено периметром смачивания, то коэффициент поверхностного натяжения численно равен силе, действующей на единицу длины периметра смачивания и направленной перпендикулярно к этому периметру , где

- длина периметра смачивания;

F – сила поверхностного натяжения, действующая на длине периметра смачивания. Сила поверхности натяжения лежит в плоскости, касательной к поверхности жидкости.

Сокращение площади поверхности жидкости уменьшает ее поверхностную энергию.

Условием устойчивого равновесия жидкости, как любого тела, является минимум потенциальной энергии. Это значит, что в отсутствие внешних сил жидкость должна иметь при заданном объеме наименьшую площадь поверхности и принимает форму шара.

С повышением температуры и приближением ее к критической температуре, коэффициент поверхностного натяжения . Вдали от Т_кр коэффициент линейно убывает при возрастании температуры. Для уменьшения поверхностного натяжения жидкости к ней добавляют специальные примеси, которые располагаются на поверхности и уменьшают поверхностную энергию (поверхностно-активные вещества): мыло амидные кислоты.

Выводы

1. В ионных и ковалентных кристаллах внешние электроны связаны (локализо­ваны); поэтому такие кристаллы обычно не проводят электричество. Их называют изо­ляторами. Тот факт, что в кристаллах чистых металлов могут существовать сво­бодные электроны, следует рассматривать как квантовомеханическое явление в боль­ших масштабах. С точки зрения классиче­ской физики каждый электрон принадле­жал бы своему собственному атому.

2. Жидкости, занимая промежуточное положение между газами и кристаллами. Для жидкости характерно наличие определенного объема, занимает весь предварительный объем. Молекулы жидкости занимают промежуточное положение, в жидкостях наблюдается ближний порядок. В связи с наличием в жидкостях порядка структуру жидкости называют квазикристаллической.