В газообразном состоянии молекулы вещества находятся на достаточно большом расстоянии друг от друга и занимают небольшой объем вещества. В газообразном состоянии молекулы или атомы, составляющие газ, практически не взаимодействуют между собой. Структура газообразных веществ не упорядочена.

При конденсации газообразных веществ образуются жидкие вещества. В жидком состоянии расстояние между молекулами значительно меньше, и основную часть объема вещества занимают молекулы, соприкасаясь друг с другом и притягиваясь друг к другу. Т.е. в жидком состоянии наблюдается некоторая упорядоченность частиц, соблюдается ближний порядок.

В твердом состоянии частицы настолько сближены друг с другом, что между ними возникают прочные связи, практически отсутствует движение частиц относительно друг друга. Существует высокая упорядоченность структуры. Твердые вещества могут находиться в аморфном и кристаллическом состоянии.

Аморфные вещества не имеют упорядоченной структуры, подобно жидкостям у них наблюдается только близкий порядок (стеклообразное состояние). Аморфные вещества обладают текучестью. Полимеры, смолы, аморфный кремний, аморфный селен, мелкодисперсное серебро, аморфный оксид кремния, германия, некоторые сульфаты, карбонаты находятся в аморфном состоянии. Аморфные вещества изотропны, т.е. физические свойства вещества распространяются одинаково в разные стороны, и они не имеют строго определенной точки плавления, они плавятся в каком-то интервале температур. Но подавляющее число твердых тел - кристаллические вещества.

Кристаллические вещества характеризуются дальним порядком, т.е. трехмерной периодичностью структуры по всему объему. Регулярное расположение частиц изображается в виде кристаллических решеток, в узлах которых расположены частицы, образующие твердое вещество. Соединяются они воображаемыми линиями.

Идеальные монокристаллы обладают:

Анизотропностью – т.е. в различных направлениях по объему кристалла физические свойства различны.

Определенной температурой плавления.

Кристаллические вещества характеризуются энергией кристаллической решетки, это та энергия, которую нужно затратить на то, чтобы разрушить кристаллическую решетку и удалить частицы за пределы взаимодействия.

Постоянная кристаллической решетки характеризует расстояние между частицами в кристаллической решетке, а также узлы между гранями кристаллической решетки.

Координационное число кристаллической решетки – это число частиц, непосредственно примыкающих к данной частице.

Наименьшей структурной единицей является элементарная ячейка. Имеется семь типов кристаллических решеток: кубическая, тетраэдрическая, гексагональная, ромбоэдрическая, орторомбоэдрическая, моноклинная и триклинная.

Они отличаются между собой углами между осями (a, b, g) и постоянными кристаллической решетки (a,b,c).

Существуют различные вещества, которые кристаллизуются в одинаковых кристаллических решетках – изоморфные вещества.

Пример: KAl(SO 4) 2 × 12H 2 O и KCr(SO 4) 2 × 12H 2 O

По типу частиц в узлах кристаллической решетки кристаллы бывают: молекулярные, атомно – ковалентные, ионные, металлические и смешанные.

1). Молекулярные кристаллы: в узлах находятся молекулы, между которыми существуют вандерваальсовы взаимодействия или водородная связь. Веществ с молекулярной решеткой очень мало. К ним принадлежат неметаллы, за исключением углерода и кремния, все органические соединения с неионной связью и многие неорганические вещества. Например, структура льда:

3). Ионные кристаллы: в узлах находятся ионы, которые удерживаются друг около друга за счет электростатического взаимодействия. К соединениям с ионной связью относится большинство солей и небольшое число оксидов. Ионные соединения имеют сравнительно высокие температуры плавления. В связи с тем, что ионная связь ненасыщенна и ненаправленна, ионная решетка характеризуется высокими координационными числами (6,8).

4). Существуют металлические кристаллы. Металлические решетки образуют простые вещества большинства элементов периодической системы – металлы. По прочности металлические решетки находятся между атомными и молекулярными кристаллическими решетками.

5). В природе часто встречаются смешанные кристаллы, в которых взаимодействие осуществляется как ковалентными, так и вандерваальсовыми взаимодействиями, например, графит:

В слоях ковалентная связь (sp 2 -гибридтзация атома углергда), между слоями – вандерваальсово взаимодействие.

Некоторые вещества могут кристаллизоваться в различные кристаллические решетки. Это явление называется полиморфизм (примером являются: углерод, алмаз и графит) или аллотропия .

Кристаллическое состояние вещества, характеризуется наличием дальнего порядка в расположении частиц (атомов, . молекул). В кристаллическом состоянии существует и ближний порядок, который характеризуется постоянными координационными числами, и длинами хим. связей. Инвариантность характеристик ближнего порядка в кристаллическое состояние приводит к совпадению структурных ячеек при их трансляционном перемещении и образованию трехмерной периодичности структуры (см. . Кристаллы).

Вследствие своей максимальной упорядоченности кристаллическое состояние характеризуется минимальной внутренней энергией и является термодинамически равновесным состоянием при данных параметрах - давлении, температуре, составе (в случае твердых растворов ) и др. Строго говоря, полностью упорядоченное кристаллическое состояние реально не может быть осуществлено, приближение к нему имеет место при стремлении температуры к 0 К (т. наз. идеальный кристалл). Реальные тела в кристаллическом состоянии всегда содержат некоторое количество дефектов , нарушающих как ближний, так и дальний порядок. Особенно много наблюдается в твердых растворах, в которых отдельные частицы и их группировки статистически занимают различные положения в пространстве.

