Підручник Фізика 8 клас - Т.М. Засєкіна - Оріон 2017 рік

Розділ 1 ТЕПЛОВІ ЯВИЩА. ТЕПЛОВІ МАШИНИ ТА МЕХАНІЗМИ

§ 13 Кристалічні та аморфні тіла

Ви дізнаєтесь

- Про особливості будови твердих тіл

- За якими ознаками класифікують тверді тіла

Пригадайте

- Характеристики речовини, що перебуває у твердому агрегатному стані

Пригадаймо, що нам відомо про тверде тіло. Повторіть § 5, у якому розглядаються особливості руху та взаємодії молекул речовини у твердому агрегатному стані. Вам уже відомо, що тверде тіло характеризується такими особливостями: сталістю форми та об’єму, коливальним характером теплового руху молекул, більшою середньою потенціальною енергією взаємного притягання молекул у порівнянні з їхньою кінетичною енергією. Розрізняють кристалічні (від грец. krystallos — лід) й аморфні (від грец. amorphos — той, що без форми) тверді тіла.

Кристалічні тіла. Кристалічними називають такі тверді тіла, атоми або молекули яких здійснюють теплові коливання біля положень рівноваги, що утворюють так звані вузли кристалічної ґратки. Між молекулами кристалів існує значна сила взаємодії, тому кристали зберігають сталим не лише свій об’єм, а й форму. Правильна геометрична форма є істотною зовнішньою ознакою будь-якого кристала. Існують різні види кристалічних ґраток, але головною їх особливістю є чітка періодичність розміщення атомів у просторі. Тому кажуть, що в кристалічних тілах існує дальній порядок у розташуванні атомів. Залежно від природи частинок, що містяться у вузлах кристалічних ґраток, та відповідно до фізичної природи сил, що діють між ними, розрізняють чотири види кристалів: йонні, атомні, молекулярні, металеві (мал. 43, с. 59).

МАЛ. 43. Типи кристалів

Мал. 44. Кристалічні ґратки: а) графіту; б) алмазу

Властивості кристала значною мірою визначаються видом кристалічної ґратки. Пояснимо це на прикладі графіту. Кристалічна ґратка графіту має шарувату структуру (мал. 44, а), тобто в кожному шарі атоми Карбону розташовані у вершинах правильних шестикутників. Усередині шару взаємодія атомів доволі сильна, але самі шари слабо пов’язані один з одним. Саме тому кристал графіту легко розшаровується: коли ми пишемо олівцем, на папері залишаються тонкі шари графіту. На відміну від графіту, в кристалі алмазу атоми Карбону розташовані не лише у вершинах, а й на гранях (мал. 44, б). При цьому всі атоми мають міцні зв’язки зі своїми найближчими сусідами. Саме цими жорсткими зв’язками між атомами й зумовлена унікальна твердість алмазу.

Кристалічні тіла ще поділяють на монокристали та полікристали. Тіла, що складаються з одного кристала, називають монокристалами (від грец. «моно» — один). Тіла, що складаються з великої кількості зрощених монокристалів, називають полікристалами (від грец. «полі» — багато).

Найважливішою властивістю будь-якого кристалічного тіла є наявність певної температури плавлення, за якої воно перетворюється в рідину, не розм’якшуючись перед цим.

Аморфні тіла. В аморфних тілах, так само як і в твердих, атоми або молекули коливаються відносно положень рівноваги. Ці положення не мають чіткого розташування у просторі, хоча найближчі «сусіди» й зберігають деякий порядок у розташуванні, який називають ближнім. Прикладами аморфних тіл є смола, скло, бурштин.

Аморфні тіла мають певні особливості. На відміну від кристалів, аморфні тіла розбиваються на частини довільної форми. Наприклад, розглядаючи під мікроскопом товчене скло, ми не помітимо шматочків, що мають правильну геометричну форму. Ще однією характерною ознакою аморфних тіл є їх текучість. З підвищенням температури аморфні тіла поступово розм’якшуються, перетворюючись на в’язку рідину. У цьому виявляється їхня істотна відмінність від кристалічних тіл: аморфні тіла не мають певної температури плавлення.

Ще однією особливістю аморфних тіл є їх пластичність.

Анізотропія та ізотропія. Фізичні властивості твердих тіл можна також розділити на такі дві категорії. Одна з них включає властивості, які не пов’язані з вибором напряму всередині твердого тіла (густина, питома теплоємність). Властивості іншої категорії (пружність, теплове розширення, теплопровідність, питомий опір, показник заломлення та ін.) можуть бути різними для різних напрямів у твердому тілі. Це означає, що якщо шматок твердого тіла (найчастіше монокристал), наприклад, нагрівати, то цей процес буде різним залежно від того, з боку якої грані його нагрівають.

