Що означає "аморфний стан". Шкільна енциклопедія Твердий аморфний стан

аморфний стан

конденсований стан речовини, що характеризується ізотропією фізичних властивостей, зумовленої невпорядкованим розташуванням атомів та молекул. На відміну від кристалічного стану перехід з твердого аморфного рідке відбувається поступово. У аморфному стані перебувають різні речовини: скла, смоли, пластмаси тощо.

Аморфний стан

(від грец. а ≈ негативна частка і morphē ≈ форма), твердий стан речовини, що має дві особливості: його властивості (механічні, теплові, електричні і т. д.) в природних умовах не залежать від напрямку в речовині (ізотропія); у разі підвищення температури речовина, розм'якшуючись, перетворюється на рідкий стан поступово, т. е. в А. з. відсутня певна точка плавлення.

Ці особливості обумовлені відсутністю А. с. далекого порядку - характерною для кристалів суворої повторюваності у всіх напрямках одного й того ж елемента структури (атома, групи атомів, молекули тощо) протягом сотень і тисяч періодів. У той же час у речовини А. с. існує ближній порядок - узгодженість у розташуванні сусідніх частинок, тобто порядок, що дотримується на відстанях, порівнянних з розмірами молекул ( Мал.). З відстанню ця узгодженість зменшується і через 0,5-1 нм зникає (див. Далекий порядок і ближній порядок).

Близький порядок характерний і для рідин, але в рідині відбувається інтенсивний обмін місцями між сусідніми частинками, що ускладнюється в міру зростання в'язкості, тому, з одного боку, тверде тіло в А. с. прийнято розглядати як переохолоджену рідину з дуже високим коефіцієнтом в'язкості. З іншого боку, саме поняття «А. с.» включають рідину.

Ізотропія властивостей характерна також для полікристалічного стану (див. Полікристали), але останнє характеризується строго певною температурою плавлення, що дозволяє відрізняти його від А. с. Відмінність структури А. с. від кристалічного легко можна знайти за допомогою рентгенограм. Монохроматичні рентгенівські промені, розсіюючись на кристалах, утворюють дифракційну картину як виразних ліній чи плям (див. Дифракція рентгенівських променів). Для А.с. це характерно.

Стійким твердим станом речовини за низьких температур є кристалічний стан. Однак залежно від властивостей молекул, кристалізація може вимагати більше або менше часу - молекули повинні встигнути при охолодженні речовини вишикуватися в кристалічний порядок. Іноді цей час буває дуже великим, тому кристалічний стан практично не реалізується. У інших випадках А. с. виходить шляхом прискорення процесу охолодження. Наприклад, розплавляючи кристалічний кварц і потім швидко охолоджуючи розплав, одержують аморфне кварцове скло. Таким же чином поводяться багато силікатів, які при охолодженні дають звичайне скло. Тому А. с. часто називають склоподібним станом. Однак найчастіше навіть найшвидше охолодження недостатньо швидко для того, щоб завадити утворенню кристалів. В результаті цього більшість речовин одержати в А. с. неможливо. У природі А. с. менш поширене, ніж кристалічний. В А. с. знаходяться: опал, обсидіан, бурштин, смоли природні, бітуми.

В А. с. можуть бути не тільки речовини, що складаються з окремих атомів і звичайних молекул, як скла та рідини (низкомолекулярні сполуки), але й речовини, що складаються з довголанцюгових макромолекул - високомолекулярні сполуки, або полімери.

Структура аморфних полімерів характеризується ближнім порядком у розташуванні ланок або сегментів макромолекул, що швидко зникає в міру їхнього видалення один від одного. Молекули полімерів хіба що утворюють «рої», час життя яких дуже велике через величезної в'язкості полімерів і великих розмірів молекул. Тому у ряді випадків такі рої залишаються практично незмінними.

Аморфні полімери в залежності від температури можуть перебувати в трьох станах, що відрізняються характером теплового руху: склоподібним, високо-еластичному та рідкому (в'язко-текучому). При низьких температурах сегменти молекул не мають рухливості і полімер поводиться як звичайне тверде тіло в А. с. При досить високих температурах енергія теплового руху стає достатньою для того, щоб викликати переміщення сегментів молекули, але ще недостатньою для руху молекули в цілому. Виникає високоеластичний стан, що характеризується здатністю полімеру легко розтягуватися та стискатися. Перехід із високоеластичного стану в склоподібне називається склованням. У в'язко-плинному стані можуть переміщатися не лише сегменти, а й вся макромолекула. Полімери набувають здатності текти, але, на відміну від звичайної рідини, їх перебіг завжди супроводжується розвитком високоеластичної деформації.

