struktura wewn™trzna cia‚ sta‚ych

Download Struktura wewn™trzna cia‚ sta‚ych

Post on 27-Jun-2015

929 views

Category:

Documents

3 download

Embed Size (px)

TRANSCRIPT

Struktura wewn trzna cia sta ychI zmiany stanu skupienia

Mo na wyr ni dwa g wne typy przebiegu zestalania si cia , ktre, och adzane, przechodz ze stanu ciek ego do sta ego: y Sie krystaliczna o uporz dkowanej strukturze przestrzennej y 2. Sie bezpostaciowa (czyli amorficzne) i szkliwa.y

Typy budowy cia sta ych

y

Wiele spo rd cia sta ych ma budow krystaliczn , tzn. e atomy, z ktrych si sk adaj u o one s w okre lonym porz dku. Porz dek ten daje si stosunkowo prosto opisa przez podanie w asno ci symetrii. Symetri kryszta u definiuje si poprzez podanie operacji symetrii przekszta caj cych kryszta sam w siebie. Przekszta ceniami symetrii s translacje, obroty, inwersja, obroty inwersyjne i p aszczyzny odbicia.

Sie krystaliczna

Przyk ady

Uk ad, w ktrym wszystkie trzy osie maj jednakow d ugo i s w stosunku do siebie prostopad e. y Do uk adu regularnego nale kryszta y o najwi kszej liczbie elementw symetrii. Na jednym krysztale mog wyst powa rwnocze nie 3 osie czterokrotnej symetrii, 4 osie trzykrotnej symetrii i 6 osi dwukrotnej symetrii; ponadto 9 p aszczyzn symetrii i rodek symetrii. W tym uk adzie krystalizuje oko o 12% minera w; mied rodzima, z oto rodzime, srebro rodzime, diame nt, galena, halit, fluoryt, uraninit, spinel, magnetygranaty, sfaleryt tetraedryt, sodalit, piryt, haueryt, skutterudyt.y

Uk ad regularny

komrka elementarna uk adu regularnego

pirop dwunasto cian rombowy

fluoryt oktaedr

piryt sze cian

y

Uk ad w ktrym trzy osie s w stosunku do siebie prostopad e, dwie z nich maj tak sam d ugo i le w jednej p aszczy nie, a trzecia o (o g wna) jest od nich d u sza lub krtsza. W tym uk adzie krystalizuje oko o 10%minera w np. rutyl, anataz, cyrkon, kasyteryt, apofyllit, wezuwian, scheelit, skapolity, ch alkopiryt, wulfenit, ksenotym

Uk ad tetragonalny

komrka elementarna uk adu tetragonalnego

kryszta y anatazu

y

uk ad , w ktrym trzy z czterech osi le w jednej p aszczy nie, maj jednakow d ugo , a k t mi dzy nimi wynosi 120. Czwarta o jest osi sze ciokrotn , ma inn ni pozosta e d ugo i jest do nich prostopad a. W tym uk adzie krystalizuje oko o 8% minera w; np.: grafit, kowelin, molibdenit, pirotyn, beryl , apatyt, piromorfit, mimetezyt, wanadynit, w urcyt, cynkit, kwarc wysoko-temperaturowy, nefelin.

Uk ad heksagonalny

komrka elementarna uk adu heksagonalnego

Kryszta berylu

y

Uk ad , w ktrym trzy osie r nej d ugo ci s w stosunku do siebie prostopad e. W tym uk adzie krystalizuje oko o 22% minera w; np. siarka rodzima, antymonit, aragonit, ceru syt, baryt, celestyn, anglezyt, anhydryt, oliwi n, topaz, chryzoberyl, hemimorfit, prehnit, zoisyt, epsomit, enstatyt, bronzyt, hipersten, antofyllit, gedryt, stefanit.

