Головна

ТВЕРДОЕ СТАН

  1. агональному стані
  2. АГРЕГАТНЕ СТАН РЕЧОВИНИ
  3. Взаємозв'язок геомеханічних процесів з методами ведення гірських робіт і природним геомеханічних станом масиву.
  4. Взаємозв'язок між фізіологічним станом людини і типом
  5. Вид маркетингу також визначається станом попиту.
  6. Вплив девальвації на стан валютного ринку
  7. Вплив деяких умов і характерних особливостей навчального праці студента на стан його організму і працездатність

При досить низькій температурі практично всі речовини знаходяться в твердому стані. У цьому стані відстані між частинками речовини можна порівняти з розмірами самих частинок, що забезпечує їх сильна взаємодія і значне перевищення у них потенційної енергії над кінетичної енергією. Рух частинок твердої речовини обмежена тільки незначними коливаннями і обертаннями щодо займаного положення, а поступальний рух у них відсутній. Це призводить до внутрішньої впорядкованості в розташуванні частинок. Тому для твердих тіл характерна власна форма, механічна міцність, постійний обсяг (вони практично нестисливі). Залежно від ступеня впорядкованості частинок тверді речовини поділяються на кристалічні и аморфні.

Кристалічні речовини.Ці речовини характеризуються наявністю не тільки ближнього, але і далекого порядку в розташуванні всіх частинок. Тверда фаза кристалічних речовин складається з частинок (атомів, молекул, іонів), які утворюють однорідну структуру, що характеризується суворої повторюваністю однієї і тієї ж елементарної осередки в усіх напрямках. Елементарна комірка кристала характеризує тривимірну періодичність в розташуванні частинок, т. Е. Його кристалічну решітку. Кристалічні решітки класифікуються, насамперед, в залежності від типу частинок, складових кристал, і від природи сил тяжіння між ними.

Іонна решітка. Якщо в вузлах решітки розташовані іони, з'єднані між собою іонним зв'язком, то така решітка називається іонної. Унаслідок великої енергії іонної зв'язку зруйнувати таку кристалічну решітку дуже важко. Тому з'єднання з іонними кристалічними гратами мають високу температуру плавлення і розчиняються тільки в сільнополярних розчинниках, наприклад у воді. Іонна решітка характерна для більшості солей.

Ковалентний (атомна) решітка. Якщо в вузлах решітки розташовані атоми, з'єднані ковалентними зв'язками, то решітка називається ковалентним. У такій решітці атоми розміщені так, що кожен з них пов'язаний з числом атомів, рівним його характерною валентності, а напрямок зв'язку відповідає його валентним кутах. Плавлення такого кристала пов'язане з розривом безлічі міцних ковалентен-них зв'язків, і тому температура плавлення його велика. Природа ковалентного зв'язку між однаковими атомами і її міцність перешкоджають взаємодії цих речовин з mo молекули розчинника, внаслідок чого речовини з атомної гратами практично
 
 

 нерозчинні. Атомна решітка характерна, наприклад, для аллотропних модифікацій вуглецю (рис. 3.3).

Мал. 3.3. Поліморфні (аллотропние) модифікації вуглецю: - - атом вуглецю

Молекулярна решітка. Цю решітку утворюють молекули, пов'язані вандерваальсовимі силами. Ці сили значно слабкіше, ніж сили, що визначають іонну або ковалентний зв'язок, тому температура плавлення речовини з молекулярної гратами набагато нижче. Деякі речовини з молекулярної гратами, наприклад I2 (т), СO2 (т) (сухий лід), здатні прямо з твердого переходити в пароподібний стан, т. Е. Сублімувати.

Якщо молекули речовини містять полярні групи, то енергія міжмолекулярних орієнтаційних сил, що діють між такими молекулами, значно більше енергії взаємодії неполярних молекул один з одним. Тому температури плавлення і кипіння таких речовин вище, особливо якщо вони здатні утворювати ще й водневі зв'язку. Це підтверджується порівнянням температур плавлення і кипіння наступних речовин, що мають близьку молекулярну масу, але різну полярність і здатність утворювати водневий зв'язок:

Розчинність сполук, що утворюють молекулярні решітки, залежить від полярності цих молекул. Полярні речовини розчиняються в полярних розчинниках. Розмір полярної групи по відношенню до іншої частини молекули визначає більшу чи меншу розчинність в воді. Наприклад, оцтова кислота СН3СООН розчиняється в воді необмежено, а розчинність стеаринової кислоти С17Н35СООН становить 0,03 г на 100 г води при 25 ° С. Якщо молекули неполярні, то така речовина розчиняється в неполярних розчинниках. Таким чином, підтверджується правило: "подібне в подібному".

Металева решітка. Для металів в твердому стані характерна металева кристалічна решітка. У вузлах цієї решітки знаходяться катіони металу, які оточені вільними електронами. Виникнення металевої зв'язку обумовлено взаємодією сильно рухливих валентних електронів ( "електронний газ") з остовом позитивно заряджених іонів кристалічної решітки. Структура кристалічної решітки і, відповідно, тип зв'язку визначають специфічні властивості твердих металів: пластичність, гнучкість, електро- і теплопровідність, а також здатність багатьох металів відповідно до згаданого правилом розчинятися в ртуті з утворенням амальгам.

