ЕНМСЭИ ответы. 12. Понятие структуры вещества. Классификация веществ по агрегатному состоянию. Классификация веществ по природе и составу
 Скачать 79.8 Kb.
|
    12. Понятие структуры вещества. Классификация веществ по агрегатному состоянию. Классификация веществ по природе и составу. Структура вещества – это строение (пространственное расположение) входящих в вещество частиц (молекул, атомов). Агрегатное состояние вещества – физическое состояние вещества в определённом интервале температур и давлений, характеризующееся определёнными, неизменными в пределах указанных интервалов, качественными свойствами. Традиционно выделяют три агрегатных состояния: твёрдое тело, жидкость и газ. К агрегатным состояниям принято причислять также плазму. Отличительной особенностью является отсутствие резкой границы перехода к плазменному состоянию.
Плазма – наиболее распространенное вещество в космосе: Солнце, горячие звезды состоят из плазмы. Определения агрегатных состояний не всегда являются строгими. Так, существуют аморфные тела, сохраняющие структуру жидкости и обладающие небольшой текучестью и способностью сохранять форму; жидкие кристаллы текучи, но при этом обладают некоторыми свойствами твёрдых тел.
По природе и составу вещества делятся на органические и неорганические. Органические вещества – класс химических соединений, объединяющий почти все химические соединения, в состав которых входит углерод. Органические соединения обладают наибольшей важностью, потому что являются основой всех известных форм жизни. Органические соединения, кроме углерода (C), чаще всего содержат водород (H), кислород (O), азот (N), значительно реже — серу (S), фосфор (P), галогены и некоторые металлы. *Органические соединения по своему строению делятся на классы: алифатические, ароматические, гетероциклические; предельные и непредельные. Неорганические вещества – простые вещества и соединения, не являющиеся органическими, то есть, не содержащие углерода, а также некоторые углеродсодержащие соединения (карбиды, цианиды, карбонаты, оксиды углерода и некоторые другие вещества, которые традиционно относят к неорганическим). Неорганические вещества не имеют характерного для органических веществ углеродного скелета.
16. Понятие аморфных и кристаллических тел. Их свойства и отличия. Твердые вещества подразделяют на кристаллические и аморфные. Кристаллическое состояние веществ характеризуется строго упорядоченной структурой, которая реализуется при образовании кристаллов определенной характерной формы. Например, кристаллы поваренной соли имеют форму куба, калийной селитры – призматические и т.д. Структура кристаллов характеризуется дальним порядком (расположение частиц, при котором в произвольном направлении, проведенном через центр любой частицы, на равных расстояниях друг от друга расположены центры других частиц; для разных направлений эти расстояния различны). Дальний порядок является причиной правильной, симметричной формы кристаллов. Характерным свойством кристаллов является симметрия, зависящая от взаимного расположения частиц в кристалле. Взаиморасположение в пространстве частиц и способ их соединения называется кристаллической решеткой. Важная особенность кристаллических веществ – анизотропия. Анизотропия – неодинаковое распространение свойств по различным направлениям. Например, слюда при ударе расколется на тонкие пластинки по тем плоскостям, перпендикулярно к которым прочность минимальна. Кристаллическая форма характеризуется четкой температурой перехода вещества в жидкое состояние (температурой плавления). Аморфные вещества состоят из неупорядоченных молекул, не образуют геометрически правильной структуры, плавятся в широком интервале температур. При нагревании они постепенно размягчаются, затем начинают растекаться и, наконец, становятся жидкими. При охлаждении они также постепенно затвердевают. Для аморфных веществ характерен ближний порядок строения – каждая частица характеризуется средним числом соседних частиц в ближайшем окружении и определённой геометрической фигурой, описывающей их расположение. Примерами аморфных веществ могут служить стекла и смолы, янтарь, а также большинство полимеров. Некоторые вещества могут находиться и в аморфном, и в кристаллическом состояниях, например, сера. 18. Виды деформации твердых тел. Понятие прочности твердых тел. Прочность твёрдых тел - способность твёрдых тел сопротивляться разрушению, а также необратимому изменению формы (пластической деформации) под