Презентация, доклад по физике на тему Строение твердых тел

Петербург
2016

тел, видами кристаллических решеток и их дефектов;
обеспечить усвоение понятий, связанных с отличиями в строении вещества;
актуализировать знания о строении вещества;
расширить общий кругозор учащихся
Развивающие:
создать условия для развития  коммуникативных навыков;
создать условия для развития аналитических способностей учащихся, умения анализировать, сопоставлять, сравнивать , обобщать, делать выводы;
создать условия для развития памяти, внимания, воображения
Воспитательные:
способствовать развитию умения отстаивать свою точку зрения;
способствовать развитию культуры взаимоотношений при работе в коллективе

частиц

внутренняя структура во всем объеме (каменная соль, кварц, алмаз, турмалин и т.д.)
Основное свойство: анизотропия, т.е. различие свойств кристалла по разным направлениям
Кристаллической решеткой называется пространственная сетка, узлы которой(точки, соответствующие наиболее устойчивому положению равновесия частиц) совпадают с центрами атомов или молекул

ближайших его соседей (ближний порядок), так и у атомов, находящихся от него на значительных расстояниях вплоть до границ зерен (дальний порядок).

Типичная (повторяющаяся вдоль любой прямой) часть кристаллической решетки называется элементарной ячейкой.

покидать свои места в узлах кристаллической решетки, однако при этом упорядоченность кристаллического строения в целом не нарушается

 Расположение атомов в кристаллическом (а) и аморфном (б) веществе

СИНГОНИЯМИ (по геометрической форме кристаллов)

соседних зернах кристаллические решетки повернуты.относительно друг друга на некоторый угол.
Поликристаллы изотропны, т.е. имеют одинаковые свойства по всем направлениям.

ионы, между которыми действуют кулоновские силы притяжения и отталкивания.
Хлорид натрия Хлорид цезия

-- Кристаллы обладают значительной прочностью
-- Растворы и расплавы – хорошие проводники

которыми имеется ковалентная связь
Алмаз Графит

-- Кристаллы обладают большой механической прочностью
-- Кристаллы плавятся при высоких температурах

Обработанные алмазы- брильянты

Мягок (легко расщепляется)
Непрозрачен
Электропроводен (изготавливают электроды)
Жаропрочен
Не похож на драгоценный камень

Перестроение кристаллической решетки
P=10ГПа
t=20000С

Алмаз

Графит

действуют силы межмолекулярного взаимодействия (слабые)
(Нафталин, органические соединения, сера, йод, бензол)
Лед

-- Кристаллы хрупкие, легко разрушаются
-- Кристаллы имеют низкую температуру плавления
-- Кристаллы имеют низкую электропроводность
-- Кристаллы летучи и пахучи

электроны свободно движутся между атомами(электронное облако).
Такой вид связи называется металлической

-- Кристаллы обладают высокой теплопроводностью
-- Кристаллы обладают высокой электропроводностью

(ОЦК)
(2 атома на ячейку)

гране
центрированная кубическая (ГЦК)
(4 атома на ячейку) 

гексагональная плотноупакованная (ГП)
(6 атомов на ячейку)

кристаллы различной формы, различающиеся по свойствам, а иногда и по типу связи. Это явление называется полиморфизмом, кристаллы – полиморфными модификациями.
Полиморфизм простых элементов называют аллотропией.

При любых других температурах все реальные кристаллы несовершенны, т.е. в них наблюдаются нарушения идеального расположения атомов, называемые дефектами.
Основные виды дефектов
Точечные
Линейные
Поверхностные
Объемные

ячейке.

1) вакансии, т. е.
незаполненные узлы
решетки(дефекты Шоттки)

2) атомы, молекулы или ионы, расположенные не на своих позициях или в междоузлиях (дефекты Френкеля)

и в междоузлиях.






Влияние этих дефектов на прочность металла может быть различным в зависимости от их количества в единице объема и характера.
Число вакансий увеличивается с ростом температуры.     

положение, соответствующее узлу решетки. Лишний атом, для которого нет соответствующего узла, занимает междоузельное положение. Таких положений может быть для структуры несколько.



























