СВОЙСТВО ЗАКЛЮЧАЮЩЕЕСЯ В ЗАВИСИМОСТИ СВОЙСТВ ОТ НАПРАВЛЕНИЯ В КРИСТАЛЛЕ

1. Физическая энциклопедия, под ред. Прохорова А. М., 1988, Москва,»Советская энциклопедия», том 1, стр 83

Что такое ионная связь?

Ионная связь, электровалентная связь, гетеровалентная связь, один из видов химической связи, в основе которого лежит электростатическое взаимодействие между противоположно заряженными ионами.

Что такое узлы кристаллической решётки?

Точки размещния частиц называют узлами кристаллической решѐтки.

В зависимости от типа частиц, расположенных в узлах кристаллической решѐтки, и характера связи между ними различают 4 типа кристаллических решѐток:

Что такое ковалентная связь?

Ковалентная связь, один из видов химической связи между двумя атомами, которая осуществляется общей для них электронной парой (по одному электрону от каждого атома).

К. с. существует как в молекулах (в любых агрегатных состояниях), так и между атомами, образующими решетку кристалла.

Анизотропи́я (от др.-греч.  — неравный и — направление) — неодинаковость свойств среды (например, физических: упругости, электропроводности, теплопроводности, показателя преломления, скорости звука или света и др.) по различным направлениям внутри этой среды; в противоположность изотропии.

В отношении одних свойств среда может быть изотропна, а в отношении других — анизотропна; степень анизотропии также может различаться.

Частный случай анизотропии — ортотропия (от др.-греч.  — прямой и — направление) — неодинаковость свойств среды по взаимно перпендикулярным направлениям.

Запрос «Кристалл» перенаправляется сюда; см. также другие значения.

Друза кристаллов кварца

Криста́ллы (от греч. первоначально — «лёд», в дальнейшем — «горный хрусталь; кристалл») — твёрдые тела, в которых частицы (атомы и молекулы) расположены закономерно, образуя трёхмерно-периодическую пространственную укладку — кристаллическую решётку.

Кристаллы — твёрдые вещества, имеющие естественную внешнюю форму правильных симметричных многогранников, основанную на их внутренней структуре, то есть на одном из нескольких определённых регулярных расположений составляющих вещество частиц (атомов, молекул, ионов).

Что такое кристаллическая решётка?

Кристалли́ческая решётка — вспомогательный геометрический образ, вводимый для анализа строения кристалла.

Решётка имеет сходство с канвой или сеткой, что даёт основание называть точки решётки узлами.

Решёткой является совокупность точек (атомов), которые возникают из отдельной произвольно выбранной точки кристалла под действием группы трансляции.

Это расположение замечательно тем, что относительно каждой точки все остальные расположены совершенно одинаково.

Применение к решётке в целом любой из присущих ей трансляций приводит к её параллельному переносу и совмещению.

Для удобства анализа обычно точки решётки совмещают с центрами каких-либо атомов из числа входящих в кристалл, либо с центрами молекул.

Текущая версия страницы пока не проверялась опытными участниками и может значительно отличаться от версии, проверенной 2 июля 2021 года; проверки требуют 2 правки.

Анизотропи́я (от др.-греч.  — неравный и  — направление) — различие свойств среды (например, физических: упругости, электропроводности, теплопроводности, показателя преломления, скорости звука или света и др.) в различных направлениях внутри этой среды; в противоположность изотропии.

В отношении одних свойств среда может быть изотропна, а в отношении других — анизотропна; степень анизотропии также может различаться.

Частный случай анизотропии — ортотропия (от др.-греч.  — прямой и  — направление) —
неодинаковость свойств среды по взаимно перпендикулярным направлениям.

Анизотропия
— зависимость физических свойств вещества от направления. Физические
свойства минералов могут описываться
скалярными, векторными, тензорными
величинами. Анизотропно проявляются
в объеме кристалла все физические
свойства: оптические, электрические,
теплофизические свойства, твердость и
др.

Скалярные
свойства- физические свойства, величина
которых не зависит от направления от
которого они определяются. Н-р: масса,
плотность, теплоемкость, модуль сжатия,
температура плавления и др. Ск вел-ы
задаются одним числом. Геометрический
образ – сфера, симметрия которой — ∞/∞mm.

Векторные
свойства- физические свойства, величина
которых зависит от направления. Твердость
спайность и т.д. Симметрия вектр свойства
соответствует симметрии неподвижного
конуса — ∞mm.

Тензорные
– направленные физические величины
описываемые в некоторой системе
координат. Удельная электропроводность,
теплопроводность – тензоры 2 ранга

Скалярные
свойства – тензорные свойства нулевого
ранга. Векторные св – тензсв 1 ранга.

Анизотропия является характерным свойством кристаллических тел (точнее — лишь тех, кристаллическая решетка которых не обладает высшей — кубической симметрией). При этом свойство анизотропии в простейшем виде проявляется только у монокристаллов. У поликристаллов анизотропия тела в целом (макроскопически) может не проявляться вследствие беспорядочной ориентировки микрокристаллов, или даже не проявляется, за исключением случаев специальных условий кристаллизации, специальной обработки и т. п.

