Презентация по физике на тему "Строение твердых тел"

• 1 слайд

  Строение твердых тел
  Презентация разработана преподавателем КС и ПТ Каракашевой И.В.
  
  Санкт – Петербург
  2016
  

• 2 слайд

  Цели урока
  Образовательные:
  познакомить учащихся со строением твердых тел, видами кристаллических решеток и их дефектов;
  обеспечить усвоение понятий, связанных с отличиями в строении вещества;
  актуализировать знания о строении вещества;
  расширить общий кругозор учащихся
  Развивающие:
  создать условия для развития  коммуникативных навыков;
  создать условия для развития аналитических способностей учащихся, умения анализировать, сопоставлять, сравнивать , обобщать, делать выводы;
  создать условия для развития памяти, внимания, воображения
  Воспитательные:
  способствовать развитию умения отстаивать свою точку зрения;
  способствовать развитию культуры взаимоотношений при работе в коллективе
  
  2
  

• 3 слайд

  Твердые тела
  Сохраняют объём и форму
  Плохо сжимаются
  Плохо растягиваются
  Имеют дальний порядок в расположении частиц
  
  
  

• 4 слайд

  Кристаллы
  Моно
  кристаллы
  Поли
  кристаллы
  Жидкие кристаллы
  Твердые тела
  Аморфные
  

• 5 слайд

  Монокристаллы (кристаллиты)
  Твердые тела, иногда обладающие правильной геометрической формой.
  Главный признак: периодически повторяющаяся внутренняя структура во всем объеме (каменная соль, кварц, алмаз, турмалин и т.д.)
  Основное свойство: анизотропия, т.е. различие свойств кристалла по разным направлениям
  Кристаллической решеткой называется пространственная сетка, узлы которой(точки, соответствующие наиболее устойчивому положению равновесия частиц) совпадают с центрами атомов или молекул
  
  

• 6 слайд

  Монокристаллы (кристаллиты)
  В кристаллитах элементарные ячейки одинаковы как у окружающих данный атом ближайших его соседей (ближний порядок), так и у атомов, находящихся от него на значительных расстояниях вплоть до границ зерен (дальний порядок).
  
  
  Типичная (повторяющаяся вдоль любой прямой) часть кристаллической решетки называется элементарной ячейкой.
  
  
  

• 7 слайд

  Монокристаллы (кристаллиты)
  В кристаллитах соблюдаются ближний и дальний порядки.
  Вследствие диффузии отдельные атомы могут покидать свои места в узлах кристаллической решетки, однако при этом упорядоченность кристаллического строения в целом не нарушается
  
  
   Расположение атомов в кристаллическом (а) и аморфном (б) веществе
  

• 8 слайд

  Монокристаллы (кристаллиты)
  Огромное разнообразие кристаллических решеток подразделено на 7 больших систем, называемых СИНГОНИЯМИ (по геометрической форме кристаллов)
  
  

• 9 слайд

  Поликристаллы
  Твердые тела, состоящие из отдельных, беспорядочно расположенных, сросшихся между собой зерен-кристаллитов.
   В соседних зернах кристаллические решетки повернуты.относительно друг друга на некоторый угол.
  Поликристаллы изотропны, т.е. имеют одинаковые свойства по всем направлениям.
  

• 10 слайд

  Виды кристаллических решеток
  Ионные кристаллические решетки: в узлах находятся положительные и отрицательные ионы, между которыми действуют кулоновские силы притяжения и отталкивания.
  Хлорид натрия Хлорид цезия
  -- Кристаллы обладают значительной прочностью
  -- Растворы и расплавы – хорошие проводники
  

• 11 слайд

  Виды кристаллических решеток
  Атомная кристаллическая решетка: в узлах решетки расположены атомы, между которыми имеется ковалентная связь
  Алмаз Графит
  -- Кристаллы обладают большой механической прочностью
  -- Кристаллы плавятся при высоких температурах
  

• 12 слайд

  Сравнительная характеристика
  Необычайно твердый
  Прозрачный
  Не проводит электрический ток (диэлектрик)
  Имеет большую теплопроводность
  Обработанные алмазы- брильянты
  
  Мягок (легко расщепляется)
  Непрозрачен
  Электропроводен (изготавливают электроды)
  Жаропрочен
  Не похож на драгоценный камень
  Перестроение кристаллической решетки
  P=10ГПа
  t=20000С
  Алмаз
  Графит
  

• 13 слайд

  Виды кристаллических решеток
  Молекулярная кристаллическая решетка: в узлах находятся молекулы, между которыми действуют силы межмолекулярного взаимодействия (слабые)
  (Нафталин, органические соединения, сера, йод, бензол)
  Лед
  -- Кристаллы хрупкие, легко разрушаются
  -- Кристаллы имеют низкую температуру плавления
  -- Кристаллы имеют низкую электропроводность
  -- Кристаллы летучи и пахучи
  