Uk ad rombowy

komrka elementarna uk adu rombowego

Uk ad krystalograficzny, w ktrym wszystkie trzy osie maj r n d ugo i s do siebie uko nie nachylone. y Typowymi przedstawicielami tej grupy s pediony y W tym uk adzie krystalizuje oko o 7% minera w; np. mikroklin, amazonit, plagioklazy, aksy nit, turkus, rodonit, dysten, cyjanit, chalkantyt, sassolin, albit.y

Uk ad trjsko ny

komrka elementarna uk adu trjsko nego

kryszta y chalkantytu

W uk adzie trygonalnym trzy z czterech osi le w jednej p aszczy nie, maj jednakow d ugo , a k t mi dzy nimi wynosi 120. Czwarta o jest osi trzykrotn i jest prostopad a do pozosta ych trzech. Osie i k ty s takie same jak w uk adzie heksagonalnym, jednak przekrj podstawowej formy graniastos upa nie jest sze ciok tny lecz trjk tny. y W tym uk adzie krystalizuje oko o 9% minera w; np. kalcyt, magnezyt, syderyt, smithsonit, brucyt, he matyt, korund, bizmut rodzimy, proustyt, pirargyryt, t urmalin, milleryt, kwar niskotemperaturowy, cynober, ilmenit, dolomit, willem it, dioptaz, fenakit.y

Uk ad trygonalny

komrka elementarna uk adu trygonalnego

y

Uk ad krystalograficzny, w ktrym s trzy osie r nej d ugo ci, z czego dwie s w stosunku do siebie prostopad e, a trzecia jest ustawiona sko nie. y Typowymi przedstawicielami tej grupy s : y pinakoidy (dwu ciany podstawowe) o nachylonych cianach wierzcho kowych y graniastos upy o nachylonych cianach wierzcho kowych (s upy z daszkami) y W tym uk adzie krystalizuje oko o 32% minera w; np. ortoklaz, mika, gips, realgar, aurypigment, malac hit, azuryt, epidot, natrolit, mezolit, diopsyd, jadeit, egiryn, omfacyt, spo dumen, augit, aktynolit, tremolit, glaukofan, crossyt, riebeckit, hornblenda, olivenit.

Uk ad jednosko ny

komrka elementarna uk adu jednosko nego

Monokryszta gipsu

y

Cia o amorficzne, cia o bezpostaciowe stan skupienia materii charakteryzuj cy si w asno ciami reologicznymi zbli onymi do cia a krystalicznego, w ktrym nie wyst puje uporz dkowanie dalekiego zasi gu. Cia o b d ce w stanie amorficznym jest cia em sta ym (tzn. nie mo e p yn ), ale tworz ce je cz steczki s u o one w sposb do chaotyczny, bardziej zbli ony do spotykanego w cieczach. Z tego powodu cia o takie cz sto, cho b dnie, nazywa si sta ciecz przech odzon . Jednak ciecz, w tym tak e ciecz przech odzona, mo e p yn , a cia o sta e utrzymuje swj kszta t. W stanie amorficznym wyst puj zwykle substancje, ktre s zdolne do krystalizacji, ale ze wzgl du na du y rozmiar cz steczek, zanieczyszczenia lub szybkie sch odzenie cieczy, nie maj warunkw, aby w pe ni skrystalizowa .

Sie Amorficzna

y

Faza amorficzna rzadko wyst puje w ca ej obj to ci substancji spotykanych w praktyce, lecz zwykle wsp istnieje z faz krystaliczn . W cia ach takich pojawiaj wwczas domeny (niewielkie obszary) fazy krystalicznej, przemieszane z domenami fazy amorficznej, przy czym zmieniaj c warunki sch adzania cieczy, mo na zmienia proporcje jednej fazy do drugiej w do szerokim zakresie.

Wyst powanie

y

Amorfizm (bezpostaciowo ) wyst puje w wielu substancjach spotykanych na co dzie lub maj cych niezwyk e zastosowania. S to na przyk ad: y Szk o y Mieszaniny polimerw y Metale amorficzne(stopy metali) y Minera y(opal, bursztyn)

y

Stan skupienia materii podstawowa forma, w jakiej wyst puje substancja, okre laj ca jej podstawowe w asno ci fizyczne. W asno ci substancji wynikaj z uk adu oraz zachowania cz steczek tworz cych dan substancj . Bardziej precyzyjnym okre leniem form wyst powania substancji jest faza materii.