Причиной анизотропности кристаллов является то, что при упорядоченном расположении атомов, молекул или ионов силы взаимодействия между ними и межатомные расстояния (а также некоторые не связанные с ними прямо величины, например, поляризуемость или электропроводность) оказываются неодинаковыми по различным направлениям. Причиной анизотропии молекулярного кристалла может быть также асимметрия его молекул. Макроскопически эта неодинаковость проявляется, как правило, лишь если кристаллическая структура не слишком симметрична.

Помимо кристаллов, естественная анизотропия — характерная особенность многих материалов биологического происхождения, например, деревянных брусков.

Анизотропия свойственна жидким кристаллам, движущимся жидкостям (неньютоновским — особенно).

Анизотропией особого рода в масштабах всего кристалла или его областей обладают ферромагнетики и сегнетоэлектрики.

Во многих случаях анизотропия может быть следствием внешнего воздействия (например, механической деформации, воздействия электрического или магнитного поля и т.д.). В ряде случаев анизотропия среды может в какой-то степени (а в некоторой слабой степени — часто) сохраняться после исчезновения вызвавшего ее внешнего воздействия.

Обменная анизотропия — особенность петель гистерезиса перемагничивания магнитных материалов, проявляющаяся в несимметричном расположении петли относительно оси ординат.

Следует разделить идеальный и реальный кристаллы.

Как можно классифицировать кристаллы?

Следует разделить идеальный и реальный кристалл.

Анизотропия свойств кристаллов

Анизотропия
– это зависимость свойств кристалла
от направления. Возникает в результате
упорядоченного расположения атомов в
пространстве.

Свойства
кристаллов определяются взаимодействием
атомов

В
кристалле расстояния между атомами в
различных кристаллографических
плоскостях различны, поэтому различны
и свойства.

Например,
прочность и пластичность монокристалла
меди изменяются в зависимости от
направления 180-350 Мпа, и 10-50 %. Для
поликристалла прочность 250 Мпа,
пластичность 40%.

В природе кристаллические тела –
поликристаллы, т.е. состоят из множества
мелких различно ориентированных
кристаллов. В этом случае анизотропии
нет, т.к. среднестатистическое расстояние
между атомами по всем направлениям
оказывается примерно одинаковым.

В связи с этим поликристаллические тела
считают квазиизотропными
(мнимо).

Все
аморфные тела – изотропны —
свойства у них одинаковы во всех
направлениях.

ФОРМИРОВАНИЕ
СТРУКТУРЫ ЛИТЫХ МАТЕРИАЛОВ

Переход
металла из жидкого состояния в твердое
с образованием кристаллической структуры
называется первичной кристаллизацией.

Образование
новых кристаллов в твердом кристаллическом
веществе называется вторичной
кристаллизацией.

Кристаллы
могут зарождаться самопроизвольно –
самопроизвольная кристаллизация.

Или
расти на имеющихся готовых центрах
кристаллизации – несамопроизвольная
кристаллизация.

Процесс
перехода металла из жидкого состояния
в твердое можно изобразить графически
в координатах температура – время по
так называемым кривым охлаждения

Д. К. Чернов , изучая
структуру литой стали указал, что процесс
кристаллизации состоит из двух
элементарных процессов:

Этот процесс можно
изучать с помощью рассмотрения моделей
(схем), что успешно применялось Миркиным
И. Л.

Предположим, что
на некоторой площади за 1 сек возникает
5 центров кристаллизации, которые растут
с определенной скоростью. К концу 1-ой
сек образовалось 5 зародышей, к концу
«-й они выросли и возникло еще 5 зародышей,
к концу 2-й они выросли и так далее. Так
в результате возникновения зародышей
и их роста происходит процесс
кристаллизации.

При образовании
кристаллы растут свободно, они могут
иметь геометрически правильную форму.
При столкновении же растущих кристаллов
их правильная форма нарушается. В
результате этого при после затвердевания
кристаллы имеют неправильную форму, их
называют кристаллитами или зернами.

ПРЕВРАЩЕНИЯ
В ТВЕРДОМ СОСТОЯНИИ.

Атомы
элемента могут образовывать любую
кристаллическую решетку. Однако
устойчивым, а, следовательно, и реально
существующим типом является решетка,
обладающая наиболее низким запасом
свободной энергии.

Так,
вольфрам, хром и др имеют ОЦК решетку,
медь, серебро и др. – ГЦК.

Однако
в ряде случаев при изменении температуры
может оказаться, что для того же металла
более устойчивой будет другая решетка,
чем была при другой температуре.

Существование
одного металла в нескольких кристаллических
формах называется ПОЛИМОРФИЗМОМ
или АЛЛОТРОПИЕЙ.

Аллотропические
формы обозначают буквами греческого
алфавита.

Превращение
одной аллотропической формы в другую
при нагреве чистого металла сопровождается
поглощением тепла и происходит при
постоянной температуре – горизонтальный
участок на термической кривой.

Такие
металлы как железо, кобальт, олово,
марганец, титан и др имеют полиморфные
превращения.

ПРАВИЛО
ФАЗ или ЗАКОН ГИББСА

Постоянная
температура при кристаллизации или,
что тоже самое – наличие площадки на
кривой охлаждения, объясняется,
доказывается важнейшим физико-химическим
законом, так называемым, правилом фаз
или законом Гиббса.

