Какое свойство отличает монокристалл от аморфного тела

Цели урока:

обучающая-

• сформировать понятия: «кристаллическое тело», «кристаллическая решетка», «монокристалл», «поликристалл», «аморфное тело»;
• выявить основные свойства кристаллических и аморфных тел;

развивающая-

• развивать умения выделять главное;
• развивать умение систематизировать материал;
• развивать познавательный интерес к предмету, используя разнообразные формы работы;

воспитательная

• воспитывать научное мировоззрение.

Оборудование:

• набор кристаллических тел,
• набор моделей кристаллических решеток
• Презентация

Ход урока

I.Изучение нового материала

Вступление.

Большинство окружающих нас твердых тел — вещества в твердом состоянии. Специальная область физики — физика твердого тела— занимается изучением строения и свойств твердых тел. Эта область физики является ведущей во всех физических исследованиях. Она составляет фундамент современной техники. В любой отрасли техники используются свойства твердого тела: механические, тепловые, электрические, оптические и т.д.

Какие вещества называются твердыми?

1. Вещество называют твердым, если оно сохраняет свою форму и объем, т.е. внешние признаки.
2. В физике под твердыми телами подразумевают вещества, у которых имеется кристаллическое строение, т.е. «дальний порядок», в расположении его частиц. В зависимости от структуры различают тела кристаллические и аморфные.

Кристаллическая форма твердого тела всегда вызывала восхищение и восторг. Многие поэты выражали свои впечатления при виде кристаллов в виде стихов:

И шальной холодок изумруда,
И тепло золотого топаза,
И простого кальцита премудрость
– Лишь они не обманут ни разу.

В них, в безмолвных осколках вселенной,
Искры вечных гармоний сверкают.
Повседневности образ надменный
В этих искрах бледнеет и тает.

Они дарят покой и защиту,
Они дарят огонь вдохновенья,
Заплетаясь цепочкой единой,
С нашей бренностью – в вечности звенья.
Виктор Слётов

Учитель: Другой вид твердых тел – аморфные. Свойства аморфных тел так же интересны и вызывают восхищение.

Ученик:

Застыла капелька смолы янтариком прозрачным меж корней сосны высокой.
Остановилось Солнышко на ней своим горячим и весёлым, ярким оком.

И, тёплую от ласковых лучей, её в ладони осторожно приняла я…
Из капельки смолы – янтарь родится! Мне от тепла её почудилось: она – живая,

И аромат смолы защекотал мне ноздри… О дух хмельной лесного края!
Как в смрадных улиц тесноте тебя я часто вспоминаю!

Настоян ты на травах и цветах, и на зелёной вечно хвое.
Как мне легко тебя вдыхать, все клеточки наполнились тобою!

И, запрокинув голову, гляжу, как в вышине сплетают сосны свои кроны,
И невесомо облака плывут по ним, как стаи лебедей в волнах сине-зелёных…

Мне так светло, такой в душе простор – я целый Мир могу вместить в неё.
И хочется обнять мне всех людей и сердце им отдать своё!
Юлия Владова

Основной этап урока

Учитель: Пора познакомиться подробнее с кристаллическими и аморфными телами. Перед вами статья «Кристаллические и аморфные тела». Работаем парами.

Задание 1. Прочитайте статью «Кристаллические и аморфные тела». Приложение 1.

Задание 2.Ответитьте на вопросы:

• Каковы свойства кристаллических тел?
• Каковы свойства аморфных тел?
• Что называется изотропностью?
• Что называется анизотропией?
• Назовите виды кристаллических решеток.
• Приведите примеры кристаллических тел.
• Приведите примеры Аморфных тел.
• Что называется монокристаллом? Приведите примеры
• Что называется поликристаллом? Приведите примеры

Обсуждение ответов на вопросы. Выполнение записи в тетради:

Кристаллы (от греч. κρύσταλλος, первоначально —лед, в дальнейшем —горный хрусталь, кристалл) — твёрдые тела, в которых атомы расположены закономерно, образуя трёхмерно-периодическую пространственную укладку —кристаллическую решетку.