Различные виды междоузельных атомов углерода в решетке алмаза:
а – Тетраэдрическое – T; б – Гексагональное –H; в – междоузлие посредине связи – M; г – Расщепленное междоузлие (гантель - <100>).

Междоузлие

и возмущает распределение электронной плотности внутри элементарной ячейки.

Собственное междоузлие в алмазе

Распределение электронной плотности в элементарной ячейке алмаза и в ячейке содержащей тетраэдрическое междоузельный атом углерода.
Уровень изображенных изоповерхностей один и тот же =1.25

Атом выносится на границу кристалла, при этом число частиц в системе не изменяется.









В окрестности образовавшейся вакансии будет происходить релаксация атомов (красные стрелки на рисунке

распределение электронной плотности внутри элементарной ячейки.

Одиночная вакансия в алмазе

Распределение электронной плотности в идеальной элементарной ячейке алмаза и в ячейке содержащей одиночную вакансию.
Уровень изображенных изоповерхностей один и тот же =1.25

ним относятся дислокации, т. е. дефекты, образующиеся в решетке в результате смещений кристаллографических плоскостей.
 Дислокации обладают высокой подвижностью, поэтому существенно уменьшают прочность металла
Максимальная плотность дислокаций, может составить 1013 см-2. При дальнейшем росте плотности дислокаций происходит разрушение металла.

сдвиг плоскостей

сдвиг плоскостей

границах кристаллическая решетка сильно искажена. В них скапливаются перемещающиеся изнутри зерен дислокации.
Поверхностные дефекты способствуют повышению прочности металла

металла, снижает его прочность.
 Трещины являются сильными концентраторами напряжений, в десятки и более раз повышающими напряжения создаваемые в металле рабочими нагрузками. Последнее обстоятельство наиболее существенно влияет на прочность металла.

при определенных условиях (температура, давление, концентрация в растворе).
Жидкие кристаллы обладают одновременно свойствами как жидкостей (текучесть), так и кристаллов (анизотропия).
По структуре ЖК представляют собой вязкие жидкости, состоящие из молекул вытянутой или дискообразной формы, определённым образом упорядоченных во всем объёме этой жидкости.
Характерное свойство ЖК - способность изменять ориентацию молекул под воздействием электрических полей.
Жидкие кристаллы открыл в 1888 году австрийский ботаник Ф. Рейнитцер

группы:
термотропные ЖК, образующиеся в результате нагревания твердого вещества и существующие в определенном интервале температур и давлений.
лиотропные ЖК, которые представляют собой двух- или более компонентные системы, образующиеся в смесях стержневидных молекул данного вещества и воды (или других полярных растворителей). Эти стержневидные молекулы имеют на одном конце полярную группу, а большая часть стержня представляет собой гибкую гидрофобную углеводородную цепь. Такие вещества называются амфифилами (например,  фосфолипиды)
Амфифильные молекулы, как правило, плохо растворяются в воде ( одним из вариантов амфифилов со сложной структурой может служить система мыло-вода)

тяжести молекул,
У них нет слоистой структуры,
Их молекулы скользят непрерывно в направлении своих длинных осей, вращаясь вокруг них, но при этом сохраняют ориентационный порядок: длинные оси направлены вдоль одного преимущественного направления.
Они ведут себя подобно обычным жидкостям.
Нематические фазы встречаются только в таких веществах, у молекул которых нет различия между правой и левой формами.

молекул
Вязкость смектиков значительно выше, чем у нематиков, и плотность по нормали к поверхности слоя может сильно меняться

Это нематические ЖК, но их длинные оси повернуты друг относительно друга так, что они образуют спирали, очень чувствительные к изменению
Холестерики ярко окрашены
Малейшее изменение температуры (до тысячных долей градуса) приводит к изменению шага спирали и, соответственно, к изменению окраски ЖК.

пространстве хаотично.
К ним относят клей, смолу, канифоль, стекло, янтарь и др.

Аморфные тела

Обладают текучестью
Имеют только ближний порядок
Способны переходить в кристаллическое и жидкое состояние