วัตถุใดเรียกว่าผลึกและอสัณฐาน วัตถุอสัณฐานและผลึก คุณสมบัติของพวกมัน

รายละเอียด หมวดหมู่: ทฤษฎีโมเลกุล-จลน์ศาสตร์ เผยแพร่เมื่อ 14/11/2014 17:19 เข้าชม: 16390

ในของแข็ง อนุภาค (โมเลกุล อะตอม และไอออน) ตั้งอยู่ใกล้กันมากจนแรงปฏิสัมพันธ์ระหว่างกันไม่อนุญาตให้พวกมันแยกออกจากกัน อนุภาคเหล่านี้สามารถเคลื่อนที่แบบแกว่งไปรอบๆ ตำแหน่งสมดุลเท่านั้น ดังนั้นของแข็งจึงคงรูปร่างและปริมาตรไว้

ขึ้นอยู่กับโครงสร้างโมเลกุล ของแข็งจะถูกแบ่งออกเป็น ผลึก และ สัณฐาน .

โครงสร้างของวัตถุที่เป็นผลึก

คริสตัลเซลล์

ผลึกคือของแข็ง โมเลกุล อะตอม หรือไอออน ซึ่งจัดเรียงตามลำดับทางเรขาคณิตที่กำหนดไว้อย่างเคร่งครัด ก่อตัวเป็นโครงสร้างในอวกาศที่เรียกว่า ตาข่ายคริสตัล - ลำดับนี้จะถูกทำซ้ำเป็นระยะๆ ในทุกทิศทางในพื้นที่สามมิติ ยังคงอยู่ได้ในระยะทางไกลและไม่จำกัดพื้นที่ เขาถูกเรียก ในระยะยาว .

ประเภทของโปรยคริสตัล

ตาข่ายคริสตัลเป็นแบบจำลองทางคณิตศาสตร์ที่สามารถใช้เพื่อจินตนาการว่าอนุภาคถูกจัดเรียงในคริสตัลอย่างไร เมื่อเชื่อมต่อจุดต่าง ๆ ในอวกาศซึ่งอนุภาคเหล่านี้อยู่ในแนวเส้นตรงเราจะได้โครงตาข่ายคริสตัล

ระยะห่างระหว่างอะตอมที่อยู่ในบริเวณตาข่ายนี้เรียกว่า พารามิเตอร์ขัดแตะ .

โครงตาข่ายคริสตัลอาจเป็นได้ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับอนุภาคที่อยู่ที่โหนด โมเลกุล อะตอม ไอออนิก และโลหะ .

คุณสมบัติของวัตถุที่เป็นผลึก เช่น จุดหลอมเหลว ความยืดหยุ่น และความแข็งแรง ขึ้นอยู่กับประเภทของโครงตาข่ายคริสตัล

เมื่ออุณหภูมิสูงขึ้นจนถึงค่าที่ของแข็งเริ่มหลอมละลาย ตาข่ายคริสตัลจะถูกทำลาย โมเลกุลได้รับอิสระมากขึ้นและสารผลึกแข็งจะผ่านเข้าสู่สถานะของเหลว ยิ่งพันธะระหว่างโมเลกุลแข็งแกร่งขึ้น จุดหลอมเหลวก็จะสูงขึ้นตามไปด้วย

ตาข่ายโมเลกุล

ในตาข่ายโมเลกุล พันธะระหว่างโมเลกุลไม่แข็งแรง ดังนั้นภายใต้สภาวะปกติสารดังกล่าวจึงมีสถานะเป็นของเหลวหรือก๊าซ สถานะของแข็งเป็นไปได้เฉพาะที่อุณหภูมิต่ำเท่านั้น จุดหลอมเหลว (การเปลี่ยนจากของแข็งเป็นของเหลว) ก็ต่ำเช่นกัน และภายใต้สภาวะปกติจะอยู่ในสภาพก๊าซ ตัวอย่าง ได้แก่ ไอโอดีน (I 2) “น้ำแข็งแห้ง” (คาร์บอนไดออกไซด์ CO 2)

ตาข่ายอะตอม

ในสารที่มีโครงผลึกอะตอม พันธะระหว่างอะตอมจะแข็งแกร่ง ดังนั้นตัวสารเองจึงมีความแข็งมาก พวกมันละลายที่อุณหภูมิสูง ซิลิคอน เจอร์เมเนียม โบรอน ควอตซ์ ออกไซด์ของโลหะบางชนิด และสารที่แข็งที่สุดในธรรมชาติอย่างเพชร มีโครงตาข่ายอะตอมที่เป็นผลึก

ตาข่ายไอออนิก

สารที่มีโครงผลึกไอออนิกได้แก่ อัลคาลิส เกลือส่วนใหญ่ และออกไซด์ของโลหะทั่วไป เนื่องจากแรงดึงดูดของไอออนมีความเข้มข้นมาก สารเหล่านี้จึงสามารถละลายได้ที่อุณหภูมิสูงมากเท่านั้น พวกเขาเรียกว่าวัสดุทนไฟ พวกเขามีความแข็งแรงและความแข็งสูง

ตะแกรงโลหะ

ที่โหนดของโครงตาข่ายโลหะซึ่งโลหะและโลหะผสมทั้งหมดมีอยู่นั้นมีทั้งอะตอมและไอออน ด้วยโครงสร้างนี้ โลหะจึงมีความอ่อนตัวและความเหนียวได้ดี มีการนำความร้อนและไฟฟ้าสูง

ส่วนใหญ่รูปร่างของคริสตัลจะเป็นรูปทรงหลายเหลี่ยมปกติ ใบหน้าและขอบของรูปทรงหลายเหลี่ยมดังกล่าวจะคงที่สำหรับสารชนิดใดชนิดหนึ่งเสมอ

ผลึกเดี่ยวเรียกว่า คริสตัลเดี่ยว - มีรูปทรงเรขาคณิตสม่ำเสมอ เป็นโครงตาข่ายคริสตัลต่อเนื่องกัน

