Зависимость агрегатного состояния от дальнего и ближнего порядка расположения

В за­ви­си­мо­сти от дав­ле­ния и тем­пе­ра­ту­ры, все ве­ще­ства могут су­ще­ство­вать в раз­лич­ных аг­ре­гат­ных со­сто­я­ни­ях: твер­дом, жид­ком, га­зо­об­раз­ном или в виде плаз­мы. При низ­ких тем­пе­ра­ту­рах и вы­со­ком дав­ле­нии все ве­ще­ства су­ще­ству­ют в твёр­дом аг­ре­гат­ном со­сто­я­нии. Твер­дое и жид­кое со­сто­я­ние ве­ще­ства на­зы­ва­ют кон­ден­си­ро­ван­ным.

В твер­дых телах ча­сти­цы рас­по­ла­га­ют­ся ком­пакт­но, в опре­де­лен­ном по­ряд­ке. В за­ви­си­мо­сти от сте­пе­ни упо­ря­до­чен­но­сти ча­стиц в твер­дых телах опре­де­ля­ют 2 фа­зо­вых со­сто­я­ния: кри­стал­ли­че­ское и аморф­ное. Если ча­сти­цы рас­по­ла­га­ют­ся таким об­ра­зом, что между со­сед­ни­ми ча­сти­ца­ми есть неко­то­рая упо­ря­до­чен­ность в рас­по­ло­же­нии, а имен­но: по­сто­ян­ное рас­сто­я­ние и углы между ними, такое яв­ле­ние на­зы­ва­ют на­ли­чие ближ­не­го по­ряд­ка в рас­по­ло­же­нии. Рис. а.

a                              b

Рис. 1. На­ли­чие ближ­не­го и даль­не­го по­ряд­ка в рас­по­ло­же­нии ча­стиц

Если же ча­сти­цы рас­по­ло­же­ны таким об­ра­зом, что упо­ря­до­чен­ность на­блю­да­ет­ся и между бли­жай­ши­ми со­се­дя­ми, и на го­раз­до боль­ших рас­сто­я­ни­ях, это на­зы­ва­ют на­ли­чие даль­не­го по­ряд­ка. Рис. б.

Примеры аморфных веществ

Аморф­ное тело (от греч А – не, morfe – форма) – бес­фор­мен­ные ве­ще­ства. В них су­ще­ству­ет толь­ко ближ­ний по­ря­док и нет даль­не­го по­ряд­ка.

При­ме­ры аморф­ных тел при­ве­де­ны на рис. 2.

Рис. 2. Аморф­ные тела

Это воск, стек­ло, пла­сти­лин, смола, шо­ко­лад.

Свой­ства аморф­ных ве­ществ

Имеют толь­ко ближ­ний по­ря­док (как в жид­ко­стях).

Твер­дое аг­ре­гат­ное со­сто­я­ние при нор­маль­ных усло­ви­ях.

Нет чет­кой тем­пе­ра­ту­ры плав­ле­ния. Пла­вят­ся в ин­тер­ва­ле тем­пе­ра­тур.

Кристаллические вещества

В кри­стал­ли­че­ском теле су­ще­ству­ет и ближ­ний, и даль­ний по­ря­док. Если мыс­лен­но со­еди­нить точки, обо­зна­ча­ю­щие линии, по­лу­чит­ся про­стран­ствен­ный кар­кас, ко­то­рый на­зы­ва­ет­ся кри­стал­ли­че­ской ре­шет­кой. Точки, в ко­то­рых раз­ме­ще­ны ча­сти­цы – ионы, атомы или мо­ле­ку­лы – на­зы­ва­ют уз­ла­ми кри­стал­ли­че­ской ре­шет­ки (рис. 3). Ча­сти­цы не жест­ко фик­си­ро­ва­ны в узлах, они могут немно­го ко­ле­бать­ся, не убе­гая из этих точек. В за­ви­си­мо­сти от того, какие ча­сти­цы на­хо­дят­ся в узлах кри­стал­ли­че­ской ре­шет­ки, вы­де­ля­ют её типы (табл. 1).

Рис. 3. Кри­стал­ли­че­ская ре­шет­ка

Зависимость свойств от типа кристаллической решетки

Фи­зи­че­ские свой­ства ве­ществ с раз­лич­ны­ми ти­па­ми кри­стал­ли­че­ских ре­ше­ток

Табл.1. Фи­зи­че­ские свой­ства ве­ществ

Су­ще­ству­ет несколь­ко под­ти­пов кри­стал­ли­че­ских ре­ше­ток, раз­ли­ча­ю­щих­ся рас­по­ло­же­ни­ем ато­мов в про­стран­стве.