Вследствие трехмерной периодичности атомного строения основными признаками являются однородность и свойств и симметрия, которая выражается, в частности, в том, что при определенных условиях образования кристаллы приобретают форму многогранников (см. выращивание). Некоторые свойства на поверхности кристалла и вблизи от нее существенно отличны от этих свойств внутри кристалла, в частности из-за нарушения симметрии. Состав и, соответственно, свойства меняются по объему кристалла из-за неизбежного изменения состава среды по мере роста кристалла. Таким образом, однородность свойств так же, как и наличие дальнего порядка, относится к характеристикам "идеального" кристаллическое состояние

Большинство тел в кристаллическое состояние является поликристаллическими и представляет собой сростки большого числа мелких кристаллитов (зерен) - участков размером порядка 10 -1 -10 -3 мм, неправильной формы и различно ориентированных. Зерна отделены друг от друга межкристаллитными слоями, в которых нарушен порядок расположения частиц. В межкристаллитных слоях происходит также концентрирование примесей в процессе кристаллизации. Из-за случайной ориентации зерен поликристаллическое тело в целом (объем, содержащий достаточно много зерен) может быть изотропным, например полученное при кристаллических с послед. . Однако обычно в процессе и особенно пластической возникает текстура - преимуществ, ориентация кристаллических зерен в определенном направлении, приводящая к анизотропии свойств.

На однокомпонентной системы вследствие кристаллическое состояние может отвечать несколько полей, расположенных в области сравнительно низких температур и повышенных . Если имеется лишь одно поле кристаллического состояния и вещество химически не разлагается при повышении температуры, то поле кристаллическое состояние граничит с полями и газа по линиям плавления и возгонки - конденсации соотв., причем жидкость и газ (пар) могут находиться в метастабильном (переохлажденном) состоянии в поле кристаллическое состояние, тогда как кристаллическое состояние не может находиться в поле или пара, т. е. кристаллическое вещество нельзя перегреть выше температуры плавления или возгонки. Некоторые (мезогены) при нагреве переходят в жидкокристаллическое состояние (см. Жидкие кристаллы ). Если на диаграмме однокомпонентной системы имеются два и более полей кристаллического состояния, эти поля граничат по линии полиморфных превращений. Кристаллическое вещество можно перегреть или переохладить ниже температуры полиморфного превращения. В этом случае рассматриваемое кристаллическое состояние может находиться в поле других кристаллических модификации и является метастабильным.

В то время как жидкость и пар благодаря существованию критической точки на линии испарения можно непрерывно перевести друг в друга, вопрос о возможности непрерывного взаимного превращения кристаллического состояния и окончательно не решен. Для некоторых веществ можно оценить критические параметры - давление и температуру, при которых DH пл и DV пл равны нулю, т. е. кристаллическое состояние и жидкость термодинамически неразличимы. Но реально такое превращение не наблюдалось ни для одного (см. Критическое состояние ).

Вещество из кристаллическое состояние можно перевести в неупорядоченное состояние (аморфное или стеклообразное), не отвечающее минимуму свободной энергии, не только изменением параметров состояния (давления, температуры, состава), но и воздействием ионизирующего излучения или тонким измельчением. Критический размер частиц, при котором уже не имеет смысла говорить о кристаллическое состояние, примерно 1 нм, т.е. того же порядка, что и размер элементарной ячейки.

Тема урока. Кристаллическое состояние вещества. Типы связей в кристаллах. Аморфные тела.

Цели урока:

образовательные: дать понятие кристаллических и аморфных тел твердой фазы вещества. Раскрыть их физические свойства. Выяснить различие и сходство. Обратить внимание обучающихся на диалектическое единство всех трех фаз вещества (газообразное, жидкое и твердое) и на различие их физических свойств, обусловленное переходом количественных изменений энергетических состояний молекул в качественно новые.

Развивающие : развивать умение анализировать, делать выводы, применять полученные знания на практике

Воспитательные: Воспитывать доброжелательное отношение к сокурсникам, воспитывать ответственность за порученное дело.

Тип занятия – Лекция с применением информационных технологий

Оборудование: Мультимедийный проектор, презентация.

Набор кристаллических тел (нафталин, поваренная соль, смола, металл, графит, алмаз), набор кристаллических решеток.

Ход урока

I. Орг. момент (2 мин);

План лекции

1. Симметрия и энергетика кристаллов .

2. Монокристаллы, поликристаллы. Анизотропия.

3. Аморфные тела . Свойства аморфных тел.

4. Типы связей в кристаллах и виды кристаллических структур:

а) ионная; б) атомная; в) молекулярная; г) металлическая.

5. Жидкие кристаллы. Применение

6. Применение кристаллов в профессиональной деятельности.

Минералы. Физические свойства минералов. Диагностические признаки.

II . Изучение нового материала-(65мин.)

1. Симметрия и энергетика кристаллов

Ребята, кто-то из вас читал книгу А.Е. Ферсмана «Занимательная минералогия», рассказы о самоцветах. Если нет, то я советую вам прочесть.

Минералогия в представлении Ферсмана – это наука, которой могут позавидовать науки о живых существах; «На ее основе создается самая замечательная техника, получаются металлы, извлекаются строительные камни – одним словом строится все наше хозяйство и промышленность».

В своей книге А.Е. Ферсмана пишет: «Я хочу вас увлечь, чтобы вы начали интересоваться горами и каменоломнями, рудниками, чтобы вы начали собирать коллекции минералов, чтобы вы захотели отправиться вместе с нами из города подальше, к течению реки, где высокие каменистые берега, к вершинам гор и скалистому берегу моря, туда, где лежит камень, добывают песок, или взрывают руду. Там всюду мы с вами найдем чем заняться, и в мертвых скалах, песках и камнях мы с вами научимся читать какие-то великие законы природы, которые управляют всем миром и по которым построен весь мир.