Китайгородський А. І., Порядок і безлад у світі атомів, М., 1966; Кобеко П. П., Аморфні речовини, М. Л., 1952; Китайгородський А. І., Рентгеноструктурний аналіз дрібнокристалічних і аморфних тіл, М. Л., 1952. Див також літ. за ст. Полімери.

Тверді тіла поділяють на аморфні та кристалічні, залежно від їхньої молекулярної структури та фізичних властивостей.

На відміну від кристалів молекули та атоми аморфних твердих тіл не формують решітку, а відстань між ними коливається в межах деякого інтервалу можливих відстаней. Інакше кажучи, у кристалів атоми або молекули взаємно розташовані таким чином, що структура, що формується, може повторюватися у всьому обсязі тіла, що називається далеким порядком. У випадку з аморфними тілами – зберігається структура молекул лише щодо кожної такої молекули, спостерігається закономірність у розподілі лише сусідніх молекул – ближній порядок. Наочний приклад наведено нижче.

До аморфних тіл відноситься скло та інші речовини в склоподібному стані, каніфоль, смоли, бурштин, сургуч, бітум, віск, а також органічні речовини: каучук, шкіра, целюлоза, поліетилен та ін.

Властивості аморфних тіл

Особливість будови аморфних твердих тіл надає їм індивідуальних властивостей:

Слабо виражена плинність – одна з найвідоміших властивостей таких тіл. Прикладом будуть потіки скла, що довгий час стоїть у віконній рамі.
Аморфні тверді тіла не мають певної температури плавлення, так як перехід у стан рідини під час нагрівання відбувається поступово, за допомогою розм'якшення тіла. Тому до таких тіл застосовують так званий температурний інтервал розм'якшення.

Через свою структуру такі тіла є ізотропними, тобто їх фізичні властивості не залежить від вибору напрями.
Речовина в аморфному стані має більшу внутрішню енергію, ніж в кристалічному. З цієї причини аморфні тіла здатні самостійно переходити до кристалічного стану. Дане явище можна спостерігати як результат помутніння скла з часом.

Склоподібний стан

У природі існують рідини, які практично неможливо перевести в кристалічний стан за допомогою охолодження, оскільки складність молекул цих речовин не дозволяє їм утворити регулярні кристалічні грати. До таких рідин відносяться молекули деяких органічних полімерів.

Однак, за допомогою глибокого та швидкого охолодження практично будь-яка речовина здатна перейти в склоподібний стан. Це такий аморфний стан, який не має явних кристалічних ґрат, але може частково кристалізуватися, в масштабах малих кластерів. Цей стан речовини є метастабільним, тобто зберігається за деяких необхідних термодинамічних умов.

За допомогою технології охолодження з певною швидкістю речовина не встигатиме кристалізуватися, і перетворюється на скло. Тобто чим вища швидкість охолодження матеріалу, тим менша ймовірність його кристалізації. Так, наприклад, для виготовлення металевого скла потрібно швидкість охолодження, що дорівнює 100 000 - 1 000 000 Кельвін в секунду.

У природі речовина, що існує в склоподібному стані, виникає з рідкої вулканічної магми, яка, взаємодіючи з холодною водою або повітрям, швидко охолоджується. У цьому випадку речовина називається вулканічним склом. Також можна спостерігати скло, утворене в результаті плавлення падаючого метеорита, що взаємодіє з атмосферою - метеоритне скло або молдавіт.

Аморфний стан (від грец. а - негативна частка і morphē - форма)

твердий стан речовини, що має дві особливості: його властивості (механічні, теплові, електричні і т. д.) в природних умовах не залежать від напрямку в речовині (ізотропія); у разі підвищення температури речовина, розм'якшуючись, перетворюється на рідкий стан поступово, т. е. в А. з. відсутня певна точка плавлення.

Ці особливості обумовлені відсутністю А. с. далекого порядку - характерною для кристалів строгої повторюваності у всіх напрямках одного і того ж елемента структури (атома, групи атомів, молекули тощо) протягом сотень і тисяч періодів. У той же час у речовини А. с. існує ближній порядок - узгодженість у розташуванні сусідніх частинок, т. е. порядок, дотримуваний з відривах, порівнянних з розмірами молекул ( Мал. ). З відстанню ця узгодженість зменшується через 0,5-1 нмзникає (Дал. порядок і див. іБлизький порядок).

