Листала свой дневник по тегу “зима” и нашла вот что. Это ответ на электронное письмо маленькой девочки, которая в декабре 2008 года задала мне вопрос, как поймать Деда Мороза. Девочка в то время была очень серьёзная, предположительно, лет шести. Сама я тоже, как видно из текста, была очень серьёзная. Сейчас бы я стиль подправила, однако, по сути считаю текста актуальным. Добавлю сюда в ночь Нового года “по старому стилю”, как любили говорить в моём детстве. Вот уж, какое нам дело до какого-то старого стиля? Но душа требует праздника) итак:

“Ты спрашиваешь, как поймать Деда Мороза. Сама понимаешь, вопрос не простой. Многие взрослые предпринимали попытки его поймать, но успеха не имели и отчаялись, решили, что Деда Мороза не существует.
Думаю, они ошибались, надеясь увидеть Деда таким, какими мы привыкли видеть дедушек, бабушек, пап, мам и друзей. Ясное дело, Дед Мороз – существо сказочное. Следовательно, он живет в мире, отличном от нашего. Связь между мирами осуществляется посредством фантазии и других инструментов воображения. Если и возможно УВИДЕТЬ Деда Мороза, то лишь внутренним взором.
Полагаю, есть несколько способов зафиксировать присутствие Деда Мороза в предновогодней комнате. Ни один из них не признан наукой эффективным, так что каждый ЛОВЕЦ действует на свой страх и риск.

1. Сесть под елку в темной комнате, освещенной лишь гирляндами или свечами в противопожарных стаканчиках. Положить на середину комнаты свою любимую сладость. Только такую, которую ты бы сама съела с удовольствием и которой готова пожертвовать ТОЛЬКО ради Деда Мороза (тут придется крепко подумать, потому что не слишком любимые лакомства не сработают).
Сделать из ленты, мишуры, гирлянды петлю, в центр ее положить лакомство, а конец протянуть к елке, сеть, как уже говорилось, под ней и ждать, вспоминая свои любимые волшебные истории (можно рассказывать вслух, можно взять с собой КОГО-ТО, кому эти истории рассказывать). Если Дед Мороз не пришел через час, попытка провалилась. (В утешение можно съесть сладость).

2. Рассказывать волшебные истории КОМУ-ТО перед сном, чтобы волшебство ВИТАЛО. Под подушку положить письмо со стихами, картинками и другими приятными произведениями, которые любит Дед Мороз. Возможно, он придет ночью, привлеченный волшебством и письмом.
Придет, понятное дело, в полудреме, так что разглядеть можно лишь его смутный силует в темноте (комнату можно подсветить гирляндами).

В заключение задам вопрос, который стоило бы поставить первым. Зачем ЛОВИТЬ Деда Мороза? Не хотела бы я, чтоб меня кто-то ЛОВИЛ! Сразу приходит на ум что-то вроде МЫШЕ-ловки. Разве может быть доверие между волшебным существом и ребенком, если ребенок хочет ПОЙМАТЬ волшебника? Дружба складывается из доверия. Если ты отказываешься слушать взрослых, утверждающих, будто Деда Мороза не существует, значит ты в него веришь. А раз ты в него веришь, доверяешь ему, то зачем ловить, требовать доказательства, подстерегать?”
Теперь, когда ты знаешь способы “ЛОВЛИ” Деда Мороза, можешь решить для себя, стоит ли это делать. Не проще ли обращаться к нему мысленно или через письма, не обижая его своим недоверием?

На улице было темно, весь вечер завывала метель. Костя сидел за своим расписным столиком и писал письмо Деду Морозу. Писать буквами он ещё не научился, но Дед Мороз ведь волшебник, должен разобраться, что именно нарисовал пятилетний Костя! Самым желанным для Кости подарком был кот. Костя очень хотел настоящего живого кота. С котом можно играть в догонялки или в прятки, кота можно гладить, можно с котом сидеть под одеялом, но самое главное - кот помещается в кузов грузовика, так что он может стать отличным пассажиром, или даже водителем! Летом с котом можно будет лазить по деревьям, а зимой - катать кота на санках. В общем, кот в хозяйстве был совершенно необходим, но мама и папа почему-то этого не понимали, и кота заводить отказывались.

Костя написал письмо, убрал краски в стол, промыл кисточку, сложил вчетверо высохший рисунок и положил его в конверт, который подготовила для него мама. Конверт Костя тщательно заклеил и положил его в морозилку, ведь лучший почтовый ящик для Деда Мороза - это морозилка - там всё, как на Северном полюсе - холодно, сугробы и лёд.