действием внешних нагрузок. Деформация – изменение размеров и формы тела под действием приложенных сил. Все виды деформаций могут быть сведены к двум наиболее простым: всестороннему растяжению (сжатию) и сдвигу. При одностороннем растяжении/сжатии меняется не только объем, но и форма тела. При всестороннем растяжении/сжатии изменяется объем тела, но форма остается прежней (например, тело, погруженное в жидкость, подвергается всестороннему сжатию). При деформации сдвига меняется лишь форма тела, объем остается постоянным. Виды деформации Пластические деформации – деформации, которые не исчезают при снятии деформирующих сил. Упругие деформации – деформации, которые исчезают полностью, как только исчезают деформирующие силы. Со временем переходит в пластическую. Упругая деформация имеет энергетическую природу. Вещества, у которых упругая деформация переходит в пластическую в течение длительного времени (годы), называют упругими веществами (сталь, стекло, резина, кости, сухожилия). Вещества, у которых упругая деформация в заметной мере переходит в пластическую в течение короткого времени (секунды, доли секунды), называют пластическими веществами(воск, свинец, пластилин). Условность деления твердых тел на упругие и пластические сказывается еще и в том, что характер деформации зависит от:
Деформация также делится на абсолютную и относительную. Абсолютной деформацией называется величина изменения какого-либо размера тела под действием приложенных сил. При продольном растяжении абсолютная деформация есть прирост длины: Δl = l1 - l. При всестороннем растяжении – прирост объема: ΔV = V1– V. Относительной деформацией называется число, показывающее, какую часть от первоначального размера тела составляет абсолютная деформация. Например, при продольном растяжении/сжатии относительная деформация выражается формулой:  где Δl – абсолютная деформация, l – начальная длина.19.Упругость и пластичность твердых тел на основании молекулярно-кинетических представлений. Рассмотрим упругую деформацию, опираясь на знания о характере сил взаимодействия между частицами и о зависимости этих сил от расстояния. По оси X откладываем среднее расстояние между частицами, условно принимая, что одна из частиц неподвижна и ее центр находится в начале координат, а другая – перемещается относительно первой вдоль оси X. По оси Y откладываем значение сил отталкивания Fr от и притяжения Fr пр, причем считаем первые положительными, а вторые отрицательными. Эти силы действуют одновременно, причем силы отталкивания убывают с расстоянием быстрее, чем силы притяжения. Когда силы Fr от и Fr пр взаимно уравновешены и равнодействующая силы Fr = 0, частицы находятся на так называемом равновесном расстоянии друг от друга r0 (при этом их электронные оболочки соприкасаются или перекрываются). Если r>r0, преобладают силы взаимного притяжения, если r В положении равновесия r0 (силы притяжения равны силам отталкивания) потенциальная энергия частиц минимальна. При увеличении расстояния между частицами потенциальная энергия возрастает плавно – это говорит о том, что удалению частиц друг от друга предела нет. При уменьшении расстояния между частицами потенциальная энергия возрастает очень резко. Поскольку в равновесном состоянии частицы упакованы плотно, их дальнейшее сближения приводит к деформации электронных оболочек. При этом резко возрастают силы отталкивания и потенциальная энергия. При упругой деформации расстояния между частицами изменяются. В случае растяжения, например, расстояние увеличивается, и силы притяжения получают перевес над силами отталкивания. Потенциальная энергия при этом возрастает. После снятия напряжения вследствие избытка внутренней энергии возникает упругая сила, возвращающая частицы на свои места. Внутренняя энергия вновь становится минимальной. Таким образом, упругая деформация имеет энергетическую природу. При пластической деформации сдвига в результате действия внешней силы одна часть кристалла вдоль атомной плоскости смещается так, что новое взаимное расположение атомов по сути ничем не отличается от первоначального. При этом потенциальная энергия взаимодействия остается минимальной и возвращающие упругие силы не возникают. 20.