Близький порядок характерний і для рідин. , але в рідині відбувається інтенсивний обмін місцями між сусідніми частинками, що утруднюється в міру зростання в'язкості. , тому, з одного боку, тверде тіло А. с. прийнято розглядати як переохолоджену рідину з дуже високим коефіцієнтом в'язкості. З іншого боку, саме поняття «А. с.» включають рідину.

Ізотропія властивостей характерна також для полікристалічного стану (див. Полікристалли ) , але останнє характеризується строго певною температурою плавлення, що дозволяє відрізняти його від А. с. Відмінність структури А. с. від кристалічного легко виявляється за допомогою рентгенограм. Монохроматичні рентгенівські промені, розсіюючись на кристалах, утворюють дифракційну картину як виразних ліній чи плям (див. Дифракція рентгенівських променів). Для А.с. це характерно.

Стійким твердим станом речовини за низьких температур є кристалічний стан. Однак залежно від властивостей молекул, кристалізація може вимагати більше або менше часу - молекули повинні встигнути при охолодженні речовини вишикуватися в кристалічний порядок. Іноді цей час буває дуже великим, тому кристалічний стан практично не реалізується. У інших випадках А. с. виходить шляхом прискорення процесу охолодження. Наприклад, розплавляючи кристалічний кварц і потім швидко охолоджуючи розплав, одержують аморфне кварцове скло. Таким же чином поводяться багато силікатів, які при охолодженні дають звичайне скло. Тому А. с. часто називають склоподібним станом. Однак найчастіше навіть найшвидше охолодження недостатньо швидко для того, щоб завадити утворенню кристалів. В результаті цього більшість речовин одержати в А. с. неможливо. У природі А. с. менш поширене, ніж кристалічний. В А. с. знаходяться: Опал, Обсидіан, Янтар, Смоли природні, Бітуми.

В А. с. можуть бути не тільки речовини, що складаються з окремих атомів і звичайних молекул, як скла та рідини (низкомолекулярні сполуки), але й речовини, що складаються з довголанцюгових макромолекул. - високомолекулярні сполуки, або Полімери.

Літ.:Китайгородський А. І., Порядок і безлад у світі атомів, М., 1966; Кобеко П. П., Аморфні речовини, М-Л., 1952; Китайгородський А. І., Рентгеноструктурний аналіз дрібнокристалічних та аморфних тіл, М.- Л., 1952. Див також літ. за ст. Полімери.

Будова кварцу SiO 2: а - кристалічного; б – аморфного; чорні кружки – атоми Si, білі – атоми O.

Велика Радянська Енциклопедія. - М: Радянська енциклопедія. 1969-1978 .

Дивитись що таке "Аморфний стан" в інших словниках:

- (Від грец. amorphos безформний), твердий стан у ва, що характеризується ізотропією св і відсутністю точки плавлення. При підвищенні темпу аморфне пом'якшується і переходить в рідкий стан поступово. Ці особливості обумовлені… Фізична енциклопедія

Аморфний стан- - твердий стан речовини, що має дві особливості: його властивості (механічні, теплові, електричні і т. д.) в природних умовах не залежать від напрямку в речовині (ізотропія); при підвищенні температури речовина, … Енциклопедія термінів, визначень та пояснень будівельних матеріалів

АМОРФНИЙ СТАН, стан твердого тіла, що характеризується ізотропією фізичних властивостей, зумовленої невпорядкованим розташуванням атомів та молекул. На відміну від кристалічного стану (дивись Кристали), перехід з аморфного стану … Сучасна енциклопедія

Конденсований стан речовини, що характеризується ізотропією фізичних властивостей, зумовленої невпорядкованим розташуванням атомів та молекул. На відміну від кристалічного стану перехід із твердого аморфного в рідке відбувається. Великий Енциклопедичний словник

Твердий стан речовини, що характеризується ізотропією фізичних властивостей, зумовленої невпорядкованим розташуванням атомів та молекул. На відміну від кристалічного стану перехід із твердого аморфного стану в рідкий відбувається… Енциклопедичний словник

аморфний стан- стан твердого тіла, для якого характерно відсутність далекого порядку в розташуванні атомів або молекул. Аморфний стан можна розглядати як переохолоджену рідину, в якій «заморожено» ближній порядок у… Енциклопедичний словник з металургії

