07-е. Кристаллические тела
§ 07-е. Кристаллические тела
Мы закончили знакомство с основными положениями МКТ. Перейдём теперь к изучению микроскопического строения различных тел с точки зрения этих положений. Продолжим наше знакомство с твёрдыми кристаллическими телами, начатое в § 6-д.
Геологам известно, что в природе встречаются кристаллы различных веществ, например, железа, золота, каменной соли, горного хрусталя. Рисунок многочисленных кристаллов кварца различных размеров вы можете видеть на странице, открывающей эту тему.
Важно: большинство окружающих нас кристаллов являются так называемыми поликристаллами (от греч. «полис» — многочисленный). Это значит, что они состоят из многих сросшихся между собой монокристаллов (от греч. «монос» — один, единственный). Например, на увеличенной фотографии отшлифованной поверхности алюминия (см. рисунок) чёрные линии — промежутки между отдельными монокристаллами. Они образовались при отвердевании расплавленного алюминия.
Строение монокристаллов. Появившиеся в XX веке электронные и ионные микроскопы помогли увидеть частицы многих кристаллов. Например, справа показано, как выглядят на экране электронного микроскопа атомы золота при увеличении в 5 миллионов раз. Нельзя не заметить, что атомы располагаются параллельными рядами. Говорят, что в их расположении наблюдается дальний порядок: упорядоченное расположение частиц сохраняется на больших расстояниях по сравнению с размерами самих частиц.
Кроме электронных, можно провести и рентгеновские исследования. Они также подтвердят, что частицы всех кристаллов расположены упорядоченно, образуя множество параллельных рядов.
Кристаллическая решётка. В § 7-б вы узнали, что соль состоит из частиц, называемых ионами. Ниже изображено строение монокристалла поваренной соли NaCl. Рисунки показывают одну и ту же модель со стороны грани монокристалла (а) и со стороны его угла (б). Ионы натрия и хлорид-ионы условно изображены в виде шариков разного цвета.
Слева и в центре показана так называемая шаровая модель строения кристалла. Справа — модель кристаллическая решётка, показывающая расположение центров частиц в кристалле (в).
Движение частиц кристаллов. В молекулярно-кинетической теории считается, что частицы кристаллов постоянно колеблются около положений равновесия. Размах колебаний невелик по сравнению с размерами самих частиц, поэтому на фотографиях с экрана электронного микроскопа их отклонения незаметны. В модели «кристаллическая решётка» отражают именно положения равновесия частиц.
Колебательное движение — основное движение частиц кристаллов. Наряду с этим частицы могут перескакивать в другие места. Этим объясняется, что в кристаллах может происходить диффузия (см. § 7-в).
Перескокам частиц способствует то, что в кристаллах бывают дефекты (см. рисунок). Рассмотрим один из дефектов кристалла — отсутствие в нём одной из частиц (а). В пустое место в ряду, в так называемую вакансию, может перескочить частица из соседнего ряда (б). В результате образуется новая вакансия. В неё может перескочить частица из другого ряда и так далее.