Студопедия

КАТЕГОРИИ:

АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника



А. Кристаллические тела.




Читайте также:
  1. Величина импульса силы действующего на тело равна изменению количества движения (импульса) этого тела.
  2. Виды взаимодействий. Силы упругости и трения. Сила тяжести и вес тела.
  3. Вращательное движение твердого тела.
  4. Выберите формулу энергии покоя тела.
  5. Гистологическое строение и функции цилиарного тела.
  6. Духовное здоровье отражает здоровье нашего разума, а физическое – здоровье тела.
  7. Жидкокристаллические мониторы
  8. Закон всемирного тяготения. Сила тяжести. Вес тела. Состояние невесомости.
  9. Закон сохранения момента импульса. Работа при вращении тела. Кинетическая энергия вращательного движения.

Большинство окружающих нас твердых тел имеет кристаллическую структуру, которая характеризуется трехмерной периодичностью расположения атомов в пространстве. При этом говорят, что такой структуры характерен дальний атомный порядок. Математическим образом кристаллической структуры является пространственная решетка, представляющая собой трехмерную периодическую систему точек. При этом в каждом заданном направлении частицы твердого тела (ионы, атомы, молекулы) располагаются в единственно возможных положениях, отвечающих минимуму энергии (рис. 1).

Пространственная решетка может быть описана тремя некомпланарными осевыми трансляциями (переносами) a, b, c и тремя осевыми углами: a, b, g (рис. 2).

Рисунок 1 – Зависимость энергии решетки от расстояния между частицами, находящимися в её узлах.   Рисунок 2 – Элементарная ячейка.

Трансляция – это вектор, который характеризует минимальное расстояние между идентичными элементами структуры в заданном направлении, т.е при переносе (сдвиге) решетки на трансляцию все её точки попадают в положение, идентичное первичному. Параллелепипед, построенный на трех осевых трансляциях a, b, c учетом осевых углов называется элементарным параллелепипедом или элементарной ячейкой. Выбрав элементарную ячейку, можно, перенося её по соответствующим трем осям, получить весь кристалл, т.е. кристаллическим телам свойственна трансляционная симметрия. (В 80-е годы были открыты квазикристаллы, в которых атомы расположены в пространстве также в определенном порядке, но в квазикристаллах отсутствует трансляционная симметрия).

В зависимости от формы элементарной ячейки все кристаллические тела можно разделит всего на 7 кристаллических систем. Например, большинство очень многие металлы имеют кубическую решетку (рис.3 и 4).

Рисунок 3. Объемноцентрированная кубическая решетка Рисунок 4 Гранецентрированная кубическая решетка

 

Объемноцентрированную кубическую решетку имеют Мо, W, V, Cr, одна из модификаций Fe (a-Fe) и другие элементы. Гранецентрированная кубическая решетка характерна для Cu, Al, Pd, Au, модификации g-Fe и других металлов. Многим элементам Периодической системы свойствен полиморфизм, т.е. смена кристаллической структуры при изменении внешних условий (температуры, давления). Мы выше уже упомянули о полиморфизме Fe. Данное явление свойственно и «главному» элементу живых систем – углероду. Его кристаллическими модификациями является алмаз (рис.5) и графит (рис.6).



Рисунок 5. Структура алмаза   Рисунок 6. Структура графита

 

Конечно, атомная структура определяется особенностями химической связи атомов. Обычно выделяют ионную, ковалентную, металлическую химическую связь, а также связь Ван-дер-Ваальса. Например, металлическая связь характеризуется полным обобществлением части электронов между всеми атомами кристалла. Таким образом, можно считать, что в металле в узлах решетки находятся положительно заряженные ионы и они «погружены» в газ свободных электронов (рис.7). Эти электроны обеспечивают высокую электропроводность и, соответственно, низкое электросопротивление металлов.

 

Рисунок 7. Металлический кристалл.

 

Конечно, химические элементы и особенно химические соединения имеют и значительно более сложные атомные структуры. Например, натриевая соль NaCl имеет решетку, показанную на рис. 8, а соединение Nd2Fe14B, из которого в настоящий момент изготавливают постоянные магниты, используемые в компьютерах, мобильных телефонах, автомобилях, имеет ёще более сложную решетку, содержащую 68 атомов в элементарной ячейке (рис.9).



 

 

  Рисунок 8. Кристаллическая структура NaCl

 

Кристаллические тела могут быть монокристаллами, т.е.состоять лишь из одного кристалла, и поликристаллами. Монокристаллы характеризуются анизотропией свойств. Это объясняется тем, что вдоль разных направлений в кристалле расположение атомов и расстояния между ними различны. Поликристаллические тела состоят из многих сросшихся между собой кристалликов, которые называются кристаллитами или зернами. Большие монокристаллы редко встречаются в природе и технике. Чаще всего кристаллические твердые тела, в том числе и те, которые получаются искусственно, являются поликристаллами.

 

      Рисунок 9. Структура соединения Nd2Fe14B. Тетрагональная решетка, содержащая 68 атомов в элементарной ячейке.
   

В свою очередь, в поликристаллах зерна могут иметь хаотическую ориентацию и тогда говорят, что поликристаллические тела изотропны, т. е. их свойства одинаковы во всех направлениях. Однако зерна поликристалла могут иметь и какую-то преимущественную ориентацию (текстуру) и тогда материал становится анизотропным. Атомную структуру, также как и ориентацию зерен в поликристалле, а также многие другие особенности структуры изучают с помощью дифракционных и микроскопических методов, которые в течение многих лет развиваются на кафедре физического материаловедения НИТУ МИСиС.




Дата добавления: 2015-02-10; просмотров: 17; Нарушение авторских прав







lektsii.com - Лекции.Ком - 2014-2021 год. (0.008 сек.) Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав
Главная страница Случайная страница Контакты