К Новому году Костя начал беспокоиться - а получил ли его письмо Дед Мороз? Костя проверил морозилку - письма в ней не было, и Костя немножко успокоился. Наконец, наступил долгожданный Канун Нового года. В углу зала папа установил ёлку, Костя с мамой нарядили её, украсили квартиру, чтобы Деду Морозу понравилось у них в гостях, потом Костя помогал папе развешивать фонарики в детской, а когда они вернулись, мама с улыбкой показала Косте под ёлочку - там стояли красивые коробки.

Пока вы развешивали фонарики, приходил Дед Мороз и подарки для вас оставил, - сказала мама.

Костя, конечно, расстроился, что не повидался с Дедом Морозом, но тут же улыбнулся, ведь сейчас он достанет из коробки настоящего живого кота! Костя даже имя ему уже придумал: Молния. Костя открыл одну коробку - там был огромный трансформер. Костя открыл другую коробку - там был конструктор. Костя открыл третью коробку - там были замечательные лыжи.

А где кот? - тихо спросил Костя.

Ты ещё вот эту коробочку не проверил, - улыбнувшись, сказала мама.

Костя взял маленькую коробочку. Коробочка открылась, а в ней стоял котёнок с большими лиловыми глазами и рыжей шёрсткой.

Мам, он же не настоящий, - расстроенно сказал Костя.

Он почти как настоящий, - уверенно сказала мама и достала котёнка из коробки, - смотри, если его погладить, он начинает мяукать, а если нажать на хвост, тогда он пойдёт.

Мама нажала котёнку на хвост, и тот с металлическим жужжанием зашагал по комнате.

Костя смотрел на этого жужжащего котёнка, и так ему стало обидно, что он с трудом сдержал слёзы.

Этот Дед Мороз всё перепутал, - чуть не плача, сказал Костя, - я хотел живого кота, а этого я не хочу!

Мама и папа принялись объяснять Косте, что этот кот гораздо лучше, потому что его не нужно кормить, и не нужно менять ему три раза в день туалет, но Костю это не утешало. Он никак не мог понять, как же мог великий волшебник так оплошать?

Часы пробили двенадцать, наступил Новый Год, и мама отвела Костю в его комнату.

Спокойной ночи, - сказала мама и прикрыла за собой дверь.

Костя лежал в своей постельке грустный и разочарованный. Он слышал, как родители убрали со стола, как они прокрались в свою спальню, а через некоторое время раздалось тихое посапывание папы. Костя ворочался с боку на бок, потом решительно встал, отыскал в коридоре мамин телефон и набрал Оксанин номер.

Привет, - шёпотом ответила ему Оксана, - ты чего не спишь? Поздно уже!

Не могу заснуть, - так же шёпотом сказал Костя, - оказывается, Дед Мороз плохой волшебник.

Почему ты так думаешь? - удивилась Оксана, - мне он подарил замечательную железную дорогу - я как раз о такой мечтала.

Я просил его подарить мне живого кота, а он подарил игрушечного, - пожаловался Костя.

Оксана задумалась, а потом прошептала совсем уж тихо:

Мама говорила, что Дед Мороз ещё целую неделю будет подарки разносить. Значит, нам нужно поймать его и объяснить, что ты хотел живого кота, а не игрушечного. Уверена, Дед Мороз сразу же исправится и оживит твоего кота.

Правда? - усомнился Костя.

Конечно, правда! - уверенно сказала Оксана, - ты приходи завтра ко мне - вместе пойдём Деда Мороза ловить. Кстати, а у тебя есть верёвка?

Есть, а зачем она?

Так просто Деда Мороза не поймаешь - он же холодный, мигом нас в сосульки превратит! Надо его связать, чтобы не убежал.

Так и решили поступить. Костя, предвкушая завтрашнюю охоту на Деда Мороза немного волновался, но всё равно его настроение улучшилось и он смог заснуть.

Проснулся Костя рано. Родители ещё спали. Костя умылся, позавтракал, собрался и пошёл в гости к Оксане. Ему пришлось долго стучать, прежде чем заспанная тётя Катя открыла Косте дверь.

А Оксана ещё спит, - сказала тётя Катя и зевнула.

Я подожду, пока она проснётся, - ответил Костя, - мы с ней договорились сегодня поохотиться на Деда Мороза.

А зачем на него охотиться? - удивилась тётя Катя. Она даже зевать перестала.

Костя рассказал, как Дед Мороз подарил ему неправильный подарок, и что теперь придётся Деда Мороза ловить и просить его оживить игрушечного котёнка.

Тётя Катя покачала головой, помогла Косте раздеться и проводила его в Оксанину комнату.

Оксана, просыпайся, - разбудила она дочь, - к тебе Костя пришёл, говорит, что Деда Мороза пора ловить. Дед Мороз сейчас как раз сонный - он всю ночь работал, подарки детям разносил, так что если уж и ловить его - так с утра пораньше. Кстати, где мой телефон?