аморфний стан- amorfinė būsena statusas T sritis chemija apibrėžtis Kondensuota, neturinti trimatės sandaros periodiškumo, medžiagos būsena. atitikmenys: англ. amorphous state rus. аморфний стан … Chemijos terminų aiškinamasis žodynas

аморфний стан- amorfinė būsena statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. amorphous state vok. amorpher Zustand, m rus. аморфний стан, n pranc. état amorphe, m … Fizikos terminų žodynas

АМОРФНИЙ СТАН- стан твердої речовини, у якої відсутня строга періодичність, властива кристалам (далекий порядок). Через меншу впорядкованість аморфні речовини при тих же РТ мають більший об'єм і більшу внутрішню енергію, ніж кристали. Палеомагнітологія, петромагнітологія та геологія. Словник-довідник.

Тв. некристалліч. стан у ва, що характеризується ізотропією фіз. властивостей та відсутністю точки плавлення. При підвищенні темпу аморфне в пом'якшується і поступово переходить в рідкий стан. Ці особливості обумовлені відсутністю в А. з … Природознавство. Енциклопедичний словник

АМОРФНИЙ СТАН(від грец. amorphos - безформний) - тверде некристалліч. стан речовини, що характеризується ізотропією властивостей та відсутністю точки. При підвищенні температури аморфна речовина розм'якшується і переходить в рідкий стан поступово. Ці особливості обумовлені відсутністю А. с., на відміну від кристаллич. стану, т.з. далекого порядку - суворий періодич. повторюваності у просторі однієї й тієї ж елемента структури (атома, групи атомів, молекули тощо. п.). У той же час у речовини А. с. існує узгодженість у розташуванні сусідніх частинок - т.зв. ближній порядок, що дотримується в межах 1-ї координації. сфери (див. Координаційне число)і поступово губиться при переході до 2-ї та 3-ї сфер, тобто дотримується на відстанях, порівнянних з розмірами частинок. Т. о., на відстані узгодженість зменшується і через 0,5-1 нм зникає (див. Далекий та ближній порядок).

Близький порядок характерний і для рідин, але в рідині відбувається інтенсивний обмін місцями між сусідніми частинками, що ускладнюється зростанням в'язкості. Тому тверде тіло в аморфному стані прийнято розглядати як переохолоджену рідину з високим коефіцієнтом в'язкості. Іноді саме поняття "А. с." включають рідину.

Термодинамічно стійким твердим станом речовини за низьких темп-pax є кристалліч. стан. Однак, залежно від властивостей частинок кристалізаціяможе вимагати більше або менше часу - молекули повинні встигнути при охолодженні речовини "вишикуватися". Іноді цей час буває настільки великим, що кристалічні. стан мало реалізується. Зазвичай А. с. утворюється при швидкому охолодженні розплаву. наприклад, розплавляючи кристаліч. кварц і потім швидко охолоджуючи розплав, одержують аморфне кварцове скло (див. Склоподібний стан).Однак іноді навіть найшвидше охолодження недостатньо швидко для того, щоб завадити утворенню кристалів. У природі А. с. (Опал, обсидіан, бурштин, смоли) менш поширене, ніж кристалічне. В А. с. можуть знаходитися деякі метали і сплави, в т. ч. металлич. скла (див. Аморфні метали), а також (див. Аморфні та склоподібні напівпровідники)і полімери. Структура аморфних полімерів характеризується ближнім порядком у розташуванні ланок або сегментів макромолекул, що швидко зникає в міру їхнього видалення один від одного. Молекули полімерів хіба що утворюють " рої " , час життя яких дуже велике через величезної в'язкості полімерів і великих розмірів молекул.

Природною відмінністю будови більшості твердих матеріалів (за винятком монокристалів), у порівнянні з рідкими та особливо газоподібними (низкомолекулярними) речовинами, є їх складніша багаторівнева організація (див. табл. 4.1 та рис. 4.3). Це пов'язано зі зменшенням ковалентності та зростанням ме- талличності та іонності гомо- та гетероядерних зв'язків елементів їх мікроструктури (див. рис. 6.2 та 6.6 та табл. 6.1-6.7), що призводить до зростання кількості елементів у структурі речовини та матеріалу та відповідної зміни його агрегатного стану. p align="justify"> При вивченні структурної ієрархії твердих матеріалів необхідно розуміти єдність і відмінності в рівнях структурної організації твердих металевих і неметалічних матеріалів з урахуванням ступеня впорядкованості в обсязі матеріалу елементів, що їх утворюють. Особливе значення має різниця у структурі твердих кристалічних і аморфних тіл, що полягає у здатності кристалічних матеріалів, на відміну від аморфних тіл, утворювати низку складніших структур, ніж базовий електронно-ядерний хімічний рівень структур.

