Презентация - Твердое состояние вещества. Плавление. Кристаллическое и аморфное состояние вещества. Типы связи в кристаллах

Твердое состояние вещества. Плавление. Кристаллическое и аморфное состояние вещества. Типы связи в кристаллах.
http://eduquest.ucoz.ru

Твердое состояние вещества
Главное внешнее отличие твердых тел от жидкостей и газов
Твердые тела
способность сохранять
объем
форму
Когда скорости тепловых движений частиц становятся малыми, силы взаимодействия между ними настолько ограничивают перемещения атомов, что тело приобретает способность сохранять форму и восстанавливать ее после того, как действие внешней силы изменит ее.

Твердое состояние вещества
Твердые тела
тела, которые обладают постоянством формы и объема

Твердое состояние вещества
Твердые тела
повышение температуры
переход
Жидкое состояние

Твердое состояние вещества
переход
Твердое тело
жидкость
скачком
при определенной температуре
=
температура плавления

Твердое состояние вещества
Плавление – переход вещества из твердого состояния в жидкое
Количество теплоты, которое необходимо для того, чтобы расплавить единицу массы твердого тела при температуре плавления называется удельной теплотой плавления
Т
B
C
Тпл
Твердое тело
плавление
жидкость
А
Q
rпл∙m

Твердое состояние вещества
Состояние твердого тела
V, P, T
Можно установить связь лишь для отдельных конкретных задач опытным путем
уравнение состояния в явном виде (в виде формулы) написать нельзя!!!
чрезвычайно много разнообразных условий

Твердое состояние вещества
Свойства твердых тел
обусловлены
атомы (другие частицы) расположены в твердых телах не хаотически, а в определенном, характерном для каждого вещества порядке, и такое упорядоченное состояние простирается на весь объем тела (дальний порядок)
Кристаллические тела!!!

Твердое состояние вещества
Причина перехода атомов к упорядоченному расположению при образовании твердого тела
силы взаимодействия между ними
Образование кристалла происходит само по себе
атомы располагаются в кристалле так, чтобы их потенциальная энергия в поле сил взаимодействия минимальна, иначе – равновесие = 0

Твердое состояние вещества
Твердое тело
атомы – в равновесии
одновременное действие сил притяжения и отталкивания
зависят от межатомных расстояний

Твердое состояние вещества
Конфигурация атомов в кристалле и их взаимные расстояния в обычных условиях должны быть такими, чтобы
Fпритяжение = Fотталкивания

Твердое состояние вещества
Зависимость силы притяжения и отталкивания от расстояния между атомами
F1 – сила притяжения (r>r0)
F2 – сила отталкивания (rПри r0 – суммарная сила равна нулю
r0 – это положение равновесия

Кристаллические тела
кристаллы поваренной соли
кристаллы сахара
Наличие граней – признак нахождения вещества в кристаллическом состоянии.
кристаллы медного купороса
Все они ограничены плоскими гранями!!!

Кристаллические тела
Кристаллом называется тело определенной геометрической формы, ограниченное естественными плоскими гранями.

Монокристалл
Тело, представляющее собой один кристалл, называется монокристаллом.
К монокристаллам относятся природные кристаллы: кварц, алмаз, турмалин, крупинки соли, сахара, соды.
Монокристалл кварца
Искусственный монокристалл алмаза

Поликристаллы
Тело, состоящее из множества сросшихся между собой мелких кристалликов, называется поликристаллическим (поликристаллом)
Поликристалл кремния
Поликристалл сахара

Форма и размеры кристаллов
Кристаллы разнообразных веществ имеют разнообразную форму
1 – каменная соль
2 – берилл
3 – алмаз
4 - гранат
5 - кварц
6 - турмалин
Размеры кристаллов также различны
7 - изумруд
Одни видимы обычным глазом, а другие только в микроскоп
8 - кальцит

Полиморфизм
Полиморфизм – это свойство тел одинакового химического состава в кристаллическом состоянии в зависимости от условий существовать в двух или более разновидностях (модификациях)
УГЛЕРОД
АЛМАЗ
ГРАФИТ

Полиморфизм
УГЛЕРОД
АЛМАЗ
ГРАФИТ
Нагревание в вакууме до 150 °С
Нагревание до 2000°С под давлением 1010 Па
В настоящее время освоено промышленное производство искусственных алмазов

Полиморфизм
У льда известно 14 различных модификаций, которые получают в лабораториях:
Впервые полиморфизм льда был обнаружен Г. Тамманом в 1900 г. и подробно изучен П. Бриджменом в 1912 г.