Свойства кристаллических тел.

1. Температура плавления постоянна.
2. Имеют кристаллическую решетку
   Типы кристаллов
   а) ионные;
   б) атомные;
   в) металлические;
   г) молекулярные.
3. Каждое вещество имеет свою температуру плавления.
4. Анизотропны (механическая прочность, оптические, электрические, тепловые свойства).

Ам́орфные веществ́а (отдр.греч ἀ «не-» и μορφή «вид, форма») не имеют кристаллической структуры и в отличие от кристаллов не расщепляются с образованием кристаллических граней, как правило — изотропны, то есть не обнаруживают различных свойств в разных направлениях, не имеют определённой точки плавления. К аморфным веществам принадлежат стекла (искусственные и вулканические), естественные и искусственные смолы.

Свойства аморфных тел.

1. Не имеют постоянной температуры плавления.
2. Не имеют кристаллического строения.
3. Изотропны.
4. Обладают текучестью.
5. Имеют только «ближний порядок» в расположении частиц.
6. Способны переходить в кристаллическое и жидкое состояние.

II. Обсуждение вопросов

1. Шар, выполненный из монокристалла, при нагревании может изменить не только свой объем, но и форму. Почему?
2. Кубик из стекла и кубик , вырезанный из монокристалла кварца, опущены в горячую воду. Сохранят ли кубики свою форму?
3. Почему в природе не существует кристаллов шарообразной формы?

Сообщение учащегося «Из истории открытия кристаллов»:

В 1910 году шахтёры открыли пещеру под шахтами Найка, позже названную Пещера мечей . Она расположена на глубине 120 м, над Пещерой кристаллов, и заполнена красивыми светлыми и прозрачными кристаллами примерно метровой длины. Предполагается, что на этой глубине температура упала значительно раньше, прекратив рост кристаллов.

Пещера кристаллов была обнаружена в 2000 году братьями-шахтёрами Санчез, прокладывавшими новый туннель в шахтовом комплексе для компании Индустриас Пеньолес . В шахтовом комплексе Найка имеются существенные залежи серебра, цинка, свинца. Пещера кристаллов — это полость в форме подковы в массиве известняка. Громадные кристаллы пересекают пространство пещеры в разных направлениях. Из пещер постоянно откачивается вода. В случает остановки оборудования они снова затопятся. Кристаллы деградируют на воздухе, поэтому исследователи из «Проекта Найка» стремятся задокументировать этот геологический объект.

Новый зал, названный «Ледовый дворец», был открыт при бурении в 2009 году. Он находится на глубине 150 м и не заполнен водой. Формации кристаллов значительно меньшие, с тонкими нитевидными наростами.

Сообщение учащегося «Из истории стекла»:

Долгое время первенство в открытии стеклоделия признавалось за Египтом чему несомненным свидетельством считались глазурованные стеклом фаянсовые плитки внутренних облицовок пирамиды Джессера (27ой век до н. э.); к ещё более раннему периоду (первой династии фараонов) относятся находки фаянсовых украшений, то есть стекло существовало в Египте уже 5 тысяч лет назад. Археология Двуречья, в особенности — Древних Шумера и Аккада, склоняет исследователей к тому, что немногим менее древними образцом стеклоделия следует считать памятник, найденный в Месопотамии в районе Ашнунака — цилиндрическую печать из прозрачного стекла, датируемую периодом династии Аккада, то есть возраст её — около четырёх с половиной тысяч лет. Бусина зеленоватого цвета диаметром около 9 мм, хранящаяся в Берлинском музее, считается одним из древнейших образцов стеклоделия. Найдена она была египтологом Флиндерсом Питри около Фив, по некоторым представлениям ей пять с половиной тысяч лет. Н. Н. Качалов отмечает, что на территории Старовавилонского царства археологи регулярно находят сосудики для благовоний местного происхождения, выполненные в той же технике, что и египетские. Учёный утверждает — есть все основания считать, «что в Египте и в странах Передней Азии истоки стеклоделия… отделяются от наших дней промежутком приблизительно в шесть тысяч лет».