Понятие предела прочности, упругости, текучести, вязкости и сверхтекучести. Закон Гука. Закон Гука для одностороннего растяжения (сжатия) формулируют так: сила упругости, возникающая при деформации тела, пропорциональна удлинению этого тела. Выражение закона Гука для деформации одностороннего растяжения (сжатия) имеет вид: f=-kx, где f - сила упругости; х - удлинение (деформация) тела; k – коэффициент пропорциональности, зависящий от размеров и материала тела, называемый жесткостью. Состояние упруго деформированного тела характеризуют величиной , называемой нормальным механическим напряжением (или, для краткости, просто нормальным напряжением). Нормальное напряжение равно отношению модуля силы упругости к площади поперечного сечения тела: =fуп/S Пусть первоначальная длина нерастянутой проволоки составляла L0. После приложения силы F проволока растянулась и ее длина стала равной L. Величину L=L-L0 называют абсолютным удлинением проволоки. Величину =L/L0 называют относительным удлинением тела. Для деформации растяжения >0, для деформации сжатия <0. Наблюдения показывают, что при небольших деформациях нормальное напряжение пропорционально относительному удлинению : =E||. Формула =E|| является одним из видов записи закона Гука для одностороннего растяжения (сжатия). В этой формуле относительное удлинение взято по модулю, так как оно может быть и положительным и отрицательным. Коэффициент пропорциональности Е в законе Гука называется модулем продольной упругости (модулем Юнга). Диаграмма растяжения Используя формулу =E||, по экспериментальным значениям относительного удлинения можно вычислить соответствующие им значения нормального напряжения , возникающего в деформированном теле, и построить график зависимости от . Этот график называют диаграммой растяжения. На участке 0-1 график имеет вид прямой, проходящей через начало координат. Это значит, что до определенного значения напряжения деформация является упругой и выполняется закон Гука, т. е. нормальное напряжение пропорционально относительному удлинению. Максимальное значение нормального напряжения п, при котором еще выполняется закон Гука, называют пределом пропорциональности. При дальнейшем увеличении нагрузки зависимость напряжения от относительного удлинения становится нелинейной (участок 1-2), хотя упругие свойства тела еще сохраняются. Максимальное значение у нормального напряжения, при котором еще не возникает заметная остаточная деформация, называют пределом упругости. (Предел упругости лишь на сотые доли процента превышает предел пропорциональности.) Увеличение нагрузки выше предела упругости (участок 2-3) приводит к тому, что деформация становится остаточной. Затем образец начинает удлиняться практически при постоянном напряжении (участок 3-4 графика). Это явление называют текучестью материала. Нормальное напряжение т , при котором остаточная деформация достигает заданного значения, называют пределом текучести. При напряжениях, превышающих предел текучести, упругие свойства тела в известной мере восстанавливаются, и оно вновь начинает сопротивляться деформации (участок 4-5 графика). Максимальное значение нормального напряжения пр, при превышении которого происходит разрыв образца, называют пределом прочности. Вязкость – способность тел оказывать сопротивление перемещению одной их части относительно другой (течению). Сверхтекучесть – это свойство вещества полностью терять свою вязкость, возникающее в некоторых веществах при температурах близких к абсолютному нулю, и, как следствие, их способность протекать через узкие щели и капилляры без трения. До недавнего времени сверхтекучесть была известна только у жидкого гелия, однако в последние годы сверхтекучесть была обнаружена и в других системах, например, твёрдом гелии. 21. Механические свойства жидкости. Жидкость, как и твердое тело, можно подвергнуть деформации. При одностороннем сжатии объем жидкости не меняется, это объясняется текучестью жидкости. Из опытных данных следует, что жидкость можно не только сжать, но и растянуть. Этот факт свидетельствует о том, что жидкость обнаруживает прочность на разрыв. Жидкости обнаруживают упругость на сдвиг, маскируемая текучестью жидкости. При определенных условиях жидкость может проявлять хрупкость, поскольку имеет квазиристаллическое (кристаллоподобное) строение. Вязкость жидкостей характеризует их сопротивление течению, вызванному действием внешней силы. С повышением температуры вязкость жидкостей уменьшается. Частицы большинства жидкостей расположены менее плотно по сравнению с частицами твердого тела. Промежутки между частицами жидкостей не столь велики, чтобы у них можно было поместить добавочное число частиц, но достаточны для существования возможности передвижения. При нагревании промежутки между частицами увеличиваются, передвижение частиц становится более легким, соответственно, вязкость уменьшается. 