Оглавление 48 49 50 51 52 — — — 270 

Кристаллические и аморфные вещества. Большинство твердых веществ имеет кристаллическое строение. В этом легко-убедиться, расколов кусок вещества и рассмотрев полученный излом. Обыкновенно на изломе (например, у сахара, серы, металлов) хорошо заметны расположенные под разными углами мелкие грани кристаллов,, поблескивающие вследствие различного отражения ими света. В тех случаях, когда кристаллы очень малы, кристаллическое строение вещества можно установить при помощи микроскопа. Среди твердых веществ встречаются и такие, в изломе которых нельзя обнаружить никаких признаков кристаллов. Например, если расколоть кусок обыкновенного стекла, то излом его оказывается гладким и в отличие от изломов кристаллических веществ ограничен не плоскими, а овальными поверхностями. Подобная же картина наблюдается при раскалывании кусков смолы, клея и некоторых других веществ. Все такие вещества называют аморфными (т. е. бесформенными).

Каждое кристаллическое вещество обычно образует кристаллы совершенно определенной формы. Например, поваренная соль кристаллизуется в форме кубов (рис. 39, а), квасцы в форме так называемых октаэдров (рис. 39, б), селитра в форме призм (рис. 39, в) и т. д. Кристаллическая форма является одним из характерных свойств вещества.

Классификация кристаллических форм основана на определении степени симметрии кристаллов. Различные случаи симметрии кристаллических многогранников подробно разбираются в курсах кристаллографии. Здесь достаточно будет указать, что все разнообразие кристаллических форм может быть сведено к шести группам, или кристаллическим системам, которые, в свою очередь, подразделяются на классы. Эти системы получили следующие названия: 1) правильная, 2) тетрагональная или квадратная, 3) ромбическая, 4) гексагональная, 5) моноклиническая и 6) триклиническая.

Кристаллические системы

Рис. 40. Кристаллические системы

Принадлежность кристалла к той или иной системе определяется относительным расположением в нем кристаллографических осей (координатных осей, проводимых определенным образом внутри кристалла) и величиной отрезков, отсекаемых на них гранями.

На рис. 40 показаны простейшие кристаллические формы — призмы и пирамиды различных систем.

В кристаллах правильной формы все три кристаллографические оси, изображенные на рис. 40 жирными линиями, взаимно перпендикулярны, а отрезки, отсекаемые на них гранями, равны по величине. К этой системе относятся наиболее симметричные формы, как-то: куб, октаэдр и др.

В кристаллах тетрагональной системы кристаллографические оси также взаимно перпендикулярны; из трех отрезков, отсекаемых на этих осях гранями, два равны между собой, а третий короче или длиннее двух остальных. Кристаллы тетрагональной системы несколько менее симметричны; обычно они удлинены в каком-нибудь одном направлении.

Ромбическая система характеризуется тремя взаимно перпендикулярными осями и различной длиной отсекаемых на этих осях отрезков. Эта система обязана своим названием тому, что относящиеся к ней кристаллы часто образуют в сечении ромб.

Гексагональная система отличается от всех остальных наличием четырех осей, из которых три лежат в одной плоскости, образуя между собой равные углы, а четвертая — перпендикулярна к трем остальным; отрезки, отсекаемые на осях, лежащих в одной плоскости, равновелики. Сечение кристаллов часто представляет собой шестиугольник.

Кристаллы моноклинической системы имеют три кристаллографические оси, из которых одна перпендикулярна двум другим, образующим между собой косой угол; отрезки отсекаемые на осях, неодинаковы по длине. Кристаллы этой системы отличаются значительно меньшей симметрией, чем предыдущие. Они могут быть разделены на две симметричные половины только одной плоскостью. К моноклинической системе относится наибольшее число изученных кристаллов (около 42%).

Триклиническая система характеризуется тремя осями, расположенными под разными углами друг к другу, их различной величиной отсекаемых на этих осях отрезков. Относящиеся сюда формы очень разнообразны и наименее симметричны.

Природные кристаллы, а также кристаллы, получаемые искусственным путем, редко в точности соответствуют тем формам, которые изображены на рис. 40. Обычно при затвердевании расплавленного вещества кристаллы срастаются вместе и потому оказываются неполными. При выделении твердого вещества из раствора тоже большей частью получаются неправильные кристаллы, форма которых искажена вследствие неравномерного роста в условиях кристаллизации. Однако как бы неравномерно ни происходило развитие кристалла, как бы ни была искажена его форма, углы, под которыми сходятся грани кристалла данного вещества, всегда остаются одними и теми же. Это один из основных законов кристаллографии — закон постоянства гранны х углов. Поэтому по величине двугранных углов в кристалле можно точно установить, к какой кристаллической системе и к какому классу относится данный кристалл.