  

• 14 слайд

  Виды кристаллических решеток
  Металлическая кристаллическая решетка: в узлах находятся положительные ионы, оторвавшиеся электроны свободно движутся между атомами(электронное облако).
  Такой вид связи называется металлической
  
  
  
  
  
  

• 15 слайд

  Виды кристаллических решеток
  Металлическая кристаллическая решетка:
  Обладают все металлы
  
  
  
  
  
  
  
  -- Кристаллы обладают большой прочностью
  -- Кристаллы обладают высокой теплопроводностью
  -- Кристаллы обладают высокой электропроводностью
  
  

• 16 слайд

  Виды кристаллических решеток
  Основные типы кристаллических решеток металлов
  кубическая
  (1 атом на ячейку)
  
  объемно-центрированная кубическая (ОЦК)
  (2 атома на ячейку)
  
  гране
  центрированная кубическая (ГЦК)
  (4 атома на ячейку) 
  
  гексагональная плотноупакованная (ГП)
  (6 атомов на ячейку)
  
  
  
  

• 17 слайд

  Полиморфизм
  Одно и то же вещество, кристаллизуясь в различных условиях, может образовать кристаллы различной формы, различающиеся по свойствам, а иногда и по типу связи. Это явление называется полиморфизмом, кристаллы – полиморфными модификациями.
  Полиморфизм простых элементов называют аллотропией.
  
  

• 18 слайд

  Дефекты кристаллической решетки
  Идеальный кристалл может существовать только при температуре абсолютного нуля.
  При любых других температурах все реальные кристаллы несовершенны, т.е. в них наблюдаются нарушения идеального расположения атомов, называемые дефектами.
  Основные виды дефектов
  Точечные
  Линейные
  Поверхностные
  Объемные
  

• 19 слайд

  Дефекты кристаллической решетки
  Точечные дефекты охватывают один-два структурных узла или междоузлия в элементарной ячейке.
  
  
  1) вакансии, т. е.
  незаполненные узлы
  решетки(дефекты Шоттки)
  
  2) атомы, молекулы или ионы, расположенные не на своих позициях или в междоузлиях (дефекты Френкеля)
  
  

• 20 слайд

  Дефекты кристаллической решетки
  

• 21 слайд

  Дефекты кристаллической решетки
  3) посторонние атомы – примеси как в узлах, так и в междоузлиях.
  
  
  
  
  
  
  Влияние этих дефектов на прочность металла может быть различным в зависимости от их количества в единице объема и характера.
  Число вакансий увеличивается с ростом температуры.
      
  
  

• 22 слайд

  Дефекты кристаллической решетки
  

• 23 слайд

  В идеальной структуре какого-либо типа, атом занимает положение, соответствующее узлу решетки. Лишний атом, для которого нет соответствующего узла, занимает междоузельное положение. Таких положений может быть для структуры несколько.
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  Различные виды междоузельных атомов углерода в решетке алмаза:
  а – Тетраэдрическое – T; б – Гексагональное –H; в – междоузлие посредине связи – M; г – Расщепленное междоузлие (гантель - <100>).
  
  Междоузлие
  

• 24 слайд

  Лишний атом, для которого нет соответствующего узла, занимает междоузельное положение и возмущает распределение электронной плотности внутри элементарной ячейки.
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  Собственное междоузлие в алмазе
  Распределение электронной плотности в элементарной ячейке алмаза и в ячейке содержащей тетраэдрическое междоузельный атом углерода.
  Уровень изображенных изоповерхностей один и тот же =1.25
  

• 25 слайд

  Модель образования вакансии в простых веществах
  Можно предложить следующий механизм образования вакансии. Атом выносится на границу кристалла, при этом число частиц в системе не изменяется.
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  В окрестности образовавшейся вакансии будет происходить релаксация атомов (красные стрелки на рисунке
  
  

• 26 слайд

  Атома нет в соответствующем узле, что приводит к возмущению распределение электронной плотности внутри элементарной ячейки.
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  Одиночная вакансия в алмазе
  Распределение электронной плотности в идеальной элементарной ячейке алмаза и в ячейке содержащей одиночную вакансию.
  Уровень изображенных изоповерхностей один и тот же =1.25
  

• 27 слайд

  Дефекты кристаллической решетки
  Линейные дефекты имеют длину, значительно превышающую их поперечные размеры.
  К ним относятся дислокации, т. е. дефекты, образующиеся в решетке в результате смещений кристаллографических плоскостей.
   Дислокации обладают высокой подвижностью, поэтому существенно уменьшают прочность металла
  Максимальная плотность дислокаций, может составить 1013 см-2. При дальнейшем росте плотности дислокаций происходит разрушение металла.
  