ตัวอย่างของผลึกเดี่ยวตามธรรมชาติ ได้แก่ เพชร ทับทิม หินคริสตัล เกลือสินเธาว์ สปาร์ไอซ์แลนด์ ควอตซ์ ภายใต้สภาวะประดิษฐ์ผลึกเดี่ยวจะได้รับผ่านกระบวนการตกผลึกเมื่อโดยสารละลายทำความเย็นหรือละลายจนถึงอุณหภูมิที่กำหนดสารที่เป็นของแข็งในรูปของผลึกจะถูกแยกออกจากพวกมัน ด้วยอัตราการตกผลึกที่ช้า การเจียระไนของผลึกดังกล่าวจึงมีรูปร่างที่เป็นธรรมชาติ ด้วยวิธีนี้ภายใต้สภาวะทางอุตสาหกรรมพิเศษจะได้ผลึกเดี่ยวของเซมิคอนดักเตอร์หรือไดอิเล็กทริก

ผลึกขนาดเล็กที่หลอมรวมกันแบบสุ่มเรียกว่า โพลีคริสตัล - ตัวอย่างที่ชัดเจนที่สุดของโพลีคริสตัลคือหินแกรนิต โลหะทั้งหมดยังเป็นโพลีคริสตัลไลน์อีกด้วย

Anisotropy ของวัตถุที่เป็นผลึก

ในผลึก อนุภาคจะมีความหนาแน่นต่างกันไปในทิศทางที่ต่างกัน หากเราเชื่อมต่ออะตอมในทิศทางใดทิศทางหนึ่งของโครงตาข่ายคริสตัลด้วยเส้นตรง ระยะห่างระหว่างอะตอมก็จะเท่ากันตลอดทิศทางนี้ ในทิศทางอื่น ระยะห่างระหว่างอะตอมก็คงที่เช่นกัน แต่ค่าของมันอาจแตกต่างจากระยะห่างในกรณีก่อนหน้าอยู่แล้ว ซึ่งหมายความว่าแรงอันตรกิริยาที่มีขนาดต่างกันจะกระทำระหว่างอะตอมในทิศทางที่ต่างกัน ดังนั้นคุณสมบัติทางกายภาพของสารในทิศทางเหล่านี้จะแตกต่างกันด้วย ปรากฏการณ์นี้เรียกว่า แอนไอโซโทรปี - การพึ่งพาคุณสมบัติของสสารในทิศทาง

ค่าการนำไฟฟ้า ค่าการนำความร้อน ความยืดหยุ่น ดัชนีการหักเหของแสง และคุณสมบัติอื่นๆ ของสารที่เป็นผลึกจะแตกต่างกันไปขึ้นอยู่กับทิศทางของผลึก กระแสไฟฟ้าดำเนินการต่างกันในทิศทางที่ต่างกัน สารถูกให้ความร้อนต่างกัน และรังสีของแสงหักเหต่างกัน

ในโพลีคริสตัลจะไม่พบปรากฏการณ์แอนไอโซโทรปี คุณสมบัติของสารยังคงเหมือนเดิมทุกทิศทาง

การรวมตัวมีหลายสถานะซึ่งร่างกายและสารทั้งหมดถูกพบ นี้:

ของเหลว;
พลาสมา;
แข็ง.

หากเราพิจารณาจำนวนทั้งสิ้นของดาวเคราะห์และอวกาศ สสารและวัตถุส่วนใหญ่ยังคงอยู่ในสถานะก๊าซและพลาสมา อย่างไรก็ตาม บนโลกนั้นเนื้อหาของอนุภาคของแข็งก็มีความสำคัญเช่นกัน ดังนั้นเราจะมาพูดถึงพวกมันกัน โดยค้นหาว่าของแข็งที่เป็นผลึกและอสัณฐานคืออะไร

วัตถุที่เป็นผลึกและอสัณฐาน: แนวคิดทั่วไป

สาร วัตถุ วัตถุที่เป็นของแข็งทั้งหมดจะถูกแบ่งตามอัตภาพเป็น:

ผลึก;
สัณฐาน

ความแตกต่างระหว่างพวกมันนั้นใหญ่มากเพราะการแบ่งส่วนนั้นขึ้นอยู่กับสัญญาณของโครงสร้างและคุณสมบัติที่ปรากฏ กล่าวโดยสรุป สารผลึกแข็งคือสารและวัตถุเหล่านั้นที่มีโครงตาข่ายคริสตัลเชิงพื้นที่บางประเภท นั่นคือ พวกมันมีความสามารถในการเปลี่ยนแปลงไปในทิศทางที่แน่นอน แต่ไม่ใช่ในทั้งหมด (แอนไอโซโทรปี)

หากเราอธิบายลักษณะเฉพาะของสารประกอบอสัณฐาน คุณลักษณะแรกของพวกมันคือความสามารถในการเปลี่ยนลักษณะทางกายภาพในทุกทิศทางพร้อมกัน สิ่งนี้เรียกว่าไอโซโทรปี

โครงสร้างและคุณสมบัติของวัตถุที่เป็นผลึกและอสัณฐานมีความแตกต่างกันอย่างสิ้นเชิง ถ้าอย่างแรกมีโครงสร้างที่จำกัดอย่างชัดเจน ซึ่งประกอบด้วยอนุภาคที่อยู่ในอวกาศอย่างเป็นระเบียบ อนุภาคหลังก็ขาดความเป็นระเบียบเรียบร้อย

คุณสมบัติของของแข็ง

อย่างไรก็ตาม วัตถุที่เป็นผลึกและอสัณฐานอยู่ในกลุ่มของแข็งกลุ่มเดียว ซึ่งหมายความว่าพวกมันมีคุณลักษณะทั้งหมดของสถานะการรวมกลุ่มที่กำหนด นั่นคือคุณสมบัติทั่วไปสำหรับพวกเขาจะเป็นดังนี้:

กลไก - ความยืดหยุ่น, ความแข็ง, ความสามารถในการเปลี่ยนรูป
ความร้อน - จุดเดือดและจุดหลอมเหลว, สัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อน
ไฟฟ้าและแม่เหล็ก - การนำความร้อนและไฟฟ้า

ดังนั้นรัฐที่เรากำลังพิจารณาจึงมีลักษณะเหล่านี้ทั้งหมด มีเพียงพวกมันเท่านั้นที่จะปรากฏตัวในร่างอสัณฐานที่ค่อนข้างแตกต่างไปจากวัตถุที่เป็นผลึก

คุณสมบัติที่สำคัญสำหรับงานอุตสาหกรรม ได้แก่ เครื่องกลและไฟฟ้า ความสามารถในการฟื้นตัวจากการเสียรูปหรือในทางกลับกัน การแตกหักและบดเป็นคุณสมบัติที่สำคัญ สิ่งสำคัญก็คือความจริงที่ว่าสารสามารถนำกระแสไฟฟ้าได้หรือไม่

