124 4

body (3 składowe w kierunku ir/ech 0*1 współrzędnych). na każdy element sieci przypada brednio energia 3k7. I mol substancji krystalicznej ma więc brednią energię wewnętrzny U_m ■ N_A 3kT ■ 3RT, stąd ciepło molowe jednoatomowego ciału stałego wynosi C = 3R.

Ciepło molowe wszystkich jcdnoatomowych ciał stałych powinno więc być jednakowe i wynosić 25 J/mol. niezależnie od temperatury - jest to pras*» Duto* ga Pruta. Prawo to jest spełnione dla większości pierw iastków w temperaturze pokojowej. Niektóre, między innymi węgiel, wy kam ją w tej temperaturze mniejsze wartości (diament - około 8 J/mol). Odstępstwa te tłumaczy teoria Debyt'a. opie rająca się na mechanice kwantowej. Według lej teoni ciepło mokywc jest stałe powyżej pewnej, charakterystycznej dla danego pierwiastka, temperatury’ i ma wtcd> wartość zgodną z prawem Dulonga-Petita (dla diamentu ta temperatura wynosi 1860 K). Poniżej tej temperatury ciepło molowe maleje wTa/ z obniżeniem temperatury. osiągając wartość zero w temperaturze 0 K

Według teorii kwantów energia ruchu drgającego może przyjmować wyłącznic określone wartości. Drganiom sieci odpowiadają więc określone poziomy energe tyczne. Im wy ższa temperatura, im większa wartość kT. tym wyższe poziomy ener getyc/ne odpowiadają drganiom sieci. Po przekroczeniu pewnej wartości kT poziomy energetyczne ruchu drgającego sieci mogą przekroczyć wartość energii wiązania (amplituda drgali przekracza odległości oddziaływali międzycząstec/ko wych). struktura sieci ulega wówczas zniszczeniu, kry ształ się topi. W stanie ciekłym ruch cząstek me ustaje, jednak poza ruchem drgającym wykonują one ruch tramlacyjny. W stanie gazowym cząsteczki wykonują już tylko ruchy translacyjne. mc licząc obrotów¹ i oscylacji wewnątrz cząsteczek Wartość kf przypadająca na cząsteczkę przekracza wtedy wartość energii oddziaływali między cząsteczkowych i nie może dojść do powalania wiązali między cząsteczkami. Temperaturze pokojo wej (około 300 K) odpow iada wartość k7 4 • I0"³' J. to jest około 0.025 cV Energia ta przekracza wartości energii w iązaii między cząsteczkami, takimi jak H_: czy 0_;. dlatego wodór i tlen w temperaturze pokojowej mogą występować tylko w stanie gazowym. Jedynie w temperaturze niższej od krytycznej (ryc. 6.20) energia wiązania. przy dostatecznie bliskiej odległości cząsteczek (dostatecznie duże ciśnienie) może przekroczyć wartość k7* i gaz przechodzi w fazę skondensowaną.

6.6. Roztwory stałe. Stopy

Piotr Piskunonicz

Z tego co powiedziano wyżej wynika, jak wiele czynników ma wpływ na właściwości fizyczne substancji stałych. Ciągle prowadzone są badania w poszukiwaniu nowych materiałów. Jakikolwiek postęp techniczny jest niemożliwy bez stałego ulepszania materiałów i tworzenia nowych - nawet epoki historyczne biorą nazwę od materiałów, które przyspieszyły rozwój cywilizacyjny Nowe materiały znajdują także zastosowania medyczne. Na przykład metale i ich stopy znajdują szerokie za-

124