Анизотропия кристаллов

В отличие от аморфных тел и жидкостей в кристаллах существует, как это схематически показано на рис. 86, дальний порядок в расположении атомов твердого тела. Атомы в этом случае располагаются в узлах правильной пространственной сетки (кристаллической решетки). Для любого направления в пространстве А, В, С, D, Е,..., проходящего через центры атомов, расстояние между центрами двух соседних атомов остаются неизменными вдоль всей прямой, но отличаются для различных прямых. В соответствии с этим физические свойства (упругие, механические, тепловые, электрические, магнитные, оптические и др. будут, вообще говоря, разными по различным направлениям. Неодинаковость свойств кристалла в различных направлениях называют анизотропией.

Так, в решетке на рис. 86 не только сжимаемость, но и теплопроводность, и линейное тепловое расширение, и электропроводность, и все другие свойства будут различны вдоль горизонтальных (ОА), вертикальных (ОЕ) и любых других направлений.

Р и с. 86

Физически это объясняется следующим образом. Если провести через узлы решетки плоскости в разных направлениях (на рис. 86 эти плоскости перпендикулярны плоскости рисунка и пересекаются с ней по прямым ОА, ОВ и т. д.), то видно, что густота расположения атомов на этих плоскостях различна. В кристалле, следовательно, существуют плоскости, различным образом “населенные” атомами. Этим и объясняется анизотропия кристаллов – наиболее характерное их свойство.

Как было отмечено ранее, каждый кристалл ограничен плоскими гранями, образующими между собой углы, величина которых свойственна только данному виду кристалла (закон Роме де Лилля). Грани эти как раз и представляют собой те плоскости, в которых частицы размещены с наибольшей плотностью, так как при росте кристалла именно к этим плоскостям, а не к другим, преимущественно присоединяются новые атомы. Разумеется, в наиболее плотно заполненных атомами плоскостях атомы сильнее всего связаны друг с другом, так как здесь взаимные расстояния между ними относительно меньше, а значит больше сила притяжения.

Из рис. 86 видно, что плотно заполненные плоскости (к примеру, ОЕ и О'Е') отстоят друг от друга относительно дальше, чем менее заполненные плоскости (к примеру, ОВ и О" В'). Поэтому, атомы в густо заполненных плоскостях прочно связаны друг с другом, но сила взаимодействия между такими плоскостями невелика, и они сравнительно легко отделяются одна от другой. Из-за этого при механическом разрушении кристалла всегда можно наблюдать, что он раскалывается по некоторым определенным плоскостям, так называемым плоскостям спайности. Кристалл каменной соли, например, раскалывается на куски, имеющие форму прямоугольных параллелепипедов (на рис. 86 кристалл будет раскалываться по плоскостям О'Е' и О'" А', составляющим между собой прямой угол).