Какое из перечисленных ниже физических свойств кристалла

Всем специалистам в области кристаллографии или физики твердого тела совершенно ясно, что в случае кристалла мы имеем дело с упорядоченным расположением в пространстве атомов или ионов. В некоторых случаях, например в кристаллах льда или отвержденных газов, речь может идти о молекулах. Для краткости далее будем говорить только об атомах, в том числе ионизированных (ионах), если не оговаривается что-нибудь другое.

Итак, кристалл — это упорядоченная в пространстве система атомов. Они расположены правильным образом и чаще всего так, чтобы максимально плотно заполнить объем пространства. Попытавшись расположить вплотную друг к другу стальные шарики от шарикоподшипника, мы получим вполне приличную модель кристаллического строения и быстро убедимся, что число способов, которыми можно разместить шарики, ограничено. В зависимости от того, как расположены относительно друг друга атомные ряды и атомные плоскости, могут быть получены разные типы кристаллов. В свою очередь тип расположения атомов определяется их взаимодействием между собой, природой связи между частицами.

Аккуратное разламывание кристаллов приводит к появлению необычных структур с интересными свойствами. Сначала появляются крупные области с положительным или отрицательным поверхностным зарядом, создающие мощное электрическое поле, а затем они переходят в лабиринты шириной всего в несколько атомов.

Многие свойства ионных кристаллов обусловлены их структурой на атомарном масштабе: положительно и отрицательно заряженные атомы притягиваются друг к другу и образуют прочную периодическую решетку. Однако на поверхности кристалла заряды должны быть скомпенсированы. «Если расщепить кристалл с кубической решеткой вдоль определенных направлений, то можно получить заряды только одного типа, — поясняет один из авторов работы Ульрих Дибольд из Венского университета. — Такая конфигурация крайне нестабильна». Потенциально такой слой мог бы на крошечном образце создавать поле с напряжением в миллионы вольт. Такую ситуацию ученые называют «поляризационной катастрофой».

В новом исследовании физики пытались понять, как именно атомы реорганизуются, чтобы не допустить поляризационной катастрофы. «Поверхность может по-разному измениться в ответ на разлом, — говорит первый автор статьи Мартин Сетвин. — Электроны могут начать накапливаться в определенных местах, кристаллическая решетка может исказиться или молекулы из воздуха могут налипнуть на поверхность, меняя ее свойства».

Ученые раскалывали кристаллы танталата калия KTaO3 при низких температурах и получали сколы, при которых половина атомов из слоя с одинаковыми зарядами оставалось на одном обломке, а вторая — на другом. Области с ионами одинакового заряда формировали «островки», хотя в среднем поверхность оказывалась нейтральной. «Тем не менее, островки достаточно велики, поэтому поляризационной катастрофы не удается полностью избежать — создаваемое ими поле настолько велико, что оно меняет свойства нижележащих слоев», — рассказал Сетвин.

При небольшом повышении температуры островки распались на лабиринт из ломаных линий, причем его «стены» были высотой всего в один атом и шириной в 4-5 атомов.

«Лабиритнообразные структуры не только прекрасны, но и потенциально полезны, — подытожил Дибольд. — Этот как раз то, что нужно — сильные электрические поля на атомном масштабе». Одним из возможных применений авторы называют проведение химических реакций, которые не проходят в других условиях, например, расщепление воды для получения водорода.

Основные свойства кристаллов – анизотропность, однородность, способность к самоогоранению и наличие постоянной температуры плавления определяются их внутренним строением.

Анизотропность

Это свойство называется еще неравносвойственностью. Выражается она в том, что физические свойства кристаллов (твердость, прочность, теплопроводность, электропроводность, скорость распространения света) неодинаковы по разным направлениям. Частицы, образующие кристаллическую структуру по непараллельным направлениям, отстоят друг от друга на разных расстояниях, вследствие чего и свойства кристаллического вещества по таким направлениям должны быть различными. Характерным примером вещества с ярко выраженной анизотропностью является слюда. Кристаллические пластинки этого минерала легко расщепляются лишь по плоскостям, параллельным его пластинчастости. В поперечных же направлениях расщепить пластинки слюды значительно труднее.