Аморфний стан. Специфіка аморфного (у пер. з грец. - безформного) стану полягає у знаходженні речовини в конденсованому (рідкому або твердому) станіз відсутністю в його структурі тривимірної періодичності в розташуванні елементів (атомних кістяків або молекул), що становлять цю речовину. В результаті особливості аморфного стану обумовлені відсутністю далекого порядку -суворої повторюваності у всіх напрямках одного і того ж елемента структури (ядра або атомного кістяка, групи атомних кістяків, молекули і т.п.) протягом сотень і тисяч періодів. У той же час у речовини в аморфному стані існує ближній порядок- узгодженість у розташуванні сусідніх елементів структури, тобто. порядок, що дотримується на відстанях, порівнянних із розмірами молекул. З відстанню ця узгодженість зменшується через 0,5- 1 нм зникає. Аморфні речовини від кристалічних ізотропністю, тобто. подібно до рідини вони мають однакові значення даної властивості при вимірі в будь-якому напрямку всередині речовини. Перехід аморфної речовини з твердого стану в рідке не супроводжується стрибкоподібною зміною властивостей - це друга важлива ознака, що відрізняє аморфний стан твердої речовини від кристалічного. На відміну від кристалічної речовини, що має певну температуру плавлення, при якій відбувається стрибкоподібна зміна властивостей, аморфна речовина характеризується інтервалом розм'якшення та безперервною зміною властивостей.

Аморфні речовини менш стійкі ніж кристалічні. Будь-яка аморфна речовина в принципі з часом має кристалізуватися, і цей процес має бути екзотермічним. Часто аморфні та кристалічні форми - це різні стани одного й того ж за складом хімічної речовини чи матеріалу. Так, відомі аморфні форми ряду гомоядерних речовин (сірки, селену та ін), оксидів (В 2 Про е, Si0 2 , Ge0 2 та ін).

Водночас багато аморфних матеріалів, зокрема більшість органічних полімерів, закристалізувати не вдається. На практиці кристалізація аморфних, особливо високомолекулярних, речовин спостерігається дуже рідко, оскільки структурні зміни загальмовуються через велику в'язкість цих речовин. Тому, якщо не вдаватися до спеціальних методів, наприклад тривалого високотемпературного впливу, перехід в кристалічний стан протікає з вкрай малою швидкістю. У разі можна вважати, що речовина в аморфному стані практично цілком стійко.

На відміну від аморфного стану, властивого речовин, що знаходяться як в рідкому або розплавленому вигляді, так і в конденсованому твердому, склоподібний станвідноситься лише до твердого агрегатного стану речовини. В результаті в рідкомуабо розплавленомуаморфному стані можуть бути речовини з будь-яким переважним типом зв'язку(ковалентним, металевим та іонним) і, отже, і з молекулярною та немолекулярною структурою. Однак у твердому аморфному, або точніше, - склоподібний станбудуть в першу чергу знаходитись речовини на основі ВМС, що характеризуються переважно ковалентним типом зв'язкуелементів у ланцюгах макромолекул. Це пов'язано з тим, що твердий аморфний стан речовини отримують в результаті переохолодження його рідкого стану, що перешкоджає процесам кристалізації і призводить до заморожування структури з ближнім порядком розташування елементів. Зазначимо, що наявність макромолекул у структурі полімерних матеріалів через вплив стеричного - розмірного фактора (адже з катіонів легше створити кристал, ніж із молекул) призводить до додаткового ускладнення процесу кристалізації. Тому органічні (поліметилметакрилат і т.д.) та неорганічні (оксиди кремнію, фосфору, бору тощо) полімери здатні утворювати скло або реалізувати аморфний стан у твердих матеріалах. Щоправда, сьогодні і розплави металів при надвисоких швидкостях охолодження (>10 6 °С/с) переводять в аморфний стан, отримуючи аморфні металиабо металеве склоіз комплексом нових цінних властивостей.