Полиморфизм
Родился в 1861 году. Окончив гимназию в Дерпте, Тамман поступил на физико-математический факультет Дерптского университета, по окончании курса которого в 1882 году состоял лаборантом при химической лаборатории, затем, с 1887 года, был приват-доцентом, впоследствии штатным доцентом и с 1892 года профессором и директором химической лаборатории того же университета. C 1903 года работал в Гёттингенском университете.
Густав Генрихович Тамман 09 июня 1861 - 17 декабря 1938

Полиморфизм
Американский физик, лауреат Нобелевской премии по физике в 1946 году «за изобретение прибора, позволяющего создавать сверхвысокие давления, и за открытия, сделанные в связи с этим в физике высоких давлений». Бриджмен родился в Кембридже, в США. Он поступил в Гарвардский университет в 1900 г., изучал там физику и с 1910 г. преподавал в Гарварде, с 1919 г. в качестве профессора. В 1905 г. он начал исследования некоторых явлений при высоких давлениях. Изобретатель установки, позволявшей получать давления до 100 тысяч атмосфер. При помощи новой установки было исследовано множество новых явлений, включая влияние давления на электрическое сопротивление, а также поведение жидкостей и твёрдых тел при высоких давлениях. Также Бриджмен известен своими исследованиями электрической проводимости металлов и свойств кристаллов.
Перси Уильямс Бриджмен 21 апреля 1882 - 20 августа 1961

Анизотропия кристаллов
Анизотропия – неодинаковость свойств (механических, тепловых, электрических и др.) кристалла. Анизотропны только монокристаллы!!!
Примеры:
Поваренная соль – раскол – крупинки = форма прямоугольных параллелепипедов
Кусок слюды легко расслаивается в одном из направлений на тонкие пластинки
В направлениях, параллельных граням, прочность кристалла поваренной соли гораздо меньше, чем в других направлениях.
расслоить его в направлении, перпендикулярном пластинкам гораздо труднее

Анизотропия кристаллов
Тепловое расширение кристалла кварца по разным направлениям
форма
шар
эллипсоид
до нагрева
после нагрева

Анизотропия кристаллов
Поликристаллические тела изотропны = обнаруживают одинаковые свойства по разным направлениям.
Кристаллики, из которых состоит поликристаллическое тело, ориентированы друг по отношению к другу хаотически
в результате ни одно из направлений не отличается от других!!!

Кристаллическая решетка
Правильность внешней формы твердых тел
Их частицы расположены относительно друг друга в определенном порядке, на строго определенных расстояниях друг от друга
Узлы кристаллической решетки
Элементарная ячейка кристаллической решетки
- это наименьший фрагмент, повторением которого можно образовать всю решетку
Кристаллическая решетка

Кристаллическая решетка
Элементарная ячейка кристаллической решетки
Длина ребра элементарной ячейки называется периодом кристаллической решетки.
- это наименьший фрагмент, повторением которого можно образовать всю решетку

Типы кристаллов
МОЛЕКУЛЯРНЫЕ
Во всех типах кристаллов образующие их частицы (молекулы, атомы, ионы) располагаются таким образом, что их энергия оказывается минимальной
КОВАЛЕНТНЫЕ
ИОННЫЕ
МЕТАЛЛИЧЕСКИЕ

Молекулярные кристаллы
кристаллы
имеют невысокую прочность
водород
аргон
азот
бром
нафталин
и др.

Ковалентные кристаллы
кристаллы
имеют высокую прочность и не разрушаются в повышением температуры
алмаз
кремний
По способности проводить электрический ток являются изоляторами и полупроводниками
германий
сульфид цинка
оксид бериллия
и др.

Ионные кристаллы
кристаллы
состоящие из ионов, связанных между собой электростатическим притяжением
фторид калия
хлорид калия
бромид калия
и др. комбинации ионов натрия, цезия, рубидия и лития с ионами фтора, брома, хлора и йода
йодид калия
фторид натрия

Металлические кристаллы
кристаллы
состоят из положительных ионов, окруженных электронным газом, образованным коллективизированными электронами (валентными электронами полностью утратившими связь со своими атомами
железо
сталь
медь
Металлический натрий
По способности проводить электрический ток являются проводниками

Аморфные тела
отличия от кристаллов
изотропны
Признак аморфного тела – неправильная форма поверхности при изломе
Став зависимости от условий отвердевания расплава в аморфном состоянии могут оказаться и такие вещества, которые имеют кристаллическую структуру
сохраняют свою форму
не имеют определенной температуры плавления

Аморфные тела
сходство с жидкостями
По прошествии длительного промежутка времени изменяют свою форму
Например, под действием силы тяжести

Аморфные тела
Аморфное состояние
неустойчивое
С течением времени вещество из аморфного состояния переходит в кристаллическое
Стекловидный аморфный сахарный леденец со временем засахаривается – покрывается кристаллами сахара

Задание
1. Дайте характеристику кристаллическому состоянию вещества
2. Дайте характеристику аморфному состоянию вещества.

Задания
0,5 балла за 1 задачу. 1 балл – «2», 2 балла – «3», 2,5 балла – «4», 3 балла – «5»
Почему не изменяется температура кристаллических тел при плавлении или отвердевании? Во сколько раз больше требуется энергии для плавления льда при температуре 0˚С, чем для нагревания льда той же массы на 1˚С? Какое количество льда, взятого при температуре плавления, можно растопить, затратив энергию 340 Дж? Болванки из алюминия и серого чугуна одинаковой массы нагреты до температуры их плавления. Для плавления какого из тел потребуется больше энергии? Во сколько раз? Алюминиевый и медный бруски массой 1 кг каждый нагреты до температуры их плавления. Для плавления какого тела потребуется большее количество теплоты? На сколько большее? Какое количество теплоты поглощает при плавлении кусок свинца массой 1 г, начальная температура которого 27 ˚С; олова массой 10 г, взятого при температуре 32 ˚С?

Справочные данные

Справочные данные