Таким чином, кристали являють собою типову тверду фазу, так як вони мають однорідну структуру, в якій частинки просторово жорстко закріплені. Для кристалічних речовин характерний ряд особливостей, пов'язаних з їх структурою: анізотропія, поліморфізм и ізоморфізм.

Регулярна структура кристалічних тіл характеризується певною спрямованістю в розташуванні всіх частинок, т. Е. Наявністю і ближнього, і далекого порядку, тому для більшості кристалів характерна відмітна особливість - анізотропія.

Анізотропія - неоднаковість всіх або деяких фізичних і хімічних властивостей речовини за різними напрямками, т. Е. Залежність властивостей від напрямку.

Внаслідок анізотропії такі властивості кристала, як міцність, светопоглощение, тепло- і електропровідність, швидкість розчинення, хімічна активність, можуть залежати від його орієнтації по відношенню до напрямку чиниться впливу. Наприклад, в кристалі NaCl міцність на розрив по діагоналі елементарної комірки становить 2150 г / мм2, А по напрямку, перпендикулярному до граней, - 570 г / мм2.

Багато кристалічні речовини в залежності від умов (температура, тиск) можуть мати різну кристалічну структуру. Це явище називається поліморфізмом. Загальновідомі поліморфні модифікації вуглецю: графіт, фулерен, алмаз і карбін, які називають алотропна модифікаціями вуглецю (рис. 3.3).

Діоксид кремнію SiC2 має десять поліморфних модифікацій, а нітрат амонію NH4NO3 - чотири кристалічні структури, кожна з яких стійка в певному температурному інтервалі.

Якщо речовини (два або більше) мають формально однакову за кількістю кожного з типів утворюють їх часток хімічну формулу і загальний тип кристалічної решітки, а відповідні частки близькі за розмірами, то вони можуть утворювати тверді розчини і називаються ізоморфними. Наприклад, NaCl - KC1; CaC03 - KN03; BaS04 - KMn04 - KBF4. Утворення твердих розчинів особливо характерно для сплавів різних металів.

Аморфні (безформні) речовини. Крім кристалічного стану тверді речовини можуть перебувати в аморфному стані. Цей стан найбільш характерно для речовин, молекули яких складаються з 104 - 106 атомів, т. е. для полімерів, як органічних, так і неорганічних (наприклад, поліетилен і різні полісилікат). Довгі молекули легко згинаються і переплітаються з іншими молекулами, що призводить до нерегулярності в розташуванні частинок. Отже, аморфні речовини, на відміну від кристалічних, мають неоднорідну структуру і з позиції фазового стану є мезофаза (табл. 3.3).

Аморфні речовини відрізняють від кристалічних дві ознаки: изотропность властивостей і відсутність фіксованої температури плавлення (рис. 3.4).

Изотропия - однаковість фізичних і хімічних властивостей тіла або середовища в усіх напрямках, т. Е. Незалежність властивостей від напрямку.

Изотропия аморфних твердих речовин обумовлена ??випадковим характером розподілу їх часток.

 
 

 Іншим характерним властивістю аморфних речовин є те, що їх перехід з твердого стану в рідке не має певної температури (Tпл), як у кристалічних речовин, а характеризується областю температур, званої інтервалом розм'якшення |  T | = Tнач пл - Tкон.пл, Який може становити десятки або навіть сотні градусів залежно від природи і неоднорідності структури речовини, а також від швидкості його нагрівання. Ця особливість аморфного твердого стану, ймовірно, обумовлена ??тим, що воно складається з великого числа структурно розрізняються, але енергетично дуже близьких мезофаз.

Аморфний стан речовини виникає, коли при зниженні температури починається його перехід з рідкого в твердий стан, перш, ніж в рідині сформується характерна для цієї речовини упорядкована структура. Іншими словами, швидкість охолодження речовини перевищує швидкість його затвердіння.

Аморфний стан іноді називають стеклообразном, а іноді переохолодженої рідиною тому, що воно молекулярно не впорядкований, що характерно для рідин. Аморфну ??структуру мають скло, плавлений кварц, багато полімерні матеріали. Аморфні речовини менш стійкі, ніж кристалічні, і тому будь-яке аморфне тіло згодом може перейти в енергетично більш стійкий стан - кристалічний. При цьому даний процес - екзотермічний. Наприклад, сірка, отримана при швидкому охолодженні розплаву, має аморфну ??структуру, але через кілька днів при кімнатній температурі вона мимоволі перетворюється в кристали ромбічної сірки.



Попередня   91   92   93   94   95   96   97   98   99   100   101   102   103   104   105   106   Наступна

ОСНОВНІ ХАРАКТЕРИСТИКИ АТОМІВ ЕЛЕМЕНТІВ | ЕНЕРГІЯ ІОНІЗАЦІЇ | Спорідненість до електрона | Відносна ЕЛЕКТРОНЕГАТИВНІСТЬ | ковалентних зв'язків | МЕХАНІЗМИ ВИНИКНЕННЯ ковалентних зв'язків | ОСОБЛИВОСТІ ковалентних зв'язків | іонна зв'язок | МЕТАЛЕВА ЗВ'ЯЗОК | міжмолекулярної взаємодії |

© um.co.ua - учбові матеріали та реферати