Кристалічний стан. У кристалічному тілі спостерігається як ближній, так і далекий порядокрозташування елементів структури (атомні кістяки чи частинки як індивідуальних молекул), тобто. елементи структури розміщуються у просторі на певній відстані один від одного у геометрично правильному порядку, утворюючи кристали -тверді тіла, мають природну форму правильних багатогранників. Ця форма є наслідком упорядкованого розташування в кристалі елементів, що утворюють тривимірно-періодичне просторове укладання у вигляді кристалічних ґрат.Речовина в кристалічному стані характеризується періодичною повторюваністю в трьох вимірах розташування в її вузлах атомних кістяків або молекул. Кристал є рівноважним станом твердих тіл. Кожній хімічній речовині, яка перебуває при даних термодинамічних умовах (температурі, тиску) у кристалічному стані, відповідає певна кристалічна ковалентна або молекулярна, металева та іонна структури. Кристали мають ту чи іншу структурну симетрію атомних кістяків (катіонів у металі або катіонів і аніонів в іонних кристалах) або молекул, що відповідає їй макроскопічною симетрією зовнішньої форми, а також анізотропією властивостей. Анізотропність -це неоднаковість властивостей (механічних, фізичних, хімічних) монокристала у різних напрямках його кристалічних ґрат. Ізотропність -це однаковість властивостей речовини у різних її напрямках. Ці закономірності зміни властивостей речовини визначаються специфікою зміни або незміни їх структури. Реальні кристалічні матеріали (включаючи метали) є квазіізотропними структурами,тобто. вони ізотропні на мезоструктурному рівні (див. табл. 4.1) та їх властивості однакові у всіх напрямках. Це пов'язано з тим, що більшість природних або штучних кристалічних матеріалів є полікристалічнимиречовинами, а не монокристалами

(Типу алмазу). Вони складаються з великої кількості так званих зеренабо кристалітів,кристалографічні площини яких повернені щодо один одного на деякий кут. При цьому в будь-якому напрямку мезоструктури матеріалу розташовується приблизно однакова кількість зерен з різною орієнтацією кристалографічних площин, що призводить до незалежності його властивостей напряму. Кожне зерно складається з окремих елементів - блоків, які повернуті відносно один одного на кути близько декількох хвилин, що також забезпечує ізотропність властивостей самого зерна в цілому.

Кристалічні стани однієї і тієї ж речовини можуть відрізнятися будовою та властивостями, і тоді говорять, що ця речовина існує у різних модифікаціях. Існування кількох кристалічних модифікацій у даної речовини називається поліморфізмом,а перехід з однієї модифікації до іншої - поліморфним перетворенням.На відміну від поліморфізму, алотропія- це існування елемента у вигляді різних «простих» (або, точніше, гомоядерних) речовин незалежно від їхнього фазового стану. Наприклад, кисень 0 2 і озон Про е - алотропні форми кисню, що існують в газоподібному, рідкому та кристалічному станах. У той самий час алмаз і графіт - алотропні форми вуглецю - є це й його кристалічними модифікаціями, у разі поняття «аллотропія» і «поліморфізм» збігаються на його кристалічних форм.

Нерідко також спостерігається явище ізоморфізму,при якому дві різні за природою речовини утворюють кристали однакової структури. Такі речовини можуть заміщати одна одну в кристалічній решітці, утворюючи змішані кристали. Вперше явище ізоморфізму було продемонстровано німецьким мінералогом Е. Мічерліхом в 1819 р. на прикладі КН 2 Р0 4 KH 2 As0 4 і NH 4 H 2 P0 4 . Змішані кристали є однорідними сумішами твердих речовин - це Тверді розчини заміщення.Тому можна сказати, що ізоморфізм – це здатність утворювати тверді розчини заміщення.

Традиційно кристалічні структури традиційно ділять на гомодесмічні (координаційні) та гетеродесмічні. Гомо-десмічнуструктуру мають, наприклад, алмаз, галогеніди лужних металів. Однак набагато частіше кристалічні речовини мають гетеродесмічнуструктуру; її характерна риса - присутність структурних фрагментів, усередині яких атомні кістяки з'єднані найбільш міцними (зазвичай ковалентними) зв'язками. Ці фрагменти можуть являти собою кінцеві угруповання елементів, ланцюги, шари, каркаси. Відповідно виділяються острівні, ланцюжкові, шаруваті та каркасні структури. Острівні структури мають майже всі органічні сполуки і такі неорганічні речовини, як галогени, 0 2 , N 2 , С0 2 , N 2 0 4 та ін. Роль островів грають молекули, тому такі кристали називаються молекулярними. Часто як острови виступають багатоатомні іони (наприклад, сульфати, нітрати, карбонати). Ланцюгова будова мають, наприклад, кристали однієї з модифікацій Se (атомні кістяки пов'язані в нескінченні спіралі) або кристали PdCl 2 , в яких присутні нескінченні стрічки; шарувату структуру - графіт, BN, MoS 2 та ін; каркасну структуру - СаТЮ 3 (атомні кістяки Ti і О, об'єднані ковалентними зв'язками, утворюють ажурний каркас, в порожнинах якого розташовані атомні кістяки Са). Частина цих структур відносять до неорганічних (безвуглецевих) полімерів.

