Много лет назад в Петербурге на одном из неотапливаемых складов лежали большие запасы белых оловянных блестящих пуговиц. И вдруг они начали темнеть, терять блеск и рассыпаться в порошок. За несколько дней горы пуговиц превратились в груду серого порошка. "Оловянная чума" - так прозвали эту «болезнь» белого олова. А это была всего лишь перестройка порядка атомов в кристаллах олова. Олово, переходя из белой разновидности в серую, рассыпается в порошок.

И белое и серое олово это кристаллы олова, но при низкой температуре изменяется их кристаллическая структура, а в результате меняются физические свойства вещества. И белое и серое олово это кристаллы олова, но при низкой температуре изменяется их кристаллическая структура, а в результате меняются физические свойства вещества.

Анизотропия наблюдается в основном в монокристаллах. В поликристаллах (например, в большом куске металла) анизотропия в обычном состоянии не проявляется. Поликристаллы состоят из большого количества мелких кристаллических зерен. Хотя каждый из них обладает анизотропией, но за счет беспорядочности их расположения поликристаллическое тело в целом утрачивает анизотропию.

Нарушить порядок расположения в кристалле частицы можно, только если он начал плавиться. Пока есть порядок частиц, есть кристаллическая решетка - существует кристалл. Нарушился строй частиц - значит, кристалл расплавился - превратился в жидкость, или испарился - перешел в пар.

Твердые тела отличаются постоянством формы и объема и делятся на кристаллические и аморфные. Кристаллические тела (кристаллы)- это твердые тела, атомы или молекулы которых занимают упорядоченные положения в пространстве. Частицы кристаллических тел образуют в пространстве правильную кристаллич ескую пространственную решетку.

Кристаллы делятся на: монокристаллы - это одиночные однородные кристаллы, имеющие форму правильных многоугольников и обладающие непрерывной кристаллической решеткой поликристаллы - это кристаллические тела, сросшиеся из мелких, хаотически расположенных кристаллов Большинство твердых тел имеет поликристаллическую структуру (металлы, камни, песок, сахар). Кристаллы делятся на: монокристаллы - это одиночные однородные кристаллы, имеющие форму правильных многоугольников и обладающие непрерывной кристаллической решеткой поликристаллы - это кристаллические тела, сросшиеся из мелких, хаотически расположенных кристаллов Большинство твердых тел имеет поликристаллическую структуру (металлы, камни, песок, сахар).

Анизонтропия кристаллов В кристаллах наблюдается анизотропия - зависимость физических свойств (механической прочности, электропроводности, теплопроводности, преломления и поглощения света, дифракции и др.) от направления внутри кристалла. Анизотропия наблюдается в основном в монокристаллах. В поликристаллах (например, в большом куске металла) анизотропия в обычном состоянии не проявляется. Поликристаллы состоят из большого количества мелких кристаллических зерен. Хотя каждый из них обладает анизотропией, но за счет беспорядочности их расположения поликристаллическое тело в целом утрачивает анизотропию.

Могут существовать разные кристаллические формы одного и того же вещества. Например, углерод. Графит - это кристаллический углерод. Из графита сделаны стержни карандашей. Но существует и другая форма кристаллического углерода алмаз. Алмаз самый твердый на земле минерал. Алмазом режут стекло и распиливают камни, применяют для бурения глубинных скважинах, алмазы необходимы для производства тончайшей металлической проволоки диаметром до тысячных долей миллиметра, например, вольфрамовых нитей для электроламп. Графит - это кристаллический углерод. Из графита сделаны стержни карандашей. Но существует и другая форма кристаллического углерода алмаз. Алмаз самый твердый на земле минерал. Алмазом режут стекло и распиливают камни, применяют для бурения глубинных скважинах, алмазы необходимы для производства тончайшей металлической проволоки диаметром до тысячных долей миллиметра, например, вольфрамовых нитей для электроламп.

В амофных телах наблюдается изотропия - их физические свойства одинаковы по всем направлениям. При внешних воздействиях аморфные тела обнаруживают одновременно упругие свойства (при ударах раскалываются на куски как твердые тела) и текучесть (при длительном воздействии текут как жидкости). При низких температурах аморфные тела по своим свойствам напоминают твердые тела, а при высоких температурах - подобны очень вязким жидкостям. Аморфные тела не имеют определенной температуры плавления, а значит,и температуры кристаллизации. При нагревании они постепенно размягчаются. Аморфные тела занимают промежуточное положение между кристаллическими твердыми телами и жидкостями. Физические свойства

Слайд 1

Кристаллические и аморфные тела
Поверхностное натяжение жидкостей

Слайд 2

Основные состояния вещества
Газообразное Жидкое Твердое Кристаллы Аморфные тела Любое вещество может находиться в 3-х агрегатных состояниях, в зависимости от условий (температуры и давления) Плазма

Слайд 3

Кристаллы- твердые тела, атомы или молекулы которых занимают определенные, упорядоченные положения в пространстве
В кристаллических телах частицы располагаются в строгом порядке, образуя пространственные периодически повторяющиеся структуры во всем объеме тела (дальний порядок) 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.