Существует также несколько легенд, с той или иной степенью правдоподобия толкующих возможные предпосылки того, как сложилась технология. Н. Н. Качалов воспроизводит одну из них, поведанную античным естествоиспытателем и историком Плинием Старшим(I век). Эта мифологическая версия гласит, что однажды финикийские купцы на песчаном берегу, за неимением камней, сложили очаг из перевозимой ими африканской соды — утром на месте кострища они обнаружили стеклянный слиток.

Египетские стеклоделы плавили стекло на открытых очагах в глиняных мисках. Спёкшиеся куски бросали раскалёнными в воду, где они растрескивались, и эти обломки, так называемые фритты, растирались в пыль жерновами и снова плавились.

Фриттование использовалось ещё долго после Средневековья, поэтому на старых гравюрах и при археологических раскопках мы всегда находим две печи — одну для предварительной плавки и другую для плавки фритт. Необходимая температура проплавления составляет 1450°C, а рабочая температура — 1100—1200 °C. Средневековая плавильная печь («гуть» — по чешски) представляла собой низкий, топящийся дровами свод, где в глиняных горшках плавилось стекло. Выложенная только из камней и глинозёма, долго она не выдерживала, но надолго не хватало и запаса дров. Поэтому, когда лес вокруг гуты вырубали, её переводили на новое место, где леса было ещё в достатке.

Ещё одной печью, обычно соединяемой с плавильной, была отжигательная печь — для закалки, где готовое изделие нагревалось почти до точки размягчения стекла, а затем — быстро охлаждалось, чтобы тем самым компенсировать напряжения в стекле (предотвратить кристаллизацию). Интересны сведения, имеющие отношение и к истории стекла и тому факту, что стекло, в общем смысле, за время своего существования, в отличие от многих других материалов, не претерпело практически никаких изменений (самые ранние образцы того, что стали называть стеклом ничем не отличаются от известного всем — бутылочного; исключением, конечно, являются виды стёкол с заданными свойствами), однако в данном случае речь идёт о веществе и материале минерального происхождения, нашедшем применение в современной практике.

III. Проверка усвоения

Тест

1. Какое из перечисленных свойств характерно для кристаллических тел? Выберите правильный ответ.

• А.Существование определенной температуры плавления.
• Б. Изотропность.
• В. Отсутствие определённой температуры плавления.

2. Какое из перечисленных свойств характерно только для аморфных тел? Выберите правильный ответ.

• А. Анизотропность.
• Б. Существование определённой температуры плавления.
• В.Отсутствие определённой температуры плавления.

3.Что называется анизотропией кристаллов?

• А. Зависимость физических свойств от направления внутри кристалла.
• Б. Одинаковость физических свойств по всем направлениям.
• В. Хорошая теплопроводность внутри кристалла.

4. Что можно сказать об изменении температуры в процессе плавления кристаллического тела?

• А. Температура остается постоянной.
• Б. Температура увеличивается.
• В. Температура может быть любой.

5.Что такое монокристалл?

• А. Тело, имеющее правильную геометрическую форму и ограниченное естественными плоскими гранями
• Б. Частица вещества, имеющая правильную геометрическую форму
• В. Твердое тело, состоящее из одного кристалла

IV. На дом.

§§73-74

V.Подведение итогов.

Интернет источники:

• https://ru.wikipedia.org/wiki;
• https://physics.ru/courses/op25part1/content/chapter3/section/paragraph6/theory.html;
• https://www.alhimik.ru/stroenie/gl_17.html;
• https://bse.sci-lib.com/article109296.html;
• https://fizika2010.ucoz.ru/socnav/prep/phis001/kris.html.

Приложение 1

По своим физическим свойствам и молекулярной структуре твердые тела разделяются на два класса – аморфные и кристаллические.