Правило
фаз – это закон, выражающий соотношение
между числом фаз Ф, числом компонентов
К, внешних переменных В и числом степеней
свободы для равновесной температуры.

Чтобы
успешно пользоваться этим правилом
необходимо дать понятия этим величинам.

ФАЗА
– это
однородная часть системы, ограниченная
от другой части системы поверхностью
раздела при переходе через которую
свойства изменяются скачкообразно.

КОМПОНЕНТАМИ
системы называют химические соединения
или элементы, из которых может быть
образована любая система. Это может
быть один металл или элементы сплава.

ЧИСЛОМ
СТЕПЕНЕЙ СВОБОДЫ –
или ВАРИАНТНОСТЬЮ
СИСТЕМЫ
называют количество факторов (
концентрация, температура, давление),
которые можно произвольно изменять без
изменения числа фаз системы.

Математически
выражение правила фаз имеет вид:

С
= К — Ф + 1 , где

К –
количество компонентов, образующих
систему

Ф-
число фаз в системе

В
– число внешних переменных

Применяя
правило фаз к металлам, можно во многих
случаях принять изменяющимся только
один внешний фактор – температуру, т.к.
давление мало влияет на фазовое равновесие
сплавов в твердом и жидком состояниях.

Тогда
правило фаз примет вид:

С
= К – Ф + 1

Математически
— степень
свободы – это разность между числом
переменных и уравнений, в которые входят
эти переменные

Если
С =0, то такое равновесие называется
НОНВАРИАНТНЫМ.

При
нонвариантном равновесии сплав из
данного числа фаз может существовать
только в совершенно определенных
условиях —
при постоянной температуре. На
кривой охлаждения – площадка.

Если
С = 1, то система называется МОНОВАРИАНТНОЙ,
система находится не в равновесии,
следовательно, температура меняется –
на кривой пер

Составляющие данное твёрдое вещество частицы образуют кристаллическую решётку. Если кристаллические решётки стереометрически (пространственно) одинаковы или сходны (имеют одинаковую симметрию), то геометрическое различие между ними заключается, в частности, в разных расстояниях между частицами, занимающими узлы решётки. Сами расстояния между частицами называются параметрами решётки. Параметры решётки, а также углы геометрических многогранников определяются физическими методами структурного анализа, например, методами рентгеновского структурного анализа.

Часто твёрдые вещества образуют (в зависимости от условий) более чем одну форму кристаллической решётки; такие формы называются полиморфными модификациями. Например, среди простых веществ известны:

Строение и свойство твердого вещества

Вещество может существовать в трех агрегатных состояниях: газообразном, жидком и твердом.

Плазму часто называют четвертым агрегатным состоянием. Зависимость свойств вещества от агрегатного состояния указана в табл.

Свойства веществ в разных агрегатных состояниях

Агрегатное состояние вещества определяется силами, действующими между молекулами, расстоянием между частицами и характером их движения.

В твердом состоянии частицы занимают определенное положение относительно друг друга.

Вещество обладает низкой сжимаемостью, механической прочностью, поскольку молекулы не имеют свободы движения, а только колебания. Молекулы, атомы или ионы, образующие твердое вещество, называют структурными единицами.

Твердые вещества делятся на аморфные и кристаллические.

Кристаллические вещества плавятся при строго определенной температуре Тпл, аморфные – не имеют резко выраженной температуры плавления; при нагревании они размягчаются (характеризуются интервалом размягчения) и переходят в жидкое или вязкотекучее состояние.

Сравнительная характеристика аморфных и кристаллических веществ

Внутреннее строение аморфных веществ характеризуется беспорядочным расположением молекул.

Кристаллическое состояние вещества предполагает правильное расположение в пространстве частиц, составляющих кристалл, и образованием кристаллической (пространственной) решетки.

Основной особенностью кристаллических тел является их анизотропия – неодинаковость свойств (тепло-, электропроводность, механическая прочность, скорость растворения и т. д.) по разным направлениям, в то время как аморфные тела – изотропны.

Твердые кристаллы – трехмерные образования, характеризующиеся строгой повторяемостью одного и того же элемента структуры (элементарной ячейки) во всех направлениях.

Элементарная ячейка представляет собой наименьший объем кристалла в виде параллелепипеда, повторяющегося в кристалле бесконечное число раз. Задают элементарную ячейку с помощью осей и углов.

Существуют основные параметры кристаллических решеток.

Энергия кристаллической решетки Екр., кДж/моль, –это энергия, которая выделяется при образовании 1 моля кристалла из микрочастиц (атомы, молекулы, ионы), находящихся в газообразном состоянии и удаленных друг от друга на расстояние, исключающее их взаимодействие.

Координационное число к.ч. –число частиц, окружающих в пространстве центральную частицу, связанных с ней химической связью.

Точки, в которых размещены частицы кристалла, называются узлами кристаллической решетки

Несмотря на многообразие форм кристаллов, их можно строго и однозначно классифицировать. Систематизация форм кристаллов была введена русским академиком А. В. Гадолиным (1867), она основана на особенностях симметрии кристаллов. В соответствии с геометрической формой кристаллов возможны следующие их системы (сингонии): кубическая, тетрагональная, орторомбическая, моноклинная, триклинная, гексагональная и ромбоэдрическая.

