Структура твердых тел

План урока:

Цели урока:

• Образовательные: Сформировать понятие «кристаллическое тело», «аморфность» и раскрыть основные свойства кристаллических и аморфных тел.
• Развивающие: развивать логику, возможность работать в группах, учить моделировать процессы на компьютере, способствовать развитию интеллектуальных способностей, побудить к активной работе.
• Воспитательные: воспитывать внимание, чувство ответственности, терпимости к суждениям товарищей.

Ход урока

Учитель: Всё в мире связано, во всём лежит одна основа - это кристалл (структура, которая может получать, хранить и передавать информацию). Кристаллы окружают нас повсюду. Твёрдые тела, из которых мы строим дома и делаем станки, вещества, которые мы употребляем в быту, - почти все они относятся к кристаллам. Кристаллы встречаются нам по- всюду: мы ходим по кристаллам, строим из них, широко применяем их в технике и науке, едим кристаллы, лечимся ими, находим кристаллы в живых организмах, выходим на просторы космических дорог, используя приборы из кристаллов.

Сообщение 1. Кристаллы и свойства кристаллов.

По характеру относительного расположения частиц твердые тела делятся на кристаллические и аморфные. Слайд 3.

Кристаллы – твердые тела, в которых атомы и молекулы которых занимают определенные, упорядоченные положения в пространстве и образуют периодически повторяющуюся внутреннюю структуру. Поэтому кристаллы имеют плоские грани. Слайд 4.

Кристаллом (от греч. krystallos – «прозрачный лед») вначале называли прозрачный кварц (горный хрусталь), встречавшийся в Альпах. Горный хрусталь принимали за лед, затвердевший от холода до такой степени, что он уже не плавится. Они бывают разных цветов, обычно прозрачные обладают красивой правильной формой. Чаще всего кристаллы представляют собой многогранники, стороны (грани) их идеально плоские, рёбра строго прямые. Они радуют глаз чудесной игрой света в гранях, удивительной правильностью строения.

Среди кристаллов есть скромные кристаллы. Это кристаллы обычной поваренной соли. Они встречаются в природе в виде прямоугольных параллелепипедов или кубиков. Куда сложнее кристаллы кварца.

Сообщение 2. Слайд 3. Основное свойство кристаллов анизотропия. Анизотропия – зависимость физических свойств от выбранного в кристалле направления, отсюда неодинаковая механическая прочность по различным направлениям. Например, кристалл графита легко расслаивается в одном направлении, когда пишем карандашом на бумаге, эти тонкие слои графита остаются на бумаге. Кристаллическая решетка графита имеет слоистую структуру, слои образованы рядом параллельных сеток, состоящих из атомов углерода. Расстояние между слоями велико, поэтому связи между слоями не прочны. Многие кристаллы по-разному проводят тепло, электрический ток в различных направлениях. Например, кристалл кварца по-разному преломляет свет в зависимости направления падения света на кварц. Другое свойство- полиморфизм. Алмаз – твердое вещество. Искусные руки ювелира превращают его в бриллиант, сверкающий драгоценный камень, играющий всеми своими гранями. Что общего у него с графитом – черным, легко расслаивающимся веществом? Химический анализ показывает, что графит, как и алмаз, представляет собой углерод в чистом виде. Отличие алмаза от графита объясняется различием их кристаллических структур. У алмаза пространственная решётка объёмная, у графита – плоская, слоистая. Свойство вещества иметь две (или несколько) различные кристаллические структуры называют полиморфизмом. Полиморфизм присущ практически всем веществам. Кристаллы делятся на моно- и поликристаллы. Монокристаллы – это одиночные кристаллы. Поликристаллы – состоят из большого числа маленьких кристалликов

Учитель: Слайд 5. Всестороннее изучение сил связи в кристаллах привело к убеждению, что все кристаллы можно отнести к четырём основным видам: ионным, молекулярным, атомным и металлическим. Рассмотрим каждый из этих видов кристаллов подробнее.

Сообщение3. Атомная кристаллическая решетка. Слайд 6.