Характерной особенностью аморфных тел является их изотропность, т. е. независимость всех физических свойств (механических, оптических и т. д.) от направления внешнего воздействия. Молекулы и атомы в изотропных твердых телах располагаются хаотично, образуя лишь небольшие локальные группы, содержащие несколько частиц (ближний порядок). По своей структуре аморфные тела очень близки к жидкостям. Примерами аморфных тел могут служить стекло, различные затвердевшие смолы (янтарь), пластики и т. д. Если аморфное тело нагревать, то оно постепенно размягчается, и переход в жидкое состояние занимает значительный интервал температур.

В кристаллических телах частицы располагаются в строгом порядке, образуя пространственные периодически повторяющиеся структуры во всем объеме тела. Для наглядного представления таких структур используются пространственные кристаллические решетки, в узлах которых располагаются центры атомов или молекул данного вещества. Чаще всего кристаллическая решетка строится из ионов (положительно и отрицательно заряженных) атомов, которые входят в состав молекулы данного вещества. Например, решетка поваренной соли содержит ионы Na+ и Cl–, не объединенные попарно в молекулы NaCl (рис. 3.6.1). Такие кристаллы называются ионными.

В каждой пространственной решетке можно выделить структурный элемент минимального размера, который называется элементарной ячейкой. Вся кристаллическая решетка может быть построена путем параллельного переноса (трансляции) элементарной ячейки по некоторым направлениям.

Теоретически доказано, что всего может существовать 230 различных пространственных кристаллических структур. Большинство из них (но не все) обнаружены в природе или созданы искусственно.

Кристаллические решетки металлов часто имеют форму шестигранной призмы (цинк, магний), гранецентрированного куба (медь, золото) или объемно центрированного куба (железо).

Кристаллические тела могут быть монокристаллами и поликристаллами. Поликристаллические тела состоят из многих сросшихся между собой хаотически ориентированных маленьких кристалликов, которые называются кристаллитами. Большие монокристаллы редко встречаются в природе и технике. Чаще всего кристаллические твердые тела, в том числе и те, которые получаются искусственно, являются поликристаллами.

В отличие от монокристаллов, поликристаллические тела изотропны, т. е. их свойства одинаковы во всех направлениях. Поликристаллическое строение твердого тела можно обнаружить с помощью микроскопа, а иногда оно видно и невооруженным глазом (чугун).

Многие вещества могут существовать в нескольких кристаллических модификациях (фазах), отличающихся физическими свойствами. Это явление называется полиморфизмом. Переход из одной модификации в другую называется полиморфным переходом. Интересным и важным примером полиморфного перехода является превращение графита в алмаз. Этот переход при производстве искусственных алмазов осуществляется при давлениях 60–100 тысяч атмосфер и температурах 1500–2000 К.

Структуры кристаллических решеток экспериментально изучаются с помощью дифракции рентгеновского излучения на монокристаллах или поликристаллических образцах.

На рис. 3.6.2 приведены примеры простых кристаллических решеток. Следует помнить, что частицы в кристаллах плотно упакованы, так что расстояние между их центрами приблизительно равно размеру частиц. В изображении кристаллических решеток указывается только положение центров частиц.

В простой кубической решетке частицы располагаются в вершинах куба. В гранецентрированной решетке частицы располагаются не только в вершинах куба, но и в центрах каждой его грани. Изображенная на рис. 3.6.1 решетка поваренной соли состоит из двух вложенных друг в друга гранецентрированных решеток, состоящих из Na+ и Cl–. В объемноцентрированной кубической решетке дополнительная частица располагается в центре каждой элементарной кубической ячейки.

Кристаллические структуры металлов имеют важную особенность. Положительно заряженные ионы металла, образующие кристаллическую решетку, удерживаются вблизи положений равновесия силами взаимодействия с «газом свободных электронов» (рис. 3.6.3). Электронный газ образуется за счет одного или нескольких электронов, отданных каждым атомом. Свободные электроны способны блуждать по всему объему кристалла.