Взгляните на кристаллы и изделия из граненых самоцветов. Разве вам не захочется понять, как возникла эта красота, как образуются эти удивительные произведения природы, разве у вас не появится желание поближе познакомиться с их свойствами.

Ведь поразительные красивые кристаллы – это не только украшения, они находят разностороннее применение и в технике, быту.

Вы, конечно, слушали об алмазном бурение, о применении рубинов в часовых механизмах, в измерительных приборах, о кристаллах применяемых в полупроводниковых приборах.

А металлы – этот основной материал современной техники. Знаете ли вы, что все металлы имеют кристаллическое строение. Любой физик скажет всем твердое тело – кристалл. Почти весь мир кристалличен. В мире царит кристалл и его твердые, прямолинейные законы. – писал академик Ферсман. Давайте поближе познакомимся с основными законами кристалла.

Проблема: Какими общие свойства характерны для кристаллов.

Решение проблемы:

Посмотрите внимательно на рисунки, образцы, что можно отметить общего для кристаллов.

А) правильная многогранная форма.

Кристалл, можно разбить на множество кусочков и каждый кусочек будет кристаллом. Самое главное в кристалле не наружная его форма, а своеобразие его внутренних свойств. Обратим внимание на правильность формы кристалла – симметрию.

По выражению нашего знаменитого кристаллографа Е.С. Федорова «Кристаллы блещут симметрией».

Точки в кристаллической решетке, соответствуют более устойчивому положению равновесия частиц, твердого тела, называются узлами решетки. Узлы решетки имеют правильное расположение, которые периодически повторяются внутри кристалла.

Сделайте вывод: Кристаллы это твердые тела, атомы и молекулы которых занимают определенные, упорядочные положения в пространстве.

Следствие этого – правильная внешняя форма кристалла. (например, крупинка соли имеет плоские грани составляющие друг с другом прямые узлы). Это можно заметить рассматривая соль в лупу. Геометрически правильная форма снежинки.

2. Монокристаллы, поликристаллы. Анизотропия.

Также главным свойством кристалла, является анизотропия – зависимость физических свойств от выбранного в кристалле направления. У некоторых кристаллов наблюдается различная механическая прочность по разным направлениям. Например, кусок слюды легко расслаивается в вертикальном направлении.

Легко расслаивается в горизонтальном направлении карандаш, когда мы пишем карандашом расслоение происходит непрерывно и слои графита остаются на бумаге. Это происходит по тому, что решетка графита имеет сложную структуру, она как бы разделена на слои, которые легко сдвигаются. Когда пишем карандашом, то сдвинутые чешуйки графита ложатся на листе бумаги. Атомы располагаются в вершинах правильных шестиугольников.

Расстояние между слоями сравнительно велико, примерно в 2 раза больше, чем длина стороны шестиугольника. Поэтому связи между слоями менее прочные, чем связи внутри них.

Многие кристаллы по-разному проводят тепло и электрический ток в различных направлениях. Зависят от направления и оптические свойства. Так, кристалл кварца по-разному преломляет свет в зависимости от направления падающих на него лучей.

Существуют монокристаллы и поликристаллы. Одиночные кристаллы называются монокристаллами.

Правильное расположение частиц в узлах решетки кристалла называются дальним порядком. Опыт показал, что идеального дальнего порядка в расположении частиц твердого вещества не существует. Любые отсутствия от идеального порядка в кристалле называют дефектом.

Чаще всего одиночные кристаллы имеют очень маленькие размеры, хотя монокристаллы горного хрусталя иногда бывает величиной с человеческий рост. Твердое тело состоящее из большого числа маленьких кристаллов, называют поликристаллическим. Множество кристаллов различимы в микроскопе, поскольку эти кристаллики относительно друг друга расположены хаотично, твердое тело является изотропным , т.е. имеет одинаковые свойства по всем направлениям, хотя каждый кристаллик обладает анизотропией.

Поликристалл- металл, сплавы металлов, кусок сахар.

3. Аморфные тела. Свойства аморфных тел.

.Аморфные тела («морфе» – форма и «а» - частица имеющая смысл отрицания)

У аморфных тел нет строго порядка в расположении атомов. Только ближайшие атомы расположены в строгом порядке. Часто одно и тоже вещество может находится как в кристаллическом, так и в аморфной форме. Например SiO 2 (кварц) в кристаллической форме, так и в аморфной (кремнезем). Все аморфные тела изотропны – одинаковое физическое свойство по всем направлениям. При внешних воздействиях аморфные тела обнаруживают одновременно упругие свойства, подобно твердым телам и текучесть, подобно жидкости.

Кусок смолы растекается по поверхности. При низкой температуре ведет себя подобно твердому телу, при высокой температуре – образуют текучесть, так как с ростом температуры постоянно учащаются перескоки атомов, из одного положения в другое.

4. Типы связей в кристаллах и виды кристаллических структур:

а) ионная; б) атомная; в) молекулярная; г) металлическая .

Внутренние строение кристаллов представляет собой соединение мельчайших частиц вещества – молекул и атомов - в определенном правильном порядке. Как же узнать внутренние расположение частиц, ведь они невидимы не только невооруженным глазом, но и даже в лучшем микроскопе. На помощь пришли рентгеновские лучи. Про свечение или кристаллы, можно точно составить представление о их внутреннем строении..

Таким образом, с помощью рентгеновских лучей, было установлено, что частицы атомы и молекулы имеют правильное расположение, т.е. образуют правильную кристаллическую решетку.