Слайд 4

Кристаллы
Плавятся при определенной температуре (температуре плавления) Свойства кристалла зависят от типа кристаллической решетки
Монокристалл – это одиночный кристалл Физические свойства: 1)Правильная геометрическая форма 2)Постоянная температура плавления.

Слайд 5

Кристаллические решетки
Молекулярная Атомная Металлическая Ионная
В узлах располагаются молекулы. Между ними действуют слабые силы притяжения, поэтому вещества летучи, у них низкие температуры плавления и кипения, малая твердость. Лед, йод. В узлах находятся отдельные атомы. Связи между ними самые прочные, поэтому вещества самые твердые, в воде не растворяются, у них высокие температуры плавления и кипения. Алмаз (углерод) В узлах находятся атомы металлов, легко переходящие в ионы, при отдаче электронов в общее пользование. Вещества ковкие, пластичные, имеют металлический блеск, высокую тепло- и электропроводность В узлах находятся положительные и отрицательные ионы. Связь между ними прочная, поэтому вещества обладают высокой твердостью, тугоплавкостью, нелетучие, но многие могут растворяться в воде. Хлорид натрия (соль)

Слайд 6

Кристаллы

Слайд 7

Колумбийский изумруд
Шапка Мономаха

Слайд 8

Поликристаллы
Поликристалл висмута
Аметист(разновидность кварца)
Поликристаллы – это твёрдые тела, состоящие из большого числа маленьких кристалликов. Примеры: металлы, кусочек сахара.

Слайд 9

Анизотропия кристалла- зависимость физических свойств от направления внутри кристалла
Различная механическая прочность по разным направлениям (слюда, графит) Разные тепло – и электро- проводимости Различные оптические свойства кристалла (разная преломляемость света - кварц) Все кристаллические тела анизотропны

Слайд 10

Аморфные тела
Это твёрдые тела, где сохраняется только ближний порядок в расположении атомов. (Кремнезём, смола, стекло, канифоль, сахарный леденец) . Они не имеют постоянной температуры плавления и обладают текучестью. При низких температурах они ведут себя подобно кристаллическим телам, а при высокой подобны жидкостям.

Слайд 11

Аморфные тела изотропны, физические свойства одинаковы по всем направлениям
Аморфный, окаменелый древесный сок

Слайд 12

Жидкие кристаллы
Обладают одновременно свойствами кристалла и жидкости (анизотропией и текучестью) Жидкие кристаллы – в основном органические вещества, молекулы которых имеют длинную нитевидную форму или форму плоских пластин

Слайд 13

Жидкости
В жидкостях наблюдается ближний порядок - упорядоченное относительное расположение (или взаимная ориентация в жидких кристаллах) соседних частиц жидкости внутри малых ее объемов

Слайд 14

Жидкости
Строение сходно со строением аморфных тел Отличие: обладают большой текучестью

Слайд 15

Жидкость
Поверхностные явления – это явления, связанные с существованием у жидкости свободной поверхности. Избыточная энергия, которой обладают молекулы поверхностного слоя по сравнению с молекулами в толще жидкости, называется поверхностной (избыточной) энергией. Удельная поверхностная энергия - отношение поверхностной энергии к площади поверхности σ= Е пов/s [σ]=1 Дж/м2

Слайд 16

На поверхности жидкости остается такое количество молекул, при котором ее площадь остается минимальной для данного объема жидкости. Капли жидкости принимают форму, близкую к шарообразной, при которой площадь поверхности минимальна. Собственная форма - шарообразная Поверхностное натяжение-явление вызванное притяжением молекул поверхностного слоя к молекулам внутри жидкости. Сила поверхностного натяжения- сила, направленная по касательной к поверхности жидкости, перпендикулярно участку контура, ограничивающего поверхность, в сторону ее сокращения.

Конспект урока по физике для 10 класса

по теме «Кристаллические и аморфные тела»

Тип урока : изучение нового материала.

Цель урока: Раскрыть основные свойства кристаллических и аморфных тел. Показать применение кристаллов в технике.