Stan skupienia materii

y

Sta y trudno zmieni obj to i kszta t, y Ciek y trudno zmieni obj to , a kszta t atwo, y Gazowy atwo zmieni obj to i kszta t, cia o zajmuje ca dost pn mu przestrze . y Wyst powanie wi kszo ci substancji w danym stanie skupienia zale y od panuj cych w niej warunkw termodynamicznych, czyli ci nienia i temperatury, np. woda pod ci nieniem normalnym w temperaturze poni ej 0C jest cia em sta ym, w temperaturach od 0 do 100 C jest ciecz , a powy ej 100 C staje si gazem. Niektre substancje w identycznych warunkach mog wyst powa w r nych stanach skupienia w zale no ci od wcze niejszych warunkw, jakie w nich panowa y, lecz zazwyczaj jeden ze stanw jest uprzywilejowany i substancja mo e samorzutnie przej do tego stanu.y

Podzia

y y y

y

y

y

y

Strza ki przedstawiaj przemiany fazowe: S sublimacja przej cie od fazy krystalicznej do gazowej R resublimacja przej cie od fazy gazowej do krystalicznej T topnienie przej cie z fazy krystalicznej (lub amorficznej) do fazy ciek ej K krzepni cie przej cie od fazy ciek ej do fazy krystalicznej lub amorficznej P parowanie, wrzenie przej cie od fazy ciek ej do gazowej Sk skraplanie przej cie od fazy gazowej do ciek ej

Zmiany stanu skupienia

Pe ny podzia stanw skupienia

y

Fazy p ynne czyli takie, ktre p yn , gdy poddaje si je si om cinaj cym:plazma kwarkowa hipotetyczny stan wyst puj cy, gdy ci nienie jest na tyle du e, e w plazmie neutronowej przestaj istnie neutrony jako oddzielne cz stki, a zlewaj si w jedno; stan ten wyst puje w gwiazdach dziwnych, s to gwiazdy o g sto ci wi kszej od g sto ci gwiazdy neutronowej plazma neutronowa jest to w zasadzie gaz, jednak sk adaj cy si g wnie z neutronw; z plazmy tej zbudowane s gwiazdy neutronowe plazma jest to w zasadzie gaz, ale tworzony przez silnie zjonizowane atomy/cz steczki oraz elektrony ; plazm mo na wytwarza w specjalnych urz dzeniach, wyst puje ona tak e w j drach wi kszo ci gwiazd; w plazmie cz steczki maj na tyle du energi , e zderzenia mi dzy cz steczkami nie s spr yste, dochodzi do wzbudzenia lub jonizacji cz steczek; plazma przewodzi pr d elektryczny

Fazy p ynne

Faza gazowa ca kowity brak organizacji cz steczki (lub atomy) maj pe n swobod ruchu i nie wyst puj mi dzy nimi adne oddzia ywania oprcz odpychania w momencie zderze i przyci gania grawitacyjnego (ktre jest istotne dla zachowania si du ych obszarw gazu w przestrzeniach mi dzygwiezdnych); energia cz steczek nie jest zbyt du a i dlatego ich zderzenia s spr yste; w gazie mog wyst powa przyci gania mi dzy cz steczkami, lecz energia tych oddzia ywa jest mniejsza od energii kinetycznej cz steczeky

Faza gazowa

faza nadkrytyczna powstaj ca po przekroczeniu ci nienia i temperatury punktu krytycznego; faza ta posiada po rednie w asno ci mi dzy ciecz a gazemy

Faza nadkrytyczna

Faza ciek a istnieje przyci ganie mi dzycz steczkowe powoduj ce, e cz steczki pozostaj blisko siebie, ale zachowuj swobod ruchu; oddzia ywania te tworz bliskozasi gowe i redniozasi gowe uporz dkowanie w cieczy lub w roztworach. y Faza ciek a izotropowa w fazie tej nie wyst puje adne daleko zasi gowe uporz dkowanie cz steczek (podobnie jak w gazach), cho mog wyst powa elementy uporz dkowania krtko zasi gowego (w obr bie kilku kilkunastu cz steczek) y Faza nadciek a r ni si od zwyk ej cieczy tym, e jej lepko jest rwna