Одно и то же вещество может иметь различные кристаллические формы, которые отличаются по внутреннему строению, а значит, и по физико-химическим свойствам. Такое явление называется полиморфизмом.

Изоморфизм –два разных по природе вещества образуют кристаллы одинаковой структуры. Такие вещества могут замещать друг друга в кристаллической решетке, образуя смешанные кристаллы.

В зависимости от вида частиц, находящихся в узлах кристаллической решетки и типа связей между ними кристаллы бывают четырех типов: молекулярные, атомные, ионные и металлические.

Кристаллические решетки, состоящие из молекул (полярных и неполярных) называются молекулярными. Молекулы в таких кристаллических решетках соединены между собой сравнительно слабыми водородными, межмолекулярными и электростатическими силами. Поэтому вещества с молекулярной решеткой имеют малую твердость и низкие температуры плавления. Они малорастворимы в воде, не проводят электрический ток и обладают высокой летучестью.

Примерами веществ с молекулярными решетками являются лед, твердый углекислый газ («сухой лед»), твердые галогенводороды, твердые простые вещества, образованные одно- (благородные газы), двух- (F2, Cl2, Br2, J2, H2, N2,O2), трех- (O3), четырех- (P4), восьми- (S8) атомными молекулами.

Большинство кристаллических органических соединений также имеют молекулярную решетку.

Кристаллические решетки, в узлах которых находятся отдельные атомы, называют атомными (ковалентными).

Атомы в таких решетках соединены между собой прочными ковалентными связями.

Примером кристалла с атомной кристаллической решеткой может служить алмаз – одна из модификаций углерода. Данный кристалл состоит из атомов углерода, каждый из которых связан с четырьмя соседними атомами (к.ч. = 4).

Число веществ с атомной кристаллической решеткой велико.

Все они имеют высокую температуру плавления, не растворимы в жидкостях, обладают высокой прочностью, твердостью, имеют широкий диапазон электропроводимости (от изоляторов и полупроводников до электронных проводников).

Атомная кристаллическая решетка характерна для элементов III и IV групп главных подгрупп (Si, Ge, B, C).

Кристаллические решетки, состоящие из ионов, называются ионными. Их образуют вещества с ионной связью. Примером образования ионной кристаллической решетки может служить кристалл хлорида натрия (NaCl).

Вещества с ионной кристаллической решеткой обладают высокой твердостью, хрупкостью, являются тугоплавкими и малолетучими. Плавление ионных кристаллов приводит к нарушению геометрически правильной ориентации ионов относительно друг друга и ослаблению прочности связи между ними.

Поэтому расплавы, растворы таких кристаллов проводят электрический ток. Вещества с ионными кристаллическими решетками легко растворяются в полярных жидкостях, являются диэлектриками.

Ионные кристаллические решетки образуют многие соли, оксиды, основания.

Кристаллическая решетка, состоящая из атомов и ионов металлов, соединенных металлической связью (рис. 21), называется металлической.

Металлическая решетка является, как правило, весьма прочной. Этим объясняются свойственные большинству металлов твердость, малая летучесть, высокая температура плавления и кипения.

Она же обусловливает такие характерные свойства металлов как электро- и теплопроводность, блеск, ковкость, пластичность, непрозрачность, фотоэффект. Металлической кристаллической решеткой обладают чистые металлы и сплавы.

Отличие аморфных тел от кристаллических

Кристаллические тела — твёрдые тела, в которых атомы расположены закономерно, образуя трёхмерно-периодическую пространственную укладку — кристаллическую решётку. Порядок атомов может быть дальний и ближний.

Аморфные тела не имеют кристаллической структуры и в отличие от кристаллов не расщепляются с образованием кристаллических граней.

Также они, как правило, изотропны (не обнаруживают различных свойств в разных направлениях). Не имеют определённой точки плавления.

Кристаллы характеризуются пространственной периодичностью в расположении равновесных положений атомов. В аморфных телах атомы колеблются вокруг хаотически расположенных точек.

Анизотропия является характерным свойством кристаллических тел. При этом свойство анизотропии в простейшем виде проявляется только у монокристаллов. У поликристаллов анизотропия тела в целом (макроскопически) может не проявляться вследствие беспорядочной ориентировки микрокристаллов, или даже совсем не проявляется, за исключением случаев специальных условий кристаллизации, специальной обработки и т. п.

Во многих случаях анизотропия может быть следствием внешнего воздействия (например, механической деформации, воздействия электрического или магнитного поля и т. д.). В ряде случаев анизотропия среды может в какой-то степени (а в некоторой слабой степени — часто) сохраняться после исчезновения вызвавшего её внешнего воздействия.

Анизотропия фильтрационных свойств

Многим кристаллам присуще свойство анизотропии, то есть зависимость их свойств от направления, тогда как в изотропных веществах (большинстве газов, жидкостей, аморфных твёрдых телах) или псевдоизотропных (поликристаллы) телах свойства от направлений не зависят. Процесс неупругого деформирования кристаллов всегда осуществляется по вполне определённым системам скольжения, то есть лишь по некоторым кристаллографическим плоскостям и лишь в некотором кристаллографическом направлении. В силу неоднородного и неодинакового развития деформации в различных участках кристаллической среды между этими участками возникает интенсивное взаимодействие через эволюцию полей микронапряжений.