Задачи

Образовательная :

сформировать у обучающихся, понятия кристалл, аморфное тело, монокристалл, поликристалл, изучить свойства кристаллов и аморфных тел.

Развивающая :

развивать познавательный интерес к предмету, наблюдательность, способность анализировать и делать выводы из наблюдаемых явлений, способность обобщать полученные результаты, навыки самостоятельной работы с информацией

Воспитательная :

формирование научного мировоззрения , воспитывать чувство самостоятельности , организованности , ответственности .

Оборудование для учителя: проектор, компьютер, интерактивная доска, презентация «Кристаллические и аморфные теля», модели кристаллических решёток, кристаллы выращенные учащимися, при подготовке к уроку, сосуд с горячей водой, видеофрагмент «Познавательное о кристаллах»

Оборудование для учащихся: коллекции минералов, линза, набор для исследования веществ (пробирка с кристаллическим веществом, пробирка с аморфным веществом, пакетик с натриевой солью, пустая пробирка термометр, секундомер), нетбуки.

План урока

Организационный момент.

Постановка цели.

Изучение нового материала.

Первичное закрепление

Рефлексия

Домашнее задание

Ход урока

Организационный момент.

Постановка цели.

«Пора чудес пришла, и нам подыскивать приходится причины всему, что совершается на свете» так писал Уильям Шекспир. В окружающем нас мире с веществами происходят различные физические и химические процессы. И, несмотря на многообразие веществ, они могут находиться только в трёх агрегатных состояниях. Сегодня на уроке вы познакомитесь с кристаллическими и аморфными телами и их свойствам.

Разделение класса на группы.

Изучение нового материала.

«...Подобен чуду рост кристалла,
Когда обычная вода,
Мгновение помедлив, стала
Сверкающим осколком льда.
Луч света, затерявшись в гранях,

Рассыплется на все цвета…

И нам тогда понятней станет,
Какой бывает красота…»

Леонтьев Павел

С древних времен кристаллы привлекали человека своей красотой. Их цвет, блеск и форма затрагивали человеческое чувство прекрасного, и люди украшали ими себя и жилище. С давних пор с кристаллами были связаны суеверия; как амулеты, они должны были не только ограждать своих владельцев от злых духов, но и наделять их сверхъестественными способностями. Украшения из кристаллов сейчас столь же популярны, как и раньше. Когда те же самые минералы стали разрезать и полировать, как драгоценные камни, многие суеверия сохранились в талисманах «на счастье» и «своих камнях», соответствующих месяцу рождения.

Кристаллы - это твердые тела, атомы или молекулы которых занимают определенные, упорядоченные положения в пространстве.

Все драгоценные природные камни, кроме опала, являются кристаллическими, и многие из них, такие, как алмаз, рубин, сапфир и изумруд, попадаются в виде прекрасно ограненных кристаллов.

Для наглядного представления строения кристаллов используются кристаллические решетки. В узлах решётки располагаются центры атомов или молекул данного вещества. Атомы в кристаллах плотно упакованы, расстояние между их центрами приблизительно равно размеру частиц. В изображении кристаллических решёток указывается только положение центров атомов.

В каждой кристаллической решетке можно выделить элемент минимального размера, который называется элементарной ячейкой. Вся кристаллическая решетка может быть построена путем параллельного переноса элементарной ячейки по некоторым направлениям. Примеры простых кристаллических решёток: 1 – простая кубическая решетка; 2 – гранецентрированная кубическая решетка; 3 – объемно-центрированная кубическая решетка; 4 – гексагональная решетка. Кристаллические решетки металлов часто имеют форму шестигранной призмы (цинк, магний), гранецентрированного куба (медь, золото) или объемно центрированного куба (железо).

Известный русский кристаллограф Евграф Степанович Фёдоров установил, что в природе может существовать только 230 различных пространственных групп, охватывающих все возможные кристаллические структуры. Большинство из них (но не все) обнаружены в природе или созданы искусственно.

Кристаллы могут иметь форму различных призм, основанием которых могут быть правильный треугольник, квадрат, параллелограмм и шестиугольник. Поэтому кристаллы имеют плоские грани. Например, крупинка обычной поваренной соли имеет плоские грани, составляющие друг с другом прямые углы. Это можно заметить, рассматривая соль с помощью лупы.

Идеальные формы кристаллов симметричны. По выражению Евграфа Степановича Фёдорова, кристаллы блещут симметрией. В кристаллах можно найти различные элементы симметрии: плоскость симметрии, ось симметрии, центр симметрии. Кристалл в форме куба (NaCl , KCl и др.) имеет девять плоскостей симметрии, тринадцать осей симметрии, кроме того, он имеет центр симметрии. Всего в кубе 23 элемента симметрии.