За характером зв'язку між атомними кістяками (у разі гомодесмічних структур) або між структурними фрагментами (у разі гетеродесмічних структур) розрізняють: ковалентні (наприклад, SiC, алмаз), іонні, металеві (метали та інтерметалеві сполуки) та молекулярні кристали. Кристали останньої групи, у якій структурні фрагменти пов'язані міжмолекулярною взаємодією, мають найбільше представників.

Для ковалентнихмонокристалів типу алмазу, карборунду та ін. характерні тугоплавкість, висока твердість та зносостійкість, що є наслідком міцності та спрямованості ковалентного зв'язку в поєднанні з їхньою тривимірною просторовою структурою (полімерні тіла).

Іоннікристали є утворення, в яких зчеплення елементів мікроструктури у вигляді протиіонів обумовлено переважно іонними хімічними зв'язками. Прикладом іонних кристалів є галогеніди лужних і лужноземельних металів, у вузлах кристалічної решітки яких знаходяться позитивно заряджені катіони металу, що чергуються, і негативно заряджені аніони галогену (Na + Cl - , Cs + Cl - , Ca + F^, рис. 7.1).

Мал. 7.1.

У металевих кристалахзчеплення атомних кістяків у вигляді катіонів металу обумовлено переважно металевими ненаправленими хімічними зв'язками. Даний тип кристалів уражає металів та його сплавів. У вузлах кристалічної решітки знаходяться атомні кістяки (катіони), пов'язані між собою ОЕ (електронним газом). Докладніше структура металевих кристалічних тіл буде розглянута далі.

Молекулярні кристалиутворені з молекул, пов'язаних один з одним ван-дер-ваальсовими силами або водневим зв'язком. Усередині молекул діє більш міцний ковалентний зв'язок (С до переважає над С і С м). Фазові перетворення молекулярних кристалів (плавлення, сублімація, поліморфні переходи) відбуваються, як правило, без руйнування окремих молекул. Більшість молекулярних кристалів – кристали органічних сполук (наприклад, нафталін). Молекулярні кристали утворюють також такі речовини, як Н 2 , галогени типу J 2 , N 2 , 0 2 , S g , бінарні сполуки типу Н 2 0, С0 2 , N 2 0 4 , металоорганічні сполуки та деякі комплексні сполуки. До молекулярних кристалів належать також кристали таких природних полімерів, як білки (рис. 7.2) та нуклеїнові кислоти.

Полімери, як було зазначено вище, зазвичай, також відносяться до речовин, що утворюють молекулярні кристали. Однак у разі, коли упаковка макромолекул має складчасту або фібрилярну конформацію, правильніше було б говорити про ковалентно-молекулярних кристалах(Мал. 7.3).

Мал. 7.2.

Мал. 7.3.

Це пов'язано з тим, що вздовж одного з періодів грат (наприклад, періоду зу разі поліетилену, макромолекули якого знаходяться у складчастій конформації, утворюючи ламель) діють міцні хімічні (рис. 7.3), переважно ковалентні, зв'язки. У той же час вздовж двох інших періодів грат (наприклад, періодів bі зв тих же складчастих кристалах (поліетилену) діють вже слабкіші сили міжмолекулярної взаємодії.

Поділ кристалів на зазначені групи значною мірою умовно, оскільки існують поступові переходи від однієї групи до іншої зі зміною характеру зв'язку в кристалі. Наприклад, серед інтерметалідів - сполук металів один з одним - можна виділити групу сполук, в яких зниження металевої компоненти хімічного зв'язку та відповідне зростання ковалентної та іонної компонентів призводять до утворення ХС відповідно до класичних валентностей. Прикладами таких сполук можуть бути сполуки магнію з елементами головної підгрупи IV і V груп Періодичної системи, що є перехідними між металами і неметалами (Mg 2 Si, Mg 2 Ge, Mg 2 Sn, Mg 2 Pb, Mg 3 As 2 , Mg 3 Sb 7 , Mg 3 Bi 7), до основних характерних особливостей яких зазвичай відносять такі:

їх гетероядерні кристалічні грати відрізняються від гомо-ядерних решіток вихідних сполук;
в їх з'єднанні зазвичай зберігається просте кратне співвідношення компонентів, що дозволяє виразити їх склад простою формулою А ш В; , де А та В - відповідні елементи; ті п -прості числа;
Гетероядерні сполуки характеризуються новою якістю структури та властивостей на відміну від вихідних сполук.

