3.1. Строение материалов

В зависимости от соотношения энергии теплового движения частиц (атомов, ионов, молекул), образующих данное вещество, и энергии их взаимодействия все материалы при нормальных условиях могут находиться в газообразном, жидком или твердом состоянии.

Особым видом существования вещества является плазменное, которое образуется при высоких температурах (выше 5000С) или под воздействием электрических разрядов и представляет собой сильно ионизированный газ. Переход вещества из газообразного состояния в жидкое и далее в твердое сопровождается ростом упорядоченности в расположении частиц в пространстве.

Газообразное состояние – когда энергия теплового движения частиц превышает энергию их взаимодействия. Молекулы газа находятся в постоянном хаотическом движении. Очень незначительная часть молекул ионизирует с образованием ионов и электронов.

В жидком состоянии энергия теплового движения частиц сравнима с энергией их взаимодействия. В диэлектриках этими частицами являются молекулы, которые образуют неустойчивые комплексы непрерывно распадающиеся и вновь образующиеся. В жидкостях имеет место ближний порядок. Недиссоциированные жидкости являются диэлектриками. Расплавы и водные растворы электролитов – проводники второго рода.

В твердом состоянии энергия взаимодействия частиц, образующих вещество, значительно превышает энергию их теплового движения. Такими частицами являются атомы, ионы или молекулы, которые расположены либо в геометрическом правильном порядке, образуя кристаллическое тело, либо хаотическом, в беспорядке, образуя аморфное тело.

Строение аморфных твердых тел сходно со строением жидкостей. Для них, в отличие от жидкостей, характерна очень высокая вязкость.

В кристаллическом теле частицы расположены на определенном расстоянии друг от друга в геометрическом правильном порядке, образуя кристалл. Кристалл сформирован из пространственной кристаллической решетки, которая состоит из многократно повторяющихся элементарных кристаллических ячеек. Вершины ячейки называются узлами, а расстояние между двумя соседними узлами – периодом или параметром решетки. Все свойства кристаллических тел определяются типом и параметром кристаллической решетки.

В зависимости от того какие частицы (атомы, ионы или молекулы) находятся в узлах решетки, различают типы кристаллических структур: атомные, металлические, ионные и молекулярные. Характерная особенность кристаллических тел – анизотропия их свойств, которая проявляется только у монокристаллов.

Монокристалл– это огромное число одинаково ориентированных элементарных ячеек, т. е. это большой одиночный кристалл. Однако, большинство кристаллических веществ являются поликристаллическими. Они состоят из множества сросшихся мелких кристаллов, не имеющих одинаковой ориентации. Кристаллы неправильной геометрической формы называют зернами или кристаллитами. Они малы и в металлах их можно увидеть только при значительных увеличениях.

Некоторые вещества находятся в аморфно-кристаллическом состоянии. В них существуют две фазы: аморфная и кристаллическая. Такое строение имеют многое полимеры, ситаллы (стекла специального состава) и др.