Физика. Строение и физические свойства вещества. Барсуков В.И - 27 стр.

UptoLike

ВУЗ: 

ТГТУ | Тамбов

Составители: 

Рубрика: 

ная
α = β = γ = 90
с квадратным
основанием
Кубическая
a = b = c
α = β = γ
a
Ячейка
в виде куба
Тригональная
a = b = c
α = β = γ = 120
a
Деформированный
куб (вдоль
диагонали)
Гексагональ-
ная
a = b ≠ c
α = β = 90
γ = 120
a, c
Шестигранная
призма
4.3. ФИЗИЧЕСКИЕ ТИПЫ КРИСТАЛЛИЧЕСКИХ РЕШЁТОК
В зависимости от природы частиц, расположенных в узлах решёток, характера сил взаимодействия между частица-
ми и типа связи, различают следующие типы решёток (кристаллов).
Ионные кристаллы. Они имеют кристаллические решетки, в узлах которых правильно чередуются положительные и
отрицательные ионы (NaCl, CsCl, CaF
2
– полевой шпат). Гетерополярная связь ионов осуществляется, в основном, элек-
тростатическими силами. Ионные кристаллы слабо расширяются при нагревании, чем больше заряд иона, тем выше тем-
пература плавления кристалла, например, для NaCl – 800 °C, CaO – 2570 °C.
Они обычно не проводят электрический ток, так как электроны прочно удерживаются на орбитах отдельных ионов.
Но при нагревании становятся проводниками с ионной проводимостью.
Атомные или валентные кристаллы. У них в узлах кристаллической решётки находятся нейтральные атомы. Гомео-
полярная связь атомов обусловлена квантовомеханическим взаимодействием. Они не проводят электрический ток ни при
нагреве, ни при расплаве.
Молекулярные кристаллы. Такие кристаллы образуются молекулами, связанными силами, действующими между
молекулярными диполями, которые называются Ван-дер-Ваальсовскими (нафталин, твёрдые органические соединения,
OH,N,O,CO
2222
и др.). Низкая точка плавления, мягкость, сильная сжимаемость, большой коэффициент теплового
расширения свидетельствует о том, что связь в них слаба.
Металлические кристаллы. В них узлы кристаллической решётки заняты положительными ионами, образовавшими-
ся при отщеплении от атомов валентных электронов, образующих газ коллективизированных (свободных) электронов.
Связь обусловлена электростатическим и обменным взаимодействием ионов и электронов. Металлы имеют решётки од-
ного из трёх типов: кубическую объёмоцентрированную, гранецентрированную и гексагональную. Металлы – хорошие
проводники электричества, оптически непрозрачны и обладают сильной отражательной способностью.
4.4. ТЕПЛОЁМКОСТЬ КРИСТАЛЛОВ
В отличие от газов, для твёрдых тел не различаются теплоёмкости C
V
и C
P
. Основной вклад в теплоёмкость неметал-
лических твёрдых тел вносит энергия тепловых колебаний частиц, находящихся в узлах кристаллических решёток. Для
металлов незначительный вклад в теплоёмкость вносит вырожденный электронный газ.
В основе классической теории теплоёмкости твёрдых тел лежит закон равномерного распределения энергии по степеням
свободы. Однородное твёрдое тело рассматривается как система независимых друг от друга частиц, имеющих три степени
свободы и совершающих тепловые колебания с одинаковой частотой. Средняя энергия
E , приходящаяся на одну степень сво-
боды:
поткин
2
1
2
1
kTkTkTE
+== . Внутренняя энергия моля твёрдого тела
,333 RTkTNENU
AA
=== (4.1)
где
A
N – число Авогадро, k – постоянная Больцмана, R – универсальная газовая постоянная. Тогда молярная теплоём-
кость твёрдого тела с атомной кристаллической решёткой
.
Kмоль
Дж
253
⋅
==
∂
∂
=
µ
R
T
U
C
(4.2)
Выражение (4.2) носит название: «правило Дюлонга и Пти».
Согласно этому правилу молярная теплоёмкость твёрдых тел не должна зависеть ни от температуры, ни от каких-либо ха-
рактеристик кристаллов. Опыты опровергают это и указывают на зависимость теплоёмкости от температуры (рис. 4.2), в осо-
бенности в области низких температур.
Причины этого расхождения состоят в ограниченности используемого закона равномерного распределения энергии по
степеням свободы и непригодности его использования в области низких температур, где среднюю энергию колеблющихся час-
тиц в кристаллической решётке необходимо вычислять по законам квантовой механики.

Страницы