У кристалі структурні елементи(іони, атомні кістяки, молекули), що утворюють кристал, розташовуються закономірно за різними напрямками (рис. 7 Ла).Зазвичай просторове зображення структури кристалів є схематично (рис.7.45), відзначаючи точками центри тяжіння структурних елементів, включаючи характеристики решітки.

Площини, паралельні координатним площинам, що знаходяться на відстані а, Ь, содин від одного, ділять кристал на безліч рівних і паралельно орієнтованих паралелепіпедів. Найменший із них називають елементарним осередком,їхня сукупність утворює просторову кристалічні ґрати.Вершини паралелепіпеда є вузлами просторових ґрат, з цими вузлами збігаються центри тяжкості елементів, з яких побудований кристал.

Просторові кристалічні ґрати повністю описують будову кристала. Для опису елементарного осередку кристалічних ґрат використовують шість величин: три відрізки, рівні відстаням до найближчих елементарних частинок по осях координат а, Ь, с,і три кути між цими відрізками а, (3, у.

Співвідношення між цими величинами визначають форму комірки, залежно від якої всі кристали поділяють на сім систем (табл. 7.1).

Розмір елементарного осередку кристалічних ґрат оцінюють відрізки а, Ь, с.Їх називають періодами ґрат.Знаючи періоди решітки, можна визначити радіус атомного кістяка елемента. Цей радіус дорівнює половині найменшої відстані між частинками у ґратах.

Про ступінь складності ґрат судять за числу структурних елементів,що припадають на один елементарний осередок. У простих просторових гратах (див. рис. 7.4) завжди на одну комірку припадає один елемент. У кожному осередку є вісім вершин, але

Мал. 7.4. Розташування елементів у кристалі: а- зображення з розміщенням об'єму атомного кістяка елемента; б -просторове зображення елементарного осередку та його параметри

Таблиця 7.1

Характеристики кристалічних систем

кожен елемент у вершині належить, своєю чергою, до восьми осередків. Таким чином, від вузла частку кожного осередку припадає У 8 обсягу, а всього вузлів в осередку вісім, і, отже, однією осередок припадає один структурний елемент.

У складних просторових ґратах на одну комірку завжди припадає більше одного структурного елемента, які найпоширеніші у найважливіших чистих металевих з'єднаннях (рис. 7.5).

У ОЦК-решітці кристалізуються такі метали: Fe a , W, V, Сг, Li, Na, До та ін. У ГПУ-решітці кристалізуються Mg, Ti a, З р, Cd, Zn та ін.

Система, період та кількість структурних елементів,що припадають на елементарну комірку, дозволяють повністю уявити розташування останніх у кристалі. У ряді випадків використовують додаткові характеристики кристалічної решітки, обумовлені її геометрією і відбивають щільність упаковки еле-

Мал. 7.5. Типи складних елементарних осередків кристалічних ґрат: а -ОЦК; 6 - ГЦК; в- ГПУ тарних частинок у кристалі. Такими характеристиками є КЧ та коефіцієнт компактності.

Число найближчих рівновіддалених елементарних частинок визначає координаційне число.Наприклад, для простих кубічних ґрат КЧ буде 6 (Кб); у ґратах об'ємно-центрованого куба (ОЦК) для кожного атомного кістяка число таких сусідів буде дорівнює восьми (К8); для гранецентрованих кубічних грат (ГЦК) КЧ число дорівнює 12 (К 12).

Відношення об'єму всіх елементарних частинок, що припадають на один елементарний осередок, до всього об'єму елементарного осередку визначає коефіцієнт компактності.Для простих кубічних ґрат цей коефіцієнт дорівнює 0,52, для ОЦК - 0,68 і ГЦК - 0,74.

Sirotkin R.O. Діяльність morphology on yield behaviour of solution crystallisedpolyethylenes: PhD thesis, University of North London. – London, 2001.