Твердые тела. Все твердые тела разделяются на два типа: кристаллические и аморфные

Все твердые тела разделяются на два типа: кристаллические и аморфные. Основными признаками кристаллического состояния вещества явля­ются: стабильность геометрической формы; наличие анизотропии, т.е. зависимости ряда физических свойств (механических, тепло­вых, электрических, оптических) от направления; а также скач­кообразное изменение физических характеристик при определенных температурах.

Тела, свойства которых одинаковы по всем направлениям, называются изотропными. К числу твердых тел, обладающих изот­ропными свойствами, относятся аморфные тела, такие как стекло, смолы, битумы, полимеры. Аморфное тело представляет как бы жидкость очень большой вязкости или переохлажденную жидкость.

Правильность геометрической формы и анизотропия кристал­лов обычно не проявляются по той причина, что кристаллические тела встречаются, как правило, в виде поликристаллов, т. е. кон­гломератов множества сросшихся между собой, беспорядочно ориен­тированных мелких кристалликов. В поликристаллах анизотропия наблюдается только в пределах каждого отдельно взятого кристал­лика, тело же в целом вследствие беспорядочной ориентации крис­талликов анизотропии не обнаруживает.

Периодическое пространственное расположение одинаковых групп атомов (частиц) называется кристаллической решеткой.

В зависимости от природы частиц, помещающихся в узлах кристаллической решетки, и от их характера сил взаимодействия между частицами различаются четыре типа кристаллических решеток и соответственно четыре типа кристаллов: ионные, атомные, металлические и молекулярные. В ионных кристаллах узлы решетки заполнены ионами разных знаков, связь между которыми обуслов­лена электростатическим силами притяжения. Типичным предста­вителем ионной решетки является решетка каменной соли NaCl.

Атомные кристаллы в узлах кристаллической решетки имеют нейтральные атомы. Связь, объединяющая в кристалле нейтральные атомы, называется гомеополярной или ковалентной. Типичными при­мерами атомных кристаллов могут служить алмаз и графит.

Во всех узлах кристаллической решетки металлических крис­таллов расположены положительные ионы металла. Между ними беспо­рядочно, подобно молекулам газа, движутся электроны, отщепив­шиеся от атомов при образовании ионов.

В узлах кристаллической решетки молекулярных кристаллов помещаются определенным образом ориентированные молекулы. Силы связи ван-дер-ваальсовские. Примером молекулярных кристаллов являются обычный лед (Н₂О) и сухой лед или твердая углекислота (СО₂).

Дефектами кристаллов называют нарушения идеальной крис­таллической структуры. Такое нарушение заключается в отсутствии атома в узле решетки (вакансия), в замене атома данного веще­ства (своего атома) чужим атомом (атомом примеси), во внедрении лишнего атома (своего или чужого) в межузельное пространство. Подобные дефекты называются точечными. Они вызывают нарушения правильности решетки, распространяющиеся на расстоянии поряд­ка нескольких периодов.

Кроме точечных существуют дефекты, сосредоточенные вблизи некоторых линий. Их называют линейными дефектами или дислокаци­ями. Дефекты такого вида нарушают правильное чередование крис­таллических плоскостей. Простейшими видами дислокаций являются краевая и винтовая. Дефекты оказывают сильное влияние на физические свойства кристаллов, в том числе и на их прочность. Увеличение плотности дислокаций и возрастание концентрации примесей приводят к сильному торможению дислокаций и прекращению их движения. В результате прочность материала растет.

Важным свойством твердых тел является упругость, проявляю­щаяся при деформации этих тел внешними силами. Основные виды де­формации: продольное (линейное) и всестороннее (объемное) растя­жение и сжатие, сдвиг и кручение. Если при устранении внешних сил деформированное тело в точности возвращается к первоначальной форме и размерам, то деформация называется упругой, а само тело – упругим телом.