Природа кристалічних речовин.

Характерною особливістю кристалів є те, що частки, які їх складають, утворюють докладну просторову структуру, в якій вони закономірно розміщені на фіксованій відстані один від одного, утворюючи кристалічну решітку.

Кристалічна решітка - це характерне для кристалу розташування атомів, іонів або молекул, що мають періодичну повторюваність у трьох вимірах. Упорядкованість кристалів проявляється в анізотропії їхніх властивостей, тобто в неоднаковості властивостей (наприклад, теплопровідності, міцності тощо) в різних напрямках координатних осей.

В залежності від виду часток, що утворять кристал, і характеру зв'язку між ними розрізняють 4 основних типів структур кристалічних речовин: атомну, металеву, іонну та молекулярну.

В кристалах з атомною структурою у вузлах кристалічних решіток розміщені нейтральні атоми однакових або різноманітних елементів, з'єднаних між собою в основному ковалентними зв‘язками. До таких речовин відносяться карбіди, силіциди, алмаз та кремній, які мають високу міцність, твердість, тугоплавкість і дуже низьку розчинність.

Металева решітка складається з щільно упакованих катіонів металів, позитивні заряди яких врівноважуються валентними електронами, які вільно переміщуються між катіонами металів. Виникає металевий зв'язок. Металеву решітку мають практично всі метали і сплави, в тому числі залізо, сталь, чавун, сплави алюмінію і титану. Така структура решітки придає металам високу міцність, деформаційність, тепло- і електропровідність.

У вузлах іонних кристалічних решіток поперемінно розташовані позитивно і негативно заряджені іони, зв'язок між якими здійснюється електростатичними силами притягання. За цим типом в основному побудовані решітки CaO, MgO, CaCO₃, MgCO₃, CaSO₄, Ca(OH)₂, Mg(OH)₂ тощо. Ці сполуки мають достатньо високу температуру плавлення (або розкладу) і низьку тепло- і електропровідність.

У вузлах молекулярної кристалічної решітки розміщені молекули, зв'язок між якими здійснюється слабкими між молекулярними силами. Речовини з молекулярними решітками мають низькі температури плавлення. Такі типи решіток характерні для речовин органічного походження (наприклад, парафін).

В реальних умовах ріст кристалів протікає з відхиленням від правильного геометричного розташування елементів решітки, що обумовлює появу в них різного роду дефектів. В залежності від походження дефекти можна поділяти за їх вимірністю: нульвимірні (крапкові), одновимірні (лінійний дефекти або дислокації), двувимірні (поверхні) і тривимірні (об’ємні).

Прикладом крапкових дефектів є чужорідні (домішки) атоми та іони, що заміщають в решітках частки основної речовини або ті, що впроваджуються в меж вузли. Їхня наявність може впливати на твердість, міцність, тепло- і електропровідність кристалів та дозволяє керувати властивостями матеріалу. Дислокації характерні для місць обриву площин решітки та їх закручування, а також для випадків послідовного об'єднання крапкових дефектів в ланцюжки, що може призводити до зміни пластичності та зниженню міцності матеріалу.

При неправильній упаковці часток в шарі утворюються плоскі сітки лінійних дефектів, а скупчення вакансій, пори, канали, бульки газу і зародки нової фази можуть проявляти властивості трьохвимірних дефектів. Ті та інші негативно впливають на механічні властивості кристалічних матеріалів. Разом з тим, наявність дефектів у структурі матеріалів в цілому ряді випадків сприяє прискореному протіканню хімічних реакцій синтезу технічних мінералів з заданими будівельно-технічними властивостями.

Будівельні матеріали в твердому кристалічному стані представлені широким класом сполук у виді силікатів, алюмосилікатів, карбонатів, сульфатів, металів, сплавів, окремими видами полімерів.

Дата добавления: 2015-08-18