Кристаллические и аморфные тела
Твердые тела в течение длительного времени сохраняют свою форму и нужно приложить значительное усилие, чтобы изменить их объем.
В определении твердых тел мы, как правило, связываем их свойства с внешними признаками — сохранением формы и объема. Тем не менее, между собой твердые тела различаются еще и внутренним строением.
Одни из них имеют кристаллическое строение — микрочастицы (атомы, ионы, молекулы), из которых они состоят, упорядоченно размещаются на значительных расстояниях, то есть сохраняют дальний порядок. Такие твердые тела называют кристаллическими. К ним относятся металлы, поваренная соль, сахар, алмаз, графит, кварц и т. п.
Другие тела не имеют определенным образом упорядоченного размещения атомов, ионов или молекул и по своему внутреннему строению больше напоминают жидкости, поскольку характеризуются ближним порядком размещения микрочастиц. Такие тела называют аморфными.
Это — воск, стекло, различные смолы, пластмассы и т.п.
Кристаллические и аморфные тела можно различить визуально: на изломе аморфные тела образуют поверхность неправильной формы, а кристаллы имеют плоские грани и ступенчатую поверхность.
Аморфное состояние довольно неустойчивое, и со временем аморфные тела могут стать кристаллическими. Например, на сахарных леденцах, аморфных по своим свойствам, после продолжительного хранения образуются кристаллики сахара.
Так же при определенных условиях кристаллические тела могут становиться аморфными. Например, быстрое остывание некоторых металлов ведет к образованию их аморфного (стекловидного) состояния.
Аморфные тела имеют одинаковые свойства по различным направлениям межмолекулярных связей. Поэтому говорят, что они изотропны.
С повышением температуры они «становятся мягче» и проявляют текучесть, однако не имеют, как кристаллические тела, фиксированной температуры плавления.
Слово «изотропный» происходит от гр. isos — ровный, одинаковый; tropos — направление.
Кристаллические тела характеризуются определенным внутренним порядком размещения атомов и молекул, образующих разнообразные пространственные решетки, которые называются кристаллическими. В зависимости от их формы разные монокристаллы вещества образовывают определенные геометрические формы.
Так, монокристалл поваренной соли имеет форму куба, лед — шестигранной призмы, алмаз — правильного шестигранника (рис. 3.12).
Как правило, они незначительные по размеру, но в природе встречаются и большие монокристаллы, например найдена глыба кварца высотой в рост человека.
В естественных условиях большинство кристаллических тел состоит из маленьких монокристаллов, которые в беспорядке срослись. Их называют поликристаллами.
Примером такого поликристалла является снежинка, приобретающая различные формы, однако крылышки ее всегда имеют шестиугольное направление.
Монокристаллы отличаются анизотропией свойств, то есть их зависимостью от направления ориентации кристаллических граней. Например, такой естественный минерал, как слюда, легко расслаивается на пластинки под действием силы вдоль одной плоскости, но проявляет значительную прочность в перпендикулярном направлении.
Поликристаллы — изотропны по своим свойствам. Это обусловливается хаотичностью ориентации монокристаллов, из которых они состоят.
Слово «анизотропный» в переводе с греческого означает «неодинаковый по направлению».
Много кристаллических тел, одинаковых по своему химическому составу, имеют различные физические свойства. Такое явление называется полиморфизмом. Например, по химической природе алмаз и графит — это углерод в двух разных модификациях.
Они имеют различные по форме кристаллические решетки, и потому силы взаимодействия между атомами в них разные. Этим объясняется, в частности, их разная твердость: графит — мягкий, алмаз — твердый минерал.
В лабораторных условиях получают около десяти модификаций льда, хотя в природе существует лишь одна.