Точки в кристаллической решетки соответствуют наиболее устойчивому положению равновесия частиц твердого тела называемого узлами.

Различные типы кристаллов и возможные расположения узлов в пространственной решетки, изучает кристаллография. В физике кристаллические структуры рассматривают не сточки зрения геометрии, и по характеру, сил действующих между частицами, т.е. по типу связей между частицами. По характеру сил, которые действуют между частицами, находящиеся в узлах решетки различают четыре типичных кристаллических структуры:

ионную; - молекулярную;

атомную; - металлическую.

Выясним в чем существует важность этих структур.

Ионная – кристаллическая структура характеризуется наличием положительных и отрицательных ионов в узлах решетки.

Силами, которыми удерживают ионы в узлах такой решетки являются силы электрического притяжения и отталкивания между этим ионами. Если рассмотреть кристаллическую решетку Na + Cl - разноименно заряженные частицы – ионы в ионной решетке расположены ближе друг к друга, чем одноименно заряженное, поэтому силы притяжения преобладают над силами отталкивания. Этим обусловлено значение прочности кристаллов с ионной решеткой. При плавление из ионной кристаллической решетки в расплав переходят ионы, которые являются свободными носителями. Поэтому такие расплавы являются хорошими носителями от тока.

Атомная – кристаллическая структура характеризуется наличием нейтральных атомов в узлах решетки между которыми существует ковалентная связь. Ковалентной связью , такая связь при которой каждые два соседние атома удерживаются рядом силами притяжения, возникающими при взаимном обмене двумя валентными электронами.

Имеются много твердых веществ с атомной решеткой: алмаз, кварц, германий, кремний. Рассмотрим схему изображения алмазной решетки. Ковалентная связь создает весьма прочные кристаллы, поэтому кристалл обладает большой механической прочностью и плавится при большой температуре.

Молекулярная кристаллическая структура – отличается пространственной решеткой, в узлах которой находятся нейтралы молекулы вещества.

Силами, удерживающими молекулы в узлах этой решетки, являются силы межмолекулярного воздействия, эти силы слабые, твердые вещества с молекулярной решеткой легко разрушаются при механическом воздействии и имеют низкую температуру плавления. Примерами веществ с молекулярной решеткой, являются нафталин, твердый азот.

Металлическая кристаллическая структура - отличается наличием в узлах решетки положительно заряженных ионов металла. У атомов всех металлов валентные электроны очень слабо связаны с атомами. Электронные облака таких атомов перекрывают сразу много атомов в кристаллической решетки (т.е. двигаются без препятственно по всему кристаллу). Каждый атом теряет свои электроны, и атомы превращаются в положительно заряженные по всему кристаллу (большой тепло варов, электропроводы).

Важными механическими свойствами материалов, которые приходится учитывать в машиностроении, является хрупкость и твердость. На практике встречаются материалы, которые при небольших нагрузках деформируются, а при больших нагрузках разрушаются, прежде чем из них, появится остаток деформации. Такие материалы называются хрупкими . Хрупкие материалы очень чувствительны к ударной нагрузке. При резком ударе разрушаются. Твердость материала можно определить разными способами. Обычно более твердым является такой материал который оставляет царапины на другом материале.

5. Жидкие кристаллы. Применение.

Жи́дкие криста́ллы - это фазовое состояние, в которое переходят некоторые вещества при определенных условиях (температура, давление, концентрация в растворе). Жидкие кристаллы обладают одновременно свойствами как жидкостей (текучесть), так и кристаллов (анизотропия). По структуре ЖК представляют собой вязкие жидкости, состоящие из молекул вытянутой или дискообразной формы, определённым образом упорядоченных во всем объёме этой жидкости. Наиболее характерным свойством ЖК является их способность изменять ориентацию молекул под воздействием электрических полей, что открывает широкие возможности для применения их в промышленности.

Одно из важных направлений использования жидких кристаллов - термография. Подбирая состав жидкокристаллического вещества, создают индикаторы для разных диапазонов температуры и для различных конструкций. Например, жидкие кристаллы в виде плёнки наносят на транзисторы, интегральные схемы и печатные платы электронных схем. Неисправные элементы - сильно нагретые или холодные, неработающие - сразу заметны по ярким цветовым пятнам. Новые возможности получили врачи: жидкокристаллический индикатор на коже больного быстро диагностирует скрытое воспаление и даже опухоль.

С помощью жидких кристаллов обнаруживают пары́ вредных химических соединений и опасные для здоровья человека гамма- и ультрафиолетовое излучения. На основе жидких кристаллов созданы измерители давления, детекторы ультразвука. Но самая многообещающая область применения жидкокристаллических веществ - информационная техника. От первых индикаторов, знакомых всем по электронным часам, до цветных телевизоров с жидкокристаллическим экраном размером с почтовую открытку прошло лишь несколько лет. Такие телевизоры дают изображение весьма высокого качества, потребляя меньшее количество энергии.

6. Минералы. Физические свойства минералов. Диагностические признаки.

Минералы – однородные по составу и строению кристаллические вещества, образовавшиеся в результате природных физико – химических процессов и являющиеся составными частями горных пород и руд. Физические свойства минералов зависят от химического состава, типа кристаллической структуры, имеют большое практическое значение и важны для их диагностики.

Внешний вид минералов различен. По внешней форме можно выделить изометричес-кие (равномерно развитые), вытянутые, шестоватые, плоские, таблитчатые и др.