Анизотропность проявляется и в том, что при воздействии на кристалл какого-либо растворителя скорость химических реакций различна по различным направлениям. В результате каждый кристалл при растворении приобретает свои характерные формы, носящие название фигур вытравливания.

Аморфные вещества характеризуются изотропностью (равносвойственностью) – физические свойства по всем направлениям проявляются одинаково.

Однородность

Выражается в том, что любые элементарные объемы кристаллического вещества, одинаково ориентированные в пространстве, абсолютно одинаковы по всем своим свойствам: имеют один и тот же цвет, массу, твердость и т.д. таким образом, всякий кристалл есть однородное, но в то же время и анизотропное тело.

Однородность присуща не только кристаллическим телам. Твердые аморфные образования также могут быть однородными. Но аморфные тела не могут сами по себе принимать многогранную форму.

Способность к самоогранению

Способность к самоогранению выражается в том, что любой обломок или выточенный из кристалла шарик в соответствующей для его роста среде с течением времени покрывается характерными для данного кристалла гранями. Эта особенность связана с кристаллической структурой. Стеклянный же шарик, например, такой особенностью не обладает.

Кристаллы одного и того же вещества могут отличаться друг от друга своей величиной, числом граней, ребер и формой граней. Это зависит от условий образования кристалла. При неравномерном росте кристаллы получаются сплющенными, вытянутыми и т.д. Неизменными остаются углы между соответственными гранями растущего кристалла. Эта особенность кристаллов известна как закон постоянства гранных углов. При этом величина и форма граней у различных кристаллов одного и того же вещества, расстояние между ними и даже их число могут меняться, но углы между соответствующими гранями во всех кристаллах одного и того же вещества остаются постоянными при одинаковых условиях давления и температуры.

Закон постоянства гранных углов было установлен в конце XVII века датским ученым Стено (1699) на кристаллах железного блеска и горного хрусталя, впоследствии этот закон был подтвержден М.В. Ломоносовым (1749) и французским ученым Роме де Лиллем (1783). Закон постоянства гранных углов получил название первого закона кристаллографии.

Закон постоянства гранных углов объясняется тем, что все кристаллы одного вещества тождественны по внутреннему строению, т.е. имеют одну и ту же структуру.

Согласно этому закону кристаллы определенного вещества характеризуются своими определенными углами. Поэтому измерением углов можно доказать принадлежность исследуемого кристалла к тому или иному веществу. На этом основан один из методов диагностики кристаллов.

Для измерения у кристаллов двугранных углов были изобретены специальные приборы – гониометры.

Постоянная температура плавления

Выражается в том, что при нагревании кристаллического тела температура повышается до определенного предела; при дальнейшем же нагревании вещество начинает плавиться, а температура некоторое время остается постоянной, так как все тепло идет на разрушение кристаллической решетки. Температура, при которой начинается плавление, называется температурой плавления.

Аморфные вещества в отличие от кристаллических не имеют четко выраженной температуры плавления. На кривых охлаждения (или нагревания) кристаллических и аморфных веществ, можно видеть, что в первом случае имеются два резких перегиба, соответствующие началу и концу кристаллизации; в случае же охлаждения аморфного вещества мы имеем плавную кривую. По этому признаку легко отличить кристаллические вещества от аморфных.

Прочность кристаллов

Проблема прочности кристаллов была и остается одной из самых важных в современных технике. Дело в том, что широко используемые конструкционные материалы в большей части представляют собой сплавы железа (сталь), алюминия (силумин, дюралюминий), меди (латунь, бронза) и некоторых других металлов, и все они имеют кристаллическое строение. В случае металлов мы редко имеем дело с такими правильными и красивыми кристаллами, о которых шла речь раньше. Металлические сплавы имеют так называемое поликристаллическое строение, то есть состоят из отдельных зерен — кристаллов, несколько развернутых друг относительно друга.

Шаг за шагом человек переходил от менее прочного материала к более прочному, это вело к совершенствованию всей используемой техники и расширению ее возможностей. Сейчас в борьбе за прочность счет идет уже только на проценты; из технических материалов выжато практически все, что можно, и каждый последующий шаг дается со все большим трудом.