Оксана разлепила глаза, буркнула что-то неразборчивое и отправилась в ванную комнату, а тётя Катя нашла свой телефон под подушкой дочери и с таинственным видом ушла в другую комнату.

На улицу дети выбрались только через полчаса. Солнце ещё не выползло из-за городских высоток, но небо уже было светлое, снег искрился, а снегири и воробьи бойко чирикали в кустах сирени. На улицах было пусто, словно город вымер - ни машин, ни пешеходов. Оксана и Костя шагали по центральной улице города, снег под их валенками похрустывал, кое-где попадались разноцветные кружочки от конфетти, а из сугробов торчали отстрелявшие салют картонные трубки. На площади стояла одинокая новогодняя ёлка. Слабый ветерок едва шевелил мишуру на её ветвях. Вокруг ёлки было особенно много конфетти, длинных спиралек серпантина, обугленных проволок от бенгальских огней, пластиковых стаканчиков и других атрибутов Нового Года.

Что-то ни одного Деда Мороза не видно, - шмыгнул носом от холода Костя, - вообще никого не видно. Куда все люди делись?

В новогоднюю сказку, наверное, - пожала плечами Оксана, - или просто спят. Сегодня же выходной.

В выходной всё равно люди в городе встречаются. Наверное, всё-таки, в новогоднюю сказку все ушли.

Ребята побродили вокруг ёлки, заглянули под ёлку и даже на макушку ёлки посмотрели - Дед Мороз не находился. Пришлось им покататься с горки, чтобы не замёрзнуть. Покатались. Ручки и ножки у них стали замерзать, так что ребята, посовещавшись, решили возвращаться домой. Бегут они по пустынным улицам, и вдруг им на встречу Дед Мороз - худой, без бороды, но в красной шапке, красном халате и с красным носом, так что узнать его, хоть и сложно, но можно.

Доставай верёвку, - тихо сказала Оксана.

А это точно Дед Мороз? - усомнился Костя, - Бороды-то у него нет!

Маскируется, чтобы его никто не узнал, - догадалась Оксана, и Костя с ней согласился.

Он достал из рюкзачка верёвку, дал один конец верёвки Оксане, а второй крепко сжал в своих руках. Дети прижались друг к другу, спрятав верёвку за спины, и пошли навстречу шатающемуся от усталости Дедушке. Перед самым его красным носом они разбежались в разные стороны, верёвка натянулась, Дед Мороз споткнулся и растянулся на скользкой тропинке, а Оксана и Костя упали на Деда Мороза и стали его связывать, чтобы не убежал.

Попался! - кричала Оксана.

Ура! Поймали! - кричал Костя.

У меня нет денег! - кричал Дед Мороз.

Дед Мороз сначала попытался ползти, словно гусеница, но дети прыгали по его спине, и Деду Морозу пришлось смириться со своим поражением.

Отпустите меня! Что вам нужно? - взмолился Дедушка.

Костя понял, что вот он - его звёздный час! Сбиваясь и отчаянно краснея, он принялся объяснять Деду Морозу, что получил от него совсем не тот подарок, который хотел, и что нужно это как-то исправить, и не мог бы Дед Мороз явить чудо и превратить чудесного игрушечного рыжего котёнка в живого?

Дед Мороз с трудом перевернулся на спину и дикими глазами связанного волшебника рассматривал Костю.

Так надо только превратить игрушечного котёнка в живого? - переспросил он.

Да, - радостно закивали дети.

Сначала развяжите меня, - попросил Дед Мороз.

Оксана и Костя послушно распутали Деду Морозу ноги. Дед Мороз сел, почесал свой красный нос, потом вытащил из кармана своего волшебного красного халата бороду, нацепил её на лицо, а потом кааак дёрнет из бороды белую волосинку!

Выдралось целых три волосинки. Дед Мороз выбрал из них самую длинную, и начал бормотать:

Фокус-покус, фексус-лексус, сметана-компот - стань живым кот!

Ура! - закричали Оксана и Костя, - Спасибо! Спасибо тебе, Дедушка Мороз! Хочешь, мы тебе стишки расскажем?

Нет, спасибо, вы очень добры, - сказал Дед Мороз, - но стишки ваши я в следующем году послушаю.

А кот теперь точно настоящий?

Точно, бегите, проверяйте, - сказал Дед Мороз, вновь для маскировки снимая бороду и укладывая её в волшебный карман.

И ребята побежали, помахав варежками на прощание всё ещё сидящему на обледенелой тропинке Деду Морозу. К Оксане решили не заходить - сразу помчались к Косте проверять, сработало волшебство или нет.

Дверь им открыла Костин папа. Вид у него был странный - словно он запыхался и только-только сбросил с себя шапку и пуховик.

Пап, ты куда-то ходил? - спросил Костя.