โครงสร้างคริสตัล

หากเราอธิบายโครงสร้างของวัตถุที่เป็นผลึกและอสัณฐาน ก่อนอื่นเราควรระบุประเภทของอนุภาคที่ประกอบเป็นพวกมัน ในกรณีของคริสตัล สิ่งเหล่านี้อาจเป็นไอออน อะตอม อะตอม-ไอออน (ในโลหะ) โมเลกุล (หายาก)

โดยทั่วไปโครงสร้างเหล่านี้มีลักษณะเฉพาะด้วยการมีโครงตาข่ายเชิงพื้นที่ที่ได้รับคำสั่งอย่างเคร่งครัดซึ่งเกิดขึ้นจากการจัดเรียงของอนุภาคที่ก่อตัวเป็นสาร หากคุณจินตนาการถึงโครงสร้างของคริสตัลโดยเปรียบเทียบ คุณจะได้สิ่งนี้: อะตอม (หรืออนุภาคอื่นๆ) ตั้งอยู่ในระยะห่างจากกัน ดังนั้นผลลัพธ์ที่ได้คือเซลล์พื้นฐานในอุดมคติของโครงตาข่ายคริสตัลในอนาคต จากนั้นเซลล์นี้จะถูกทำซ้ำหลายครั้ง และนี่คือวิธีที่โครงสร้างโดยรวมพัฒนาขึ้น

คุณสมบัติหลักคือคุณสมบัติทางกายภาพในโครงสร้างดังกล่าวแตกต่างกันไปแบบขนาน แต่ไม่ใช่ในทุกทิศทาง ปรากฏการณ์นี้เรียกว่าแอนไอโซโทรปี นั่นคือ ถ้าคุณมีอิทธิพลต่อส่วนใดส่วนหนึ่งของคริสตัล ด้านที่สองอาจไม่ตอบสนองต่อส่วนนั้น ดังนั้นคุณสามารถสับเกลือแกงได้ครึ่งชิ้น แต่อันที่สองจะยังคงเหมือนเดิม

ประเภทของคริสตัล

เป็นเรื่องปกติที่จะกำหนดคริสตัลสองประเภท อย่างแรกคือโครงสร้างโมโนคริสตัลไลน์ นั่นคือเมื่อโครงตาข่ายเป็น 1 วัตถุที่เป็นผลึกและอสัณฐานในกรณีนี้มีคุณสมบัติแตกต่างกันโดยสิ้นเชิง ท้ายที่สุดแล้ว ผลึกเดี่ยวจะมีลักษณะเป็นแอนไอโซโทรปีบริสุทธิ์ แสดงถึงโครงสร้างที่เล็กที่สุดในระดับประถมศึกษา

หากผลึกเดี่ยวถูกทำซ้ำหลายครั้งและรวมกันเป็นผลึกเดียว เรากำลังพูดถึงโพลีคริสตัล ถ้าอย่างนั้น เราไม่ได้พูดถึงแอนไอโซโทรปี เนื่องจากการวางแนวของเซลล์หน่วยละเมิดโครงสร้างลำดับโดยรวม ในเรื่องนี้โพลีคริสตัลและวัตถุอสัณฐานอยู่ใกล้กันในคุณสมบัติทางกายภาพ

โลหะและโลหะผสมของพวกเขา

วัตถุที่เป็นผลึกและอสัณฐานอยู่ใกล้กันมาก ซึ่งง่ายต่อการตรวจสอบโดยใช้โลหะและโลหะผสมของพวกมันเป็นตัวอย่าง พวกมันเองเป็นสารของแข็งภายใต้สภาวะปกติ อย่างไรก็ตาม ที่อุณหภูมิหนึ่ง พวกมันจะเริ่มละลาย และจนกว่าจะเกิดการตกผลึกโดยสมบูรณ์ พวกมันจะยังคงอยู่ในสถานะของมวลที่ยืดตัว หนา และมีความหนืด และนี่คือสภาวะของร่างกายที่ไม่เป็นรูปเป็นร่างอยู่แล้ว

ดังนั้น หากพูดอย่างเคร่งครัดแล้ว สารที่เป็นผลึกเกือบทุกชนิดสามารถกลายเป็นอสัณฐานได้ภายใต้เงื่อนไขบางประการ เช่นเดียวกับอย่างหลัง เมื่อตกผลึก มันจะกลายเป็นของแข็งโดยมีโครงสร้างเชิงพื้นที่ที่เป็นระเบียบ

โลหะสามารถมีโครงสร้างเชิงพื้นที่ประเภทต่าง ๆ ที่มีชื่อเสียงและศึกษามากที่สุด ได้แก่ :

ลูกบาศก์ง่าย
ใบหน้าเป็นศูนย์กลาง
เน้นระดับเสียง

โครงสร้างผลึกอาจขึ้นอยู่กับปริซึมหรือปิรามิด และส่วนหลักจะแสดงโดย:

สามเหลี่ยม;
สี่เหลี่ยมด้านขนาน;
สี่เหลี่ยม;
หกเหลี่ยม

สารที่มีโครงตาข่ายลูกบาศก์ธรรมดาธรรมดามีคุณสมบัติไอโซโทรปิกในอุดมคติ

แนวคิดเรื่องอสัณฐาน

วัตถุที่เป็นผลึกและอสัณฐานนั้นค่อนข้างง่ายที่จะแยกแยะจากภายนอก ท้ายที่สุดแล้วสิ่งหลังมักสับสนกับของเหลวหนืด โครงสร้างของสารอสัณฐานยังขึ้นอยู่กับไอออน อะตอม และโมเลกุลด้วย อย่างไรก็ตาม พวกเขาไม่ได้สร้างโครงสร้างที่เข้มงวดและเป็นระเบียบ ดังนั้นคุณสมบัติของพวกมันจึงเปลี่ยนแปลงไปในทุกทิศทาง นั่นคือพวกมันเป็นแบบไอโซโทรปิก

อนุภาคถูกจัดเรียงอย่างวุ่นวายและสุ่ม มีเพียงบางครั้งเท่านั้นที่สามารถสร้างตำแหน่งเล็กๆ ได้ ซึ่งยังคงไม่ส่งผลกระทบต่อคุณสมบัติโดยรวมที่จัดแสดง

คุณสมบัติของวัตถุที่คล้ายกัน

พวกมันเหมือนกันกับของคริสตัล ความแตกต่างมีเฉพาะในตัวบ่งชี้สำหรับแต่ละร่างกายเท่านั้น ตัวอย่างเช่น เราสามารถแยกแยะพารามิเตอร์ลักษณะเฉพาะต่อไปนี้ของวัตถุอสัณฐานได้:

ความยืดหยุ่น;
ความหนาแน่น;
ความหนืด;
ความเหนียว;
การนำไฟฟ้าและสารกึ่งตัวนำ

คุณมักจะสามารถค้นหาสถานะขอบเขตของการเชื่อมต่อได้ วัตถุที่เป็นผลึกและอสัณฐานสามารถกลายเป็นกึ่งอสัณฐานได้

สิ่งที่น่าสนใจก็คือคุณลักษณะของเงื่อนไขที่อยู่ระหว่างการพิจารณาซึ่งแสดงออกมาภายใต้อิทธิพลภายนอกที่คมชัด ดังนั้น หากวัตถุอสัณฐานถูกกระแทกหรือเสียรูปอย่างแหลมคม วัตถุนั้นอาจมีพฤติกรรมเหมือนคริสตัลโพลีคริสตัลและแตกออกเป็นชิ้นเล็กๆ อย่างไรก็ตาม หากคุณให้เวลาชิ้นส่วนเหล่านี้ พวกมันก็จะรวมตัวกันอีกครั้งในไม่ช้าและกลายเป็นสถานะของเหลวหนืด

สถานะของสารประกอบที่กำหนดไม่มีอุณหภูมิจำเพาะที่เกิดการเปลี่ยนเฟส กระบวนการนี้ขยายออกไปอย่างมาก บางครั้งอาจใช้เวลานานหลายทศวรรษ (เช่น การย่อยสลายโพลีเอทิลีนความหนาแน่นต่ำ)

ตัวอย่างของสารอสัณฐาน

มีตัวอย่างมากมายของสารดังกล่าว เรามาสรุปประเด็นที่ชัดเจนและพบบ่อยที่สุดบางส่วนกัน

ช็อคโกแลตเป็นสารอสัณฐานทั่วไป
เรซิน รวมถึงฟีนอล-ฟอร์มาลดีไฮด์ พลาสติกทุกชนิด
อำพัน.
แก้วที่มีองค์ประกอบใด ๆ
น้ำมันดิน.
ทาร์
ขี้ผึ้งและอื่น ๆ

ร่างกายอสัณฐานเกิดขึ้นจากการตกผลึกช้ามากนั่นคือการเพิ่มความหนืดของสารละลายเมื่ออุณหภูมิลดลง เป็นการยากที่จะเรียกสารดังกล่าวว่าเป็นของแข็ง แต่มีแนวโน้มที่จะจัดเป็นของเหลวที่มีความหนืดและข้นมากกว่า

สารประกอบเหล่านั้นที่ไม่ตกผลึกเลยในระหว่างการแข็งตัวจะมีสถานะพิเศษ พวกเขาเรียกว่าแว่นตาและสถานะเป็นแก้ว

สารที่เป็นแก้ว

ดังที่เราได้ค้นพบคุณสมบัติของวัตถุที่เป็นผลึกและอสัณฐานนั้นคล้ายคลึงกัน เนื่องจากมีต้นกำเนิดร่วมกันและมีลักษณะภายในเดียว แต่บางครั้งสถานะพิเศษของสารที่เรียกว่าคล้ายแก้วก็ถือว่าแยกจากกัน นี่คือสารละลายแร่ที่เป็นเนื้อเดียวกันซึ่งจะตกผลึกและแข็งตัวโดยไม่สร้างโครงตาข่ายเชิงพื้นที่ นั่นคือมันยังคงเป็นไอโซโทรปิกเสมอในแง่ของการเปลี่ยนแปลงคุณสมบัติ

ตัวอย่างเช่น กระจกหน้าต่างธรรมดาไม่มีจุดหลอมเหลวที่แน่นอน เพียงแต่ว่าเมื่อตัวบ่งชี้นี้เพิ่มขึ้น มันจะค่อยๆ ละลาย อ่อนตัวลง และกลายเป็นสถานะของเหลว หากการกระแทกหยุดลง กระบวนการจะย้อนกลับและการแข็งตัวจะเริ่มขึ้น แต่ไม่มีการตกผลึก

สารดังกล่าวมีมูลค่าสูง กระจกในปัจจุบันเป็นหนึ่งในวัสดุก่อสร้างที่พบได้ทั่วไปและเป็นที่ต้องการทั่วโลก

เหมือนของเหลวแต่ก็ก่อตัวด้วย ส่วนใหญ่จะอยู่ในสถานะผลึก
คริสตัล- สิ่งเหล่านี้คือวัตถุที่เป็นของแข็ง อะตอมหรือโมเลกุลซึ่งครอบครองตำแหน่งที่แน่นอนและเป็นระเบียบในอวกาศ ดังนั้นคริสตัลจึงมีขอบแบน ตัวอย่างเช่น เม็ดเกลือแกงธรรมดามีขอบแบนที่ประกอบเป็นมุมฉากกัน ( รูปที่ 12.1).

นี้สามารถเห็นได้โดยการตรวจสอบเกลือด้วยแว่นขยาย และรูปร่างของเกล็ดหิมะนั้นถูกต้องทางเรขาคณิตแค่ไหน! นอกจากนี้ยังสะท้อนถึงความถูกต้องทางเรขาคณิตของโครงสร้างภายในของของแข็งผลึก - น้ำแข็ง ( รูปที่ 12.2).

แอนไอโซโทรปีของคริสตัล- อย่างไรก็ตาม รูปร่างภายนอกที่ถูกต้องไม่ได้เป็นเพียงผลลัพธ์เดียวหรือสำคัญที่สุดของโครงสร้างคริสตัลที่ได้รับการจัดลำดับเท่านั้น สิ่งสำคัญคือ การขึ้นอยู่กับคุณสมบัติทางกายภาพของคริสตัลตามทิศทางที่เลือกในคริสตัล
ประการแรก ความแข็งแรงเชิงกลที่แตกต่างกันของคริสตัลในทิศทางที่ต่างกันนั้นน่าทึ่งมาก ตัวอย่างเช่น ไมก้าชิ้นหนึ่งจะขัดผิวในทิศทางเดียวให้เป็นแผ่นบางๆ ได้อย่างง่ายดาย ( รูปที่ 12.3) แต่จะยากกว่ามากที่จะทำลายมันในทิศทางตั้งฉากกับแผ่นเปลือกโลก

คริสตัลกราไฟต์ยังขัดผิวได้ง่ายในทิศทางเดียว เมื่อคุณเขียนด้วยดินสอ การแยกส่วนนี้จะเกิดขึ้นอย่างต่อเนื่องและชั้นกราไฟท์บางๆ จะยังคงอยู่บนกระดาษ สิ่งนี้เกิดขึ้นเนื่องจากโครงตาข่ายคริสตัลกราไฟท์มีโครงสร้างเป็นชั้น ชั้นต่างๆ ถูกสร้างขึ้นโดยชุดของโครงข่ายคู่ขนานที่ประกอบด้วยอะตอมของคาร์บอน ( รูปที่ 12.4- อะตอมตั้งอยู่ที่จุดยอดของรูปหกเหลี่ยมปกติ ระยะห่างระหว่างชั้นค่อนข้างมาก - ประมาณ 2 เท่าของความยาวด้านข้างของรูปหกเหลี่ยม ดังนั้นพันธะระหว่างชั้นจึงมีความแข็งแรงน้อยกว่าพันธะที่อยู่ภายใน

ผลึกจำนวนมากนำความร้อนและไฟฟ้าต่างกันไปในทิศทางที่ต่างกัน คุณสมบัติทางแสงของคริสตัลยังขึ้นอยู่กับทิศทางด้วย ดังนั้นคริสตัลควอตซ์จึงหักเหแสงแตกต่างกันไปขึ้นอยู่กับทิศทางของรังสีที่ตกกระทบ
การพึ่งพาคุณสมบัติทางกายภาพกับทิศทางภายในคริสตัลเรียกว่า แอนไอโซโทรปี- วัตถุที่เป็นผลึกทั้งหมดเป็นแบบแอนไอโซโทรปิก
ผลึกเดี่ยวและโพลีคริสตัลโลหะมีโครงสร้างเป็นผลึก เป็นโลหะที่ส่วนใหญ่ใช้ในปัจจุบันเพื่อการผลิตเครื่องมือ เครื่องจักร และกลไกต่างๆ
หากคุณหยิบโลหะที่มีขนาดค่อนข้างใหญ่ เมื่อมองแวบแรก โครงสร้างผลึกของมันก็จะไม่ปรากฏไม่ว่าในลักษณะที่ปรากฏของชิ้นนี้หรือในคุณสมบัติทางกายภาพของมันแต่อย่างใด โลหะที่อยู่ในสถานะปกติจะไม่แสดงแอนไอโซโทรปี
ประเด็นก็คือโลหะมักจะประกอบด้วยผลึกเล็กๆ จำนวนมากที่หลอมรวมเข้าด้วยกัน ภายใต้กล้องจุลทรรศน์หรือแม้กระทั่งด้วยแว่นขยาย ก็มองเห็นได้ง่าย โดยเฉพาะบนรอยแตกร้าวของโลหะสด ( รูปที่ 12.5- คุณสมบัติของคริสตัลแต่ละชนิดขึ้นอยู่กับทิศทาง แต่คริสตัลนั้นจะมีการสุ่มทิศทางสัมพันธ์กัน เป็นผลให้ในปริมาตรที่ใหญ่กว่าปริมาตรของผลึกแต่ละตัวอย่างมีนัยสำคัญ ทุกทิศทางภายในโลหะจะเท่ากัน และคุณสมบัติของโลหะจะเหมือนกันในทุกทิศทาง

ของแข็งที่ประกอบด้วยผลึกขนาดเล็กจำนวนมากเรียกว่า โพลีคริสตัลไลน์- ผลึกเดี่ยวเรียกว่า คริสตัลเดี่ยว.
ด้วยการใช้ความระมัดระวังอย่างยิ่ง เป็นไปได้ที่จะสร้างผลึกโลหะขนาดใหญ่ - ผลึกเดี่ยว
ภายใต้สภาวะปกติ ตัวผลึกโพลีคริสตัลไลน์จะเกิดขึ้นจากความจริงที่ว่าการเติบโตของผลึกจำนวนมากที่เริ่มต้นจะดำเนินต่อไปจนกระทั่งพวกมันสัมผัสกันจนกลายเป็นตัวเดียว
Polycrystal ไม่เพียงแต่รวมถึงโลหะเท่านั้น ตัวอย่างเช่น น้ำตาลชิ้นหนึ่งก็มีโครงสร้างโพลีคริสตัลไลน์เช่นกัน
ของแข็งที่เป็นผลึกส่วนใหญ่เป็นโพลีคริสตัล เนื่องจากประกอบด้วยผลึกที่รวมตัวกันจำนวนมาก ผลึกเดี่ยว - ผลึกเดี่ยวมีรูปทรงเรขาคณิตปกติ และคุณสมบัติของพวกมันจะแตกต่างกันในทิศทางที่ต่างกัน (แอนไอโซโทรปี)

???
1. วัตถุที่เป็นผลึกทั้งหมดเป็นแบบแอนไอโซโทรปิกหรือไม่
2. ไม้เป็นแบบแอนไอโซโทรปิก มันเป็นร่างกายที่เป็นคริสตัลหรือไม่?
3. ให้ยกตัวอย่างของแข็งชนิดโมโนคริสตัลไลน์และโพลีคริสตัลไลน์ที่ไม่ได้กล่าวถึงในเนื้อหา