Лет двадцать назад казалось, что если научиться выращивать бездефектные кристаллы большого размера, то проблема прочности будет полностью решена, а расход металла в сотни раз сократится. К сожалению, эти надежды не сбылись. Вырастить идеальный кристалл большого размера или очень дорого, или невозможно. Только в таких областях, как радиоэлектроника, это можно себе позволить. Например, полупроводниковые кристаллы Ge и Si выращиваются практически бездефектными. Такими же являются и рубиновые кристаллы для лазеров. Что же касается конструкционных материалов, то здесь пока приходится достигать высоких значений прочности, идя традиционным путем.

И еще одно важное заключение. Оказывается, что многие физические свойства кристаллов, в первую очередь их прочность, определяются не идеальной кристаллической решеткой, а отклонениями от идеальности — дефектной структурой. Умелое использование таких пороков кристалла позволяет управлять его свойствами и приспосабливать их к разнообразным требованиям современной техники. Для физика или инженера дефекты являются очень важной составной частью кристалла, без которой он практически не может существовать. Но тема дефектов в кристаллах заслуживает более глубокого и всестороннего обсуждения, чем то, которое возможно в этой статье.

[источники]
Источники:
https://www.geolib.net/crystallography/vazhneyshie-svoystva-kristallov.html
https://indicator.ru/news/2018/02/02/labirinty-na-skolah-kristallov/?utm_source=indivk&utm_medium=social&utm_campaign=eta-zamyslovataya-struktura—ne-rezulta
https://biofile.ru/geo/3307.html

Это копия статьи, находящейся по адресу https://masterokblog.ru/?p=2285.

№ задания

Выберите правильный ответ и обведите кружком его номер

Правильный ответ

1

С точки зрения их внутреннего строения, свойства металлов зависят от:

1. химического состава
2. типа кристаллической решетки.
3. количества компонентов
4. температуры

2

2

От степени переохлаждения металла при кристаллизации размер зерен зависит от:

1. Чем больше степень переохлаждения, тем крупнее зерно.
2. Размер зерна не зависит от степени переохлаждения.
3. Чем больше степень переохлаждения, тем мельче зерно.
4. Зависимость неоднозначна: с увеличением переохлаждения зерно одних металлов растет, других – уменьшается.

3

3

Процесс кристаллизации металла или сплава-это:

1. переход из твердого состояния в жидкое;

2. переход  из твердого состояния в газообразное;

3. переход в аморфное состояние;

4. переход из жидкого состояния в твердое с образованием кристаллической структуры

4

4

Макроскопический анализ материалов позволяет определить:

1. химический состав
2. механические свойства
3. форму и размер зерен
4.  макродефекты

4

5

Прочность – это способность материала:

1. Сопротивляться  действию  внешних сил без разрушения
2. Восстанавливать первоначальную форму после снятия нагрузки
3. Сопротивляться проникновению более твердого материала
4. способность материала изменять свою форму под действием внешней нагрузки и восстанавливать ее после снятия

1

6

Упругость – это:

1. способность материала выдерживать нагрузки не разрушаясь
2. способность материала изменять свою форму при приложении внешних нагрузок не разрушаясь
3. способность материала изменять свою форму под действием внешней нагрузки и восстанавливать ее после снятия
4. Сопротивляться проникновению более твердого материала

3

7

Мерой внутренних сил, возникающих в материале под влиянием внешних воздействий является:

1. деформация;

2. напряжение;

3. наклеп;

4. твердость

2

8

Свойство материалов сопротивляться разрушению называется:

1. плотность  
2. прочность  
3. деформирование
4. упругость

2

9

Существование одного и того же химического элемента в виде двух и более простых веществ, различных по строению и свойствам называется:

1. Аллотропия
2. Пластичность
3. Прочность
4. Кристаллизация

1

10

Механическим свойством является:

1. жидкотекучесть
2. теплопроводность
3. твердость
4. свариваемость

3

11

Пластичность- это… 

1. Температура, при которой металл полностью переходит из твердого состояния в жидкое.
2. Способность металла, не разрушаясь, изменять форму под действием нагрузки и сохранять измененную форму после того, как нагрузка будет снята.
3. Свойство металла, характеризующее способность его подвергаться обработке резанием.
4. Способность металла или сплава в расплавленном состоянии заполнять литейную форму.