Нет, с чего ты взял? - сказал папа с самым честным видом, на какой он был способен.

Ну... Ты в ботинках, и на ботинках у тебя снег.

А, так это я... эммм...

Мусор выносил, - сказала Костина мама, появляясь в дверном проёме.

Да, точно! Я мусор выносил, - подтвердил папа.

В этот момент из комнаты раздалось тихое: "Мяу!"

Сердце у Кости забилось, он обменялся с Оксаной восторженными взглядами, и побежал в свою комнату. На полу сидел пятнистый котёнок, совсем не похожий на игрушечного, зато живой.

Так вот он какой - волшебный кот Молния, - сказала Оксана, рассматривая котёнка.

Это не кот, а кошка, - сказала мама, вошедшая в комнату вслед за детьми.

Какая разница? - пожала плечами Оксана, - Главное, что котёнок - настоящий котёнок, а Дед Мороз - настоящий волшебник.

А Костя от счастья даже сказать ничего не мог.

Внутри химических частиц, но и размещением самих частиц в пространстве относительно друг друга и расстояниями между ними. В зависимости от расположения частиц в пространстве различают ближний и дальний порядок.

Ближний порядок заключается в том, что частицы вещества закономерно размещаются в пространстве на определенных расстояниях и направлениях друг от друга. Если такая упорядоченность сохраняется или периодически повторяется во всем объеме твердого вещества, то формируется дальний порядок. Иначе говоря, дальний и ближний порядки — это наличие корреляции микроструктуры вещества либо в пределах всего макроскопического образца (дальний), либо в области с ограниченным радиусом (ближний). В зависимости от совокупного (или подавляющего) действия ближнего или дальнего порядка размещения частиц твердое тело может иметь кристаллическое или аморфное состояние.

Наиболее упорядоченным является размещение частиц в кристаллах (от греческого « кристалос » — лед), в которых атомы, молекулы или ионы расположены только в определенных точках пространства, названных узлами .

Кристаллическое состояние — это упорядоченная периодическая структура, которая характеризуется наличием как ближнего, так и дальнего порядка размещения частиц твердого вещества.

Характерным признаком кристаллических веществ по сравнению с аморфными является анизотропия.

Анизотропия — это разница физико-химических свойств кристаллического вещества (электро- и теплопроводности, прочности, оптических характеристик и т.д.) в зависимости от выбранного направления в кристалле.

Анизотропия обусловлена ​​внутренним строением кристаллов. В разных направлениях расстояние между частицами в кристалле разная, поэтому и количественная характеристика того или иного свойства для этих направлений будет разной.

Особенно ярко анизотропия проявляется в монокристаллах. На этом свойстве основано производство лазеров, обработка монокристаллов полупроводников, изготовление кварцевых резонаторов и ультразвуковых генераторов. Типичным примером анизотропного кристаллического вещества является графит, структура которого представляет собой параллельные слои с различными энергиями связи в середине слоев и между отдельными слоями. Благодаря этому теплопроводность вдоль слоев в пять раз выше, чем в перпендикулярном направлении, а электропроводность в направлении отдельного слоя близка к металлической и сотни раз больше электропроводности в перпендикулярном направлении.

Структура графита (указана длина связи С-С внутри слоя и расстояние между отдельными слоями в кристалле)

Иногда одно и то же вещество может образовывать кристаллы различной формы. Это явление называют полиморфизмом, а различные кристаллические формы одного вещества — полиморфными модификациями, например, алотропы алмаз и графит; a-, b-, g- и d-железо; a- и b-кварц (обратите внимание на различие понятий «аллотропия», которое относится исключительно к простым веществам в любом , и «полиморфизм», которое характеризует строение только кристаллических соединений).

В то же время различные по составу вещества могут образовывать кристаллы одинаковой формы — это явление называют изоморфизмом. Так, изоморфными веществами, имеющими одинаковые кристаллические решетки, являются Al и Cr и их оксиды; Ag и Au; BaCl 2 и SrCl 2 ; KMnO 4 и BaSO 4 .

Подавляющее большинство твердых веществ при обычных условиях существует в кристаллическом состоянии.

Твердые вещества, не имеющие периодической структуры, относятся к аморфным (от греческого « аморфос » — бесформенный). Однако некоторая упорядоченность структуры в них присутствует. Она проявляется в закономерном размещении вокруг каждой частицы ее ближних «соседей», то есть аморфные вещества имеют только ближний порядок и этим напоминают жидкости, поэтому их с некоторым приближением можно рассматривать как переохлажденные жидкости с очень высокой вязкостью. Разница между жидким и твердым аморфным состоянием определяется характером теплового движения частиц: в аморфном состоянии они способны лишь к колебательным и вращательным движения, но не могут перемещаться в толще вещества.