G.Ya.Myakishev, B.B.Bukhovtsev, N.N.Sotsky, ฟิสิกส์ ชั้นประถมศึกษาปีที่ 10

เนื้อหาบทเรียน บันทึกบทเรียนสนับสนุนวิธีการเร่งความเร็วการนำเสนอบทเรียนแบบเฟรมเทคโนโลยีเชิงโต้ตอบ ฝึกฝน งานและแบบฝึกหัด การทดสอบตัวเอง เวิร์คช็อป การฝึกอบรม กรณีศึกษา ภารกิจ การบ้าน การอภิปราย คำถาม คำถามวาทศิลป์จากนักเรียน ภาพประกอบ เสียง คลิปวิดีโอ และมัลติมีเดียภาพถ่าย รูปภาพ กราฟิก ตาราง แผนภาพ อารมณ์ขัน เกร็ดเล็กเกร็ดน้อย เรื่องตลก การ์ตูน อุปมา คำพูด ปริศนาอักษรไขว้ คำพูด ส่วนเสริม บทคัดย่อบทความ เคล็ดลับสำหรับเปล ตำราเรียนขั้นพื้นฐาน และพจนานุกรมคำศัพท์เพิ่มเติมอื่นๆ การปรับปรุงตำราเรียนและบทเรียนแก้ไขข้อผิดพลาดในตำราเรียนอัปเดตชิ้นส่วนในตำราเรียน องค์ประกอบของนวัตกรรมในบทเรียน แทนที่ความรู้ที่ล้าสมัยด้วยความรู้ใหม่ สำหรับครูเท่านั้น บทเรียนที่สมบูรณ์แบบแผนปฏิทินสำหรับปี บทเรียนบูรณาการ

หากคุณมีการแก้ไขหรือข้อเสนอแนะสำหรับบทเรียนนี้

ของแข็งเป็นหนึ่งในสี่สถานะพื้นฐานของสสาร นอกเหนือจากของเหลว ก๊าซ และพลาสมา โดดเด่นด้วยความแข็งแกร่งของโครงสร้างและความต้านทานต่อการเปลี่ยนแปลงรูปร่างหรือปริมาตร วัตถุแข็งไม่ไหลหรือมีรูปร่างเหมือนภาชนะที่วางไว้ต่างจากของเหลว ของแข็งจะไม่ขยายตัวจนเต็มปริมาตรที่มีอยู่ทั้งหมดเหมือนกับก๊าซ
อะตอมในของแข็งมีการเชื่อมต่อกันอย่างใกล้ชิด อยู่ในสถานะเรียงลำดับที่โหนดของโครงตาข่ายคริสตัล (ได้แก่ โลหะ น้ำแข็งธรรมดา น้ำตาล เกลือ เพชร) หรือจัดเรียงอย่างไม่สม่ำเสมอ ไม่มีความสามารถในการทำซ้ำที่เข้มงวดใน โครงสร้างของโครงตาข่ายคริสตัล (ซึ่งเป็นวัตถุที่ไม่มีรูปร่าง เช่น กระจกหน้าต่าง ขัดสน ไมกา หรือพลาสติก)

ร่างกายคริสตัล

ของแข็งหรือผลึกของผลึกมีคุณสมบัติภายในที่โดดเด่น - โครงสร้างในรูปแบบของโครงตาข่ายซึ่งอะตอม โมเลกุล หรือไอออนของสารครอบครองตำแหน่งที่แน่นอน
ตาข่ายคริสตัลนำไปสู่การมีพื้นผิวแบนพิเศษในคริสตัล ซึ่งทำให้สารหนึ่งจากสารอื่น เมื่อสัมผัสกับรังสีเอกซ์ โครงผลึกแต่ละอันจะปล่อยรูปแบบเฉพาะที่สามารถใช้เพื่อระบุสารได้ ขอบของคริสตัลตัดกันที่มุมหนึ่งซึ่งทำให้สารหนึ่งจากอีกสารหนึ่ง หากคริสตัลแตกออก ใบหน้าใหม่จะตัดกันในมุมเดียวกันกับต้นฉบับ

มีคุณสมบัติสองประการ: ไอโซโทรปีและการไม่มีจุดหลอมเหลวจำเพาะ
ไอโซโทรปีของวัตถุอสัณฐานเป็นที่เข้าใจกันว่าเป็นคุณสมบัติทางกายภาพที่เหมือนกันของสารในทุกทิศทาง
ในของแข็งอสัณฐาน ระยะห่างจากโหนดข้างเคียงของโครงตาข่ายคริสตัลและจำนวนโหนดข้างเคียงจะแตกต่างกันไปทั่วทั้งวัสดุ ดังนั้นจึงจำเป็นต้องใช้พลังงานความร้อนในปริมาณที่แตกต่างกันเพื่อทำลายปฏิกิริยาระหว่างโมเลกุล ผลที่ตามมาคือสารอสัณฐานจะอ่อนตัวลงอย่างช้าๆ ในช่วงอุณหภูมิที่หลากหลาย และไม่มีจุดหลอมเหลวที่ชัดเจน
คุณลักษณะของของแข็งอสัณฐานคือที่อุณหภูมิต่ำจะมีคุณสมบัติเป็นของแข็งและเมื่ออุณหภูมิสูงขึ้นก็จะมีคุณสมบัติเป็นของเหลว

วัตถุที่เป็นผลึกและอสัณฐาน

วัตถุประสงค์ของบทเรียน:

เผยคุณสมบัติพื้นฐานของวัตถุที่เป็นผลึกและอสัณฐาน

เพื่อแนะนำนักเรียนให้รู้จักรูปทรงที่ถูกต้องของผลึกและสมบัติของแอนไอโซโทรปี ซึ่งเป็นวิธีการสร้างแบบจำลองในการศึกษาคุณสมบัติของผลึก

อุปกรณ์:

ชุดของวัตถุผลึก เลนส์ทางยาวโฟกัสสั้น

ตะเกียงแอลกอฮอล์ก้านแก้ว

คอมพิวเตอร์พร้อมเครื่องฉายมัลติมีเดีย แผนการสอน แอปพลิเคชั่นมัลติมีเดียสำหรับบทเรียน จัดทำใน Microsoft Point

ในระหว่างเรียน

การแนะนำ:ของแข็งรอบตัวเราส่วนใหญ่เป็นสสารที่มีสถานะเป็นผลึก ซึ่งรวมถึงวัสดุก่อสร้างและโครงสร้าง: เหล็กเกรดต่างๆ โลหะผสมทุกชนิด แร่ธาตุ ฯลฯ สาขาวิชาฟิสิกส์พิเศษคือฟิสิกส์สถานะของแข็ง ซึ่งเกี่ยวข้องกับการศึกษาโครงสร้างและคุณสมบัติของของแข็ง สาขาวิชาฟิสิกส์นี้เป็นผู้นำในการวิจัยทางกายภาพทั้งหมด เป็นรากฐานของเทคโนโลยีสมัยใหม่

