Фазою називається термодинамічної рівноважний стан речовини, що відрізняється за фізичними властивостями від інших можливих рівноважних станів того ж речовини. Перехід речовини з однієї фази в іншу - фазовий перехід - завжди пов'язаний з якісними змінами властивостей тіла. Прикладом фазових переходів можуть служити зміни агрегатного стану. Але поняття «фазовий перехід» ширше, тому що воно включає і перехід речовини з однієї модифікації в іншу при збереженні агрегатного стану (поліморфізм). Приклад, перетворення алмаза в графіт. Розрізняють два види фазових переходів.
Фазовий перехід 1 роду - супроводжується поглинанням або виділенням теплоти, зміною обсягу і протікає при постійній температурі. Приклади: плавлення, кристалізація, випаровування, сублімація (сублімація) і ін.
Фазові переходи 2 роду - протікають без виділення або поглинання тепла, зі збереженням величини обсягу, але стрибкоподібним зміною теплоємності. Приклади: перехід феромагнітних мінералів при певних значеннях тиску і температури в парамагнітний стан (залізо, нікель); перехід деяких металів і сплавів при температурі близькій до 0 0 До в надпровідний стан (ρ = 0 Ом ∙ м) і ін.
Для хімічно однорідного речовини поняття фази збігається з поняттям агрегатний стан. Розглянемо для такої системи фазові перетворення, використовуючи для наочності діаграму стану (рис2). На ній в координатах Р і Т задається залежність між температурами фазових переходів і тиском. Ці залежності у вигляді кривих випаровування (ОІ), плавлення (ОП) і сублімації (ОС) і утворюють діаграму стану.
Точка О перетину кривих визначає умови (Т і Р), коли всі три агрегатних станів речовини знаходяться в термодинамічній рівновазі. З цієї причини вона називається потрійною точкою. Наприклад, потрійна точка води є однією з реперних точок (0 0 С) температурної шкали Цельсія. Як випливає з рівняння Клайперона - Клаузиуса характер залежності Т = f (Р) переходу тверде тіло - рідина для речовин, які при переході в рідку фазу збільшують обсяг (вода, германій, чавун), рис.2, і речовин, для яких характерне зменшення обсягу, рис. 2б - різний.
Крива випаровування закінчується критичною точкою - К. Як видно з діаграми, існує можливість безперервного переходу рідини в газоподібну фазу без перетину кривої випаровування, тобто без властивих такому переходу фазових перетворень.
При тиску меншим, Р - потрійний точки, речовина може існувати тільки в двох фазах: твердої і газоподібної. Причому, при температурах, менших Ттр.тчк. , Можливий перехід з твердого стану в газ минаючи рідку фазу. Такий процес називається сублімацією або сублімацією. Питома теплота сублімації
ТЕПЛОВІ ВЛАСТИВОСТІ ТВЕРДИХ ТІЛ.
Тепловий рух в кристалах через сильний взаємодії обмежується тільки коливаннями частинок близько вузлів кристалічної решітки. Амплітуда цих коливань зазвичай не перетворює 10 -11 м, тобто складає всього 5-7% періоду решітки вздовж відповідного напряму. Характер цих коливань досить непростий, тому що визначається силами взаємодії коливається частки з усіма своїми сусідами.
Зростання температури означає збільшення енергії руху частинок, що в свою чергу означає збільшення амплітуди коливань частинок, що і пояснює розширення кристалічних твердих тіл при нагріванні.
Кожна частинка, яка здійснює коливання, має три ступені свободи коливального руху. З огляду на, що, крім кінетичної, частинки мають ще й потенційну енергію на, одну ступінь свободи слід приписати енергію ε: = кТ. Тепер для внутрішньої енергії благаючи матимемо:
а для молярної теплоємності:
Тобто молярна теплоємність хімічно простих кристалічних тіл однакова і не залежить від температури - закон Дюлонга-Пті.
Як показав експеримент цей закон досить добре виконується починаючи з кімнатних температур (рис3). Пояснення відхилень від закону Дюлонга-Пті при низьких температурах були дані Ейнштейном і Дебаєм в квантової теорії теплоємності. Було показано, що енергія, яка припадає на одну ступінь свободи не є постійною величиною, а залежить від температури і частоти коливань.
Існує дві ознаки, за якими класифікуються кристали: а) кристалографічна - з геометрії кристалічної решітки і б) фізичний - за характером взаємодії частинок, розташованих у вузлах кристалічної решітки і їх природі.
Найважливішим геометричним властивістю кристалічних решіток і їх елементарних осередків є симетрія по відношенню до певних напрямків і площин. Число можливих видів симетрії обмежена. Русский кристаллограф Е.С. Федоров (1853 - 1919) показав, що існує всього 230 можливих комбінацій елементів симетрії, які шляхом паралельного перенесення, відображення і обертання забезпечують щільну, тобто без зазорів і щілин упаковку елементарних осередків в просторі. Браві показав, що існує всього 14 типів решіток, які розрізняються по виду переносний симетрії. Розрізняють примітивні (прості), базоцентрірованние, обьемноцентрірованние і гранецентрированную грати Браве. За формою осередку в залежності від кутів між її гранями α, β і γ і співвідношенням між довжиною ребер а, б і з цим 14 типів решіток утворюють сім кристалічних систем (сингоний): кубічну, гексогональний, тетрагональную, трігональную або ромбоедричних, ромбічну, моноклинную і трігональную.
За характером взаємодії частинок, розташованих у вузлах кристалічної решітки і їх природі кристали діляться на чотири типи: іонні, атомні, металеві та молекулярні
Іонні - в вузлах кристалічної решітки розташовуються іони протилежних знаків; взаємодія обумовлено електростатичними силами тяжіння (іонна або іонна зв'язок).
Атомні - в вузлах кристалічної решітки розташовуються нейтральні атоми, утримуються у вузлах гомеополярной, або ковалентними зв'язками.
Металеві - в вузлах кристалічної решітки розташовуються позитивні іони металу; вільні електрони утворюють, так званий, електронний газ, який і забезпечує зв'язок іонів.
Молекулярні - в вузлах кристалічної решітки розташовуються нейтральні молекули, сили взаємодії між якими обумовлені незначним зміщенням електронної хмари атома (поляризаційні або ван-дер-ваальсовскіе сили).
МЕХАНІЧНІ ВЛАСТИВОСТІ ТВЕРДИХ ТІЛ.
Всі реальні тіла під впливом зовнішніх сил змінюють свої форму і розміри, тобто деформуються. Деформують сили називаються навантаженням. Якщо після зняття навантаження тіло приймає свої первинні розміри і форму, то деформація називається пружною. Якщо ж розміри і форма відновлюються лише частково, то така деформація називається пластичної.
За способом прикладання навантаження розрізняють деформації: стиснення, розтягування, кручення, вигину і зсуву. Кількісною мірою деформуючий сили (навантаження) є механічне напруження: σ = F / S, [σ] = Н / м 2 = Па. Деформація характеризується величиною абсолютної деформації Δl = l2 - l1 і величиною відносною деформацією ε = Δl / l1. Англійський фізик Р. Гук (1635 - 1703) експериментально встановив, що для пружних деформацій σ = Еε. Тут коефіцієнт пропорційності Е (модуль Юнга) характеристика пружних властивостей матеріалу. Фізичний сенс цієї величини - значення механічної напруги, яке подвоює геометричні розміри тіла