В то же время существуют кристаллы, в которых анизотропия отсутствует.

В физике мартенситной неупругости накоплен богатый экспериментальный материал, особенно по вопросам эффектов памяти формы и пластичности превращения. Экспериментально доказано важнейшее положение кристаллофизики о преимущественном развитии неупругих деформаций почти исключительно посредством мартенситных реакций. Однако принципы построения физической теории мартенситной неупругости неясны. Аналогичная ситуация имеет место в случае деформации кристаллов механическим двойникованием.

Значительные успехи достигнуты в изучении дислокационной пластичности металлов. Здесь не только понятны основные структурно-физические механизмы реализации процессов неупругой деформации, но и созданы эффективные способы расчёта явлений.

Морфология кристаллов — наука, изучающая происхождение кристаллов и их размещение этих граней в пространстве. Представляет собой отрасль кристаллографии.

Большинство природных кристаллов имеют гладкие кристаллические грани, в малогабаритных формах; грани кристаллов оптически плоские и обычно дают чёткие отражения окружения (как в оконном стекле). У больших кристаллов отражения бывают более размытыми и, следовательно, сами грани не идеально плоские.

Плоские грани у кристаллов свидетельствуют о правильности внутреннего расположения атомов, характеризующего кристаллическое состояние вещества.

Знание морфологии драгоценных материалов необходимо для распознания таких камней в необработанном состоянии, а также для лучшей огранки того или иного кристалла.

Свойства кристаллических и аморфных веществ

Одно из основных свойств кристалла — однородность. Однородным должно считаться тело, в котором на конечных расстояниях от любой его точки найдутся другие, эквивалентные ей не только в физическом отношении, но и геометрическом; т. е. находятся в таком же окружении, как и исходные, поскольку размещением материальных частиц в кристаллическом пространстве «управляет» пространственная решетка, можно считать, что грань кристалла — это материализованная плоская узловая решетка, а ребро — материализованный узловой ряд.

Как правило, хорошо развитые грани кристалла определяются узловыми сетками с наибольшей густотой расположения узлов.

Точка, в которой сходятся три и более граней, называется вершиной кристалла.

Анизотропность — это способность кристалла проявлять различные свойства в разных направлениях. Поскольку различные направления в кристаллической структуре вещества, построенного по закону трехмерной периодичности, могут и иметь неодинаковые расстояния между атомами (узлами), а следовательно, и разные по силе химические связи, то и свойства по таким направлениям могут отличаться, а сами кристаллы будут анизотропны относительно этих свойств.

Если свойство не изменяется в зависимости от направления, то вещество изотропно.

Способность самоограняться, т. е. при определенных условиях принимать естественную многогранную форму. В этом также проявляется его правильное внутреннее строение.

Именно это свойство отличает кристаллическое вещество от аморфного. Иллюстрацией этому служит пример. Два выточенных из кварца и стекла шарика опускают в раствор кремнезема. В результате шарик кварца покроется гранями, а стеклянный останется круглым.

Кристаллы построены из материальных частиц — ионов, атомов или молекул, геометрически правильно расположенных в пространстве. Для описания порядка расположения частиц в пространстве их стали отождествлять с точками.

Из такого подхода постепенно сформировалось представление о пространственной, или кристаллической, решетке как о бесконечном трехмерном периодическом образовании. В ней выделяют узлы (отдельные точки, центры тяжести атомов и ионов), ряды (ряд— совокупность узлов, лежащих на одной прямой) и плоские сетки (плоскости, проходящие через любые три узла).

Таким образом, кристаллическое вещество имеет строго закономерное (решетчатое, или ретикулярное) внутреннее строение (от лат. reticulum — сеточка).

Одна из главнейших особенностей кристаллических структур — закономерная повторяемость в пространстве их узлов, рядов и плоских сеток. Отсюда характерные свойства кристаллических веществ:

Физические науки, изучающие кристаллы

Вообще, изучением свойств реальных кристаллов занимается огромная научная отрасль; достаточно сказать, что все полупроводниковые свойства некоторых кристаллов (на основе которых создаётся точная электроника и, в частности, компьютеры) возникают именно за счёт дефектов.

33) Предельные группы симметрии Кюри.

П.
Кюрипоказал, что имеется 7
предельных точечных групп. Симметрия
каждой из них наглядно изображается
соответствующей геометрической фигурой.

1.
Группа , (одна ось симметрии бесконечного
порядка). Ей соответствует равномерно
вращающийся круговой конус. Группа
полярна и энантиоморфна(ЭНАНТИОМОРФИ́ЗМ
(от греч. enantios — противоположный и morphe
— форма), свойство некоторых кристаллов
существовать в модификациях, являющихся
зеркальными отражениями друг друга.),
потому что конус может вращаться вправо
и влево.

2.
Группа m, (ось симметрии бесконечного
порядка и бесконечное число продольных
областей симметрии). Ее символизирует
покоящийся круговой конус. Группа
полярна, но не энантиоморфна.

3.
Группа /m, (ось бесконечного порядка,
поперечная плоскость симметрии и центр
инверсии). Симметрия группы /m — симметрия
вращающегося цилиндра. Торцы цилиндра
неодинаковы: с одной стороны торца
вращение осуществляется по часовой
стрелке, с другой — против. Ось симметрии
не полярна, оба ее конца можно совместить
друг с другом путем отражения в поперечной
плоскости симметрии.

