Кристаллы. Работа №76773

Название: Кристаллы
Цель: Раскрыть широкое представление о кристаллах.
Задачи:
1.Повысить интерес обучающих к предмету физика
2. Показать ученикам как многогранен этот мир!
Темы:
Строение кристаллов. Плотная упаковка.
Пространственная решетка. Элементарная ячейка.
Типы связей частиц в кристалле. Симметрия кристаллов.
Процессы роста кристаллов. Дефекты в кристаллах.
Лабораторная работа Изучение кристаллических тел.
Получение монокристаллов.
Лабораторная работа Наблюдение роста кристалла из раствора.
Применение кристаллических тел.
Самостоятельная работа.
Обобщающий урок Кристаллы и жизнь
1. Строение кристаллов. Плотная упаковка.
Большинство веществ в умеренном климате Земли находятся в твердом состоянии. В отличии от жидкостей твердые тела сохраняют не только объем, но и форму, так как положение в пространстве частиц, составляющих тело, стабильно. Из-за значительных сил междумолекулярного взаимодействия частицы не могут удаляться друг то друга на значительное расстояние.
По характеру относительно расположения частиц твердые тела делятся на три вида: кристаллические, аморфные и композиты. Принадлежность тел к одному из трех видов определяется их химическим составом. Разная пространственная конфигурация отдельных молекул предопределяет различие пространственной структуры, возникающей при объединении в твердое тело.
Кристаллическими телами называются твердые тела, физические свойства которых неодинаковы в различных направлениях, но совпадают в параллельных направлениях. Именно анизотропия физических свойств, а не геометрически правильная форма является важнейшим признаком кристаллического тела.
Анизотропия- зависимость физических свойств от выбора направления в нутрии кристалла.
Простейший пример анизотропии кристаллов- неодинаковая прочность по разным направлениям. Это свойство наглядно проявляется при дроблении многих кристаллических тел (пример действие силы на кусок слюды или на графит).
Замечательное свойство многих кристаллов давать при дроблении осколки, подобные друг другу по форме, позволило французскому ученому Рене Гаюи
Высказать в конце 18 В гипотезу, что все кристаллы состоят из плотно уложенных рядами маленьких, невидимых в микроскоп частиц, имеющих присущему данному веществу геометрическую форму.
Многообразие геометрических форм кристаллов Гаюи объяснил не только различной формой кирпичиков, из которых они состоят, но и различными способами их укладки.
Английский ученый Роберт Гуки и голландский ученый Христиан Гюгейнс обратили внимание на возможность построения правильных многоугольников из плотно укладываемых шаров. Они предположили что кристаллы построены из шарообразных частиц – атомов или молекул. Внешние формы кристаллов согласно этой гипотезе являются следствием особенностей плотной упаковки атомов или молекул. Независимо то них к такому выводу пришел в 1748 году великий русский ученый Михаил Васильевич Ломоносов.
При плотной укладке шаров в один плоский слой каждый шар оказывается окруженным шестью другими шарами, центры которых образуют правильный шестиугольник ( рис1) Если укладку второго слоя провести по лункам между шарами, то второй слой окажется таким же, как и первый, только смещенным относительно его в пространстве.( рис2 )
Укладка третьего слоя шаров может быть осуществлена двумя способами. В первом – шары третьего слоя укладываются в лунки, находящегося точно над шарами первого слоя, и третий слой оказывается копией первого слоя. При следующим повторении укладки слоев этим способом получается структура называемая гексагональной плотноупакованной структурой Во втором способе шары третьего порядка укладываются в лунки, не находящиеся точно над шарами первого порядка. При этом способе получается структура называемая кубической плотноупакованной структурой. Обе упаковки дают степень заполнения объема на 74%. Никакой другой способ расположение шаров в пространстве, при условии отсутствия их деформации, большей степени заполнения объема не дает.
При упаковке шаров ряд за рядом способом гексагональной плотной упаковки можно получить правильную шестиугольную призму, второй способ ведет к возможности построения куба из шаров.
Если при построении кристаллов из атомов или молекул действует принцип плотной упаковки, то, казалось бы, в природе должны встречаться кристаллы только в виде кубов и шестигранных призм. Кристаллы такой формы действительно очень распространены. Гексагональной плотной упаковке атомов соответствует, например, форма кристаллов цинка, магния, кадмия. Кубической плотной упаковке соответствует форма кристаллов меди, алюминия, серебра, золота и ряда других металлов.
Но этим двумя формами многообразия мира кристаллов вовсе не ограничено. Соответствие форм кристаллов, не соответствующих принципу плотной упаковки равновеликих шаров, может иметь разные причины.
Во- первых. Кристалл может быть построен с соблюдением принципа плотной упаковки, но из атомов разных размеров. Во-вторых. Отличие упаковки атомов или молекул от плотнейшей упаковки может быть вызвано различием сил связей между атомами или молекулами по разным направлениям.