Struktura a vlastnosti pevných látek

Proč je zakázané kopírování? 💾 Stáhnout materiálVIP členstvíNahlásit chybu

fyzika

 

Otázka: Struktura a vlastnosti pevných látek

Předmět: Fyzika

Přidal(a): Michaela H

 

Pevné látky

  • krystalické
    • monokrystaly
      • přírodní – diamant, granát
      • umělé – Si, Ge
    • polykrystaly – většina krystalických látek
  • amorfní
    • beztvaré
    • pryskyřice, asfalt, vosk, polymery

 

Krystalické látky

  • Jsou charakterizovány pravidelným uspořádáním částic, z nichž jsou složeny
  • Vyskytují se ve dvou formách:
    • monokrystaly
    • polykrystaly

 

Monokrystaly

  • Mohou být:
    • přírodní (např.: kamenná sůl, vápenec, křemen a jeho barevné odrůdy, diamant, granát, …)
    • umělé (např.: křemík, germanium, …)
  • Částice jsou uspořádány pravidelně tak, že jejich určité rozložení se periodicky opakuje v celém krystalu – dalekodosahové uspořádání
  • některé monokrystaly mají pravidelný geometrický tvar
  • Typickým znakem je anizotropie

 

Polykrystaly

  • Většina krystalických látek jsou polykrystaly
  • Skládají se z velkého počtu drobných krystalků – zrn (rozměr zrna: 10 μm – mm)
  • Uvnitř zrna jsou částice uspořádány pravidelně, vzájemná poloha zrn je nahodilá
  • Typickým znakem je izotropie
  • Např. všechny kovy, různé zeminy, prach

 

Izotropie

  • Ve všech směrech stejné fyzikální vlastnosti
  • Např. kovová tyč se s rostoucí teplotou roztahuje do všech směrů stejně
  • Typické pro polykrystaly

 

Anizotropie

  • opak izotropie, ne ve všech směrech má stejné fyzikální vlastnosti
  • Tyto látky mají některé vlastnosti závislé na směru vzhledem ke stavbě krystalu
  • Např. kousek slídy se lehce štípe na tenké lístečky v určitých rovinách (rozdělit slídu ve směru kolmém k těmto rovinám je obtížné)
  • Typické pro monokrystaly

 

Amorfní (beztvaré) látky

  • Látky, v nichž je periodické uspořádání omezeno na velmi malou vzdálenost
  • Mají strukturu, která se vyznačuje krátkodosahovým uspořádáním (kolem vybrané částice jsou částice k ní nejbližší rozloženy přibližně pravidelně, ale s rostoucí vzdáleností se tato pravidelnost porušuje)
  • Např. pryskyřice, asfalt, vosk, sklo, …
  • Zvláštní skupinou amorfních látek jsou polymery (dlouhé makromolekuly polymerů jsou často navzájem propleteny, stočeny do klubek, vytvářejí sítě) – bílkoviny, AMK

 

Vnitřní stavba krystalu

  • Trojrozměrná soustava rovnoběžek tvoří geometrickou mřížku
  • Znám-li tvar a rozměry základního rovnoběžnostěnu a rozmístění částic v něm, je tím určena stavba krystalu jako celku

 

Ideální krystalová mřížka

  • Ideální kryst. mřížka vznikne sestavením velkého počtu základních buněk
  • Základní krychle obsazená určitým způsobem částicemi se nazývá základní (elementární) buňka krystalu, který patří do krychlové (kubické) soustavy
  • Kubická základní buňka může být:
    • a) prostá – vyskytuje se jen výjimečně
    • b) plošně centrovaná – Al, Ni, Cu, Ag, Au, …
    • c) prostorově centrovaná – Li, Na, K, Cr, W, …
  • Mřížkový parametr (mřížková konstanta)a = délka hrany základní buňky

 

  • Příklad: Kolik atomů v krystalové mřížce připadá na jednu základní buňku, která je:
    • a) prostá
      • x = 8 . 1/8 = 1
      • 8 částic na rohu sdílí s 8 dalšími elementárními buňkami
    • b) plošně centrovaná
      • x = 8 . 1/8 + 6 . 1/2 = 4
      • –II–, 6 částic sdílí s dalšími dvěma elementárními buňkami
    • c) prostorově centrovaná
      • x = 8 . 1/8 + 1 = 2
      • –II–, 1 částice je uprostřed el. buňky, nesdílí s nikým