В ве­ще­ствах с атом­ной, ион­ной, ме­тал­ли­че­ской кри­стал­ли­че­ской ре­шет­ка­ми нет мо­ле­кул – это немо­ле­ку­ляр­ные ве­ще­ства.Мо­ле­ку­ляр­ные ве­ще­ства – с мо­ле­ку­ляр­ной кри­стал­ли­че­ской ре­шет­кой.

Полиморфизм

По­ли­мор­физм - это яв­ле­ние, при ко­то­ром слож­ные ве­ще­ства оди­на­ко­во­го со­ста­ва имеют раз­ные кри­стал­ли­че­ские ре­шет­ки.

На­при­мер, пирит и мар­ка­зит. Их фор­му­ла – FeS_2.Но они и вы­гля­дят по-раз­но­му, и об­ла­да­ют раз­лич­ны­ми фи­зи­че­ски­ми свой­ства­ми. Ана­ло­гич­но, раз­лич­ны­ми фи­зи­че­ски­ми свой­ства­ми об­ла­да­ют ми­не­ра­лы со­ста­ва CaCO_3: ара­го­нит, мра­мор, ис­ланд­ский шпат, мел.

Аллотропия, текучесть аморфных тел

Яв­ле­ние су­ще­ство­ва­ния хи­ми­че­ских эле­мен­тов в виде несколь­ких про­стых ве­ществ на­зы­ва­ет­ся ал­ло­тро­пи­ей, а ве­ще­ства – ал­ло­троп­ны­ми мо­ди­фи­ка­ци­я­ми. Это объ­яс­ня­ет­ся раз­лич­ным со­ста­вом ве­ще­ства или раз­ли­чи­ем в их кри­стал­ли­че­ской ре­шет­ке. Кис­ло­род и озон – ал­ло­троп­ные мо­ди­фи­ка­ции хи­ми­че­ско­го эле­мен­та кис­ло­ро­да. Уг­ле­род об­ра­зу­ет гра­фит, алмаз, фул­ле­рен, кар­бин. Рас­по­ло­же­ние ато­мов в их кри­стал­ли­че­ских ре­шет­ках раз­ное, и по­это­му они про­яв­ля­ют раз­ные свой­ства. У фос­фо­ра ал­ло­троп­ные ве­ще­ства – крас­ный, белый и чер­ный фос­фор. Ал­ло­тро­пия ха­рак­тер­на и для ме­тал­лов. На­при­мер, же­ле­зо может су­ще­ство­вать в виде α, β, δ, γ.

Те­ку­честь аморф­ных ве­ществ

Одним из свойств, по ко­то­рым от­ли­ча­ют­ся аморф­ные тела от жид­ких, яв­ля­ет­ся их те­ку­честь. Если по­ло­жить ку­со­чек смолы на на­гре­тую по­верх­ность, то он по­сте­пен­но рас­те­чет­ся по этой по­верх­но­сти.

Вяз­кость – это спо­соб­ность со­про­тив­лять­ся пе­ре­ме­ще­нию одних ча­стей тела от­но­си­тель­но дру­гих для жид­ко­стей и газов: чем она выше, тем слож­нее из­ме­нить форму тела. Окон­ные стек­ла – это ти­пич­ные аморф­ные ве­ще­ства. Тео­ре­ти­че­ски они долж­ны по­сте­пен­но сте­кать вниз. Но вяз­кость стек­ла вы­со­кая, и его де­фор­ма­ци­ей можно пре­не­бречь. Вяз­кость стек­ла при­мер­но в 1000 раз выше вяз­ко­сти смолы. За год де­фор­ма­ция стек­ла со­став­ля­ет 0,001%. За 1000 лет де­фор­ма­ция стек­ла со­став­ля­ет 1%.

Под­ве­де­ние итога

Были рас­смот­ре­ны типы кри­стал­ли­че­ских ре­ше­ток, типы аг­ре­гат­ных со­сто­я­ний ве­ще­ства, твер­дые тела с кри­стал­ли­че­ской струк­ту­рой. Вве­де­но по­ня­тие по­ли­мор­физ­ма и ал­ло­тро­пии. Объ­яс­ня­лась за­ви­си­мость фи­зи­че­ских и хи­ми­че­ских свойств от раз­ных типов кри­стал­ли­че­ских ре­ше­ток в ве­ще­стве.