Vad betyder "amorft tillstånd"? Skoluppslagsbok Solid amorphous state

amorft tillstånd

kondenserat tillstånd av materia, kännetecknat av isotropi av fysikaliska egenskaper på grund av det oordnade arrangemanget av atomer och molekyler. Till skillnad från det kristallina tillståndet sker övergången från fast amorft till flytande gradvis. Olika ämnen är i amorft tillstånd: glas, hartser, plaster etc.

Amorft tillstånd

(från grekiskan en ≈ negativ partikel och morfē ≈ form), ett fast tillstånd av ett ämne som har två egenskaper: dess egenskaper (mekaniska, termiska, elektriska, etc.) under naturliga förhållanden beror inte på riktningen i ämnet ( isotropi); när temperaturen stiger, övergår substansen, mjukgörande, gradvis till flytande tillstånd, d.v.s. till A. s. det finns ingen specifik smältpunkt.

Dessa funktioner beror på frånvaron i A. av. långdistansordning ≈ strikt repeterbarhet som är karakteristisk för kristaller i alla riktningar av samma strukturella element (atom, grupp av atomer, molekyl, etc.) över hundratals och tusentals perioder. Samtidigt har ämnet i A. s. det finns kort räckvidd ordning ≈ konsistens i arrangemanget av angränsande partiklar, d.v.s. ordning observerad på avstånd jämförbara med storleken på molekyler ( ris.). Denna konsistens minskar med avståndet och försvinner efter 0,5≈1 nm (se ordning på lång räckvidd och ordning på kort räckvidd).

Kortvägsordning är också karakteristisk för vätskor, men i en vätska sker ett intensivt utbyte av platser mellan närliggande partiklar, vilket blir svårare när viskositeten ökar, därför å ena sidan en fast kropp i ett atomsystem. Det anses allmänt vara en underkyld vätska med en mycket hög viskositetskoefficient. Å andra sidan, själva konceptet "A. Med." inkluderar vätska.

Isotropi av egenskaper är också karakteristisk för det polykristallina tillståndet (se Polykristaller), men det senare kännetecknas av en strikt definierad smältpunkt, vilket gör det möjligt att skilja den från kristallina kristaller. Skillnaden i strukturen hos A. s. från kristallint detekteras lätt med hjälp av röntgendiffraktionsmönster. Monokromatiska röntgenstrålar, spridda av kristaller, bildar ett diffraktionsmönster i form av distinkta linjer eller fläckar (se röntgendiffraktion). För A.s. Detta är inte typiskt.

Det stabila fasta tillståndet för ett ämne vid låga temperaturer är det kristallina tillståndet. Men beroende på molekylernas egenskaper kan kristalliseringen kräva mer eller mindre tid – molekylerna måste hinna rada upp sig i kristallin ordning när ämnet kyls. Ibland är denna tid mycket lång, så att det kristallina tillståndet praktiskt taget inte realiseras. I andra fall har A. s. erhålls genom att påskynda kylningsprocessen. Genom att till exempel smälta kristallin kvarts och sedan snabbt kyla smältan erhålls amorft kvartsglas. Många silikater beter sig på samma sätt som, när de kyls, ger vanligt glas. Därför A. s. kallas ofta det glasartade tillståndet. Men oftare än inte är inte ens den snabbaste kylningen snabb nog för att förhindra kristallbildning. Till följd härav erhålles de flesta av ämnena i A. s. omöjlig. I naturen är A. s. mindre vanligt än kristallint. Du. finns: opal, obsidian, bärnsten, naturliga hartser, bitumen.

Du. det kan inte bara finnas ämnen som består av enskilda atomer och vanliga molekyler, såsom glas och vätskor (lågmolekylära föreningar), utan även ämnen som består av långkedjiga makromolekyler ≈ högmolekylära föreningar, eller polymerer.

Strukturen hos amorfa polymerer kännetecknas av kortdistansordning i arrangemanget av enheter eller segment av makromolekyler, som snabbt försvinner när de rör sig bort från varandra. Polymermolekyler verkar bilda "svärmar", vars livslängd är mycket lång på grund av polymerernas enorma viskositet och molekylernas stora storlek. Därför förblir sådana svärmar i vissa fall praktiskt taget oförändrade.

Amorfa polymerer, beroende på temperatur, kan vara i tre tillstånd som skiljer sig åt i termisk rörelse: glasartad, mycket elastisk och flytande (viskös vätska). Vid låga temperaturer har inte segment av molekyler rörlighet och polymeren beter sig som en vanlig fast kropp i en aluminiumoxid. Vid tillräckligt höga temperaturer blir energin av termisk rörelse tillräcklig för att orsaka rörelse av segment av molekylen, men ännu inte tillräcklig för att sätta molekylen som helhet i rörelse. Ett mycket elastiskt tillstånd uppstår, kännetecknat av polymerens förmåga att lätt sträcka och komprimera. Övergången från ett mycket elastiskt tillstånd till ett glasartat tillstånd kallas glasövergång. I ett viskös-flytande tillstånd kan inte bara segment utan även hela makromolekylen röra sig. Polymerer förvärvar förmågan att flyta, men till skillnad från vanliga vätskor åtföljs deras flöde alltid av utvecklingen av mycket elastisk deformation.