Аморфное состояние — это твердое состояние вещества, характеризующееся наличием ближнего порядка в размещении частиц, а также изотропностью — одинаковыми свойствами в любом направлении.

Аморфное состояние веществ менее стабильно по сравнению с кристаллическим, так аморфные вещества могут переходить в кристаллическое состояние под действием механических нагрузок или при изменении температуры. Однако некоторые вещества могут находиться в аморфном состоянии в течение достаточно большого периода. Например, вулканическое стекло (возраст которого доходит до нескольких миллионов лет), обычное стекло, смолы, воск, большинство гидроксидов переходных металлов и тому подобное. При определенных условиях в аморфном состоянии могут находиться почти все вещества, кроме металлов и некоторых ионных соединений. С другой стороны, известны вещества, способные существовать только в аморфном состоянии (органические полимеры с неравномерной последовательностью элементарных звеньев).

Физические и химические свойства вещества в аморфном состоянии могут существенно отличаться от ее свойств в кристаллическом состоянии. Реакционная способность веществ в аморфном состоянии значительно выше, чем в кристаллическом. Например, аморфный GeO 2 значительно активнее в химическом отношении, чем кристаллический.

Переход твердых веществ в жидкое состояние в зависимости от строения имеет свои особенности. Для кристаллического вещества плавления происходит при определенной , которая является фиксированной для данного вещества, и сопровождается скачкообразным изменением ее свойств (плотность, вязкость и т.д.). Аморфные вещества, напротив, переходят в жидкое состояние постепенно, в течение некоторого интервала температур (так называемый интервал размягчения), во время которого происходит плавное, медленное изменение свойств.

Сравнительная характеристика аморфных и кристаллических веществ:

Существуют четыре общепризнанных состояния веществ: твердое, жидкое, газообразное и плазма. Кроме того, в литературных источниках был отмечен пятый вид агрегатного состояния вещества, открытый с помощью Большого адронного коллайдера.

В товароведении потребительских товаров практический интерес представляют только три состояния. Любой отдельный элемент, сложное вещество могут существовать последовательно или одновременно в двух либо более таких состояниях: вода, лед и водяной пар могут существовать при одной и той же температуре и давлении. Твердые вещества могут быть кристаллическими (иметь регулярно повторяющуюся молекулярную структуру), например соль и металл; или аморфными, как смола или стекло. Молекулы жидкости двигаются, но располагаются близко друг к другу, как в твердых веществах. В газах молекулы расположены настолько далеко друг от друга, что движутся по относительно прямым линиям до столкновения со стенками резервуара.

Прежде всего, следует еще раз подчеркнуть, что газ, жидкость и твердое тело представляют собой агрегатные состояния веществ, и в этом смысле между ними нет непреодолимого различия: всякое вещество в зависимости от температуры и давления может находиться в любом из агрегатных состояний. Вместе с тем между газообразными, жидкими и твердыми телами имеются существенные различия.

Существенное различие между газом, с одной стороны, и твердым и жидким телами, с другой стороны, состоит в том, что газ занимает весь предоставленный ему объем сосуда, тогда как жидкость или твердое тело, помещенные в сосуд, занимают в нем лишь вполне определенный объем. Это обусловлено различием в характере теплового движения в газах и в твердых и жидких телах.

В твердых телах атомы могут размещаться в пространстве двумя способами:

1) упорядоченное расположение атомов, когда атомы занимают в пространстве вполне определенные места. Такие вещества называются кристаллическими (рис. 1.1, а).

Атомы совершают относительно своего среднего положения колебания с частотой около 1013 Гц. Амплитуда этих колебаний пропорциональна температуре;

2) беспорядочное расположение атомов, когда они не занимают определенного места друг относительно друга. Такие тела называются аморфными (рис. 1.1, б).

Рис. 1.1.

Аморфные вещества обладают формальными признаками твердых тел, т. е. они способны сохранять постоянный объем и форму. Однако они не имеют определенной температуры плавления или кристаллизации.

Благодаря упорядоченному расположению атомов кристаллического вещества в пространстве, их центры можно соединить воображаемыми прямыми линиями. Совокупность таких пересекающихся линий представляет собой пространственную решетку, которую называют кристаллической решеткой. Внешние электронные орбиты атомов соприкасаются, так что плотность упаковке атомов в кристаллической решетке весьма велика.

Кристаллические твердые тела состоят из кристаллических зерен - кристаллитов. В соседних зернах кристаллические решетки повернуты относительно друг друга на некоторый угол.

В кристаллитах соблюдаются ближний и дальний порядки. Это означает наличие упорядоченного расположения и стабильности как окружающих данный атом ближайших его соседей (ближний порядок), так и атомов, находящихся от него на значительных расстояниях вплоть до границ зерен (дальний порядок ).