Минералы различают по общему виду их кристаллов, зависящему от преобладающей простой формы. Облик минералов может быть кубическим (флюорит, пирит, галит), октаэдрическим (алмаз, магнетит), тетраэдрическим (сфалерит, тетраэдрит), призматическим (диопсид, скаполит, берилл), дипирамидальным (шеелит, цркон) и пр.

Морфология минералов зависит от условий их образования. Свободно растущие минералы обладают более развитой формой. Различия в условиях образования минералов и помехи при кристаллизации приводят к образованию минералов необычного вида. Совокупность минералов одного и того же происхождения называют агрегатом. Наиболее распространены зернистые агрегаты, ими сложены все кристаллические горные породы. Зернистые агрегаты различаются по величине зерен: крупнозернистые, среднезернистые, мелкозернистые; также выделяют равномернозернистые и неравномернозернистые. Землистые агрегаты характерны для порошковатых, рыхлых минералов и осадочных горных пород – глин, бокситов и др. Различают шестоватые, волокнистые, пластинчатые, чешуйчатые и др. агрегаты. Помимо этих форм выделения минералов распространены и другие агрегаты:

Друзы (щетки) – незакономерные сростка кристаллов;

Конкреции – имеют вид желваков, шаровидных стяжений, со скорлуповатым или радиальнолучистым строением;

Секреции – форма отложений минерального вещества в полостях, при росте минерала от периферии к центру (жеоды, миндалины);

Дендриты –формы ветвящегося древовидного строения, образующиеся при проникновении растворов по тонким волосным трещинам породы;

Оолиты – агрегаты мелких шариков, имеющие в разрезе концентрическое (реже радиальнолучистое) строение, образующиеся в водной среде;

Натеки и почковидные агрегаты – поверхностные образования, могут иметь форму сосулек, растущих сверху (сталактиты) и снизу (сталагмиты); а также налеты, выцветы, корочки.

Для минералов характерны явления полиморфизма и изоморфизма.

Изоморфизм – явление взаимного замещения атомов в узлах кристаллической решетки без нарушения ее строения.

Результатом изоморфизма являются изоморфные смеси. Многие минералы часто содержат незначительные примеси различных химических элементов, которые обусловлены закономерным вхождением в кристаллическую решетку минерала – это изоморфные примеси . С примесями связано резкое изменение электрических свойств, появление окраски, люминесценции, хотя их количество ничтожно мало, и они не входят в химическую формулу минерала.

Изоморфные смеси часто образуют непрерывные изоморфные ряды от одного конечного числа к другому. Такой изоморфизм называется совершенным или неограничеснным. Он характерен для изоморфных смесей, которые возникают при любых соотношениях компонентов (например, в плагиоклазах может присутствовать как альбитовая, так и анортитовая составляющая в различных соотношениях).

В тех случаях, когда изоморфный ряд при определенных соотношениях компонентов разрывается с образованием новых минералов, изоморфизм называется несовершенным или ограниченным (например, щелочные полевые шпаты могут распадаться с образованием таких минералов, как ортоклаз, санидин и микроклин ).

Ограниченные изоморфные смеси при изменении термодинамических условий (особенно при понижении температуры) могут распадаться на составные компоненты – это распад твердых растворов. Так, например, при высокой температуре щелочные полевые шпаты образуют непрерывный изоморфный ряд. При понижении температуры они распадаются на две фазы с преобладанием K и Na. В пределах каждой фазы возникают взаимные прорастания – пертиты и антипертиты .

Изменчивость химического состава в изоморфном ряду вызывает и изменение их физических свойств: твердости, плотности, показателей преломления.

Различают два вида изоморфизма:

- изовалентный – взаимозамещаются ионы имеющие одинаковую валентность;

- гетеровалентный – замещение ионов разных валентностей.

По степени совершенства изоморфных замещений выделяют совершенный (полный) изоморфизм – замещение одного элемента другим происходит в пределах до 100% и несовершенный (ограниченный) – замещение элементов, частичное от сотых долей до нескольких процентов.

Факторы изоморфизма:

Близость размерных параметров изоморфных компонентов – объема элементарной ячейки и атомных радиусов ионов.

Сходство характера химической связи. Минералы с ионным типом химической связи не образуют взаимозамещений с минералами, характеризующимися ковалентной связью. Это изоструктурные минералы.

Полиморфизм – явление при котором одно и тоже по составу вещество может иметь различные структуры и кристаллизоваться в различных видах симметрии. Несмотря на одинаковый состав, свойства этих минералов будут различными.

Наряду с полиморфизмом среди минералов наблюдаются явления сдвигов или поворотов отдельных структурных элементов (цепочек, слоев) относительно друг друга при полном сохранении структуры внутри этих элементов. Такое явление получило название политипия.

Данные виды кристаллов называют полиморфными и политипными модификациями.
Факторами возникновения таких модификаций являются:

Температура;

Давление;

Двойникование – явление закономерного срастания кристаллов.
Двойники срастания имеют одну общую плоскость, которая на поверхности выражена двойниковым швом

Двойники прорастания имеют общую двойниковую плоскость

Простые двойники – срастание 2-х кристаллов

Сложные двойники – срастание более 2-х кристаллов

Полисинтетические двойники образуют параллельные слои (пластинки) кристаллического вещества.

Физические свойства минералов определяются взаимодействием между структурой и химическим составом. Они влияют на внешний вид минерала, на его физические характеристики, в том числе и механические.

1. Плотность минерала определяется как величина массы, занимающей единицу объема, и выражается в граммах на кубический сантиметр (г/см 3). Это фундаментальное физическое свойство, которое изменяется в зависимости, как от химического состава, так и от структуры.

2. Твердость – сопротивление материала резанью, царапанью или вдавливанию.

