Visas vielas sastāv no ļoti sīkām daļiņām - atomiem, molekulām vai joniem.
Vielas īpašības nosaka ne tikai kādas daļiņas veido vielu, bet arī kā šīs daļiņas ir savstarpēji saistījušās un izkārtojušās.
Daļiņu izkārtojums dažādās cietās vielās var atšķirties, un tāpēc cietas vielas iedala kristāliskās un amorfās vielās.
Kas ir kristāliskās vielas?
Kristāliskas vielas ir cietas vielas, kuru veidojošajās daļiņas (atomi, molekulas vai joni) ir novietojušās noteiktā, simetriskā struktūrā.
Attēlā redzami vārāmās sāls cietu vielu daļiņu novietojumi.
Vārāmais sāls jeb nātrija hlorīds \((NaCl)\) sastāv no pozitīvi lādētiem nātrija joniem \((Na^+)\) un negatīvi lādētiem hlorīda joniem \((Cl^-)\).
Pozitīvi un negatīvi lādēti joni savstarpēji pievelkas, bet vienādi lādēti joni - atgrūžas. Tāpēc, veidojoties kristālam, joni izkārtojas noteiktā, regulārā kārtībā: pozitīva jona tuvākie kaimiņi ir negatīvi joni, bet negatīva jona tuvākie kaimiņi - pozitīvi joni.
Šādu sakārtotu daļiņu izvietojumu sauc par vielu kristālrežģi.
Kristālrežģis ir regulārs, simetrisks kristālisku vielu daļiņu izkārtojums.
Kristāliskās vielās daļiņas izvietojas sakārtoti jeb simetriski, un tās savstarpēji pievelkas.
Kristālrežģī starp daļiņām ir noteikti attālumi un šīs daļiņas nemitīgi kustās - svārstās ap kādu punktu telpā, kuru sauc par kristāliskā režģa mezglu.
Daļiņu novietojums un attālums ietekmē vielu fizikālās īpašības.
Kristāliskām vielām ir raksturīga noteikta kušanas temperatūra.
Piemēram:
- vārāmā sāls \((NaCl\)) ir kristāliska viela, kuru veido \(Na^+\) un \(Cl^-\) joni. \(NaCl\) kūst pie 801 °C;
- zelts \((Au\)) ir plaši izmantots dārgmetāls, kura kušanas temperatūra ir 1064 °C;
- pārtikā lietotā cukura, kušanas temperatūra ir aptuveni 185 °C.
Kristāliskas vielas ir piemēram:
Kas notiek ar cietu vielu kristālrežģi paaugstinot vai samazinot temperatūru?
Animācijās attēlotas daļiņu kustības cietās, šķidrās un gāzveida vielās.
Cietas vielas temperatūrai pieaugot, palielinās daļiņu kustības ātrums, palielinās attālums starp daļiņām un noteiktā temperatūrā (to sauc par kušanas temperatūru) daļiņu savstarpējās pievilkšanas spēks kļūst tik vājš, ka vielas kristālrežģis izjūk un viela pāriet šķidrā agregātstāvoklī.
Ja temperatūra palielinās vēl vairāk, molekulu kustības ātrums kļūst vēl lielāks, attālums starp molekulām kļūst vēl lielāks, un rezultātā savstarpējās pievilkšanas spēks starp šīm daļiņām praktiski izzūd. Viela pāriet gāzveida agregātstāvoklī.
Temperatūrai atkal pazeminoties, molekulu kustības ātrums samazinās, attālums starp daļiņām kļūst mazāks, savstarpējas molekulu pievilkšanās spēks kļūst stiprāks. Kā rezultāts tvaiks kondensējās un viela pāriet šķidrā agregātstāvoklī. Ja temperatūra kļūst vēl zemākā turpinās izmaiņas, kuras jau iepriekš ir aprakstītas, un viela sacietē jeb pariet cietā agregātstāvoklī.
Ūdenim pāreja no cieta agregātstāvokļa šķidrajā un otrādi norisinās temperatūrā 0 °C, bet pāreja no šķidra agregātstāvokļa gāzveida un otrādi norisinās temperatūrā +100 °C.
Kas ir amorfas vielas?
Amorfas vielas ir cietas vielas, kuru veidojošās daļiņas nav izvietotas regulārā, periodiski atkārtojošā kārtībā.
Cieto vielu veidojošās daļiņas ne vienmēr sakārtojas noteiktā secībā jeb kristālrežģī.
Attēlā redzami kristālisku un amorfu vielu daļiņu izkārtojumi jeb kristālrežģī.
Amorfās vielās daļiņas atrodas tuvu cita citai, taču daļiņu izvietojumā nav kristāliskām vielām raksturīgās kārtības jeb struktūras.
Tāpēc amorfām vielām nav regulāra kristālrežģa.
Daļiņu neregulārais izkārtojums ietekmē amorfo vielu fizikālās īpašības.
Atšķirībā no kristāliskām vielām amorfām vielām parasti nav vienas precīzi noteiktas kušanas temperatūras.
Atšķirībā no kristāliskām vielām amorfām vielām parasti nav vienas precīzi noteiktas kušanas temperatūras.
Sildot, tās pakāpeniski kļūst mīkstākas noteiktā temperatūras intervālā.
Amorfas vielas ir piemēram:
Amorfas vielas plaši izmanto ikdienā un rūpniecībā.
To izmantošana ir atkarīga no vielas īpašībām, piemēram, cietības, izturības un elastības. Dažādām amorfām vielām šīs īpašības atšķiras. Karsējot amorfas vielas, tās pakāpeniski kļūst mīkstākās, tām var piešķirt vajadzīgo formu.
Sildot stiklu līdz pietiekami augstai temperatūrai, tas pakāpeniski kļūst mīkstāks un vieglāk veidojams.
Tādēļ no sakarsēta stikla iespējams izgatavot dažādas formas priekšmetus.
Kāpēc daļiņu izkārtojums ir svarīgs?
Gan dimants, gan grafīts sastāv no oglekļa atomiem, taču oglekļa atomi šajās vielās ir savienoti un izvietoti atšķirīgi.
Tāpēc tām ir gan atšķirīgas īpašības, gan vizuālais izskats.
Dimants ir ļoti ciets un caurspīdīgs, bet grafīts ir tumšs, mīksts un ar to var zīmēt uz papīra.