2

12

Твердость – это…

1. Способность металла образовывать сварной шов, без трещин.
2. Способность материала сопротивляться внедрению в него, более твердого тела
3. Свойство тел проводить с той или иной скоростью тепло при нагревании.
4. Уменьшение объема или линейных размеров расплавленного металла или сплава при его охлаждении до  комнатной температуры.

2

13

Способность тел проводить тепло при нагревании — это:

1. температура плавления;
2. теплопроводность;
3. теплоемкость;
4. плотность.

2

14

Физическим свойством является:

1. теплопроводность,
2. кислотостойкость,
3. окалиностойкость;
4. жаростойкость

1

15

Испытаниями на растяжение  определяют свойства металлов:

1. технологические;

2. химические;

3. механические;

4. физические;

3

16

Испытаниями на стойкость против коррозии определяют свойства металлов:

1. технологические;

2. химические;

3. физические;

4. механические

2

17

Упругая деформация:

1. остается после снятия нагрузки;
   2. исчезает после снятия нагрузки;
   3. после снятия нагрузки появляется трещина;

4. пропорциональна приложенному напряжению

2

18

К химическим свойствам металлов относятся:

1. износостойкость;
2. твёрдость;
3. теплопроводность;
4. коррозионностойкость

4

19

К физическим свойствам металлов относятся:

1. износостойкость ;
2. твёрдость ;
3. теплопроводность;
4. коррозионностойкость.

3

20

Упругость – это:

1.способность материала сопротивляться действию внешних сил без разрушения

2. способность материала изменять свою форму и размеры под действием внешних сил

3. способность материала восстанавливать первоначальную форму и размер после прекращения действия внешних сил

4. способность материала оказывать сопротивление проникновению в него другого более твердого тела

3

21

Продуктами доменного процесса являются:

1. сталь          
2. латунь,
3. бронза          
4. чугун

4

22

Химическое соединение Fe3С называется:

1. цементитом

2. ферритом

3. аустенитом

4. ледебуритом

1

23

Сталь – это:

1. сплавы железа с углеродом, содержащие до 0,02 % углерода
2. сплавы железа с углеродом, содержащие от 0,02 % до 2.14 % углерода

3. сплавы железа с углеродом, содержащие от 2,14 до 6,67 % С
4. сплавы железа с углеродом, содержащие 0,8 % С

2

24

Чугунами называют:
1. сплавы железа с углеродом, содержащие до 0,02 % углерода
2. сплавы железа с углеродом, содержащие от 0,02 % до 2.14 % углерода
3. сплавы железа с углеродом, содержащие от 2,14 до 6,67 % С
4. сплавы железа с углеродом, содержащие 0,8 % С

3

25

Чугун, в котором весь углерод находится в виде химического соединения Fe3С, называется:
1. серым
2. ковким
3. белым
4. высокопрочным

3

26

Чугуны с пластинчатой формой графита называются: 
1. серыми
2. ковкими
3. белыми
4. высокопрочными

1

27

Чугуны, в которых графит имеет шаровидную форму называются:
1. серыми
2. ковкими
3. белыми
4. высокопрочными

4

28

Чугуны, в которых графит имеет хлопьевидную форму называется:
1. серым
2. ковкими
3. белыми
4. высокопрочными

2

29

Целью легирования является:

1. создание сталей с особыми свойствами
2. получение гладкой поверхности
3. повышение пластических свойств
4. уменьшения поверхностных дефектов

1

30

Маркой углеродистой инструментальной стали является:

1. 45

2. БСт3

3. У7

4. 5ХНМ

3

31

Сталь из чугуна можно получить, если:

1. увеличить содержание углерода;

2. уменьшить содержание углерода;

3. уменьшить содержание примесей;

4. увеличить содержание примесей;

5. добавить легирующие элементы.

2

32

Вредной примесью в чугунах является:

1. марганец;
2. сера;
3. углерод;
4. кремний.

2

33

Железо и его сплавы принадлежит к:

1. К тугоплавким металлам
2. К черным металлам
3. К диамагнетикам
4. К металлам с высокой удельной прочностью.