Минералы

Шкала Мооса

Метод микровдавливания (кг/мм 2)

Тальк

Гипс

Кальцит

Флюорит

Апатит

Ортоклаз

Кварц

1120

Топаз

1427

Корунд

2060

Алмаз

10 060

3. Спайность – способность минерала раскалываться при ударе или другом механическом воздействии по определенным кристаллографическим плоскостям.
Степень совершенства проявления спайности исследуемого минерала определяется путем ее сопоставления с данными следующей 5-ступенчатой шкалы:

Спайность весьма совершенная проявляется в способности кристалла расщепляться на тонкие пластинки. Получить излом иначе, чем по спайности в этих кристаллах чрезвычайно трудно (слюда, молибденит)

Спайность совершенная проявляется при ударе молотком в виде выколов, представляющих собой уменьшенное подобие разбиваемого кристалла. Так, при разбивании галита получают мелкие правильные кубики, при дроблении кальцита – правильные ромбоэдры (топаз, хромдиопсид, флюорит, барит).

Спайность средняя характеризуется тем, что на обломках кристаллов отчетливо наблюдаются как плоскости спайности, так и неровные изломы по случайным направлениям (полевые шпаты, пироксены).

Спайность несовершенная обнаруживается с трудом при тщательном осмотре неровной поверхности скола минерала (апатит, касситерит).

Весьма несовершенная, т.е. практически отсутствует. Минералы, обладающие подобным типом спайности имеют мелкораковистый или раковистый излом (корунд, кварц).

4. Отдельность – способность минерала раскалываться вдоль структурно-ослабленных плоскостей, возникающих вследствие двойникования, дефектов роста, включений. В отличие от спайности, где раскалывание происходит вдоль определенных плоскостей может произойти в любом месте, отдельность возникает лишь в определенных местах и проявляется не у всех образцов (типично для корунда, гематита, некоторых пироксенов). Практическое значение отдельности имеют при обогащении (например, при отделении флюорита от кварца), и при огранке необходимо внимательно просматривать прозрачные камни, их возможные внутренние дефекты, во избежании образования направленных трещин и раскалывания.

5.Излом.

Минералы, разрушающиеся не по спайности, диагностируются по типу излома: неровный, раковистый, занозистый, землистый, крючковатый, зернистый и другие.

Наиболее распространен – раковистый излом. Минерал при ударе раскалывается по вогнутым поверхностям с характерными гребнями, располагающимися приблизительно концентрически вокруг места удара, причем вся поверхность напоминает створку раковины моллюска. Такой излом наблюдается у стекол и наиболее ярко проявляется у вулканического стекла – обсидиана. Раковистый излом легко дает скрытокристаллический кварц, наблюдается у яснокристаллического кварца и оливина.

Занозистый излом применяется к поверхностям с небольшими, но острыми и зазубренными неровностями.

6. Прочность – способность минерала реагировать на удар, раздавливание, разрезание и изгиб.

Самородные металлы -- медь, серебро, золото – могут быть сплющены при ударе молотка. Такое свойство называется ковкостью. Нож на поверхности минералов, обладающих ковкостью, оставляет блестящий след.

Однако большинство минералов являются хрупкими , и при легких ударах или надавливании крошатся. Нагрузка, при которой появляется первая видимая трещина, называется «числом хрупкости».

7. Электрические свойства.

Электропроводностью называют способность минерала проводить электричество. Электропроводность отражает тип химических связей, особенности химического состава, структуры и дефектности, т.е. электронное строение кристалла (расположение и взаимодействие атомов).

8. Магнитные свойства.

В соответствии с поведением в магнитном поле все кристаллические вещества делятся на следующие категории: диамагнитные, парамагнитные, ферромагнитные, антиферромагнитные и ферримагнитные.

Диамагнитные вещества имеют небольшое отрицательное значение Х и слабо отталкиваются внешним магнитным полем.

Парамагнитные вещества характеризуются небольшим положите-льным значением и слабо притягиваются полем.

При отсутствии внешнего поля ни диамагнитные, ни парамагнитные вещества не сохраняют никакого магнитного момента.

Ферромагнитные вещества обладают магнитным моментом даже при отсутствии окружающего поля. Они сильно притягиваются даже слабым магнитным полем и остаются постоянно намагниченными.

III . Закрепление материала – (20 мин.)

1. Составить блок-схему;

2. Заполнить таблицу (систематизация материала)

Параметры кристаллической структуры

Типы связей

Ионная

Атомная

Молекулярная

Металлическая

Пространственная решетка

Частицы, составляющие кристалл

Характер связей

3.Тестовые задания.

1. Наука о кристаллах и кристаллическом веществе, их строении, свойствах и

процессах образования - …

1. Геология

2. Кристаллография

3. Петрография

4 Стратиграфия

5. Минералогия

2. Особенность кристаллических веществ:

1. Упорядоченное расположение слагающих их атомов, ионов или молекул.

2. Редко упорядоченное расположение слагающих их атомов, ионов или молекул.

3. Неупорядоченное расположение слагающих их атомов, ионов или молекул.

4. Независимое расположение слагающих их атомов, ионов или молекул.

4. Соответствие между минералом и типом (классом), с учетом химического состава:

Минерал

Класс минералов

графит

силикаты

галенит

самородные элементы

лимонит

сульфиды

нефелин

гидрооксиды

5. Какой из видов метаморфизма протекает на больших глубинах в результате совместного воздействия на горные породы высокой температуры, давления, послемагматических растворов:

1. термальный

2. динамометаморфизм

3. контактовый

4. региональный

5. регрессивный

6. Какие из предложенных форм кристалла относятся к низшей, средней и высшей сингониям:

триклинная

моноклинная

тригональная,

тетрагональная

гексагональная

ромбическая

кубическая.

