ТВЕРДОЕ СОСТОЯНИЕ ВЕЩЕСТВА Твердое состояние вещества агрегатное

ТВЕРДОЕ СОСТОЯНИЕ ВЕЩЕСТВА

Твердое состояние вещества— агрегатное состояние вещества, в котором оно имеет относительно постоянную форму и объем. Силы, действующие между атомами или молекулами, достаточно сильны, чтобы удерживать их в определенных ячейках (вблизи которых они могут колебаться) и противостоять сжатию.

История Несмотря на то, что твердые тела исследовались давно, всестороннее изучение и систематизация информации об их свойствах началось с лишь с XII века. Начиная с этого времени был открыт ряд эмпирических законов, которые описывали влияние на твердое тело механических сил, изменения температуры, света, электромагнитных полей и т. д.

Физические свойства твердых тел механические термические электромагнитные

Механические свойства В покое твёрдые тела сохраняют форму, но деформируются под воздействием внешних сил. При пластической деформации начальная форма не сохраняется. Каждое твердое тело имеет присущий ему порог деформации, после которой наступает разрушение. К механическим свойствам твердого тела принадлежит также его способность проводить звук, который является волной, переносящий локальную деформацию с одного места в другое.

Термические свойства Температура плавления — температура, при которой происходит переход в жидкое состояние. Изменение температуры вызывает деформацию твердого тела, в основном повышение температуры приводит к расширению.

Электромагнитные свойства Твердые тела разделяются на проводники и диэлектрики, промежуточное положение между которыми занимают полупроводники. При низких температурах для некоторых твердых тел свойственна сверхпроводимость — способность проводить электрический ток без сопротивления. Ферромагнетикам свойственно существование спонтанного магнитного момента.

Состояния твердых тел кристаллическое (медный купорос, кварц) аморфное (смола, канифоль, кварцевое стекло)

Различия аморфного и кристаллического состояния Кристаллическое Аморфное Атомы расположены закономерно, образуя трёхмерно-периодическую пространственную укладку — кристаллическую решётку Конденсированное состояние вещества, атомарная структура которых имеет ближний порядок и не имеет дальнего порядка, характерного для кристаллических структур. Затвердевают с образованием кристаллических граней Не затвердевают с образованием кристаллических граней Присуще свойство анизотропии, то есть зависимость их свойств от направления. Обладают изотропией свойств, то есть не обнаруживают различных свойств в разных направлениях.

Свойства твердых тел определяются их химическим составом и зависят от характера межатомных связей, типа кристаллической структуры и степени структурного совершенства, а также от фазового состава. В зависимости от количества образующих их элементов твердые тела можно подразделить на простые (однокомпонентные) и сложные (многокомпонентные), которые, в свою очередь, могут представлять собой химические соединения (неорганические или органические) либо твердые растворы различного типа (замещения, внедрения).

Рассмотрим несколько законов, как следствия из физических и химических свойств твердых тел: закон Гука (1678) закон Дюлонга-Пти (1819) закон Ома (1826) закон Видемана-Франца (1853)

Закон Гука — уравнение теории упругости, связывающее напряжение и деформацию упругой среды. Открыт в 1678 году английским учёным Робертом Гуком. Поскольку закон Гука записывается для малых напряжений и деформаций, он имеет вид простой пропорциональности. Сила упругости, возникающая в теле при его деформации, прямо пропорциональна величине этой деформации. F – сила, которой растягивают (сжимают) стержень, ∆l абсолютное удлинение (сжатие) стержня, а κ – коэффициент упругости или жесткости. Коэффициент упругости зависит как от свойств материала, так и от размеров стержня. Можно выделить зависимость от размеров стержня (площади поперечного сечения и длины) явно, записав коэффициент упругости как Величина E называется модулем упругости первого рода или модулем Юнга и является механической характеристикой материала.

Закон Дюлонга-Пти или закон постоянства теплоёмкости — эмпирический закон, согласно которому молярная теплоёмкость твёрдых тел при комнатной температуре близка к 3 R: где R — универсальная газовая постоянная. Закон выводится в предположении, что кристаллическая решетка тела состоит из атомов, каждый из которых совершает гармонические колебания в трех направлениях, определяемыми структурой решетки, причем колебания по различным направлениям абсолютно независимы друг от друга

Закон Ома — физический закон, определяющий связь электродвижущей силы источника или электрического напряжения с силой тока и сопротивлением проводника. Экспериментально установлен в 1826 году, и назван в честь его первооткрывателя Георга Ома.

Закон Видемана-Франца — это физический закон, утверждающий, что для металлов отношение коэффициента теплопроводности (либо тензора теплопроводности) к удельной электрической проводимости (либо тензору проводимости) пропорционально температуре: . В 1853 г. немецкими учёными Г. Видеманом (1826— 1899) и Р. Францем (1827— 1902) на основании экспериментальных данных было установлено, что для различных металлов при одинаковой температуре отношения практически не изменяются. Пропорциональность этого отношения термодинамической температуре была установлена Л. Лоренцем в 1882 г. В его честь коэффициент L носит названия числа Лоренца, а сам закон иногда именуют законом Видемана-Франца-Лоренца.

Значимые твердые тела К значимым твердым телам, по нашему мнению, относятся соединения наиболее активных щелочных металлов. К примеру, соединения Цезия, Рубидия и Франция.

Цезий Це зий (Cs) — элемент главной подгруппы первой группы шестого периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, атомный номер 55. Простое вещество цезий— мягкий щелочной металл серебристо-жёлтого цвета. Цезий — мягкий металл, из-за низкой температуры плавления при комнатной температуре находится в полужидком состоянии. Металлический цезий представляет собой вещество золотисто-белого цвета. Расплав представляет подвижную жидкость, при этом его цвет становится более серебристым. 1. 2. Является сильнейшим восстановителем. В микроскопических количествах из-за сильной активности.

Рубидий Руби дий(Rb) — элемент главной подгруппы первой группы, пятого периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, с атомным номером 37. Простое вещество рубидий — мягкий легкоплавкий щелочной металл серебристобелого цвета. Рубидий образует серебристо-белые мягкие кристаллы, имеющие на свежем срезе металлический блеск. Соединения с данным щелочным металлом , крайне неустойчивы на воздухе (реагируют с воздухом в присутствии следов воды с воспламенением).

Франций Фра нций (Fr) — элемент главной подгруппы первой группы седьмого периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, с атомным номером 87. Простое вещество франций — радиоактивный щелочной металл, обладающий высокой химической активностью. Франций похож по свойствам на цезий. Так как в распоряжении исследователей имеются лишь мельчайшие образцы, то сведения о его свойствах известны с достаточно большой погрешностью, однако они все время уточняются. Франций имеет самую низкую электроотрицательность из всех элементов, известных в настоящее время. Соответственно, франций является и самым химически активным щелочным металлом.

Вопросы для самопроверки 1. 2. 3. 4. 5. 6. Что такое твердое тело? Какие основные законы, связанные с твердыми телами, вы знаете? Охарактеризуйте физические свойства твердых тел ( механические, термические, электромагнитные). В каких состояниях могут находится твердые тела? В чем отличия аморфного и кристаллического состояния твердого тела? Какими химическими свойствами обладают твердые тела?

Конец