Lit.: Kitaygorodsky A.I., Ordning och oordning i atomernas värld, M., 1966; Kobeko P.P., Amorphous substanser, M.≈L., 1952; Kitaygorodsky A.I., Röntgenstrukturanalys av fina kristallina och amorfa kroppar, M.≈L., 1952. Se även lit. vid Art. Polymerer.

Fasta ämnen delas in i amorfa och kristallina, beroende på deras molekylära struktur och fysikaliska egenskaper.

Till skillnad från kristaller bildar molekylerna och atomerna av amorfa fasta ämnen inte ett gitter, och avståndet mellan dem fluktuerar inom ett visst intervall av möjliga avstånd. Med andra ord, i kristaller är atomer eller molekyler inbördes anordnade på ett sådant sätt att den bildade strukturen kan upprepas genom hela kroppens volym, vilket kallas långvägsordning. När det gäller amorfa kroppar bevaras strukturen av molekyler endast i förhållande till varje sådan molekyl, ett mönster observeras i fördelningen av endast närliggande molekyler - kortdistansordning. Ett illustrativt exempel presenteras nedan.

Amorfa kroppar inkluderar glas och andra ämnen i glasartat tillstånd, kolofonium, hartser, bärnsten, tätningsvax, bitumen, vax samt organiska ämnen: gummi, läder, cellulosa, polyeten, etc.

Egenskaper hos amorfa kroppar

De strukturella egenskaperna hos amorfa fasta ämnen ger dem individuella egenskaper:

Svag fluiditet är en av de mest välkända egenskaperna hos sådana kroppar. Ett exempel skulle vara glasdropp som har suttit i en fönsterkarm länge.
Amorfa fasta ämnen har ingen specifik smältpunkt, eftersom övergången till flytande tillstånd under uppvärmning sker gradvis, genom uppmjukning av kroppen. Av denna anledning tillämpas det så kallade mjukningstemperaturintervallet på sådana kroppar.

På grund av sin struktur är sådana kroppar isotropa, det vill säga deras fysikaliska egenskaper beror inte på valet av riktning.
Ett ämne i amorft tillstånd har större inre energi än i kristallint tillstånd. Av denna anledning kan amorfa kroppar självständigt omvandlas till ett kristallint tillstånd. Detta fenomen kan observeras som ett resultat av att glas med tiden blir grumligt.

Glasigt tillstånd

I naturen finns det vätskor som är praktiskt taget omöjliga att omvandla till ett kristallint tillstånd genom kylning, eftersom komplexiteten hos molekylerna av dessa ämnen inte tillåter dem att bilda ett vanligt kristallgitter. Sådana vätskor inkluderar molekyler av vissa organiska polymerer.

Men med hjälp av djup och snabb kylning kan nästan vilket ämne som helst förvandlas till ett glasartat tillstånd. Detta är ett amorft tillstånd som inte har ett tydligt kristallgitter, men som delvis kan kristallisera på skalan av små kluster. Detta tillstånd av materia är metastabilt, det vill säga det kvarstår under vissa erforderliga termodynamiska förhållanden.

Med hjälp av kylteknik vid en viss hastighet kommer ämnet inte att hinna kristallisera och omvandlas till glas. Det vill säga, ju högre kylningshastighet materialet har, desto mindre sannolikt är det att det kristalliserar. Till exempel, för att tillverka metallglas, krävs en kylhastighet på 100 000 - 1 000 000 Kelvin per sekund.

I naturen existerar ämnet i ett glasartat tillstånd och uppstår från flytande vulkanisk magma, som, i växelverkan med kallt vatten eller luft, snabbt svalnar. I det här fallet kallas ämnet vulkaniskt glas. Du kan också observera glas som bildas som ett resultat av smältningen av en fallande meteorit som interagerar med atmosfären - meteoritglas eller moldavit.

Amorft tillstånd (från grekiska a - negativ partikel och morfē - form)

ett fast tillstånd av ett ämne som har två egenskaper: dess egenskaper (mekaniska, termiska, elektriska, etc.) under naturliga förhållanden beror inte på riktningen i ämnet (isotropi); när temperaturen stiger, övergår substansen, mjukgörande, gradvis till flytande tillstånd, d.v.s. till A. s. det finns ingen specifik smältpunkt.

Dessa funktioner beror på frånvaron i A. av. lång räckvidd ordning - karakteristisk för kristaller (Se Kristaller) strikt repeterbarhet i alla riktningar av samma strukturella element (atom, grupp av atomer, molekyl, etc.) över hundratals och tusentals perioder. Samtidigt har ämnet i A. s. det finns ordning på kort räckvidd - konsistens i arrangemanget av närliggande partiklar, d.v.s. ordning observerad på avstånd som är jämförbara med storleken på molekyler ( ris. ). Med distans minskar denna konsistens och efter 0,5-1 nm försvinner (se ordning på lång räckvidd (se ordning på lång räckvidd och ordning på kort räckvidd) Och Beställning på kort räckvidd).

Korthållsordning är också karakteristisk för vätskor (se vätska) , men i en vätska sker ett intensivt utbyte av platser mellan närliggande partiklar, vilket blir svårare när viskositeten ökar (Se Viskositet) , därför å ena sidan en fast kropp i en a.s. Det anses allmänt vara en underkyld vätska med en mycket hög viskositetskoefficient. Å andra sidan, själva konceptet "A. Med." inkluderar vätska.

Isotropi av egenskaper är också karakteristisk för det polykristallina tillståndet (se Polykristaller) , men den senare kännetecknas av en strikt definierad smältpunkt, som gör det möjligt att skilja den från A. s. Skillnaden i strukturen hos A. s. från kristallint detekteras lätt med hjälp av röntgendiffraktionsmönster (se röntgendiffraktion). Monokromatiska röntgenstrålar, spridda av kristaller, bildar ett diffraktionsmönster i form av distinkta linjer eller fläckar (se röntgendiffraktion). För A.s. Detta är inte typiskt.

Det stabila fasta tillståndet för ett ämne vid låga temperaturer är det kristallina tillståndet. Men beroende på molekylernas egenskaper kan Kristallisering kräva mer eller mindre tid – molekylerna måste hinna ställa sig i kristallin ordning när ämnet kyls. Ibland är denna tid mycket lång, så att det kristallina tillståndet praktiskt taget inte realiseras. I andra fall har A. s. erhålls genom att påskynda kylningsprocessen. Till exempel, genom att smälta kristallin kvarts och sedan snabbt kyla smältan, erhålls amorft kvartsglas. Många silikater beter sig på samma sätt som, när de kyls, ger vanligt glas. Därför A. s. kallas ofta glasartat tillstånd (Se glasartat tillstånd). Men oftare än inte är inte ens den snabbaste kylningen snabb nog för att förhindra kristallbildning. Till följd härav erhålles de flesta av ämnena i A. s. omöjlig. I naturen är A. s. mindre vanligt än kristallint. Du. är: Opal, Obsidian, Amber, Naturlig harts, Bitumen.

Belyst.: Kitaygorodsky A.I., Ordning och oordning i atomernas värld, M., 1966; Kobeko P.P., Amorphous substanser, M.-L., 1952; Kitaygorodsky A.I., Röntgenstrukturanalys av fina kristallina och amorfa kroppar, M.-L., 1952. Se även lit. vid Art. Polymerer.

Struktur av kvarts SiO2: a - kristallin; b - amorf; svarta cirklar är Si-atomer, vita cirklar är O-atomer.

Stora sovjetiska encyklopedien. - M.: Sovjetiskt uppslagsverk. 1969-1978 .

Se vad "Amorphous state" är i andra ordböcker:

- (från grekiskan amorphos formlös), ett fast tillstånd i vatten, kännetecknat av ljusets isotropi och frånvaron av en smältpunkt. När temperaturen ökar mjuknar det amorfa vattnet och övergår gradvis till ett flytande tillstånd. Dessa funktioner beror på... ... Fysisk uppslagsverk

Amorft tillstånd- - ett fast tillstånd av ett ämne som har två egenskaper: dess egenskaper (mekaniska, termiska, elektriska, etc.) under naturliga förhållanden beror inte på riktningen i ämnet (isotropi); när temperaturen ökar, ett ämne... Uppslagsverk över termer, definitioner och förklaringar av byggmaterial

AMORFT TILLSTÅND, ett tillstånd hos ett fast ämne som kännetecknas av isotropi av fysikaliska egenskaper på grund av det oordnade arrangemanget av atomer och molekyler. Till skillnad från det kristallina tillståndet (se Kristaller), övergången från det amorfa tillståndet... Modernt uppslagsverk

Ett kondenserat tillstånd av materia kännetecknat av isotropi av fysikaliska egenskaper på grund av det oordnade arrangemanget av atomer och molekyler. I motsats till det kristallina tillståndet sker övergången från fast amorf till flytande... ... Stor encyklopedisk ordbok

Ett fast tillstånd av materia kännetecknat av isotropi av fysikaliska egenskaper på grund av det oordnade arrangemanget av atomer och molekyler. Till skillnad från det kristallina tillståndet sker övergången från ett fast amorft tillstånd till en flytande... ... encyklopedisk ordbok

amorft tillstånd- tillståndet hos en fast kropp, som kännetecknas av frånvaron av långväga ordning i arrangemanget av atomer eller molekyler. Det amorfa tillståndet kan betraktas som en underkyld vätska där kortdistansordningen är "fryst" i... ... Encyclopedic Dictionary of Metallurgy

amorft tillstånd- amorfinė būsena statusas T sritis chemija apibrėžtis Kondensuota, neturinti trimatės sandaros periodiškumo, medžiagos būsena. atitikmenys: engl. amorfa staten rus. amorft tillstånd... Chemijos terminų aiškinamasis žodynas

amorft tillstånd- amorfinė būsena statusas T sritis fizika atitikmenys: engl. amorft tillstånd vok. amorpher Zustand, m rus. amorft tillstånd, n pranc. état amorphe, m … Fizikos terminų žodynas

AMORF STAT- är ett tillstånd av en fast substans som saknar den strikta periodicitet som är inneboende i kristaller (långdistansordning). På grund av mindre ordning har amorfa ämnen vid samma R T en större volym och större inre energi än kristaller... ... Paleomagnetologi, petromagnetologi och geologi. Ordboksuppslagsbok.

TV icke-kristallina tillstånd in va, kännetecknat av isotropi fysikalisk. egenskaper och frånvaron av en smältpunkt. När temperaturen ökar mjuknar det amorfa vattnet och övergår gradvis till ett flytande tillstånd. Dessa funktioner beror på frånvaron i A. med ... Naturvetenskap. encyklopedisk ordbok

AMORF STAT(från grekiskan amorphos - formlös) - fast icke-kristallin. ett tillstånd av materia som kännetecknas av isotropi av egenskaper och frånvaron av en punkt. När temperaturen ökar mjuknar det amorfa ämnet och övergår gradvis till ett flytande tillstånd. Dessa egenskaper beror på frånvaron i A. av., i motsats till kristallina. stater, s.k långväga ordning - strikt periodisk. repeterbarhet i rymden av samma strukturella element (atom, grupp av atomer, molekyl, etc.). Samtidigt har ämnet i A. s. det finns konsekvens i arrangemanget av angränsande partiklar - den så kallade. kortdistansordning observerad inom 1:a koordinaten. sfärer (se Samordningsnummer) och förlorade gradvis under övergången till 2:a och 3:e sfärerna, d.v.s. observerade på avstånd jämförbara med partikelstorlekarna. Således minskar konsistensen med avståndet och försvinner efter 0,5-1 nm (se. Lång och kort räckvidd).

Kortvägsordning är också karakteristisk för vätskor, men i en vätska sker ett intensivt utbyte av platser mellan närliggande partiklar, vilket blir svårare när viskositeten ökar. Därför anses ett fast ämne i amorft tillstånd vanligtvis som en underkyld vätska med en mycket hög viskositetskoefficient. Ibland själva konceptet "A.S." inkluderar vätska.

Materialets termodynamiskt stabila fasta tillstånd vid låga temperaturer är kristallint. stat. Dock beroende på partiklarnas egenskaper kristallisation kan kräva mer eller mindre tid - molekylerna måste hinna "ställa upp" när ämnet kyls. Ibland är denna tid så lång att den kristallina staten är praktiskt taget inte realiserad. Vanligtvis A. s. bildas under snabb kylning av smältan. Till exempel smältande kristallint kvarts och sedan snabbt kyla smältan, erhålls amorft kvartsglas (se fig. Glasigt tillstånd Men ibland är inte ens den snabbaste kylningen tillräckligt snabb för att förhindra kristallbildning. I naturen är A. s. (opal, obsidian, bärnsten, hartser) mindre vanlig än kristallin. Du. det kan finnas vissa metaller och legeringar, inklusive metalliska. glas (se Amorfa metaller), samt (se Amorfa och glasartade halvledare) och polymerer. Strukturen hos amorfa polymerer kännetecknas av kortdistansordning i arrangemanget av enheter eller segment av makromolekyler, som snabbt försvinner när de rör sig bort från varandra. Polymermolekyler verkar bilda "svärmar", vars livslängd är mycket lång på grund av polymerernas enorma viskositet och molekylernas stora storlek.

