Дальний порядок и ближний порядок в веществе

 

Дальний порядок и ближний порядок - это упорядоченность во взаимном расположении атомов или молекул в твёрдых телах и жидкостях. Упорядоченность на расстояниях, сравнимых с межатомными, называется ближним порядком, а упорядоченность, повторяющаяся на неограниченно больших расстояниях, — дальним порядком. В идеальном газе расположение атома в какой-либо точке пространства не зависит от расположения других атомов. Таким образом, в идеальном газе отсутствует дальний порядок и ближний порядок, но уже в жидкостях и аморфных телах существует ближний порядок — некоторая закономерность в расположении соседних атомов. На больших расстояниях порядок «размывается» и постепенно переходит в «беспорядок», т. е. дальнего порядка в жидкости и аморфных телах нет.

В кристаллах атомы расположены правильными рядами, сетками (пространственными решётками) и правильное чередование атомов на одних и тех же расстояниях друг относительно друга повторяется для сколь угодно отдалённых атомов, т. е. существует дальний порядок и ближний порядок. Основные признаки дальнего порядка — симметрия и закономерность в расположении частиц, повторяющаяся на любом расстоянии от данного атома. Наличие дальнего порядка и ближнего порядка обусловлено взаимодействием между частицами.

Понятия дальний порядок и ближний порядок важны для теории сплавов, где они характеризуют степень упорядочения сплава, например в сплаве из двух компонентов при полном упорядочении атомы двух сортов чередуются, то есть каждый атом окружен ближайшими соседями только из атомов другого сорта. Неполный порядок проявляется в том, что среди соседей появляются атомы того же сорта. Полностью упорядоченное состояние возможно только при абсолютном нуле, т. к. тепловое движение нарушает порядок. В зависимости от тепловой и механической обработки в сплаве могут быть достигнуты разные степени упорядочения; при этом меняются также и физические свойства сплава.

Дальний порядок и ближний порядок существует не только во взаимном расположении частиц (координационный порядок). Например, в жидкости, состоящей из несимметричных молекул, существует ближний порядок (а в жидких кристаллах - дальний порядок) в ориентации молекул (ориентационный порядок). В ферромагнетиках и антиферромагнетиках существует дальний порядок и ближний порядок в ориентации магнитных моментов.

Дефекты кристаллической решетки

 

Кристаллов с идеальным строением в природе не существует. В реальных условиях всегда наблюдаются те или иные дефекты структуры. Основные виды дефектов представлены на рисунке 1.9.

Рисунок 1.9 – Дефекты кристаллической решетки. а – отсутствие атома в узле решетки; б – атом другого вида в узле решетки; в – краевая дислокация; г – винтовая дислокация.

 

Дефекты а и б относятся к точечным видам дефектов, в и г – к протяженным. Также к точечным дефектам относятся границы зерен и субзерен. Помимо указанных на рисунке 1.9, в материале могут встретиться такие дефекты как поры и трещины.

Некоторые кристаллические вещества могут обладать свойством полиморфизма. Полиморфизм – это способность твердых веществ образовывать не одну, а две и более кристаллические решетки, устойчивые при различных температурах и давлениях. Данные виды кристаллических решеток называют полиморфными формами или аллотропными модификациями вещества. Модификацию, устойчивую при нормальной или более низкой температуре принято называть (альфа) модификация, модификации, устойчивые к более высокой температуре обозначают буквой (бета), (гамма) и т.д. Полиморфизм широко распространен среди технических материалов и имеет важное значение для их обработки и эксплуатации. Практический интерес, например, представляет полиморфизм углерода – существование его в виде алмаза и графита. Если первый твердый и электрический ток не проводит, то второй является мягким материалом и хорошим полупроводником.