Металлы-кристаллические тела, атомы которых располагаются в геометрически правильном порядке, образуя кристаллы, в отличие от аморфных тел (например, смола), атомы которых находятся в беспорядочном состоянии.

Следует отметить, что между понятием “металл” как химический элемент и как вещество есть некоторая разница. Химия делит все элементы на металлы и неметаллы по их поведению в химических реакциях. Теория металлического состояния рассматривает крупные скопления атомов металлов, которые имеют характерные металлические свойства: пластичность, высокая тепло- и электропроводность, металлический блеск. Эти свойства характерны для больших групп атомов. У отдельных атомов таких свойств нет.

Атомы в металле находятся в ионизированном состоянии. Атомы металлов, отдавая часть внешних валентных электронов, превращаются в положительно заряженные ионы. Свободные электроны непрерывно перемещаются между ними, образуя подвижный электронный газ.

При комнатной температуре все металлы, кроме ртути, представляют собой твердые тела, имеющие кристаллическое строение. Для кристаллов характерно строго определенное расположение в пространстве ионов, образующих кристаллическую решетку.

Располагаясь в металлах в строгом порядке, атомы в плоскости образуют атомную сетку, а в пространстве - атомнокристаллическую решетку. Типы кристаллических решеток у различных металлов различные. Наиболее часто встречаются решетки: кубическая объемно-центрированная, кубическая гранецентрированная и гексагональная плотноупакованная.

Элементарные ячейки таких кристаллических решеток приведены на рис. 1.2. Линии на этих схемах являются условными; в действительности никаких линий не существует, а атомы колеблются возле точек равновесия, т. е. узлов решетки с большой частотой. В ячейке кубической объемно- центрированной решетки атомы расположены в вершинах куба и в центре куба; такую решетку имеют хром, ванадий, вольфрам, молибден и др. В ячейке кубической гранецентрированной решетки атомы расположены в вершинах и в центре каждой грани куба; такую решетку имеют алюминий, никель, медь, свинец и др. В ячейке гексагональной решетки атомы расположены в вершинах шестиугольных оснований призмы, в центре этих оснований и внутри призмы; такую решетку имеют магний, титан, цинк и др. В реальном металле кристаллическая решетка состоит из огромного количества ячеек.

Кристаллическое состояние весьма распространено в природе: большинство твердых тел (минералы, металлы, растительные волокна, белковые вещества, сажа, резина и т. д.) являются кристаллами. Однако не у всех этих тел одинаково отчетливо выражены рассмотренные ранее кристаллические свойства. В этом отношении тела подразделяют на две группы: монокристаллы и поликристаллы.

Монокристалл - тело, все частицы которого укладываются в одну общую пространственную решетку. Монокристалл анизотропен. Монокристаллами является большинство минералов.

Поликристалл - тело, состоящее из множества мелких монокристалликов, беспорядочно расположенных друг относительно друга. Поэтому поликристаллы изотропны, т. е. обла-

Рис. 1.2. Основные типы кристаллических решеток металлов: а - кубическая (1 атом на ячейку); б - объемно-центрированная кубическая (2 атома на ячейку);

в - гранецентрированная кубическая (4 атома на ячейку); г - гексагональная плотноупакованная (6 атомов на ячейку)

дают одинаковыми физическими свойствами по всем направлениям. Примером поликристаллов могут служить металлы. Однако металл можно получить и в виде монокристалла, если обеспечить медленное охлаждение расплава, предварительно введя в него один кристаллик данного металла (так называемый зародыш). Вокруг этого зародыша и будет расти металлический монокристалл.

В зависимости от того, из каких именно частиц образована кристаллическая решетка, различают четыре основные группы решеток: ионную, атомную, молекулярную и металлическую.

Ионная решетка образована разноименно заряженными ионами, удерживающимися в узлах решетки электрическими силами. Ионную решетку имеет подавляющее большинство кристаллов.

Атомная решетка образована нейтральными атомами, удерживающимися в узлах решетки химическими (валентными) связями: у соседних атомов обобществлены внешние (валентные) электроны. Атомную решетку имеет, например, графит.

Молекулярная решетка образована полярными (дипольными) молекулами, удерживающимися в узлах решетки также электрическими силами. Однако для полярных молекул действие этих сил сказывается слабее, чем для ионов. Поэтому вещества с молекулярной решеткой сравнительно легко деформируются. Молекулярную кристаллическую решетку имеет большинство органических соединений (целлюлоза, резина, парафин и т. п.).

Металлическая решетка образована положительными ионами металла, окруженными свободными электронами. Эти электроны и связывают между собой ионы металлической решетки. Такая решетка свойственна металлам.