7. Определить, для каких минералов какое явление характерно.

Сера

Графит

Ортоклаз

Полиморфизм.

Оливин

Алмаз

Арагонит

Корунд

Альбит

Гипс

Кварц

Золото

Изоморфизм.

Форстерит

Халцедон

Анортит

8. Определить, какие формы образования характерны для предложенных минералов.

Кварц

Друзы

Фосфорит

Кальцит

Конкреции

Марказит

Топаз

Секреции

Эффузивные ГП

Пирит

Дендриты

Арагонит

Медь самородная

Оолиты

Боксит

Малахит

Почковидные агрегаты

Лимонит

Халцедон

Корунд

9. Какие из минералов относятся к минералам глин:

1. каолинит 5. андалузит

2. галлуазит 6. арагонит

3. монтмориллонит 7. минералы слюд

4. нонтрон

10. Какие из минералов относятся к классу «силикаты»

1. барит

9. галит

2. роговая обманка

10. ортоклаз

3. малахит

11. магнезит

4. нефелин

12. оливин

5. гипс

13. опал

6. кордиерит

14. волластонит

7. доломит

15. хромит

8. тальк

16. иллит

IV . Дом задание (3мин.) Решить исследовательскую задачу; вырастить кристалл поваренной соли или медного купороса и объяснить процесс выращивания кристаллов.

Cтраница 1

Кристаллическое состояние вещества характеризуется трехмерной периодичностью размещения строительного материала. Именно на этой особенности основана дифракция рентгеновских лучей, пропускаемых через кристалл, а значит, и весь рентгеноструктурный анализ кристаллов.  

Кристаллическое состояние вещества наступает тогда, когда реализуется как ближний, так и дальний порядок во взаимном расположении частиц. Звенья, сегменты макромолекул могут взаимодействовать как внутри -, так и межмолекулярно.  

Кристаллическое состояние вещества характеризуется тем, что в нем частицы (атомы, ионы или молекулы) располагаются упорядочение, на постоянных расстояниях друг от друга, образуя правильную решетку. В аморфном веществе никакого правильного порядка в расположении частиц не наблюдается.  

Кристаллическое состояние вещества характеризуется правильным расположением в пространстве частиц, составляющих кристалл, образованием кристаллической, или пространственной, решетки. Центры размещения частиц в кристалле называются узлами пространственной решетки.  

Кристаллическое состояние вещества характеризуется строго закономерным, периодически повторяющимся расположением всех атомов. Такая картина является идеальной, а кристалл, обладающий таким идеальным расположением атомов, называется совершенным. В реальном кристалле всегда имеются отклонения и нарушения идеального расположения атомов. Эти нарушения называются несовершенствами, или дефектами.  

Кристаллическое состояние вещества характеризуется трехмерной периодичностью размещения строительного материала. Именно эта особенность лежит в основе дифракции рентгеновских лучей, пропускаемых через кристалл, а значит, и в основе всего рентгеноструктурного анализа кристаллов.  

Кристаллическое состояние вещества характеризуется строго закономерным, периодически повторяющимся расположением1 всех атомов в решетке кристалла. Кристалл с таким идеальным расположением атомов называется совершенным. В реальном кристалле всегда обнаруживаются отклонения и нарушения идеального расположения атомов. Эти нарушения называются несовершенствами, или дефектами, кристаллической структуры.  

Кристаллическое состояние вещества характеризуется строго определенной ориентацией частиц относительно друг друга и анизотропией (векториальностью) свойств, когда свойства кристалла (теплопроводность, прочность на разрыв и др.) неодинаковы в разных направлениях.  