En naturlig skillnad i strukturen hos de flesta fasta material (med undantag för enkristaller), i jämförelse med flytande och särskilt gasformiga (låg molekylvikt) ämnen, är deras mer komplexa flernivåorganisation (se tabell 4.1 och fig. 4.3). . Detta beror på en minskning av kovalens och en ökning av metalliciteten och joniciteten hos homo- och heteronukleära bindningar av elementen i deras mikrostruktur (se fig. 6.2 och 6.6 och tabellerna 6.1-6.7), vilket leder till en ökning av antalet av element i strukturen av ämnet och materialet och en motsvarande förändring av dess aggregationstillstånd. När man studerar den strukturella hierarkin av fasta material är det nödvändigt att förstå enheten och skillnaderna i nivåerna av strukturell organisation av fasta metalliska och icke-metalliska material, med hänsyn till graden av ordning i volymen av materialet av elementen som bilda dem. Av särskild betydelse är skillnaden i strukturen hos fasta kristallina och amorfa kroppar, som består i kristallina materials förmåga att, i motsats till amorfa kroppar, bilda ett antal mer komplexa strukturer än strukturernas grundläggande elektron-kärnkemiska nivå.

Amorft tillstånd. Specificiteten för det amorfa (i översättning från grekiska - formlöst) tillstånd ligger i närvaron av ämnet i kondenserat (flytande eller fast) tillstånd med frånvaron i sin struktur av tredimensionell periodicitet i arrangemanget av elementen (atomskelett eller molekyler) som utgör detta ämne. Som ett resultat beror funktionerna i det amorfa tillståndet på frånvaron långdistansbeställning - strikt repeterbarhet i alla riktningar av samma strukturella element (kärna eller atomskelett, grupp av atomskelett, molekyler, etc.) över hundratals och tusentals perioder. Samtidigt har ett ämne i amorft tillstånd stäng ordning- konsekvens i arrangemanget av intilliggande strukturella element, d.v.s. ordning observerad på avstånd jämförbara med storleken på molekyler. Denna konsistens minskar med avståndet och försvinner efter 0,5-1 nm. Amorfa ämnen skiljer sig från kristallina ämnen genom isotropi, d.v.s. som en vätska har de samma värden för en given egenskap när de mäts i vilken riktning som helst inom ämnet. Övergången av ett amorft ämne från ett fast till ett flytande tillstånd åtföljs inte av en abrupt förändring i egenskaper - detta är den andra viktiga egenskapen som skiljer det amorfa tillståndet hos ett fast ämne från ett kristallint. Till skillnad från en kristallin substans, som har en viss smältpunkt, vid vilken en abrupt förändring av egenskaper sker, kännetecknas ett amorft ämne av ett mjukningsintervall och en kontinuerlig förändring av egenskaper.

Amorfa ämnen är mindre stabila än kristallina. Varje amorft ämne måste i princip kristallisera med tiden, och denna process måste vara exoterm. Ofta är amorfa och kristallina former olika tillstånd av samma kemiska substans eller material. Således är amorfa former av ett antal homonukleära ämnen (svavel, selen, etc.), oxider (B 2 Oe, Si0 2, Ge0 2, etc.) kända.

Emellertid kan många amorfa material, i synnerhet de flesta organiska polymerer, inte kristalliseras. I praktiken observeras kristallisering av amorfa, särskilt högmolekylära, ämnen mycket sällan, eftersom strukturella förändringar hämmas på grund av den höga viskositeten hos dessa ämnen. Därför, om du inte tar till speciella metoder, till exempel långvarig exponering för hög temperatur, sker övergången till det kristallina tillståndet med extremt låg hastighet. I sådana fall kan vi anta att ämnet i amorft tillstånd är nästan helt stabilt.

I motsats till det amorfa tillståndet som finns i ämnen som finns både i flytande eller smält form och i fast kondenserad form, glasartat tillstånd avser endast materiens fasta tillstånd. Som ett resultat, i flytande eller smältämnen kan vara i amorft tillstånd med vilken typ av anslutning som helst(kovalent, metallisk och jonisk) och därför med både molekylär och icke-molekylär struktur. dock i fast amorf, eller mer exakt, - glasartat tillstånd kommer i första hand att innehålla ämnen baserade på sjöstridskrafter, kännetecknade övervägande kovalent bindningstyp element i kedjor av makromolekyler. Detta beror på det faktum att det fasta amorfa tillståndet hos ett ämne erhålls som ett resultat av underkylning av dess flytande tillstånd, vilket stör kristalliseringsprocesser och leder till "frysning" av en struktur med kort räckvidd i arrangemanget av element. Observera att närvaron av makromolekyler i strukturen av polymermaterial, på grund av inverkan av den steriska storleksfaktorn (det är trots allt lättare att skapa en kristall från katjoner än från molekyler), leder till en ytterligare komplikation av kristalliseringsprocessen . Därför kan organiska (polymetylmetakrylat, etc.) och oorganiska (oxider av kisel, fosfor, bor, etc.) polymerer bilda glas eller åstadkomma ett amorft tillstånd i fasta material. Det är sant att idag omvandlas metallsmältor vid ultrahöga kylningshastigheter (>10 6 °C/s) till ett amorft tillstånd, vilket ger amorfa metaller eller metall glasögon med ett komplex av nya värdefulla fastigheter.