Современная физика считает твердыми телами именно кристаллические тела. Жидкостям, как уже отмечалось, свойственно беспорядочное расположение частиц, поэтому жидкости изотропны. Некоторые жидкости могут быть сильно переохлаждены, не переходя при этом в твердое (кристаллическое) состояние. Однако вязкость таких жидкостей столь огромна, что они практически теряют текучесть, сохраняя, как и твердые тела, свою форму. Подобные тела называются аморфными. К аморфным телам относятся, например, стекло, смола - канифоль и т. п. Понятно, что аморфные тела изотропны. Следует, однако, иметь в виду, что аморфные тела могут с течением времени (длительного) переходить в кристаллическое состояние. В стекле, например, с течением времени появляются кристаллики: оно начинает мутнеть, превращаться в поликристаллическое тело.

Аморфное состояние - твердое конденсированное состояние вещества, характеризующееся изотропией физических свойств, обусловленной неупорядоченным расположением атомов и молекул. Кроме изотропии свойств (механических, тепловых, электрических, оптических и т. д.) для аморфного состояния вещества характерно наличие температурного интервала, в котором аморфное вещество при повышении температуры переходит в жидкое состояние. Этот процесс происходит постепенно: при нагревании аморфные вещества, в отличие от кристаллических, сначала размягчаются, затем начинают растекаться и, наконец, становятся жидкими, т. е. аморфные вещества плавятся в широком интервале температур.

Изотропия свойств характерна и для поликристалличе- ского состояния, но поликристаллы имеют строго определенную температуру плавления, что позволяет отличать поли- кристаллическое состояние от аморфного.

В аморфных веществах, в отличие от кристаллических, отсутствует дальний порядок в расположении частиц вещества, но присутствует ближний порядок, соблюдаемый на расстояниях, соизмеримых с размерами частиц. Поэтому аморфные вещества не образуют правильной геометрической структуры, представляя собой структуры неупорядоченно расположенных молекул.

Структурное отличие аморфного вещества от кристаллического обнаруживается с помощью рентгенограмм. Монохроматические рентгеновские лучи, рассеиваясь на кристаллах, образуют дифракционную картину в виде отчетливых линий или пятен. Для аморфного состояния это не характерно.

В отличие от кристаллического состояния, аморфное состояние вещества не является равновесным. Оно возникает в результате кинетических факторов и со структурной точки зрения эквивалентно жидкому состоянию: аморфное вещество представляет собой переохлажденную жидкость, обладающую очень большой вязкостью. Обычно аморфное состояние образуется при быстром охлаждении расплава, когда не успевает пройти кристаллизация вещества. Такой процесс характерен для получения стекол, поэтому аморфное состояние часто называют стеклообразным состоянием. Однако чаще всего даже самое быстрое охлаждение недостаточно быстро для того, чтобы помешать образованию кристаллов. В результате этого большинство веществ получить в аморфном состоянии невозможно.

Самопроизвольный процесс перестройки аморфного вещества в равновесную кристаллическую структуру за счет диффузионных тепловых смещений атомов практически бесконечен. Но иногда такие процессы можно достаточно легко осуществить. Например, аморфное стекло после выдержки при определенной температуре “расстекловывается”, т. е. в нем появляются мелкие кристаллики и стекло мутнеет.

В природе аморфное состояние менее распространено, чем кристаллическое. В нем находятся: опал, обсидиан, янтарь, природные смолы, битумы. В аморфном состоянии могут находиться не только вещества, состоящие из отдельных атомов и обычных молекул, такие как неорганические стекла и жидкости (низкомолекулярные соединения), но и вещества, состоящие из длинноцепочечных макромолекул - высокомолекулярные соединения, или полимеры. Физические свойства аморфных веществ сильно отличаются от свойств кристаллических веществ, благодаря чему аморфные вещества нашли широкое применение в промышленности.

Широкое распространение имеют полимеры - органические аморфные вещества, отдельные молекулы которых благодаря химическим (валентным) связям соединяются друг с другом (полимеризуются) в длинные цепочки, состоящие в некоторых случаях из многих тысяч отдельных молекул. Типичным представителем полимера являются пластмассы. Очень ценным свойством полимеров является их высокая эластичность и прочность. Некоторые полимеры, например, выдерживают упругое растяжение, в 2-5 раз превышающее их первоначальную длину. Эти свойства полимера объясняются тем, что длинные молекулярные цепочки могут при деформации сворачиваться в плотные клубки или, наоборот, вытягиваться в прямые линии. В настоящее время из естественных и искусственных органических соединений создают полимеры с заданными свойствами (легкие, прочные, эластичные, химически стойкие, электроизолирующие, жаропрочные и т. д.).