Характеризуется наличием дальнего порядка в расположении частиц (атомов, ионов, молекул). В К. с. существует и ближний порядок, к-рый характеризуется постоянными координац. числами, валентными углами и длинами хим. связей. Инвариантность характеристик ближнего порядка в К. с. приводит к совпадению структурных ячеек при их трансляционном перемещении и образованию трехмерной периодичности структуры (см. Кристаллохимия. Кристаллы ). Вследствие своей макс. упорядоченности К. с. в-ва характеризуется миним. внутр. энергией и является термодинамически равновесным состоянием при данных параметрах -давлении, т-ре, составе (в случае твердых растворов ) и др. Строго говоря, полностью упорядоченное К. с. реально не м. б. осуществлено, приближение к нему имеет место при стремлении т-ры к О К (т. наз. идеальный кристалл). Реальные тела в К. с. всегда содержат нек-рое кол-во дефектов , нарушающих как ближний, так и дальний порядок. Особенно много дефектов наблюдается в твердых р-рах, в к-рых отдельные частицы и их группировки статистически занимают разл. положения в пространстве. Вследствие трехмерной периодичности атомного строения основными признаками кристаллов являются однородность и св-в и симметрия, к-рая выражается, в частности, в том, что при определенных условиях образования приобретают форму многогранников (см. Монокристаллов выращивание ). Нек-рые св-ва в-ва на пов-сти кристалла и вблизи от нее существенно отличны от этих св-в внутри кристалла, в частности из-за нарушения симметрии. Состав и, соотв., св-ва меняются по объему кристалла из-за неизбежного изменения состава среды по мере роста кристалла. Т. обр., однородность св-в так же, как и наличие дальнего порядка, относится к характеристикам "идеального" К. с. Большинство тел в К. с. является поликристаллическими и представляет собой сростки большого числа мелких кристаллитов (зерен) - участков размером порядка 10 -1 -10 -3 мм, неправильной формы и различно ориентированных. Зерна отделены друг от друга межкристаллитными слоями, в к-рых нарушен порядок расположения частиц. В межкристаллитных слоях происходит также концснтрирование примесей в процессе кристаллизации. Из-за случайной ориентации зерен поликристаллич. тело в целом (объем, содержащий достаточно много зерен) м. б. изотропным, напр. полученное при осаждении кристаллич. порошков с послед. спеканием. Однако обычно в процессе кристаллизации и особенно пластич. деформации возникает текстура -преимуществ, ориентация кристаллич. зерен в определенном направлении, приводящая к анизотропии св-в. На диаграмме состояния однокомпонентной системы вследствие полиморфизма К. с. может отвечать неск. полей, расположенных в области сравнительно низких т-р и повыш. давлений. Если имеется лишь одно поле К. с. и в-во химически не разлагается при повышении т-ры, то поле К. с. граничит с полями жидкости и газа по линиям плавления кристаллизации и возгонки - конденсации соотв., причем и газ (пар) могут находиться в метастабильном (переохлажденном) состоянии в поле К. с., тогда как К. с. не может находиться в поле жидкости или , т. е. кристаллич. в-во нельзя перегреть выше т-ры плавления или возгонки. Нек-рые в-ва (мезогены) при нагреве переходят в жидкокристаллич. состояние (см. Жидкие кристаллы ). Если на диаграмме однокомпонентной системы имеются два и более полей К. с., эти поля граничат по линии полиморфных превращений. Кристаллич. в-во можно перегреть или переохладить ниже т-ры полиморфного превращения. В этом случае рассматриваемое К. с. в-ва может находиться в поле др. кристаллич. модификации и является метастабильным. В то время как жидкость и пар благодаря существованию критич. точки на линии испарения можно непрерывно перевести друг в друга, вопрос о возможности непрерывного взаимного превращ. К. с. и жидкости окончательно не решен. Для нек-рых в-в можно оценить критич. параметры -давление и т-ру, при к-рых DH пл и DV пл равны нулю, т. е. К. с. и жидкость термодинамически неразличимы. Но реально такое превращ. не наблюдалось ни для одного в-ва (см. Критическое состояние ). В-во из К. с. можно перевести в неупорядоченное состояние (аморфное или стеклообразное), не отвечающее минимуму своб. энергии, не только изменением параметров состояния (давления, т-ры, состава), но и воздействием ионизирующего излучения или тонким измельчением. Критич. размер частиц, при к-ром уже не имеет смысла говорить о К. с., примерно 1 нм, т. е. того же порядка, что и размер элементарной ячейки. К. с. отличают обычно от др. разновидностей твердого состояния (стеклообразного, аморфного) по рентгенограммам в-ва. Лит.: Шаскольская М. П., Кристаллография, М., 1976; Современная кристаллография, под ред. Б. К. Вайнштeйна. т. I. М., 1979. П. И. Федоров.

Химическая энциклопедия. - М.: Советская энциклопедия . Под ред. И. Л. Кнунянца . 1988 .

Смотреть что такое "КРИСТАЛЛИЧЕСКОЕ СОСТОЯНИЕ" в других словарях:

кристаллическое состояние - kristalinė būsena statusas T sritis chemija apibrėžtis Būsena, kai medžiagos dalelės (atomai, jonai, molekulės) išsidėsčiusios taisyklinga, visomis kryptimis periodiškai pasikartojančia tvarka. atitikmenys: angl. crystalline state rus.… … Chemijos terminų aiškinamasis žodynas

кристаллическое состояние - kristalinė būsena statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. crystalline state vok. kristalliner Zustand, m rus. кристаллическое состояние, n pranc. état cristallin, m … Fizikos terminų žodynas

КРИСТАЛЛИЧЕСКОЕ СОСТОЯНИЕ - правильное, закономерное расположение частиц (атомов, молекул) в пространстве, образующее кристаллическую решетку … Металлургический словарь

Характеризуется тем, что звенья макромолекул образуют структуры с трехмерным дальним порядком. Размер этих структур не превышает неск. мкм; обычно их называют кристаллитами. В отличие от низкомол. в в, полимеры никогда не кристаллизуются нацело,… … Химическая энциклопедия

Прил., кол во синонимов: 1 закристаллизовавшийся (2) Словарь синонимов ASIS. В.Н. Тришин. 2013 … Словарь синонимов

Состояние вещества, когда слагающие его частицы (атомы, ионы, молекулы) занимают строго фиксированные положения по геометрическим законам пространственных гр. и соответственных решеток. Геологический словарь: в 2 х томах. М.: Недра. Под редакцией … Геологическая энциклопедия

СОСТОЯНИЕ - (1) аморфное (рентгеноаморфное) состояние твёрдого вещества, в котором нет кристаллической структуры (атомы и молекулы расположены беспорядочно), оно изотропно, т. е. имеет одинаковые физ. свойства по всем направлениям и не имеет чёткой… … Большая политехническая энциклопедия

В Викисловаре есть статья «состояние» Состояние абстрактный термин, обозначающий множество стабильных значений переменных … Википедия

У этого термина существуют и другие значения, см. Стекло (значения). Основная статья: Стекло Стеклообразное состояние твёрдое аморфное метастабильное состояние вещества, в котором нет выраженной кристаллической решётки, условные элементы… … Википедия

- (от греч. а отрицательная частица и morphē форма) твёрдое состояние вещества, обладающее двумя особенностями: его свойства (механические, тепловые, электрические и т. д.) в естественных условиях не зависят от направления в веществе… … Большая советская энциклопедия