เทคโนโลยีสาขาใดก็ตามใช้คุณสมบัติของของแข็ง เช่น เครื่องกล ความร้อน ไฟฟ้า ออปติคัล ฯลฯ คริสตัลมีการใช้มากขึ้นในเทคโนโลยี คุณคงรู้เกี่ยวกับข้อดีของนักวิทยาศาสตร์โซเวียต - นักวิชาการ, เลนินและผู้ได้รับรางวัลโนเบล A. M. Prokhorov และ N. G. Basov ในการสร้างเครื่องกำเนิดควอนตัม การทำงานของเครื่องกำเนิดควอนตัมเชิงแสงสมัยใหม่ - เลเซอร์ - ขึ้นอยู่กับการใช้คุณสมบัติของผลึกเดี่ยว (ทับทิม ฯลฯ) คริสตัลมีโครงสร้างอย่างไร เหตุใดคริสตัลหลายชนิดจึงมีคุณสมบัติที่น่าทึ่ง? ลักษณะโครงสร้างของคริสตัลที่แยกความแตกต่างจากวัตถุอสัณฐานคืออะไร? คุณสามารถตอบคำถามเหล่านี้และคำถามที่คล้ายกันได้ในตอนท้ายของบทเรียน มาเขียนหัวข้อ “วัตถุที่เป็นผลึกและอสัณฐาน” กัน

การนำเสนอเนื้อหาใหม่:

มาดูวัสดุที่ครอบคลุมกันดีกว่า ของแข็งมีคุณสมบัติอะไรบ้าง?

นักเรียน:

1) พวกเขายังคงรูปร่างและปริมาตรไว้

2) พวกมันมีโครงตาข่ายคริสตัลอยู่ในโครงสร้าง

ครู: ของแข็งทั้งหมดแบ่งออกเป็นผลึกและอสัณฐาน เราจะดูว่าอะไรคือความเหมือนและความแตกต่าง

คริสตัลคืออะไร?

คริสตัล - สิ่งเหล่านี้คือวัตถุที่เป็นของแข็ง อะตอมหรือโมเลกุลซึ่งครอบครองตำแหน่งที่แน่นอนและเป็นระเบียบในอวกาศ ผลึกของสารชนิดเดียวกันมีรูปร่างต่างกัน มุมระหว่างแต่ละหน้าคริสตัลจะเท่ากัน รูปร่างคริสตัลบางอันมีความสมมาตร สีของคริสตัลจะแตกต่างกันไปขึ้นอยู่กับสิ่งสกปรกอย่างเห็นได้ชัด

เพื่อให้เห็นภาพโครงสร้างภายในของคริสตัล จึงมีการใช้ภาพโดยใช้ตาข่ายคริสตัล คริสตัลมีหลายประเภท:

1) อิออน

2) อะตอม

3) โลหะ

4) โมเลกุล

รูปร่างคริสตัลในอุดมคติคือรูปทรงหลายเหลี่ยม คริสตัลดังกล่าวถูกจำกัดด้วยหน้าแบน ขอบตรง และมีความสมมาตร องค์ประกอบสมมาตรต่างๆ สามารถพบได้ในคริสตัล เนื้อผลึกแบ่งออกเป็นผลึกเดี่ยวและโพลีคริสตัล

โมโนคริสตัล - ผลึกเดี่ยว (ควอตซ์ ไมก้า...) รูปร่างคริสตัลในอุดมคติคือรูปทรงหลายเหลี่ยม คริสตัลดังกล่าวถูกจำกัดด้วยหน้าแบน ขอบตรง และมีความสมมาตร องค์ประกอบสมมาตรต่างๆ สามารถพบได้ในคริสตัล ระนาบสมมาตร แกนสมมาตร ศูนย์กลางสมมาตร เมื่อมองแวบแรก ดูเหมือนว่าประเภทของความสมมาตรอาจมีขนาดใหญ่อย่างไม่มีที่สิ้นสุด ในปี 1867 วิศวกรชาวรัสเซีย A.V. Gadolin ได้พิสูจน์เป็นครั้งแรกว่าคริสตัลสามารถมีความสมมาตรได้เพียง 32 แบบเท่านั้น ตรวจสอบความสมมาตรของผลึกหิมะ - เกล็ดหิมะ

ความสมมาตรของผลึกและคุณสมบัติอื่นๆ ซึ่งเราจะกล่าวถึงในภายหลัง นำไปสู่ความเข้าใจที่สำคัญเกี่ยวกับรูปแบบในการจัดเรียงอนุภาคที่ประกอบเป็นคริสตัล ท่านใดลองเรียบเรียงดูครับ?

นักเรียน. อนุภาคในคริสตัลถูกจัดเรียงในลักษณะที่มีรูปร่างสม่ำเสมอ นั่นคือโครงตาข่าย

ครู. อนุภาคในคริสตัลก่อตัวเป็นโครงตาข่ายเชิงพื้นที่ปกติ โครงข่ายเชิงพื้นที่ของผลึกต่างๆ นั้นแตกต่างกัน นี่คือแบบจำลองโครงตาข่ายเชิงพื้นที่ของเกลือแกง (สาธิตแบบจำลอง) ลูกบอลสีเดียวเลียนแบบโซเดียมไอออน ลูกบอลที่มีสีต่างกันเลียนแบบไอออนคลอรีน หากคุณเชื่อมต่อโหนดเหล่านี้ด้วยเส้นตรงจะเกิดโครงตาข่ายเชิงพื้นที่คล้ายกับรุ่นที่นำเสนอ ในแต่ละโครงตาข่ายเชิงพื้นที่ มีความเป็นไปได้ที่จะระบุองค์ประกอบที่ซ้ำกันของโครงสร้าง หรืออีกนัยหนึ่งคือเซลล์หน่วย

แนวคิดของโครงตาข่ายเชิงพื้นที่ทำให้สามารถอธิบายคุณสมบัติของผลึกได้

พิจารณาคุณสมบัติของพวกเขา

1) รูปทรงเรขาคณิตปกติภายนอก (รุ่น)

2) อุณหภูมิหลอมละลายคงที่

3) Anisotropy - ความแตกต่างในคุณสมบัติทางกายภาพจากทิศทางที่เลือกในคริสตัล (แสดงตัวอย่างด้วยไมกากับคริสตัลควอตซ์)

แต่ผลึกเดี่ยวนั้นหาได้ยากในธรรมชาติ แต่คริสตัลดังกล่าวสามารถปลูกได้ภายใต้สภาพเทียม

ตอนนี้เรามาทำความรู้จักกับโพลีคริสตัลกันดีกว่า

โพลีคริสตัล - สิ่งเหล่านี้คือของแข็งที่ประกอบด้วยผลึกจำนวนมากที่เรียงตัวแบบสุ่มโดยสัมพันธ์กัน (เหล็ก เหล็กหล่อ...)