КРИСТАЛЛИЧЕСКОЕ СОСТОЯНИЕ

Основные понятия

Кристаллическое состояние веществ - одно из самых распро­страненных в окружающей нас природе. Кристаллическими явля­ются очень многие синтетические материалы, используемые в совре­менной технике: полупроводники, ферромагнетики, сверхпрочные и жаростойкие сплавы. В связи с этим изучение кристаллического состояния является делом первостепенной научной важности.

Каковы основные признаки кристаллического состояния? Твер­дое вещество существует в двух формах: оно может быть кристал­лическим или аморфным. Одно из характерных свойств кристалли­ческого вещества, в отличие от аморфного, - это способность само­ограняться. Кристаллы образуются по-разному: они выпадают в осадок при упаривании раствора, возникают при охлаждении расплава, при достаточно низкой температуре, они растут из паров (иней или морозные узоры на стекле). И во всех этих случаях на поверхности кристаллов самопроизвольно возникают плоские грани.

Вместе с тем, огранка - хотя и характерный, но не обязатель­ный признак кристаллического вещества. В некоторых случаях гра­ни кристаллов бывают выражены весьма нечетко. Иногда вещество состоит из таких мелких кристалликов, что грани трудно обнару­жить даже под микроскопом. Кроме того, если кристалл обточить, придав ему округлую форму, лишенную граней, вещество не пере­станет быть кристаллическим и свойства его останутся прежними.

Способность самоограняться - это лишь одно из проявлений более общего, наиболее важного качества кристаллов - их анизо­тропии (различие свойств по разным направлениям).

Если из кристалла поваренной соли, имеющего форму куба, выточить шар, а затем погрузить его в насыщенный раствор соли и медленно упаривать раствор, то кристалл начнет расти и посте­пенно снова примет форму куба. Этот опыт показывает, что ско­рость роста кристалла в разных направлениях неодинакова. Грани кристалла возникают перпендикулярно направлениям, по которым скорость роста минимальна.

Анизотропия проявляется в очень многих физических свойствах кристаллов. В отличие от кристаллических, аморфные вещества, имеющие совершенно одинаковые свойства по всем направлениям, называют изотропными. В этом отношении они подобны жидкостям и газам.

Еще одна характерная особенность кристаллов - фиксирован­ная температура плавления. При нагревании кристаллическое ве­щество до определенной температуры остается твердым, а затем начинает плавиться, переходя в жидкое состояние. Пока продолжается плавление, температура не повышается. Аморфные вещест­ва ведут себя иначе. При нагревании куска стекла он начинает постепенно размягчаться и, наконец, растекается, принимая форму сосуда. Невозможно установить, при какой температуре это про­изошло. Вязкость стекла уменьшается постепенно, никакой оста­новки в росте температуры нет.

Но самая важная особенность кристаллического вещества за­ключается в упорядоченном расположении его атомов.

На рисунке 2 показано внутреннее строение кристалла (а) и аморфного вещества (б) того же состава.

Рис 2. Внутренне строение кристаллического вещества

Рисунок имеет условный характер, так как в действительности атомы вещества располагаются не на плоскости, а в пространстве. Рассмотрим атомы, обозна­ченные черными точками. В обоих случаях окружение каждого из таких атомов почти одинаково: ближайшие соседи располагаются по вершинам треугольника, совершенно правильного при кристал­лическом и почти правильного при аморфном состоянии. Значит, и в аморфном веществе имеется так называемый «ближний порядок». Но если принять во внимание не только самых близких соседей, то выяснится, что в кристалле окружение каждого атома остается одинаковым, а в аморфном веществе оно окажется разным. Поэто­му говорят, что в кристаллическом теле, в отличие от аморфного, наблюдается «дальний» порядок. Следствием этого являются все особые свойства кристаллов. Естественно, что в направлении АВ, параллельном направлению некоторых связей между атомами, свойства будут не такими, как в направлении CD, вдоль которого такие связи не проходят. В аморфном веществе подобных специфи­ческих направлений мы не найдем. Так объясняется анизотропия кристаллов, в частности различная скорость роста в различных на­правлениях, а следовательно, и способность самоограняться.

В приведенном примере мы рассматривали вещество, которое может существовать и в аморфном и в кристаллическом состоянии. Это действительно так. При быстром охлаждении расплавленного сахара получается аморфная масса (леденец), при медленном охлаждении в образующемся твердом сахаре можно заметить по­блескивающие кристаллики.

Нетрудно понять, почему так происходит. Представим себе роту солдат, которым приказано строиться. Если им дать для этого хотя бы немного времени, они успеют занять свои места, выровнять ряды. Если же после команды «строиться» будет сразу подана коман­да «стой», то расположение солдат так и останется беспорядочным, хотя, может быть, и наметится какая-то тенденция к порядку. Не­что подобное происходит и при затвердевании: если процесс идет медленно, частицы успевают занять отведенные им места, быстрое затвердевание не дает им такой возможности.