4.
Группа 2, (ось симметрии бесконечного
порядка и бесконечное число поперечных
осей 2). Может быть представлена цилиндром,
концы которого закручены в разные
стороны. В этой группе возможенэнантиоморфизм.

5.
Группа /mmm, (одна ось бесконечного порядка,
одна поперечную и бесконечное множество
продольных плоскостей симметрии,
бесконечное множество продольных осей
2 и центр симметрии). Симметрия этой
группы – симметрия покоящегося цилиндра.

6.
Группа /, (центр симметрии и бесконечное
множество осей бесконечного порядка и
плоскостей симметрии). Описывает
симметрию обычного шара.

7.
Группа /m, (бесконечное множество осей
симметрии бесконечного порядка, без
плоскостей и центров симметрии).
Изображают ее своеобразным шаром, у
которого все диаметры закручены по
правому или левом винту соответственно
правой или левой энантиоморфной формам.

33. Принцип
Кюри (диссиметрии /суперпозиции)

При
взаимодействии нескольких явлений
разной природы со своей симметрией
сохраняются только общие элементы
симметрии. Принцип Кюри можно
продемонстрировать на примере сложения
двух геометрических фигур, каждая из
которых обладает собственной симметрией.
В результате сложения диссиметрии
составной фигуры увеличилась.

2вар:
при наложении нескольких явлений
различной природы в одной и той же
системе их диссеметрии складываются,
то есть кристалл под внешним воздействием
изменяет свою точечную симметрию таким
образом, что в группе симметрии его
внешней формы сохраняются лишь те
элементы симметрии, которые являются
общими для групп симметрии как самого
кристалла так и воздействий взятых
отдельно

Принцип
Неймана.
Элементы симметрии каждого
физического свойства включают в себя
элементы макроскопической симметрии
кристалла. Физическое свойство может
обладать более высокой симметрией, чем
сам кристалл.

Связь
между точечной симметрии кристалла и
симметрии его физических свойств
сформулировал Нейман: материал в
отношении физических свойств обнаруживает
симметрию того же рода, что его
кристаллографическая форма(идея изучения
физ.свойств с помощью симметрии) Далее
ученик Неймана Фойгт уточнил данный
принцип: группа симметрии любого
физ.свойства должна вкл все элементы
точечной группы симметрии кристалла(
симметрия физ.свойства не может быть
ниже точечной группы симметрии кристалла.
Принцип неймана указывает лишь на
возможность, но не обязательность
проявления определенного физ.свойства
у данного кристалла. То есть яв-ся
необходимым, но недостаточным условием,
используя этот принцип можно, зная
группу симмтерии, предсказать
физ.свойства., либо зная физ.свойства,
установить у кристаллов каких классов
симметрии они возможны

34. Оптические
свойства кристаллов. Каждое вещество
с определенной кристаллической структурой
характеризуется своеобразными оптическими
свойствами, которое имеет решающее
значение при диагностике. Оптические
свойства тесно связаны с кристаллической
структурой твердого тела, его симметрией.
Все вещества можно разделить на изотропные
и анизотропные. К первым относятся
аморфные тела и кристаллы высшей
категории, ко вторым-остальные кристаллы.
В оптически изотропных средах световая
волна, представляющая собой совокупность
поперечных гармонических колебаний
электромагнитной природы, распр-ся с
одинаковой скоростью во всех направлениях.
В оптические анизотропных средах
скорости распространения волны в разных
направлениях могут быть различны.

Индикатриса-
поверхность, построенная на величинах
показателей преломления, отложенных в
направлении электромагнитных колебаний
световых волн. В общем случае – это
эллипсоид с тремя различными осями.
Индикатрисой кристаллов высшей категории,
как и оптически изотропных аморфных
тел, будет сфера, то есть в таких кристаллах
нет направлений, распространяясь по
которым свет испытывал бы двупреломление
и для характеристики данной индикатрисы
достаточно знать радиус сферы, то есть
один показатель преломления.

Оптическийиндикатриссой
кристаллов средней категории является
эллипсиоид вращения в одной главной
осью-осью вращения. Показатели преломления
кристалла для всех колебаний, совершающих
в плоскости кругового сечения,равны.для
характеристики эллипсоида вращения
достаточно знать половину величины оси
вращения эллипсоида и радиус его
кругового сечения.

Оптический
индикатрисой для кристаллов низшей
категории является трехосный эллипсоид
с тремя взаимно перпендикулярными
осями, по величине отвечающим трем
разным показателям преломления.
Индикатриса имеет 2 круговых сечения с
радиусами, равными средней по величине
оси эллипсоида, а следовательно 2
оптические оси, то есть имеет 2 направления,
распространяясь по которым свет не
испытывает двулучпреломления

В
кристаллах средней категории ось
вращения оптической индикатрисы
совпадает с главной единственной осью
высшего порядка. В ромбических кристаллах
с взаимно перпендикулярными осями
совпадают также взаимно перпендикулярные
оси оптической индикатрисы.

В
моноклинных лишь одна из осей оптической
индикатрисы совпадает с единственным
особым направлениием кристалла, а две
другие фиксируется относительно
выбранной координатной системы, то есть
относительно ребер кристалла. В кристаллах
триклинной сингонии-кристаллы без
особых направлений-все три оси индикатриссы
могут быть по-разному ориентированы в
кристалле.

Оптическая
индикатриса кубических кристалловимеет форму шара.

Кристаллические тела и их свойства

В твёрдых телах частицы (молекулы, атомы и ионы) расположены настолько близко друг к другу, что силы взаимодействия между ними не позволяют им разлетаться.

Эти частицы могут лишь совершать колебательные движения вокруг положения равновесия. Поэтому твёрдые тела сохраняют форму и объём.

По своей молекулярной структуре твёрдые тела разделяются на кристаллические и аморфные.

Анизотропия кристаллических тел

В кристаллах частицы расположены с различной плотностью по разным направлениям.

Если мы соединим прямой линией атомы в одном из направлений кристаллической решётки, то расстояние между ними будет одинаковым на всём этом направлении.

В любом другом направлении расстояние между атомами тоже постоянно, но его величина уже может отличаться от расстояния в предыдущем случае.

Это означает, что на разных направлениях между атомами действуют разные по величине силы взаимодействия. Поэтому  и физические свойства вещества по этим направлениям также будут отличаться.

Это явление называется анизотропией — зависимостью свойств вещества от направления.

Электропроводность, теплопроводность, упругость, показатель преломления и другие свойства кристаллического вещества различаются в зависимости от направления в кристалле.

По-разному в разных направлениях проводится электрический ток, по-разному нагревается вещество, по-разному преломляются световые лучи.

В поликристаллах явление анизотропии не наблюдается.

Свойства вещества остаются одинаковыми по всем направлениям.

Молекулы (или атомы) расположены строго упорядоченно.

Расстояние между молекулами ≈ диаметру молекулы. Атомы или молекулы твердых тел колеблются около определенных положений равновесия.

Поэтому твердые тела сохраняют не только объем, но и форму. Если соединить центры положений равновесия атомом или ионов твердого тела, то получится правильная пространственная решетка, называемая кристаллической.

Твердые тела, в которых атомы или молекулы располо­жены упорядочение и образуют периодически повторяющуюся внутреннюю структуру, назы­ваются кристаллами.

Поэтому кристаллы имеют плоские грани (Крупинка поваренной соли имеет плоские грани, составляющие друг с другом прямые углы).

Физические свойства кристал­лических тел неодинаковы в различных направлениях, но совпадают в параллельных на­правлениях.

Анизотропия кристаллов – это зависимость физических свойств от выбранного в кристалле направления.

Например, различная механическая прочность кристаллов по разным направлениям (Кусок слюды легко расслаивается в одном направлении, но разорвать его в направлении перпендикулярном пластинкам гораздо сложнее).

Многие кристаллы по — разному проводят теплоту и электрический ток в различных направлениях. От направления зависят и оптические свойства кристаллов. Например, кристаллы кварца и турмалина по – разному преломляют свет в зависимости от направления падающих на него лучей.

Кристалл поваренной соли при раскалывании дробится на части, ограниченные пло­скими поверхностями, пересе­кающимися под прямыми угла­ми.

Эти плоскости перпендику­лярны особым направлениям в образце, по этим направлениям его прочность минимальна.

Анизотропия механических, тепловых, электрических и оп­тических свойств кристаллов объ­ясняется тем, что при упоря­доченном расположении атомов, молекул или ионов силы взаи­модействия между ними и меж­атомные расстояния оказывают­ся неодинаковыми по различным направлениям.

Кристаллические тела делят­ся на монокристаллы и поли­кристаллы.

Монокристаллы – это одиночные кристаллы имеют правильную геометрическую форму, и их свойства различны по разным направлениям (анизотропия).

Монокристаллы ино­гда обладают геометрически пра­вильной внешней формой, но главный признак монокристалла — периодически повторяю­щаяся внутренняя структура во всем его объеме.

Поликристал­лическое тело представляет собой совокупность сросшихся друг с другом хаотически ориентиро­ванных маленьких кристаллов — кристаллитов. Поликристалличе­скую структуру чугуна, напри­мер, можно обнаружить, если рассмотреть с помощью лупы образец на изломе. Каждый ма­ленький монокристалл поликри­сталлического тела анизотропен, но поликристаллическое тело изо­тропно.

Поликристаллы– это твердые тела состоящие из большого числа маленьких сросшихся кристалликов (металлы, кусок сахара).

Все направления внутри поликристаллов равноправны и свойства поликристаллов одинаковы по всем направлениям (изотропия).

Аморфными называются тела, физические свойства которых одинаковы по всем направле­ниям. Примерами аморфных тел могут служить куски затвердев­шей смолы, янтарь, изделия из стекла. Аморфные тела яв­ляются изотропными телами.

Изотропность физических свойств аморфных тел объясняется бес­порядочностью расположения со­ставляющих их атомов и моле­кул. У аморфных тел нет строгого порядка в расположении атомов, нет строгой повторяемости по всем направлениям одного и того же элемента структуры.

Определенной температуры плавления у аморфных тел в отличие от кристаллических нет.

Свойства аморфных тел. Все аморфные тела изотропны, т.е. их физические свойства по всем направлениям одинаковы (стекло, смола, пластмасса и т.д.).

При внешних воздействиях аморфные тела обнаруживают одновременно упругие свойства, подобно твердым телам, и текучесть, подобно жидкости (При сильном ударе кусок смолы раскалывается на кусочки, а при длительном нахождении смолы на твердой поверхности, смола постепенно растекается, и чем выше температура, тем быстрее это происходит.).

Типы кристаллических систем

В зависимости от пространственной симметрии, все кристаллические решётки подразделяются на семь кристаллических систем.

1. триклинная сингония — наименьшая симметрия, нет одинаковых углов, нет осей одинаковой длины;

2. моноклинная сингония — два прямых угла, нет осей одинаковой длины;

3. ромбическая сингония — три прямых угла (поэтому ортогонально), нет осей одинаковой длины;

4. гексагональная сингония — две оси одинаковой длины в одной плоскости под углом 120°, третья ось под прямым углом;

5. тетрагональная сингония — две оси одинаковой длины, три прямых угла;

6. тригональная сингония — три оси одинаковой длины и три равных угла, не равных 90°;

7. кубическая сингония — высшая степень симметрии, три оси одинаковой длины под прямым углом.

Типы кристаллических решёток

Кристаллическая решётка — это математическая модель, с помощью которой можно представить, как расположены частицы в кристалле. Мысленно соединив в пространстве прямыми линиями точки, в которых расположены эти частицы, мы получим кристаллическую решётку.

Расстояние между атомами, расположенными в узлах этой решётки, называется параметром решётки.

В зависимости от того, какие частицы расположены в узлах, кристаллические решётки бывают молекулярные, атомные, ионные и металлические.

От типа кристаллической решётки зависят такие свойства кристаллических тел, как температура плавления, упругость, прочность.

При повышении температуры до значения, при котором начинается плавление твёрдого вещества, происходит разрушение кристаллической решётки.

Молекулы получают больше свободы, и твёрдое кристаллическое вещество переходит в жидкую стадию. Чем прочнее связи между молекулами, тем выше температура плавления.

В молекулярных решётках связи между молекулами не прочные. Поэтому при обычных условиях такие вещества находятся в жидком или газообразном состоянии.

Твёрдое состояние для них возможно только при низких температурах. Температура их плавления (перехода из твёрдого состояния в жидкое) также низкая. А при обычных условиях они находится в газообразном состоянии.

Примеры — иод (I2), «сухой лёд» (двуокись углерода СО2).

В веществах, имеющих атомную кристаллическую решётку, связи между атомами прочные.

Поэтому сами вещества очень твёрдые. Плавятся они при высокой температуре. Кристаллическую атомную решётку имеют кремний, германий, бор, кварц, оксиды некоторых металлов и самое твёрдое в природе вещество — алмаз.

К веществам с ионной кристаллической решёткой относятся щёлочи, большинство солей, оксиды типичных металлов.

Так как сила притяжения ионов очень велика, то эти вещества способны плавиться только при очень высокой температуре. Их называют тугоплавкими. Они обладают высокой прочностью и твёрдостью.

В узлах металлической решётки, которую имеют все металлы и их сплавы, расположены и атомы, и ионы.

Благодаря такому строению металлы обладают хорошей ковкостью и пластичностью, высокой тепло- и электропроводностью.

Чаще всего форма кристалла — правильный многогранник.

Грани и рёбра таких многогранников всегда остаются постоянными для конкретного вещества.

Одиночный кристалл называют монокристаллом. Он имеет правильную геометрическую форму, непрерывную кристаллическую решётку.

Примеры природных монокристаллов — алмаз, рубин, горный хрусталь, каменная соль, исландский шпат, кварц. В искусственных условиях монокристаллы получают в процессе кристаллизации, когда охлаждая до определённой температуры растворы или расплавы, выделяют из них твёрдое вещество в форме кристаллов.

При медленной скорости кристаллизации огранка таких кристаллов имеет естественную форму. Таким способом в специальных промышленных условиях получают, например, монокристаллы полупроводников или диэлектриков.

Мелкие кристаллики, беспорядочно сросшиеся друг с другом, называются поликристаллами. Ярчайший пример поликристалла — камень гранит. Все металлы также являются поликристаллами.

Строение кристаллических тел

Кристаллическими называют такие твёрдые тела, молекулы, атомы или ионы в которых располагаются в строго определённом геометрическом порядке, образуя в пространстве структуру, которая называется кристаллической решёткой.

Этот порядок периодически повторяется по всем направлениям в трёхмерном пространстве. Он сохраняется на больших расстояниях и не ограничен в пространстве. Его называют дальним порядком.

• Шретер В., Лаутеншлегер К.-Х., Бибрак Х. и др. Химия: Справ. изд. М.: Химия, 1989.
• Шубников А. В., Флинт Е. А., Бокий Г. Б., Основы кристаллографии, М.— Л., 1940.
• Шаскольская М., Кристаллы, М., 1959;
• Костов И., Кристаллография, пер. с болг., М., 1965.
• Банн Ч., Кристаллы, пер. с англ., М., 1970;
• Лейбфрид Г., Микроскопическая теория механических и тепловых свойств кристаллов, пер. с нем., М., 1963.