• 28 слайд

  Дефекты кристаллической решетки
  Краевая дислокация –
  обрыв плоскости атомов
  
  Винтовая дислокация - взаимный сдвиг плоскостей
  
  

• 29 слайд

  Дефекты кристаллической решетки
  Краевая дислокация –
  обрыв плоскости атомов
  
  Винтовая дислокация - взаимный сдвиг плоскостей
  
  

• 30 слайд

  Дефекты кристаллической решетки
   Поверхностные дефекты включают в себя главным образом границы зерен.
  На границах кристаллическая решетка сильно искажена. В них скапливаются перемещающиеся изнутри зерен дислокации.
  Поверхностные дефекты способствуют повышению прочности металла
  

• 31 слайд

  Дефекты кристаллической решетки
   Объемные дефекты кристаллической решетки включают трещины и поры.
  Уменьшают плотность металла, снижает его прочность.
   Трещины являются сильными концентраторами напряжений, в десятки и более раз повышающими напряжения создаваемые в металле рабочими нагрузками. Последнее обстоятельство наиболее существенно влияет на прочность металла.
  
  

• 32 слайд

  Жидкие кристаллы
  Жи́дкие криста́ллы — это фазовое состояние, в которое переходят некоторые вещества при определенных условиях (температура, давление, концентрация в растворе).
  Жидкие кристаллы обладают одновременно свойствами как жидкостей (текучесть), так и кристаллов (анизотропия).
  По структуре ЖК представляют собой вязкие жидкости, состоящие из молекул вытянутой или дискообразной формы, определённым образом упорядоченных во всем объёме этой жидкости.
  Характерное свойство ЖК - способность изменять ориентацию молекул под воздействием электрических полей.
  Жидкие кристаллы открыл в 1888 году австрийский ботаник Ф. Рейнитцер
  

• 33 слайд

  Жидкие кристаллы
  По своим общим свойствам ЖК можно разделить на две большие группы:
  термотропные ЖК, образующиеся в результате нагревания твердого вещества и существующие в определенном интервале температур и давлений.
  лиотропные ЖК, которые представляют собой двух- или более компонентные системы, образующиеся в смесях стержневидных молекул данного вещества и воды (или других полярных растворителей). Эти стержневидные молекулы имеют на одном конце полярную группу, а большая часть стержня представляет собой гибкую гидрофобную углеводородную цепь. Такие вещества называются амфифилами (например,  фосфолипиды)
  Амфифильные молекулы, как правило, плохо растворяются в воде ( одним из вариантов амфифилов со сложной структурой может служить система мыло-вода)
  
  

• 34 слайд

  Жидкие кристаллы
  Термотропные ЖК подразделяются на три больших класса:
  
  

• 35 слайд

  Нематические жидкие кристаллы
  В этих кристаллах отсутствует дальний порядок в расположении центров тяжести молекул,
  У них нет слоистой структуры,
  Их молекулы скользят непрерывно в направлении своих длинных осей, вращаясь вокруг них, но при этом сохраняют ориентационный порядок: длинные оси направлены вдоль одного преимущественного направления.
  Они ведут себя подобно обычным жидкостям.
  Нематические фазы встречаются только в таких веществах, у молекул которых нет различия между правой и левой формами.
  

• 36 слайд

  Смектические жидкие кристаллы
  Кристаллы имеют слоистую структуру
  Толщина смектического слоя определяется длиной молекул
  Вязкость смектиков значительно выше, чем у нематиков, и плотность по нормали к поверхности слоя может сильно меняться
  

• 37 слайд

  Холестерические жидкие кристаллы
  Образуются, в основном, соединениями холестерина и других стероидов.
  Это нематические ЖК, но их длинные оси повернуты друг относительно друга так, что они образуют спирали, очень чувствительные к изменению
  Холестерики ярко окрашены
  Малейшее изменение температуры (до тысячных долей градуса) приводит к изменению шага спирали и, соответственно, к изменению окраски ЖК.
  
  

• 38 слайд

  Аморфными называются вещества, атомы которых расположены в пространстве хаотично.
  К ним относят клей, смолу, канифоль, стекло, янтарь и др.
  Аморфные тела
  

• 39 слайд

  Аморфные тела
  Не имеют кристаллической решетки
  Не имеют температуры плавления
  Изотропны
  Обладают текучестью
  Имеют только ближний порядок
  Способны переходить в кристаллическое и жидкое состояние
  
  
  
  

• 40 слайд

  Домашнее задание
  Ф.10 §72
  ответить на вопросы к параграфу