2

34

В белом чугуне графит имеет форму:

1. Хлопьевидная.
2. В белом чугуне графита нет.
3. Шаровидная.
4. Пластинчатая.

2

35

Маркой высококачественной стали является:

1. У12;

2. 45А;

3. БСт3сп;

4. 45.

2

36

Маркой углеродистой качественной конструкционной стали является:

1. У12;

2. 45А;

3. БСт3сп;

4. ст.45

4

37

Маркой полуспокойной стали является:

1. 45;

2. Ст 1 кп;

3. Б Ст 6 сп;

4. В Ст 4 пс

4

38

Качество стали зависит от содержания:

1. серы и фосфора

2.фосфора и марганца

3.серы и кремния

4.кремния и марганца

1

39

СЧ15 – одна из марок серого чугуна с пластинчатым графитом. Цифра 15 означает:

1. содержание углерода в процента

2. относительное удлинение

3. предел прочности при растяжении

4. твёрдость по Бринеллю

3

40

Основным легирующим элементом быстрорежущей стали является:

1. хром
2. кобальт
3. кремний
4. вольфрам

4

41

Количество углерода в Стали 20 равно:

1. 0,20%      
2. 2%            
3. 20%
4. 0,02%

1

42

Латуни и бронзы – это сплавы на основе:

1. алюминия  

2. меди  

3. цинка  

4.  магния

2

43

Маркой, обозначающей латунь, является:

1. Бр ОЦ4-3;

2. ЛАН 59-3-2;

3. Д16;

4. Бр03Ц12С5

2

44

Маркой литейной оловянной бронзы является:

1. Бр ОЦ4-3;

2. ЛАН 59-3-2;

3. Л68;

4. ЛЦ23А6Ж3Мц2.

1

45

Алюминиевый сплав дюралюмин, обозначается:

1. АЛ4;

2. Д18;

3. В96;

4. АК-4-1.

2

46

Охлаждение заготовок совершается в машинном масле при…

1. закалке;

2. отжиге;

3. отпуске;

4. нормализации.

1

47

Процесс насыщения поверхности металлического изделия углеродом- это…

1. борирование;

2. цианирование;

3. цементация;

4. азотирование.

3

48

Сущностью химико-термической обработки стальных изделий является:

1. изменение кристаллической структуры детали;

2. изменение кристаллической структуры поверхностного слоя;

3. изменение химического состава поверхностного слоя;

4. окисление поверхностного слоя;

3

49

Добавки, которые делают пластмассу эластичным называются:

1.пластификаторами

2.стабилизаторами

3.отвердителями

4.катализаторами

1

50

Добавки, которые способствуют предотвращению старения пластмассы называются:

1.пластификаторами

2.стабилизаторами

3.отвердителями

4.катализаторами

2

№

задания

Задание

Правильный ответ

1.

Дополните определение, вписав пропущенное числовое значение:

Сталь- это сплав железа с углеродом, в котором массовая доля углерода составляет……

Менее 2,14%

2

Впишите пропущенные числовое значение:

Чугун- это сплав железа с углеродом, в котором массовая доля углерода составляет……

Более 2,14%

3

Впишите пропущенное слово:

В зависимости от состояния углерода и легирующих добавок в сплаве различают белые, серые, ковкие и ……..

высокопрочные

4

Выберите правильные ответы и обведите их номера:

Какое влияние оказывает повышение содержания углерода на свойства железоуглеродистых сплавов?

А) увеличивает твердость    

Б) увеличивает пластичность  

В) увеличивает ударную вязкость

Г) не влияет

А

5

Дополните предложение, вписав пропущенное слово:

В маркировке легированной стали буквой “Г” обозначается металл…

марганец

6

Дополните определение, вписав пропущенные цифры:

Сталь 12ХН3А – легированная высококачественная, содержит углерода (в среднем) ……..%

0,12

7

Впишите пропущенные слова:

По химическому составу стали, и сплавы подразделяются на две группы:…….

Углеро-дистые и легирован-ные

8

Установите соответствие между определениями и их характеристиками.