Правильная внешняя форма не единственное и даже не самое главное следствие упорядоченного строения кристалла. Главное свойство кристаллов анизотропия - это зависимость физических свойств от выбранного в кристалле направления.

У кристаллов по разным направлениям обнаруживается различная механическая прочность. Например, кусок слюды легко расслаивается в одном из направлений на тонкие пластинки, но разорвать его в направлении, перпендикулярном пластинкам, гораздо труднее.

Легко расслаивается в одном направлении кристалл графита. Слои образованы рядом параллельных сеток, состоящих из атомов углерода. Атомы располагаются в вершинах правильных шестиугольников. Расстояние между слоями сравнительно велико - примерно в 2 раза больше, чем длина стороны шестиугольника, поэтому связи между слоями менее прочны, чем связи внутри них.

От направления зависят и оптические свойства кристаллов. Так, кристалл кварца по-разному преломляет свет в зависимости от направления падающих на него лучей. Многие кристаллы по-разному проводят тепло и электрический ток в различных направлениях.

Металлы имеют кристаллическую структуру. Но если взять сравнительно большой кусок металла, то его кристаллическое строение никак не проявляется, ни во внешнем виде, ни в его физических свойствах. Почему металлы в обычном состоянии не обнаруживают анизотропии?

Оказывается, металл состоит из огромного количества сросшихся друг с другом маленьких кристалликов. Под микроскопом или даже с помощью лупы их нетрудно рассмотреть, особенно на свежем изломе металла. Свойства каждого кристаллика зависят от направления, но кристаллики ориентированы по отношению друг к другу беспорядочно. В результате все направления внутри металлов равноправны и свойства металлов одинаковы по всем направлениям.

Одиночные кристаллы - монокристаллы имеют правильную геометрическую форму, и их свойства различны по разным направлениям.

Твердое тело, состоящее из большого числа маленьких кристалликов, называют поликристаллом. Большинство кристаллических тел - поликристаллы, так как они состоят из множества сросшихся кристаллов.

Просмотр видео «Познавательное о кристаллах»

Задание № 1 работа в группах

Рассмотрите коллекцию минералов. Запишите название минералов имеющих кристаллическое строение.

Задание № 2 работа в группах

Свойства кристаллов используется в различных устройствах и приборах. Вам необходимо изучить информацию о применении кристаллов. И записать результаты работы в таблицу.

Используют нетбуки или раздаются карточки. «Приложение 1»

Мы живем на поверхности твердого тела – земного шара, в сооружениях, построенных из твердых тел. Орудия труда, машины также сделаны из твердых тел. Но не все твёрдые тела – кристаллы. Кроме кристаллических тел существуют - аморфные тела. Примером аморфных тел являются смола, стекло, канифоль, сахарный леденец и др.

Часто одно и то же вещество может находиться как в кристаллическом, так и в аморфном состоянии. Например, кварц SiO 2 может быть как в кристаллической, так и в аморфной форме (кремнезем). У аморфных тел нет строгого порядка в расположении атомов. Только ближайшие атомы-соседи располагаются в некотором порядке По расположению атомов и по их поведению аморфные тела аналогичны жидкостям.

Кристаллическую форму кварца схематически можно представить в виде решетки из правильных шестиугольников. Аморфная структура кварца также имеет вид решетки, но неправильной формы. Наряду с шестиугольниками в ней встречаются пяти- и семиугольники. Аморфные тела – это твёрдые тела, где сохраняется только ближний порядок в расположении атомов. «Слайд 14»

Задание № 3 работа в группах

С помощью тренажёра рассортировать вещества и определить их принадлежность к кристаллам или аморфным телам.

Все аморфные тела изотропны, т. е. их физические свойства одинаковы по всем направлениям. При внешних воздействиях аморфные тела обнаруживают одновременно упругие свойства, подобно твердым телам, и текучесть, подобно жидкости. Так, при кратковременных воздействиях (ударах) они ведут себя как твердые тела и при сильном ударе раскалываются на куски. Но при очень продолжительном воздействии аморфные тела текут. В этом вы можете убедиться сами, если запасетесь терпением. Проследите за куском смолы, который лежит на твердой поверхности. Постепенно смола по ней растекается, и, чем выше температура смолы, тем быстрее это происходит.