Kristallint tillstånd. I en kristallin kropp observeras det som nära, alltså lång räckvidd ordning arrangemang av strukturella element (atomskelett eller partiklar i form av individuella molekyler), d.v.s. element i strukturen placeras i rymden på ett visst avstånd från varandra i en geometriskt korrekt ordning, bildar kristaller - fasta ämnen som har den naturliga formen av vanliga polyedrar. Denna form är en följd av det ordnade arrangemanget av element i kristallen, vilket bildar ett tredimensionellt periodiskt rumsligt arrangemang i formen kristallgitter. Ett ämne i kristallint tillstånd kännetecknas av periodisk repeterbarhet i tre dimensioner av placeringen av atomskelett eller molekyler i dess noder. En kristall är ett jämviktstillstånd för fasta ämnen. Varje kemiskt ämne, som är i ett kristallint tillstånd under givna termodynamiska förhållanden (temperatur, tryck), motsvarar en viss kristallin kovalent eller molekylär, metallisk och jonisk struktur. Kristaller har en eller annan strukturell symmetri av atomskelett (katjoner i en metall eller katjoner och anjoner i joniska kristaller) eller molekyler, en motsvarande makroskopisk symmetri av yttre form, såväl som anisotropi av egenskaper. Anisotropi - detta är skillnaden mellan egenskaper (mekaniska, fysikaliska, kemiska) hos en enskild kristall i olika riktningar av dess kristallgitter. Isotropi - Detta är likheten mellan egenskaperna hos ett ämne i dess olika riktningar. Naturligtvis bestäms dessa mönster av förändringar i ett ämnes egenskaper av detaljerna i förändringen eller icke-förändringen i deras struktur. Verkliga kristallina material (inklusive metaller) är kvasiisotropa strukturer, de där. de är isotropa på mesostrukturell nivå (se tabell 4.1) och deras egenskaper är desamma i alla riktningar. Detta beror på att de flesta naturliga eller konstgjorda kristallina material är det polykristallinämnen, inte enkristaller

(diamanttyp). De består av ett stort antal sk korn eller kristalliter, kristallografiska plan som roteras i förhållande till varandra med en viss vinkel a. Dessutom, i vilken riktning som helst av materialets mesostruktur, finns det ungefär samma antal korn med olika orienteringar av kristallografiska plan, vilket leder till oberoende av dess egenskaper från riktning. Varje korn består av individuella element - block, som roteras i förhållande till varandra i vinklar i storleksordningen flera minuter, vilket också säkerställer isotropin av egenskaperna hos själva korn som helhet.

Kristallina tillstånd av samma ämne kan skilja sig åt i struktur och egenskaper, och då säger man att detta ämne finns i olika modifieringar. Förekomsten av flera kristallina modifieringar av ett givet ämne kallas polymorfism, och övergången från en modifiering till en annan - polymorf transformation. Till skillnad från polymorfism, allotropi- är förekomsten av ett element i form av olika "enkla" (eller, mer exakt, homonukleära) ämnen, oavsett deras fastillstånd. Till exempel är syre 0 2 och ozon O e allotropa former av syre som finns i gasformiga, flytande och kristallina tillstånd. Samtidigt är diamant och grafit - allotropa former av kol - samtidigt dess kristallina modifikationer, i detta fall sammanfaller begreppen "allotropi" och "polymorfism" för dess kristallina former.

Fenomenet observeras också ofta isomorfi, där två ämnen av olika natur bildar kristaller av samma struktur. Sådana ämnen kan ersätta varandra i kristallgittret och bilda blandade kristaller. Fenomenet isomorfism demonstrerades första gången av den tyske mineralogen E. Mitscherlich 1819 med exemplet KH 2 P0 4, KH 2 As0 4 och NH 4 H 2 P0 4. Blandade kristaller är helt homogena blandningar av fasta ämnen - det är de substitutionella fasta lösningar. Därför kan vi säga att isomorfism är förmågan att bilda substitutionella fasta lösningar.

