Kietųjų kūnų sandara

Paprasčiausios kietųjų kūnų savybės, kuriomis jie ryškiai skiriasi nuo dujų, yra formos ir tūrio pastovumas. Nuo peršaldytųjų skysčių – vadinamųjų amorfinių kūnų (stiklas, pikis ir kt.) – kietieji kūnai skiriasi kristaline struktūra. Daugelio kietųjų kūnų iš išorės taisyklinga geometrinė forma buvo pastebėta seniai, ir tokie kūnai buvo pavadinti kristalais. Kristalus riboja plokščios, taisyklingai viena kitos atžvilgiu išdėstytos sienos, susieinančios briaunose ir viršūnėse. Pavyzdžiui, valgomosios druskos NaCl kristalai yra kubo formos. Kvarco kristalai šešiasienės prizmės, užsibaigiančios šešiabriaunėmis piramidėmis.

Tačiau tvirtas eksperimentinis pagrindas medžiagos kristalinio būvio tyrimui buvo padėtas tik atradus rentgeno spindulius. 1912 m. M. Laue pastebėjo rentgeno spindulių išsibarstymą kietojo kūno kristalinėje gardelėje, tartum ji būtų erdvinė difrakcinė gardelė su labai mažu periodu. Panaudojant rentgeno spindulius, sukurtas puikus metodas kietųjų kūnų vidinėms sritims zonduoti. Iš rentgenogramų buvo įsitikinta, kad kristalų dalelės išsidėsčiusios taisyklingai (tvarkingai), ir net iš-matuoti vidutiniai atstumai tarp jų.

Kietieji kūnai, kurių kristalinė gardelė yra vienoda visame tūryje, vadinami monokristalais. Tai – stambūs pavieniai kristalai, kurių matmenys kai kada buna gana dideli.

Daugelis kietųjų kūnų yra smulikiakristalinės struktūros, t. y. juos sudaro daug suaugusių į vieną smulkių kristalėlių, kurie yra vienas kito atžvilgiu išsidėstę visiškai netvarkingai. Tokie kietieji kūnai vadinami polikristalais. Jiems priklauso metalai, kuriuos visada galima atskirti nuo kitų kietųjų kūnų pagal jų ,,metalinį blizgesį” ir kalumą.

Metalams pereinant į kietąjį arba skystąjj būvį, pavyzdžiui, kondensuojantis metalo garams, išoriniai (valentiniai) atomų elektronai netenka ryšio su ,,savais” atomais ir lengvai pereina nuo vieno atomo prie kito. Todėl jie vadinami laisvaisiais, arba sukolektyvintais. Metalų kristalinių gardelių mazguose yra teigiami jonai, susidarę iš atomų, nuo jų atsiskyrus elektronams, o gardelės viduje ,,plaukioja” laisvi

elelktronai, sudarantieji metale savotiškas elektronines dujas. Vienvalenčiuose metaluose vienam atomui tenka vienas laisvas elektronas. Tokia metalų struktūra paaiškinamas geras jų šiluminis ir elektrinis laidumas.

Pagal sąveikos jėgų pobūdį ir pagal tai, kokios dalelės yra gardelės mazguose, be metalų, skiriami dar keli kietųjų kūnų tipai. Visos druskos, panašios į natrio chloridą, kalcio karbonatą ir kt., sudaro joninių kristalų grupę. Joninės gardelės mazguose taisyklingai paeiliui išdėstyti teigiami ir neigiami jonai. Tokioje gardelėje sąveikos jėgos tarp dalelių dažniausiai būna elektrostatinės. Tokio tipo gardelės vadinamos heteropoliarinėmis. Valgomosios druskos (NaCl) kristalinė gardelė  yra paprasčiausios kubinės struktūros pavyzdys. Jos mazguose yra paeiliui teigiami jonai Na+ ir neigiami jonai Cl. Joniniai kristalai lengvai skyla

Valentinių kristalų gardelių mazguose būna neutralūs atomai. Tokioje atominėje, arba homeopolinėje, gardelėje atomų sąveikos jėgos yra sudėtingos. Jas galima paaiškinti, tik remiantis kvantine mechanika. Kai kurie valentiniai kristalai, pavyzdžiui, deimantas ir karborundas, yra kieti ir blogai skyla. Šio tipo kietieji kūnai susidaro iš lengvų elementų, esančių I. Mendelejevo periodinės elementų sistemos viduryje.

Be minėtų tipų kristalinių kietųjų kūnų, egzistuoja dar molekuliniai kristalai. Jiems priskiriama dauguma kietųjų organinių junginių, sausas ledas, jodas, parafinas. Molekulines gardeles turi ir daugiaatomių cheminių junginių kristalai (fosforo oksidai, sieros anhidridas). Tokių kietųjų kūnų kristalinės gardelės mazguose būna neutralios molekulės.

Ypatingą vietą kietųjų kūnų tarpe užima puslaidininkiai, kuriems priklauso vario oksidas ir dioksidas, cinko oksidas, selenas, germanis ir kt. Kietumu, skalumu ir gardelės struktūra puslaidininkiai primena valentinius kristalus. Dėl ypatingų savybių puslaidininkiai plačiai pritaikomi moksle ir technikoje.

Anksčiau aprašyta kristalinių kietųjų kūnų klasifikacija tam tikra prasme yra sąlyginė. Yra daug kietųjų kūnų, kurių negalima priskirti kokiam nors vienam tipui. Tie kietieji kūnai užima tam tikras tarpines tarp minėtųjų grupių padėtis.

Viena iš būdingiausių visų monokristalų savybių yra jų anizotropiškumas, t. y. fizikinių savybių (tamprumo, šiluminių, elektrinių, optinių savybių) nevienodumas įvairiomis kryptimis.

Tags