1 – А

2 – Б, В, Г

Определения

Характеристики

1.        Чугун выплавляют в…

2.        Сталь выплавляют в …

А) Доменных печах

Б) Мартеновских печах

В) Электропечах

Г) Конверторных печах

Ответ:

1 – …

2 – …

9

Установите соответствие между определениями и их характеристиками.

1-А, Б

2-В, Г

определения

Характеристики

1.        Вредные примеси чугуна

2.        Полезные примеси чугуна

А) Сера

Б) Фосфор

В) Марганец

Г) Кремний

Д) Углерод

Ответ:

1 – …

2 – …

10

Дополните предложение, вписав пропущенные слова:

Сталь получают из …        

Передельного чугуна

11

Дополните предложение, вписав пропущенные слова:

Раскисление – это…

Процесс удаления кислорода из стали

12

Установить соответствие между определениями и их характеристиками.

1 – В

2 – Г

3 – Б

4 – А

определения

характеристики

1.Углеродистые стали обыкновенного качества

2.Качественные стали

3.Инструментальные углеродистые стали

4.Легированные стали

А) 25ХГСД

Б) У7А

В) БСт3сп

Г) 25Г

Ответ:

1 – …

2 – …

3 – …

4 – …

13

Установите соответствие между определениями и их характеристиками

1-В

2-Б

3-Г

4-А

состояние углерода в чугуне

определения

характеристики

1. высокопрочный чугун
2. серый чугун
3. ковкий чугун
4. белый чугун

А) в виде карбида;

Б) в виде пластинчатого графита;

В) в форме шаровидного графита;

Г) в форме хлопьевидного графита;

Ответ:

1 – …

2 – …

3 – …

4 – …

14

Дополните предложение, вписав пропущенные слова:

Легированная сталь — сталь, которая, …

кроме обычных примесей, содержит элементы, специально вводимые для обеспечения требуемых свойств

15

Дополните предложение, вписав пропущенное слово:

Химическое соединение Fe3С называется…

Цементит

Дополните определение, вписав пропущенные цифры

Сталь У12 – углеродистая инструментальная, содержит углерода (в среднем)……..%

1,2

16

Дополните предложение, вписав пропущенные слова:

Процесс термической обработки состоит из операций нагрева,……при данной температуре и …… с определенной скоростью.

Выдержки, охлаждения

17

Дополните определение, вписав пропущенные слова:

Закалкой называют нагрев стали до температуры выше критических, выдержка при этой температуре и последующее ….. 

Быстрое охлаждение

18

Дополните определение, вписав пропущенное слово

Сплав меди с цинком – это …….

латунь

19

Дополните предложение, вписав пропущенное слово:

Сплав меди с оловом и другими химическими элементами называют…….

Бронза

20

Дополните предложение, вписав пропущенное слово:

Антифрикционный сплав на основе меди ЛАЖМц52-5-2-1 называется…

Латунь

21

Установите соответствие между маркой сплава и химическим элементом, входящим в нее:

1 – А, В, Е

2 –В,Ж,Д,А

Марка сплава

Химические элементы

Ответ:

1 – …

2 – …

22

Установите соответствие между определениями и их характеристиками

1-Б

2-В

3-А

определения

характеристика

1. Физические свойства

2.Химические свойства.

3.Механические свойства

А) Группа свойств, характеризующих способность конструкционных материалов выдерживать различные нагрузки.  

Б) Свойства конструкционных материалов, которые определяют состояние вещества при определенных условиях.  

В) Характер взаимодействия атомов металлов с другими металлами или неметаллами в процессе кристаллизации

Ответ:

1 – …

2 – …

3 – …

23

Установите соответствие между определениями и их характеристиками

1 – В

2 – А

3 – Б

4 – Г

Определения

Характеристики

1. Металлы.

2. Сплавы.

3.Компоненты.

4. Материалы.

А) Твердые и жидкие вещества- получают сплавлением или спеканием двух или более металлов или металлов с неметаллами.

Б) Элементы, образующие сплав.

В) Непрозрачные вещества, обладающие специфическим металлическим блеском, пластичностью, высокой теплопрводностью и электропроводностью.

Г) Вещества, полученные из сырья и ?