Come sono le particelle nei solidi: la struttura cristallina, le proprietà fisiche

Come sono le particelle nei solidi? Tali domande sono visitate non solo da fisici teorici e scolari. Un bambino piccolo, quando inizia a esplorare il mondo che lo circonda, realizza che gli oggetti circostanti non sono solo diversi nell'aspetto ma anche in contatto. Cosa rispondere a tale irrequietezza inquisitrice?

Storia di

La questione di come le particelle sono disposte nei solidi è occupata dalle menti degli scienziati dal diciassettesimo secolo. Tutto è iniziato con il fatto che sono state derivate diverse leggi empiriche che descrivono l'effetto su corpi solidi di temperatura, energia meccanica, luce ed onde elettromagnetiche, ecc. Questi includono:

• La legge di Ohm;
• Legge di Hooke;
• Legge di Dulong;
• La legge di Franz e altri.

Nel diciannovesimo secolo, fu formulata una teoria dell'elasticità, in cui i corpi solidi furono prima considerati come un mezzo continuo. Il concetto della struttura cristallina dei corpi è formulato da Auguste Brava. A sua volta, è stato ispirato dalle opere di Hauy, Newton, Bernoulli e Cauchy.

descrizione

Per capire come le particelle si trovano nei solidi, è necessario avere un'idea di stati aggregativi di sostanze. Possono essere in uno stato cristallino e amorfo.

I cristalli sono caratterizzati da una distribuzione uniforme degli atomi, che si ottiene grazie all'equilibrio tra le molecole e il loro ordine nel reticolo. Nella loro forma naturale, i cristalli sono poliedri.

I solidi amorfi sono un gruppo di molecole disposte arbitrariamente saldamente interconnesse. Reticolo cristallino in tali corpi è assente, ma a piccole distanze le particelle conservano ancora un po 'di ordine. Ad esempio, puoi chiamare lo stato vetroso. In teoria, ogni corpo amorfo deve andare in una forma cristallina, ma richiede una quantità infinita di tempo. D'altra parte, un tale corpo può essere chiamato un fluido con una maggiore viscosità.

classificazione

A seconda di come le particelle si trovano nei solidi, dipendono dalle loro proprietà fisiche e chimiche. E la disposizione degli atomi è direttamente influenzata dal tipo di legame tra le particelle:

• ionico;
• covalente;
• metallo;
• molecolare;
• idrogeno.

Tutti i solidi possono essere divisi in quelli che conducono sempre l'elettricità, e indifferenti ad esso. E c'è anche chi conduce corrente solo a certe condizioni.

1. Guide. Gli elettroni si muovono liberamente attraverso il reticolo cristallino, formando una corrente. Questi includono metalli.
2. Semiconduttori. Affinché un elettrone si muova tra gli atomi di una sostanza, è necessaria una certa quantità di energia, quindi la corrente attraverso tali materiali passa con difficoltà.
3. Dielettrici. Per spostare un elettrone, è necessaria una grande quantità di energia libera, quindi tali sostanze sono impermeabili alla corrente elettrica, ad esempio gomma o legno.

Proprietà fisiche

La fisica dello stato solido dipende dalla simmetria della disposizione dei suoi atomi ed è percepita come una reazione all'azione di certe forze e campi. Esistono tre tipi principali di esposizione:

• meccanica;
• termico;
• elettromagnetico.

La struttura dei solidi determina le loro proprietà meccaniche: è lo stress e la deformazione. Tutti i solidi possono essere suddivisi in elastici, durevoli, tecnologici e reologici. Sotto l'influenza di liquidi e gas, possono anche esibire proprietà idrauliche e gas-dinamiche.

L'interazione delle particelle nei solidi può cambiare sotto l'influenza di alte o basse temperature, radiazioni, onde elettromagnetiche e altri flussi di particelle.

Proprietà meccaniche

La struttura dei solidi è tale che, a riposo, mantengono bene la loro forma, ma possono cambiarla, soggetta all'influenza della forza esterna. Tutto dipende da quanto è grande la forza applicata all'oggetto.

La deformazione può essere elastica se il corpo ritorna alla sua forma originale dopo la cessazione della forza. Plastica , quando la forza esterna influisce a lungo sul corpo elastico e cambia forma. La deformazione distruttiva si verifica quando l'impatto applicato supera limite di forza oggetto. Crepe e difetti compaiono su di esso.

Proprietà termiche

Le particelle di un solido, come liquidi e gas, sotto l'influenza delle temperature possono accelerare o rallentare il loro movimento, poiché, nonostante l'invarianza esterna della forma, gli atomi oscillano ancora nelle loro posizioni nel reticolo cristallino.

Una delle proprietà pratiche più importanti per i solidi è il punto di fusione, cioè il momento di transizione verso un altro stato di aggregazione. Nella maggior parte dei casi, il riscaldamento di un solido porta alla sua espansione e al raffreddamento - alla compressione. Pertanto, è molto importante che gli ingegneri conoscano queste caratteristiche per ogni materiale utilizzato nella costruzione. Dal momento che una riduzione non rilevata di anche una frazione di un millimetro può portare a conseguenze disastrose.

Proprietà magnetiche ed elettriche

La fisica dello stato solido implica la trasmissione attraverso di essa di un flusso diretto di elettroni e onde magnetiche. Come è stato già scritto sopra, tutti i materiali sono suddivisi in conduttori, semiconduttori e dielettrici, ma esistono anche concetti più ristretti.

1. I superionici sono cristalli i cui atomi sono legati legame ionico. Possono spostare diversi gruppi di ioni.
2. I superconduttori sono solidi che conducono una corrente elettrica senza energia (cioè senza resistenza).
3. I piroelettrici sono materiali che hanno una capacità spontanea di condurre elettricità.
4. I ferromagneti sono corpi in cui esiste il magnetismo spontaneo.

Il colore di un corpo solido è determinato da quale parte dello spettro visibile assorbe il materiale, quale rifrange e parte dei raggi riflette. I conduttori hanno spesso un alto indice di rifrazione e riflessione e i dielettrici possono essere trasparenti. I semiconduttori sono più in grado di condurre corrente quando la luce li colpisce.