В узлах кристаллической решетки имеют атомы, связанные между собой ковалентными связями, т. е. общими электронными парами. В основе ковалентной связи между атомами лежит «спаривание» их внешних электронов с образованием полностью заполненной валентной электронной оболочки. Ковалентные связи в кристаллах - наиболее сильные. Поэтому атомные кристаллы, которым соответствует такая связь, обладают большой твёрдостью, высокой температурой плавления, нерастворимы в воде, не имеют запаха. что видно на примере алмаза. Слайд 7.

Сообщение 4. Молекулярная кристаллическая решетка. Слайд 8.

В узлах решётки таких кристаллов лежат молекулы с неполярной ковалентной связью. При образовании этих молекул внешняя электронная оболочка каждого атома оказывается полностью заполненной за счёт «обобществления» пары валентных электронов. Так как спаренные электроны в равной степени принадлежат каждому атому, то центр положительного заряда атома совпадает с центром отрицательного заряда и поэтому молекула оказывается электрически нейтральной, незаряженной. В результате в отдельные моменты времени молекула представляет собой электрический диполь. Эти диполи взаимно притягивают друг друга. Эти кристаллы называют молекулярными кристаллами в силу того, что в них явно можно выделить молекулы вещества. В узлах молекулярной кристаллической решетки находятся молекулы. Молекулы удерживаются друг около друга слабыми межмолекулярными силами. Эти кристаллы непрочны, имеют запах. Слайд 9.

Сообщение 5. Ионная кристаллическая решетка. Слайд 10.

Характерные их черты удобно рассмотреть на примере кристалла поваренной соли. Известно, что в молекуле NaCl единственный валентный электрон натрия большее время проводит около атома хлора. В результате образуются положительный ион натрия и отрицательный ион хлора, взаимодействующие между собой благодаря электрическим силам. Ион натрия и ион хлора имеют полностью заполненные электронные оболочки и симметричное электронное облако. Это значит, что при сближении частиц вещества каждый ион натрия будет взаимодействовать не с одним каким-либо ионом хлора, а попытается присоединить к себе возможно большее их число. Аналогично будет вести себя и ион хлора. В результате в кристалле поваренной соли каждый ион хлора окажется окружённым ионами натрия, а каждый ион натрия – ионами хлора. Ионная связь достаточно сильно скрепляет частицы вещества в кристалле, поэтому эти кристаллы отличаются прочностью. Молекулу NaCl из всего кристалла поваренной соли отделить невозможно. Весь кристалл, по существу, представляет собой одну гигантскую молекулу. Одиночные молекулы NaCl бывают лишь в газообразном состоянии. Твердые тугоплавкие вещества, без запаха, хорошо растворимые в воде. Слайд 11.

Сообщение 6. Металлическая кристаллическая решетка. Слайд 12.

Образована положительными ионами металлов, между которыми осуществляется металлический тип связи. Металлическая связь обусловлена притяжением частично ионизованных атомов металлов и валентных электронов, образующих единое электронное облако. Валентные электроны принадлежат одновременно всем атомам металла, свободно перемещаясь по кристаллу. Атом любого металла имеет незаполненную валентную электронную оболочку. В результате кристалл металла можно представить как ионную решётку, состоящую из атомов металла, лишённых валентных электронов, и электронного газа, «цементирующего» решётку из положительно заряженных ионов. Слайд 13.

Сообщение 7. Аморфные тела. Слайд 14. У аморфных тел нет строгого порядка в расположении атомов. При кратковременных воздействиях они ведут себя как твердые тела, при сильном ударе раскалываются на куски, при длительном воздействии – текут. Время «оседлой жизни» у аморфных тел велико, чем у жидкостей. При низких температурах аморфные тела ведут себя как твердые, по мере повышения температуры как жидкости. Аморфные тела занимают промежуточное положение между кристаллическими твердыми телами и жидкостями.

Основные свойства аморфных тел: Слайд 3. Изотропия - одинаковость физических свойств по всем направлениям. Не имеют правильную геометрическую форму и плоских граней. Упругость – восстанавливают первоначальную форму после снятия нагрузки. Текучесть – скольжение внешних слоев по внутренним. Нет определенной температуры плавления, плавление происходит в конечном интервале температур.