С течением времени некристаллическое вещество может «переродиться», или, точнее, закристаллизоваться, частицы в них собираются в правильные ряды. Только срок для разных веществ различен: для сахара это несколько месяцев, а для камня - миллионы лет. Пусть леденец полежит спокойно месяца два-три. Он покроется рыхлой корочкой. Посмотрите на нее в лупу: это мелкие кристаллики сахара. В некристаллическом сахаре начался рост кристаллов. Подождите еще несколько месяцев - и уже не только корочка, но и весь леденец закристаллизуется. Даже наше обыкновенное оконное стекло может закристаллизоваться. Очень старое стекло становится иногда совершенно мутным, потому, что в нем образуется масса мелких непрозрачных кристаллов.

Аморфные тела при низких температурах по своим свойствам напоминают твердые тела. Текучестью они почти не обладают, но по мере повышения температуры постепенно размягчаются и их свойства все более и более приближаются к свойствам жидкостей. Это происходит потому, что с ростом температуры постепенно учащаются перескоки атомов из одного положения равновесия в другое. Определенной температуры плавления у аморфных тел, в отличие от кристаллических, нет. Они не имеют постоянной температуры плавления и обладают текучестью. Аморфные тела изотропны, при низких температурах они ведут себя подобно кристаллическим телам, а при высокой подобны жидкостям.

Задание № 4 работа в группах

Предлагаю вам на опыте убедиться, что кристаллические тела имеют определённую температуру плавления. Проведите исследование изменение со временем температуры веществ. Выяснить какое из тел является кристаллическим, а какое аморфным.

Результаты измерений записать в таблицу. «Приложение 2»

Подведение итогов эксперимента.

Крупные одиночные кристаллы, имеющие свою правильную форму, в природе встречаются очень редко. Но такой кристалл можно вырастить в искусственных условиях. Кристаллизация может происходить из:раствора, расплава, газообразного состояния вещества.

Из раствора кристалл выращивают обычно таким образом

Вначале в воде растворяют достаточное количество кристаллического вещества. При этом раствор подогревают до тех пор, пока вещество полностью не растворится. Затем раствор медленно охлаждают, переводя его тем самым в пересыщенное состояние. В пересыщенный раствор подмешивают затравку. Если, в течение всего времени кристаллизации, поддерживать температуру и плотность раствора одинаковыми во всём объёме, то в процессе роста кристалл примет правильную форму.

Презентация проекта подготовленного учащимися «Выращивание кристаллов»

Первичное закрепление.

Задание № 5 «Проверь себя»

Тест из 5 заданий встроен в презентацию.

Задание № 6 индивидуальная работа

Проверить свои знания по пройденной теме вы сможете, ответив на вопросы теста. При выполнении задания вы можете пользоваться конспектом и учебным информационным модулем «Аморфные и кристаллические тела»

Информационный модуль посвящен теме «Аморфные и кристаллические тела» средней школы. Помимо иллюстрированных гипертекстовых материалов в него входит интерактивная модель «Строение кристаллов»

Тест

Рефлексия

Ваше отношение к уроку ?

Было ли вам интересно на уроке ?

Какую бы вы поставили себе оценку за урок ?

Домашнее задание § 75,76

Дополнительное задание. Создание презентаций «Применение кристаллов в быту», «Самые крупные кристаллы», «Жидкие кристаллы» и др.

Литература

Физика:учебник для 10 класса. Авторы: Г.Я. Мякишев, Б.Б. Буховцев, Н.Н. Соцкий

М.: Просвещение, 2010.

Кристаллы. Леонтьев Павел. http://www.stihi.ru/2001/09/01-282

Модуль содержит ячейки с названиями типа их строения и формулы некоторых веществ. Ученику предлагается распределить предлагаемые вещества по типу их строения путем переноса формулы в соответствующую ячейку.

Информационный модуль посвящен теме «Аморфные и кристаллические тела» средней школы. Помимо иллюстрированных гипертекстовых материалов в него входит интерактивная модель «Строение кристаллов»

Тест , включает 6 интерактивных заданий различных типов с возможностью автоматизированной проверки для аттестации по теме «Аморфные тела. Кристаллические тела» средней школы

Презентация по теме:

« Амфорные вещества и кристаллические решетки»

Работу выполнила ученица 8Б класса Леонова Арина

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

Амфорное тело

Характерной особенностью аморфных тел является их изотропность , т. е. независимость всех физических свойств, от направления внешнего воздействия. Молекулы и атомы в изотропных твердых телах располагаются хаотично, образуя лишь небольшие локальные группы, содержащие несколько частиц. 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 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 атомов, которые входят в состав молекулы данного вещества.

Кристалл

Виды кристаллических тел

твердые тела, частицы которых образуют единую кристаллическую решетку.

агрегат мелких кристаллов какого-либо вещества, иногда называемых из-за неправильной формы кристаллитами или кристаллическими зёрнами.