Детская энциклопедия
Том 1. Земля. Том 4. Растения и животные. Том 7. Человек. Том 10. Зарубежные страны.
Том 2. Мир небесных тел. Числа и фигуры. Том 5. Техника и производство. Том 8. Из истории человеческого общества. Том 11. Язык. Художественная литература.
Том 3. Вещество и энергия. Том 6. Сельское хозяйство. Том 9. Наша советская Родина. Том 12. Искусство.

 

 

 

 

оказаться неодинаковой. Она будет одинаковой лишь в параллельных и симметричных направ­лениях. То же можно сказать об электропро­водности, твердости, прочности и других свой­ствах. Иначе говоря, симметрия внешней фор­мы сопровождается в кристаллах симметрией физических свойств.

Закон анизотропии проявляется весьма на­глядно. Из монокристаллов кварца, к примеру, изготовляют пьезоэлектрические пластинки (см. ст. «Звук»). Вырезать их нужно под строго определенными углами к осям симметрии, к гра­ням и ребрам кристалла и для разных назначе­ний пластинки — под разными углами. Ошибся в углах среза — получится бракованный прибор.

Симметрия внешней формы и симметрия фи­зических свойств на первый взгляд кажутся чудом. Они вызваны симметрией внутреннего строения кристалла, т. е. расположением ато­мов в твердом теле.

Элементарная ячейка кристаллической ре­шетки. Исследование методами рентгеновского анализа показало, что правильная форма крис­таллов, например кубическая у NaCl, вызвана правильным расположением в пространстве атомов (точнее, ионов, т. е. атомов, несущих положительный или отрицательный заряд: Na+ и Сl-). Их расстояния друг от друга строго равны по трем взаимно перпендикулярным осям.

Наименьшее количество атомов кристалла, сохраняющее при уменьшении его размеров при­сущую данному кристаллу симметрию, называется элементарной ячейкой. На цветной таблице у стр. 376 (рис.2) показана элементар­ная ячейка кристалла NaCl. Ребро ее равно 5,63 Е, расстояние между центрами ионов Na+ и Сl- равно 2,815 Е.

Из элементарных ячеек слагается кристал­лическая решетка твердого тела, состоящая из огромного количества атомов. Атомы (ионы) образуют узлы кристаллической решетки. Про­межутки между узлами, «незанятые позиции» называют междоузлиям. В кристалли­ческой решетке NaCl ионы Na+ и Сl- образуют соответствующие подрешетки натрия и хлора, как бы вставленные друг в друга. На цветной таблице изображены также элементарные ячейки: меди — (рис. 3), графита — (рис. 4) и алмаза — (рис. 5). У каждого атома в решетке меди 12 соседей, в решетке NaCl — 6 соседей, в ре­шетке алмаза — 4. Число соседей называется координационным числом. Кристаллическую решетку можно рассматривать как совокуп­ность миллиардов приложенных друг к другу элементарных ячеек.

Так как в решетке NaCl расстояние между ионами равно 2,815 Е, то вдоль 1 см вещества (ребро куба) уложилось бы 35,5 млн., или 3,55•107 атомов. Следовательно, в монокри­сталле поваренной соли, объем которого равен 1 см3, около 4,45•1022 атомов.

Трудно представить себе такое колоссаль­ное количество! Поясним его таким примером. Если бы в сосуд было помещено миллион лет назад 4,5•1022 атомов (скажем, гелия) и ежесе­кундно из этого сосуда вылетал бы в косми­ческое пространство миллион атомов, то за год количество гелия уменьшалось бы в сосуде на 3,2•1013 атомов. А за миллион лет оно уменьши­лось бы всего на 3,2•1019 атомов, т. е. менее чем на одну тысячную первоначального коли­чества (4,5•1022).

Структура кристалла и закон анизотропии. Даже в кубической структуре кристалла типа NaCl, в которой расстояния между атомами одинаковы по трем направлениям, в других направлениях (кроме этих трех) свойства крис­талла сильно отличаются. Происходит это не только потому, что в других направлениях меж­атомные расстояния другие, но и вследствие иного распределения сил связи между атомами. Возьмем, например, в кристалле NaCl направ­ление объемной диагонали. Перпендикулярно ей чередуются плоскости, образующие грани октаэдра (см. рис. 2 на цвет. табл.). Каждая из этих плоскостей состоит только из одного типа ионов: из Na+ или из Сl-. Силы притяже­ния, возникающие между такими плоскостями, в 5 раз больше, чем между плоскостями, па­раллельными граням куба, в каждой из которых лежат и те и другие ионы: и Na+, и Сl-. Вот по­чему кристалл NaCl гораздо легче расколоть по плоскостям куба, чем по плоскостям окта­эдра. Поэтому же и кристаллизуется поварен­ная соль, образуя кубы. Непонятная на первый взгляд «прихоть» природы оказывается вполне объяснимой!

У алмаза тоже кубическая решетка. Но атомы углерода предпочитают образовывать октаэдрические кристаллы. Каждый атом в ал­мазе окружен четырьмя соседями (см. рис. 5 на цвет. табл.). Расстояние между ними строго равно 1,54 А. Такие короткие связи очень проч­ны, недаром алмаз — самое твердое природное вещество на Земле. Все четыре связи одинаковы, но, если из алмаза вырезать симметричный куб, количество связей, проходящих через еди­ницу поверхности на грани такого куба, зна­чительно больше, чем на грани октаэдра. Поэто­му-то алмаз гораздо легче раскалывается (и

372