โพลีคริสตัลยังมีรูปร่างสม่ำเสมอและมีขอบเรียบ จุดหลอมเหลวมีค่าคงที่สำหรับแต่ละสาร แต่แตกต่างจากผลึกเดี่ยว โพลีคริสตัลนั้นมีไอโซโทรปิก กล่าวคือ คุณสมบัติทางกายภาพจะเหมือนกันทุกทิศทาง สิ่งนี้อธิบายได้จากข้อเท็จจริงที่ว่าคริสตัลภายในถูกจัดเรียงแบบสุ่ม และแต่ละผลึกมีแอนไอโซโทรปี แต่คริสตัลโดยรวมนั้นเป็นไอโซโทรปิก

นอกจากวัตถุที่เป็นผลึกแล้วยังมีวัตถุอสัณฐานอีกด้วย

ร่างกายอสัณฐาน - สิ่งเหล่านี้เป็นของแข็งที่รักษาเพียงลำดับระยะสั้นในการจัดเรียงอะตอมเท่านั้น (ซิลิกา เรซิน แก้ว ขัดสน ลูกอมน้ำตาล)

ตัวอย่างเช่น ควอตซ์สามารถอยู่ในสถานะผลึกหรือในสถานะอสัณฐาน - ซิลิกา (ดูภาพในหนังสือเรียน) ไม่มีจุดหลอมเหลวคงที่และมีความลื่นไหล (แสดงให้เห็นการงอแท่งแก้วเหนือตะเกียงแอลกอฮอล์) วัตถุอสัณฐานมีลักษณะเป็นไอโซโทรปิก ที่อุณหภูมิต่ำ พวกมันจะมีพฤติกรรมเหมือนวัตถุที่เป็นผลึก และที่อุณหภูมิสูง พวกมันจะมีพฤติกรรมเหมือนของเหลว

การสังเกตวัตถุที่เป็นผลึกและอสัณฐาน

(จดบันทึกลงในสมุดบันทึก)

ใช้แว่นขยายตรวจสอบผลึกเกลือแกง - พวกเขามีรูปร่างแบบไหน? (รูปร่างของลูกบาศก์).

ลองดูที่ผลึกของคอปเปอร์ซัลเฟต – ลักษณะเฉพาะของคริสตัลเหล่านี้คืออะไร? (บางอันมีขอบแบน)

ลองดูการแตกหักของสังกะสีและหาขอบของผลึกเล็กๆ ตรงนั้น

ลองพิจารณาวัตถุอสัณฐาน: แก้ว ขัดสน หรือขี้ผึ้ง มาดูกระจกแตกกันดีกว่า อะไรคือความแตกต่างจากการแตกหักของโลหะ? (พื้นผิวเรียบมีขอบคม)

งานสำหรับงานอิสระ

1. ทำไมหิมะถึงส่งเสียงแหลมใต้ฝ่าเท้าในสภาพอากาศหนาวเย็น?

คำตอบ : เกล็ดหิมะนับแสน - คริสตัล - แตกสลาย

2. ลวดลายบนผิวเหล็กชุบสังกะสีมีที่มาอย่างไร?

คำตอบ : รูปแบบปรากฏขึ้นเนื่องจากการตกผลึกของสังกะสี

3. การทดสอบครั้งสุดท้าย

ครู:เปิดสมุดบันทึกของคุณและจดการบ้าน: § 75.76(1); มาตรา 24, 26,27 งานมอบหมายสำหรับผู้ที่สนใจ: ปลูกผลึกจากสารละลายคอปเปอร์ซัลเฟตหรือสารส้ม

วรรณกรรม:

1. Myakishev G.Ya., Bukhovtsev B.B., Sotsky N.N. ฟิสิกส์ ชั้นประถมศึกษาปีที่ 10 – ม.: การศึกษา 2535.

2. พินสกี เอ.เอ. ฟิสิกส์ ชั้นประถมศึกษาปีที่ 10 – ม. “การตรัสรู้” 2536

3. Tarasov L.V. โลกที่สมมาตรอย่างน่าอัศจรรย์นี้ - อ.: การศึกษา, 2525.

4. เด็กนักเรียนเกี่ยวกับฟิสิกส์สมัยใหม่: ฟิสิกส์ของระบบที่ซับซ้อน - อ.: การศึกษา, 2521.

5. พจนานุกรมสารานุกรมของนักฟิสิกส์รุ่นเยาว์

6. วี.จี. Razumovsky, L.S. คิซยาคอฟ. บทเรียนฟิสิกส์สมัยใหม่ในโรงเรียนมัธยม – อ.: การศึกษา, 2526.

7. วิธีการสอนฟิสิกส์ในระดับมัธยมศึกษาปีที่ 8-10 ส่วนที่ 2 / เอ็ด วี.พี. Orekhova, A.V. Usova และคนอื่น ๆ - ม.: การศึกษา 2523

8. วี.เอ.วอลคอฟ การพัฒนาบทเรียนในวิชาฟิสิกส์ ม. “วาโก” 2549

สอบปลายภาค

1. เติมประโยคให้สมบูรณ์

1) ผลึกเดี่ยว

2) โพลีคริสตัล

ก) ผลึกเดี่ยว

1) เม็ดเกลือ

3) เม็ดน้ำตาล;

4) น้ำตาลทรายขาวบริสุทธิ์ 1 ชิ้น

c) สถานะสัณฐาน

1) วัตถุที่เป็นผลึก;

2) ร่างกายอสัณฐาน

สอบปลายภาค

1. เติมประโยคให้สมบูรณ์

“การพึ่งพาคุณสมบัติทางกายภาพกับทิศทางภายในคริสตัลเรียกว่า…”

2. เติมคำที่หายไป

"วัตถุแข็งแบ่งออกเป็น ... และ ... "

3. ค้นหาความสอดคล้องระหว่างของแข็งและคริสตัล