Тщательное изучение свойств кристаллических веществ показало, что особенность последних не ограничивается одной только наружной формой кристаллов. Хотя вещество в кристалле совершенно однородно, однако многие из его физических свойств — сцепление между частицами, теплопроводность, отношение к свету и др. —не всегда одинаково проявляются по различным направлениям внутри кристалла; иначе говоря, свойства кристалла обладают векториальностью.

Вырежем, например, из кубического кристалла каменной соли два одинаковой толщины бруска, один в направлении, перпендикулярном к граням куба (см. на рис. 41, а), другой в направлении диагонали одной из граней куба (см. рис. 41, б) и испытаем сопротивление этих брусков на разрыв. Оказывается, что если для разрыва первого бруска требуется сила в 1 кг, то для разрыва второго бруска нужно приложить силу в 2,5 кг. Очевидно, что в кристаллах каменной соли сцепление между частицами в направлении, перпендикулярном граням куба, в два с половиной раза меньше, чем в направлении диагоналей.

Во многих кристаллах различие между величиной сцепления по разным направлениям настолько велико, что при ударе или разламывании они раскалываются по тем плоскостям,

перпендикулярно к которым сцепление наименьшее. Это свойство кристаллов называется спайность ю. Примером проявления спайности могут служить кристаллы слюды, раскалывающиеся; как известно, на тончайшие пластинки.

Интересно также отношение кристаллов к свету. В кристаллах правильной системы свет распространяется по всем направлениям с одинаковой скоростью; в кристаллах всех других систем скорость распространения света меняется в зависимости от направления.

Бруски, вырезаемые из кристаллов каменной соли

Рис 41. Бруски, вырезаемые из кристаллов
каменной соли:
а — в направлений, перпендикулярном граням куба; б— в направлении диагонали одной из граней куба

Подобная же зависимость наблюдается и в отношении теплопроводности. Если, например, покрыть пластинку слюды слоем воска и прикоснуться к ней в одном месте острым концом нагретого металлического стержня, то-воск плавится вокруг этого места и поверхность, покрытая расплавленным воском, приобретает форму эллипса (рис. 42). Этот опыт показывает, что» пластинка слюды проводит тепло в разные стороны с различной скоростью. Таким образом, важной особенностью кристаллического вещества являете» векториальность его свойств.

Различие между кристаллическими и аморфными веществами особенно резко проявляется в их отношении к нагреванию. В то время как каждое кристаллическое вещество плавится при строго определенной температуре и при той же температуре переходит из жидкого состояния в твердое, аморфные вещества не имеют постоянной точки плавления. При нагревании аморфное вещество постепенно размягчается, начинает растекаться и, наконец, становится совсем жидким. При охлаждении оно так же постепенно затвердевает. Установить момент перехода аморфного вещества из одного состояния в другое не представляется возможным.

Пластинка слюды, покрытая слоем воска

Рис. 42. Пластинка слюды, покрытая слоем воска

В связи с отсутствием постоянной точки плавления находится и другая особенность аморфных веществ: многие из них подобно жидкостям текучи, т. е. при длительном воздействии сравнительно небольших сил постепенно изменяют свою форму. Например, кусок смолы, положенный на плоскую поверхность в теплой комнате, за несколько недель растекается, принимая форму диска; стеклянная трубка, опирающаяся концами на подставки, постепенно прогибается и т. д. Внутреннее строение аморфных веществ тоже сходно со строением жидкостей; оно характеризуется беспорядочным расположением молекул. Поэтому в настоящее время аморфные вещества рассматривают как жидкости, вязкость которых сильно увеличивается при охлаждении. Твердыми же веществами считают только вещества кристаллические.

В заключение следует заметить, что одно и то же вещество может быть как кристаллическим, так и аморфным, смотря по условиям, при которых происходил его переход в твердое состояние. В природе, например, окисел кремния SiO2 встречается в виде хорошо образованных кристаллов минерала кварца (рис. 43), но встречается также и в аморфном состоянии (минерал кремень); стекло при многократном повторении нагреваний и медленных охлаждений переходит из аморфного состояния в кристаллическое или, как говорят, «расстекловывается»; такие типичные аморфные вещества, как клей, удавалось получать в явно кристаллическом виде и т. д.

49 50 51

Вы читаете, статья на тему Кристаллические и аморфные вещества