Залежність фізичних властивостей від напряму називають анізотропією.

Анізотропією називають залежність фізичних властивостей від напряму.

Анізотропія є характерною рисою кристалів, але виявити її можна не в будь-яких кристалічних тіл, а тільки в монокристалів. Причина анізотропії полягає в тому, що кристали мають строго впорядковану будову. Наведений приклад із розшаровування кристалу графіту є проявом його анізотропії.

Полікристали та аморфні тверді тіла, на відміну від монокристалів, ізотропні, тобто їхні фізичні властивості не залежать від напряму.

Кристалічні тіла можуть бути ізотропними стосовно однієї властивості й анізотропними — стосовно іншої. Наприклад, кристал кухонної солі ізотропний щодо коефіцієнта теплового розширення, але анізотропний щодо механічних властивостей.

Підбиваємо підсумки

- Кристалічними називають тверді тіла, атоми або молекули яких здійснюють теплові коливання біля положень рівноваги, що утворюють так звані вузли кристалічної ґратки.

- Для кристалічних тіл характерним є дальній порядок у розташуванні атомів. Кристалічні тіла поділяють на монокристали й полікристали.

- Найважливішою властивістю будь-якого кристалічного тіла є наявність деякої фіксованої температури плавлення, за якої воно перетворюється в рідину, не розм’якшуючисьперед цим.

- Атоми аморфних тіл зберігають ближній порядок. Основні особливості аморфних тіл: текучість, в’язкість, відсутність фіксованої температури плавлення.

- Залежність фізичних властивостей від напряму називають анізотропією. Анізотропія є характерною рисою монокристалів. Полікристали й аморфні тверді тіла є ізотропними, тобто їхні фізичні властивості не залежать від напряму.

Я знаю, вмію й розумію

1. Які тіла називають кристалічними?

2. На які дві групи поділяють кристалічні тіла?

3. Порівняйте особливості монокристалів і полікристалів.

4. Які тіла називають аморфними?

5. Назвіть особливості аморфних тіл.

6. Чим кристалічні тіла відрізняються від аморфних?

7. Що називають анізотропією кристалів?

ПОЯСНІТЬ

Розгляньте малюнки, на яких зображені тверді тіла та схематичні зображення їхньої будови. За якими ознаками ви б їх класифікували? За якими ознаками ви би класифікували кристалічні речовини? Чи є серед речовин, зображених на малюнках, такі, що не відповідають жодній із класифікацій? Що це за речовини?

ДОМАШНІ ДОСЛІДИ ТА СПОСТЕРЕЖЕННЯ

Виростити кристал у домашніх умовах не так уже й важко. Приготуйте кухонну сіль, склянку або іншу скляну посудину, нитку, скріпку та олівець (мал. 45). Процес вирощування кристала проходить у кілька етапів.

Наповніть склянку холодною водою (краще взяти дистильовану воду) і помістіть у ємність з теплою водою (50-60 °С).

Додайте побільше харчової солі (за приблизними підрахунками, 195 г кухонної солі (або 150-200 г мідного купоросу) на 0,5 л води). Упродовж 5-7 хв сіль повинна розчинитися. У процесі можна трохи підігрівати воду й додавати ще солі. Усе ретельно перемішуйте.

Щоб домогтися насиченого розчину, додавайте сіль доти, доки ви не помітите осад на дні склянки. Це сигнал, що розчин досяг потрібної консистенції. (Краще перелити отриманий розчин в іншу ємність, позбувшись осаду).

Робимо «затравку». Для цього виберіть великий кристалик солі та покладіть його на дно склянки. Можна закріпити його на нитці в центрі, так щоб кристалик не торкався стінок і дна. Для можна прив’яжіть нитку до олівця й покладіть його зверху. У ролі «затравки» може слугувати й прив’язана до кінця нитки скріпка (мал. 45).

Склянку потрібно зберігати за кімнатної температури. Щоб захистити її від пилу, покладіть зверху серветку. Без потреби склянку краще не переміщувати.

Процес зростання кристала почнеться відразу, а через кілька днів уже стане помітним.

Подбайте про збереження готового кристала. Можна покрити його прозорим лаком для нігтів. Це захистить кристал від випаровування води й не дозволить йому розсипатися.

Можна спробувати виростити кристал не тільки із харчової солі, а й з мідного купоросу, цукру, брому та інших речовин.

Мал. 45. Вирощування кристалів у домашніх умовах





Відвідайте наш новий сайт - Матеріали для Нової української школи - планування, розробки уроків, дидактичні та методичні матеріали, підручники та зошити