Traditionellt är kristallstrukturer traditionellt indelade i homodesmisk (koordination) och heterodesmisk. Homo-demisk Till exempel har diamant- och alkalimetallhalider en struktur. Men mycket oftare har kristallina ämnen heterodesmisk strukturera; dess karakteristiska egenskap är närvaron av strukturella fragment, inom vilka atomskeletten är förbundna med de starkaste (vanligtvis kovalenta) bindningarna. Dessa fragment kan vara ändliga grupperingar av element, kedjor, lager, ramar. Följaktligen särskiljs ö-, kedja-, skikt- och ramstrukturer. Nästan alla organiska föreningar och oorganiska ämnen som halogener, 0 2, N 2, CO 2, N 2 0 4, etc. har östrukturer.Öarnas roll spelas av molekyler, varför sådana kristaller kallas molekylära. Ofta fungerar polyatomiska joner (till exempel sulfater, nitrater, karbonater) som öar. Till exempel har kristaller av en av Se-modifieringarna en kedjestruktur (atomskeletten är länkade till ändlösa spiraler) eller PdCl 2-kristaller, som innehåller ändlösa band; skiktad struktur - grafit, BN, MoS 2, etc.; ramstruktur - CaTYu 3 (atomskelett av Ti och O, förenade av kovalenta bindningar, bildar en genombruten ram, i vars tomrum Ca atomskelett är belägna). Vissa av dessa strukturer klassificeras som oorganiska (kolfria) polymerer.

Baserat på typen av bindning mellan atomskelett (när det gäller homodesmiska strukturer) eller mellan strukturella fragment (när det gäller heterodesmiska strukturer), särskiljs de: kovalenta (till exempel SiC, diamant), joniska, metalliska (metaller) och intermetalliska föreningar) och molekylära kristaller. Kristaller av den sista gruppen, i vilka strukturella fragment är sammankopplade genom intermolekylär interaktion, har det största antalet representanter.

För kovalent enkristaller som diamant, karborundum etc. kännetecknas av eldfasthet, hög hårdhet och slitstyrka, vilket är en konsekvens av styrkan och riktningen hos den kovalenta bindningen i kombination med deras tredimensionella rumsliga struktur (polymerkroppar).

Jonisk Kristaller är formationer där vidhäftningen av mikrostrukturelement i form av motjoner främst beror på joniska kemiska bindningar. Ett exempel på jonkristaller är halogenider av alkali- och jordalkalimetaller, i kristallgitterställena där det finns alternerande positivt laddade metallkatjoner och negativt laddade halogenanjoner (Na + Cl -, Cs + Cl -, Ca + F^, Fig. 7.1).

Ris. 7.1.

I metallkristaller sammanhållningen av atomskelett i form av metallkatjoner beror huvudsakligen på metalliska icke-riktade kemiska bindningar. Denna typ av kristaller är karakteristisk för metaller och deras legeringar. Vid noderna i kristallgittret finns atomkärnor (katjoner) sammankopplade av en elektrongas (elektrongas). Strukturen hos metalliska kristallina kroppar kommer att diskuteras mer i detalj nedan.

Molekylära kristaller bildas av molekyler bundna till varandra av van der Waals-krafter eller vätebindningar. Inuti molekylerna finns en starkare kovalent bindning (C k råder över C och och C m). Fasomvandlingar av molekylära kristaller (smältning, sublimering, polymorfa övergångar) sker som regel utan att enskilda molekyler förstörs. De flesta molekylära kristaller är kristaller av organiska föreningar (till exempel naftalen). Molekylära kristaller bildas också av ämnen som H 2 , halogener som J 2 , N 2 , 0 2 , Sg , binära föreningar som H 2 0 , C0 2 , N 2 0 4 , organometalliska föreningar och vissa komplexa föreningar. Molekylära kristaller inkluderar även kristaller av naturliga polymerer såsom proteiner (Fig. 7.2) och nukleinsyror.

Polymerer, som redan nämnts ovan, hänvisar i regel också till ämnen som bildar molekylära kristaller. Men i det fall när packningen av makromolekyler har en veckad eller fibrillär konformation, skulle det vara mer korrekt att tala om kovalenta molekylära kristaller(Fig. 7.3).

Ris. 7.2.

Ris. 7.3.

Detta beror på det faktum att längs en av gitterperioderna (till exempel perioden Med när det gäller polyeten, vars makromolekyler är i veckad konformation, bildar en lamell), verkar starka kemiska (fig. 7.3), huvudsakligen kovalenta, bindningar. Samtidigt, längs två andra gitterperioder (till exempel perioder b Och Med i samma vikta polyetenkristaller) verkar svagare intermolekylära interaktionskrafter.