Сообщение 8. Выращивание кристаллов. Слайд 15. Можно изготовить красивые изделия из поликристаллов. Например, новогоднюю елочку , украшенную шапкой из белых кристаллов, составить экибану, вырастить монокристалл. Выращивание кристаллов из растворимых солей - это метод получения монокристаллов. Рассмотрим самый простой способ выращивания кристаллов. Нальём в сосуд вскипячённой воды и насыплем туда соль, из которой мы собираемся растить кристаллы (медный купорос, алюмокалиевые квасцы и. т. д. ) и тщательно размешаем. Сделаем раствор пересыщенным (так, чтобы в нем больше нельзя было растворить соли) и профильтруем его. Опустим в раствор нитку так, чтобы она не касалась стенок и дна банки и не будем закрывать горло сосуда, иначе вода не сможет испаряться. Далее поставим сосуд с ниткой остывать, и на следующий день уже увидим наросшие на нитку кристаллики. Эту процедуру можно повторять до тех пор, пока не удовлетворимся размером сростка кристаллов. Затем вынем из раствора обросшую нитку, и отломим наиболее ровный и крупный кристаллик. Привяжем кристаллик на другую нитку и опустим его в раствор (в качестве затравки) так, чтобы он находился по центру сосуда. Теперь дело времени: одиночные кристаллы должны расти как минимум месяц. Наш одиночный кристалл может обрасти мелкими кристалликами-паразитами их каждый раз надо убирать. В результат можно получить кристаллы:

1. алюмокалиевых квасцов: белые блестящие, похожие на алмаз; Слайд 16.
2. медного купороса: синие кристаллы, прозрачные. Слайд 17.

Тест для закрепления знаний:

1. Каково основное свойство твердого состояния вещества?
   А. сохраняет форму
   Б. сохраняет объем
   В. занимает весь предоставленный ему объем
   Г. первое и второе свойство одновременно

2. Каково основное свойство жидкого состояния вещества?
   А. сохраняет форму
   Б. сохраняет объем
   В. занимает весь предоставленный ему объем
   Г. первое и второе свойство одновременно

3. Каково основное свойство газообразного состояния вещества?
   А. сохраняет форму
   Б. сохраняет объем
   В. занимает весь предоставленный ему объем
   Г. первое и второе свойство одновременно

4. В каком порядке возрастает сжимаемость веществ в зависимости от их агрегатного состояния?
   А. газы – жидкости – твердые тела
   Б. твердые тела – жидкости – газы
   В. газы – твердые тела – жидкости
   Г. жидкости – газы – твердые тела

5. Почему в природе не существует кристаллов шарообразной формы?
   А. не существует шарообразных элементарных ячеек
   Б. невозможно найти строго шарообразную затравку для роста кристаллов
   В. шар не образуется в природных условиях
   Г. всегда влияет сила тяжести на рост кристалла

6. Если атомы расположены вплотную друг к другу упорядоченно и образуют периодически повторяющуюся структуру, то в каком состоянии находится вещество?
   А. в газообразном
   Б. кристаллическом
   В. в жидком
   Г. такое расположение атомов возможно при любом состоянии вещества

7. «Расстояние между соседними частицами мало». Это утверждение соответствует модели строения:
   А. твердых тел
   Б. жидкостей
   В. газов
   Г. твердых тел и жидкостей

8. Расстояние между молекулами в десятки раз превосходят их размеры. Какому состоянию вещества соответствует это утверждение?
   А. жидкость
   Б. твердое тело
   В. плазма
   Г. газ

9. При переходе вещества из газообразного состояния в жидкое
   а) увеличивается силы притяжения между молекулами
   б) уменьшается среднее расстояние между молекулами
   в) появляется небольшая упорядоченность в расположении молекул
   
   Какие из утверждений верны?
   А. а, б
   Б. б, в
   В. а, в
   Г. а, б, в

10. Беспорядочность теплового движения молекул газа объясняет следующее явление:
    А. газ легко сжимается
    Б. при охлаждении газ превращается в жидкость
    В. плотность газа меньше плотности жидкости
    Г. плотность газа одинакова во всех точках занимаемого им объема

Ответ:

Презентация – Приложение.

Домашнее задание: п. 75, 76. Мякишев Г. Я. Физика: Учебник для 10 класса общеобразовательных учреждений.