| Все вещества состоят из
мельчайших частиц — атомов и молекул. В зависимости от степени
упорядоченности расположения атомов (или молекул) различают кристаллические и
аморфные (стеклообразные) твердые тела.
Кристаллическими называют тела, в которых атомы (или
молекулы) расположены в правильном геометрическом порядке, причем этот общий
порядок соблюдается как для атомов, расположенных в непосредственной близости
друг от друга, так и на значительном расстоянии (дальний порядок).
Аморфными называют тела, в которых только ближайшие друг к
другу атомы находятся в упорядоченном расположении; дальний же тюрядок
отсутствует.
I Процесс кристаллизации можно представить следующим
образом. |При переходе вещества из жидкого состояния в твердое (например,
1при застывании расплава металла) или при выпадании твердого вещества в
осадок из насыщенного раствора (например, при твердении |гипса) атомы и
молекулы вещества стремятся занять такое положение относительно друг друга,
чтобы силы их взаимодействия оказались максимально уравновешены. Поэтому их
положение относительно друг друга оказывается вполне определенным, фиксированным.
Такой геометрически правильный и повторяющийся в
пространстве порядок расположения атомов (молекул) называют кристаллической
решеткой ( 2.1).
Процесс кристаллизации требует определенного времени. В
некоторых случаях (например, при быстром охлаждении расплавленного кварца)
затвердевание происходит без кристаллизации с сохранением хаотического
расположения атомов. Так образуется аморфное вещество—в нашем случае
кварцевое стекло.
Различие в строении кристаллических и аморфных веществ
определяет и различие в их свойствах. Так, аморфные вещества, обладая
нерастраченной внутренней энергией кристаллизации, химически более активны,
чем кристаллические такого же состава. Например, расплав доменного шлака,
используемый для получения шлаковых цементов, охлаждают по специальному
ускоренному режиму для получения гранулированного шлака стеклообразного
строения, обладающего повышенной химической активностью. Аморфное строение
имеют также горные породы, применяемые в качестве активных минеральных
добавок к цементам (туфы, пемзы, диатомиты, трепелы).
Другое существенное различие между аморфными и
кристаллическими веществами состоит в том, что кристаллические вещества при
нагревании до определенной температуры (температуры плавления) плавятся, а
аморфные размягчаются и постепенно переходят в жидкое состояние (у них
отсутствует температура плавления). 12
Прочность аморфных веществ, как правило, ниже прочности
кристаллических, поэтому для получения материалов повышенной прочности
специально проводят кристаллизацию стекол, например, при получении ситаллов и
шлакоситаллов — новых стеклокристаллических материалов.
Различные свойства наблюдаются у кристаллических
материалов одного и того же состава, если они кристаллизуются в разных
кристаллических формах. Это явление называют полиморфизмом. Например,
существуют две кристаллические формы углерода: алмаз и графит. Резкое отличие
в их свойствах связано с различным строением кристаллов: атомы алмаза имеют
плотнейшую тетраэдрическую решетку ( 2.1, а), а атомы графита расположены как
бы слоями, причем расстояние между слоями больше, чем между соседними атомами
в слоях ( 2.1, б). Такое строение графита придает ему мягкость и способность
расслаиваться на тончайшие пластинки.
Изменением свойств материала путем изменения его кристаллической
структуры пользуются при термической обработке металлов (закалке или
отпуске).
|