 

Hlavní typy vazeb v pevných látkách

  • 1) Iontová
    • Iontové krystaly jsou značně tvrdé, ale křehké a štěpné podél rovin kolmých na hrany elementární buňky, mají poměrně vysokou teplotu tání
    • Elektrický izolant (při běžné teplotě; při vyšších teplotách jsou elektricky vodivé)
    • Pro viditelné světlo jsou většinou propustné
    • Např. alkalické halogenidy (NaCl, KBr) a oxidy alkalických zemin (CaO)
  • 2) Vodíková (vodíkový můstek)
    • Je nejsilnější z nevazebných interakcí, může se uplatnit i v rámci dvou částí jedné molekuly
    • Podstatně slabší než iontová nebo kovalentní vazba, ale silnější než většina ostatních mezimolekulárních sil
    • Spojuje např. kyslíkové ionty v krystalu ledu vody, ale je častá i v organických látkách
  • 3) Kovová
    • Kovové krystaly mají velmi dobrou tepelnou a elektrickou vodivost, povrchový lesk, v tlustších vrstvách jsou neprůhledné. Nejsou štěpné a některé z nich se vyznačují dobrou kujností a tažností.
    • Např. Cu, Fe, Al, W, …
    • Mřížka se skládá z 2 kladných iontů (kationty) – mezi nimiž se pohybují neuspořádaným způsobem valenční elektrony – tzv. elektronový plyn
  • 4) Kovalentní (atomová)
    • Všechny tyto krystaly jsou tvrdé, mají vysokou teplotu tání a jsou nerozpustné v běžných rozpouštědlech
    • Z elektrického hlediska patří mezi izolanty nebo polovodiče
    • Např. diamant, germanium, křemík, karbid křemíku, …
  • 5) van der Waalsova
    • Nízká teplota tání, jsou měkké
    • Např. krystaly inertních plynů, organické sloučeniny
  • 6) Kovová a kovalentní
    • Mimořádně tvrdé, těžko tavitelné, chemicky odolné
    • Např. karbidy (např. wolframu a tantalu), nitridy, boridy

Pozn.: V reálných krystalech se nejčastěji uplatňuje více než jeden typ vazby (např. grafit – kovalentní + van der Waalsova vazba mezi vrstvami)

 

Poruchy krystalové mřížky

  • Každý reálný krystal má ve své struktuře poruchy (defekty), které dělíme na bodové a čárové

 

Bodové poruchy

  • a) Vakance
    • Poruchy vzniklé chybějícími částicemi v mřížce
    • Příčiny:
      • kmitavý pohyb částice, který způsobí, že se částice uvolní
      • ozáření krystalu neutrony v jaderném reaktoru
      • vakance vznikají také při vzniku některých kovových slitin
  • b) Intersticiální poloha částice
    • Projevuje se tím, že částice je v místě mimo pravidelný bod mřížky
    • Je-li touto částicí iont, přenáší při svém pohybu náboj a způsobuje tak elektrickou vodivost iontových krystalů
  • c) Příměs (nečistota)
    • Cizí částice, které se vyskytují v krystalu daného chemického složení
    • Může se vyskytovat:
      • v intersticiální poloze (např.: snadná absorpce atomů C, jejichž počet a uspořádání může ovlivnit v mřížce Fe vlastnosti různých druhů oceli)
      • nahrazovat vlastní částici mřížky – tzv. substituční atom (např.: atomy různých prvků (B, P), které se zpravují do čistého krystalu křemíku nebo germania, a tím ovlivňují elektrickou vodivost látky)

 

Čárové poruchy (dislokace)

  • Jedná se o přerušení pravidelného uspořádání podél určité čáry (tzv. dislokační čáry)
  • Posunutí vrstvy hranovou dislokací:
  • Látky s touto poruchou nejsou příliš pevné
  • Dislokace se dělí:
    • hranové dislokace
    • šroubové dislokace


Další podobné materiály na webu: