Кристали й аморфні тверді тіла

Властивості кристалів й аморфних твердих тіл

Кристалічними називають речовини, в яких частинки розташовуються в строгому порядку.

Приклади кристалічних речовин: алмаз, цукор, метали, солі, луги, більшість оксидів і простих речовин.

Кристали – це тверді тіла, в яких атоми або молекули розміщені впорядковано і утворюють періодично повторювану внутрішню структуру.

Розрізняють чотири типи кристалів (і кристалічних решіток):

1. іонні - у вузлах решітки іонних кристалів знаходяться позитивно і негативно заряджені іони. Сили взаємодії між ними в основному електростатичні.

2. атомні - утворюються внаслідок щільної упаковки атомів, найчастіше однакових

3. металічні - у всіх вузлах гратки металічних кристалів розміщені позитивні іони металу. Між ними хаотично, подібно до молекул газу, рухаються електрони, які відокремилися від атомів під час кристалізації металу. Разом з тим і електрони утримуються іонами в її межах. Наявність вільних електронів у металі забезпечує добру електропровідність і теплопровідність цих речовин.

4. молекулярні - у вузлах їх кристалічної решітки знаходяться молекули речовини, зв’язок між якими забезпечується силами молекулярної взаємодії.

Види кристалів

Найчастіше форма кристала – правильний багатогранник. Грані і ребра таких многогранників завжди залишаються постійними для конкретної речовини.

Одиночний кристал називають монокристалом. Він має правильну геометричну форму, безперервну кристалічну решітку.

Дрібні кристалики, безладно зрощені один з одним, називаються полікристалами.

Розкрийте зміст широкого застосування в сучасній фізиці і техніці монокристалів (галузі застосування, як саме)

Рідкі кристали

Рідкі кристали — особливий стан деяких органічних речо­вин, у якому вони характеризуються текучістю та властивістю утворювати просторові структури, подібні до кристалічних. Рідкі кристали утворюються в речовинах із видовженою формою моле­кул, взаємна орієнтація яких зумовлює анізотропію їх фізичних властивостей.

Рідкі кристали дуже чутливі до змін зовнішніх умов. Напри­клад, навіть за незначної зміни температури, тиску, електричного або магнітного полів вони можуть змінювати свій колір.

Ця властивість рідких кристалів використовується в різних приладах, наприклад у рідкокристалічних медичних термометрах. Особливо широко застосовуються рідкі кристали для виготовлення дисплеїв — від годинників і мобільних телефонів до комп'ютерів і телевізорів.

Усі форми життя так чи інакше пов'язані з діяльністю жи­вої клітини, багато структурних ланок якої подібні до структури рідких кристалів. Маючи чудові діелектричні властивості, рідкі кристали утворюють внутрішньоклітинні гетерогенні поверхні, регулюють взаємозв'язки між клітиною і зовнішнім середовищем, а також між окремими клітинами й тканинами, надають необ­хідної інертності складовим клітини, захищаючи її від фермента­тивного впливу. Тож установлення закономірностей поводження рідких кристалів відкриває нові перспективи в розвитку молеку­лярної біології.

Назвіть приклади застосування рідких кристалів у різних галузях виробництва

Існує дві великі групи рідких кристалів:

• термотропні;

• ліотропні.

Ліотропні – це двох або більше компонентні речовини. Текучий стан в такому середовищі забезпечує будь-який з видів розчинників, наприклад, вода. а впорядкованість молекул і твердий стан гарантують властивості основного елемента.

Термотропні, в загальному випадку, утворюються при нагріванні речовини. Вони, своєю чергою, можуть бути представниками одного з підкласів:

• нематичні;

• смектичні;

• холестеричні.

Нематичні кристали не мають жорсткого порядку в будові молекул. Проте, молекули завжди направлені своїми гострими частинами в одну сторону і безперервно ковзають уздовж своєї довгої осі. По суті, вони поводяться як звичайні рідини.

Смектичні рідкі кристали мають шари, які можуть переміщатися відносно один одного. Товщина одного шару дорівнює довжині молекул. Така техніка побудови молекул надає більшу в’язкість і високу густину, ніж у нематичної групи. Варто відзначити, що смектичні кристали діляться ще на три категорії: A, B і C.

Холестеричні рідкі кристали, як можна зрозуміти з назви, містять в собі похідні холестерину. Але, по суті, цей тип являє собою нематичні матеріали. Тільки їх молекули розташовані таким чином, що являють собою спіралі, які дуже гостро реагують на будь-яку зміну температури. При цьому змінюється забарвлення самої речовини. Цю біологічну функцію можна використовувати в медичних цілях, а також там, де необхідно оперативно реагувати на зміни температури.

Заповнити таблицю

Властивості і характеристики

Як варто розглянути дві перші змінні властивості кристалів – в’язкість та густина. Незвичайність їх полягає в тому, що зміна цих властивостей нелінійна, тобто відбувається по кривій, в залежності від зовнішнього впливу, наприклад, температури. Також вона може фіксуватися в якійсь певній точці впливу. Іншими словами, при необхідності можна «включати» то один набір характеристик, то інший.

Не менш цікавою є і тема оптичних властивостей. Проходячи через деякі види рідких матеріалів, світло працює так само, як і у твердих. Тобто розщеплюється на два напрямки – незвичайний і звичайний. Напрямок поляризації першого збігається з напрямком оптичної осі кристала, а другого — перпендикулярний йому. При правильному використанні цієї особливості можна за допомогою зовнішніх впливів управляти переходом світла через матеріал.

Перші повідомлення про відкриття ефекту пам’яті з’явилися від двох вчених Хейльмейєра і Голдмахера.

За допомогою додаткових джерел знайдіть інформацію про вчених Хейльмейєра і Голдмахера.

Запишіть 4 загадки по темі уроку

Які лікувальні властивості мають кристали? Дайте відповідь.

Вкажіть на перспективи розвитку галузей застосування рідких кристалів.