Uppdelningen av kristaller i dessa grupper är till stor del godtycklig, eftersom det sker gradvisa övergångar från en grupp till en annan när bindningens natur i kristallen förändras. Till exempel, bland intermetalliska föreningar - föreningar av metaller med varandra - kan man urskilja en grupp föreningar där en minskning av metallkomponenten i den kemiska bindningen och en motsvarande ökning av de kovalenta och joniska komponenterna leder till bildning av kolesterol i i enlighet med klassiska valenser. Exempel på sådana föreningar är magnesiumföreningar med element från huvudundergruppen IV och V i grupperna i det periodiska systemet, som är övergångsmässiga mellan metaller och icke-metaller (Mg 2 Si, Mg 2 Ge, Mg 2 Sn, Mg 2 Pb, Mg 3 As 2, Mg 3 Sb 7 , Mg 3 Bi 7), vars huvudsakliga egenskaper vanligtvis inkluderar följande:

deras heteronukleära kristallgitter skiljer sig från de homonukleära gittren hos moderföreningarna;
i deras kombination bevaras vanligtvis ett enkelt multipelförhållande av komponenterna, vilket gör att deras sammansättning kan uttryckas med den enkla formeln A w B;? där A och B är motsvarande element; T Och P - primtal;
heteronukleära föreningar kännetecknas av en ny kvalitet på struktur och egenskaper i motsats till de ursprungliga föreningarna.

I kristall strukturella element(joner, atomskelett, molekyler) som bildar en kristall arrangeras regelbundet i olika riktningar (fig. 7) La). Vanligtvis presenteras en rumslig bild av strukturen av kristaller schematiskt (fig. 7.45), och markerar med prickar tyngdpunkterna för strukturella element, inklusive gitteregenskaper.

Plan parallella med koordinatplan placerade på avstånd a, b, c från varandra, dela kristallen i många lika och parallellt orienterade parallellepipeder. Den minsta av dem kallas enhetscell, deras kombination bildar en rumslig kristallgitter. Spåren på parallellepipeden är noder i det rumsliga gittret; tyngdpunkterna för de element från vilka kristallen är byggd sammanfaller med dessa noder.

Rumsliga kristallgitter beskriver helt kristallens struktur. För att beskriva enhetscellen i ett kristallgitter används sex kvantiteter: tre segment lika med avstånden till de närmaste elementarpartiklarna längs koordinataxlarna a, b, c, och tre vinklar mellan dessa segment a, (3, y.

Relationerna mellan dessa storheter bestämmer cellens form, beroende på vilka alla kristaller är indelade i sju system (tabell 7.1).

Storleken på enhetscellen i kristallgittret uppskattas av segment a, b, c. De kallas gitterperioder. Genom att känna till gitterperioderna kan du bestämma radien för elementets atomkärna. Denna radie är lika med hälften av det minsta avståndet mellan partiklarna i gittret.

Graden av komplexitet av gittret bedöms av antal strukturella element, per enhetscell. I ett enkelt rumsgitter (se fig. 7.4) finns alltid ett element per cell. Varje cell har åtta hörn, men

Ris. 7.4. Arrangemang av element i en kristall: A- bild med placering av volymen av elementets atomskelett; b - rumslig bild av enhetscellen och dess parametrar

Tabell 7.1

Egenskaper hos kristallsystem

varje element i spetsen tillhör i sin tur åtta celler. Således, från noden, står varje cell för Y8 av volym, och det finns åtta noder i cellen totalt, och därför finns det ett strukturellt element per cell.

I komplexa rumsliga gitter finns det alltid mer än ett strukturelement per cell, vilket är vanligast i de viktigaste rena metallföreningarna (fig. 7.5).

Följande metaller kristalliserar i ett bcc-gitter: Fea, W, V, Cr, Li, Na, K, etc. Fey, Ni, Coa, Cu, Pb, Pt, Au, Ag, etc. kristalliseras i ett fcc-gitter. Mg , Tia, Cop, Cd, Zn, etc. kristalliseras i hcp-gittret.

System, period och antal strukturella element, per enhetscell, låt oss helt och hållet föreställa oss platsen för den senare i kristallen. I ett antal fall används ytterligare egenskaper hos kristallgittret, bestämt av dess geometri och återspeglar elementens packningsdensitet.

Ris. 7.5. Typer av komplexa enhetsceller av kristallgitter: A - OCC; 6 - HCC; V- HCP-behållarpartiklar i kristallen. Sådana egenskaper är CN och kompakthetskoefficient.

Antalet närmaste ekvidistanta elementarpartiklar avgör samordningsnummer. Till exempel, för ett enkelt kubiskt gitter kommer CN att vara 6 (Kb); i gittret av en kroppscentrerad kub (BCC), för varje atomkärna kommer antalet sådana grannar att vara lika med åtta (K8); för ett ansiktscentrerat kubiskt gitter (FCC) är CN-numret 12 (K 12).

Förhållandet mellan volymen av alla elementära partiklar per enhetscell och hela volymen av elementarcellen bestämmer kompakthetsfaktor. För ett enkelt kubiskt gitter är denna koefficient 0,52, för bcc - 0,68 och fcc - 0,74.

Sirotkin R.O. Effekten av morfologi på utbytebeteendet hos lösningskristalliserade polyetener: doktorsavhandling, University of North London. - London, 2001.