61. Электронная микроскопия, ее виды и использование для исследования объектов судебной экспертизы. Электронная микроскопия – это метод изучения структуры поверхности микрообъектов, находящихся вне пределов видимости светового микроскопа и имеющих размеры менее одного микрона. Действие электронного микроскопа основано на использовании направленного потока электронов, который играет роль светового луча в световом микроскопе; роль линз играют специальные магнитные линзы. Вследствие того, что различные участки исследуемого объекта по-разному задерживают электроны, на экране электронного микроскопа получается черно-белое изображение изучаемого объекта, увеличенное в десятки и сотни тысяч раз. При помощи электронной микроскопии изучается внешняя форма объекта, молекулярная организация его поверхности. Электронные микроскопы – приборы, позволяющие с помощью пучка электронов и специального экрана получать изображение объектов, недоступных для наблюдения в обычном световом микроскопе. ЭЛЕКТРОННЫЕ МИКРОСКОПЫ Эмиссионные Просвечивающие Растровые Отражательные
В экспертной практике используется просвечивающая и растровая электронная микроскопия. Виды:
Как видно из рисунка устройства оптического и электронного микроскопа имеют много общего. Они состоят из источника излучения, системы фокусировки излучения на изучаемом объекте и регистрирующего устройства — детектора. В электронном микроскопе в качестве источника электронов используется электронная пушка, для фокусировки пучка электронов применяют электромагнитные линзы, а в качестве детектора — люминесцентный экран. В просвечивающем электронном микроскопе (ПЭМ) пучок электронов проходит через очень тонкий (< 100 нм) слой вещества, давая информацию о его внутренней микроструктуре. Микроскоп представляет собой устройство, состоящее из длинной широкой трубы – электронной пушки, конденсора (электронная линза) и люминесцентного экрана, соединенного с фотокамерой или компьютером, на котором и возникает изображение. Электронная пушка содержит вольфрамовую нить, раскаляемую добела электрическим током. При такой температуре атомы вольфрама начинают испускать электроны. Весь путь электронов от пушки до объекта проходит в высоком вакууме, т.к. электроны ионизируют любой газ. В более мощных микроскопах электроны генерируют при помощи кристалла кремния, находящегося в сильном электрическом поле. Объект помещают на предметный столик не в виде куска, а в виде пленки или тонкого среза. При работе микроскопа объект просвечивают пучком электронов. Часть электронов, взаимодействуя с атомами вещества, отклоняется, попадая в системы магнитных линз, которые и формируют на люминесцентном экране изображение внутренней структуры объекта. Рассеянные электроны задерживают при помощи диафрагм, позволяющих регулировать контрастность изображения. Поскольку метод ПЭМ позволяет исследовать объекты в виде тонких пленок или суспензий, то для большинства объектов судебной экспертизы необходима предварительная пробоподготовка, часто приводящая к частичному повреждению или уничтожению объектов. Методы подготовки объектов для анализа:
Применение:
Уступает просвечивающей микроскопии по разрешающей способности и увеличению, однако имеет ряд преимуществ: По разрешающей способности (3–5 нм) и увеличению до 300 000 крат РЭМ уступает ПЭМ, но при этом имеет ряд существенных преимуществ:
Применение:
62. Понятие цвета и света. Определение цвета прозрачных и непрозрачных тел. Свет – в физической оптике электромагнитное излучение, воспринимаемое человеческим глазом. В качестве коротковолновой границы спектрального диапазона, занимаемого светом, принят участок с длинами волн в вакууме 380—400 нм, а в качестве длинноволновой границы — участок 760—780 нм. В широком смысле, используемом вне физической оптики, светом часто называют любое оптическое излучение. В этом случае в понятие «свет» помимо видимого излучения включаются как инфракрасное, так и ультрафиолетовое излучения. Цвет – качественная субъективная характеристика электромагнитного излучения оптического диапазона, определяемая на основании возникающего физиологического зрительного ощущения и зависящая от ряда факторов. Восприятие цвета определяется индивидуальностью человека, а также спектральным составом, цветовым и яркостным контрастом с окружающими источниками света, а также несветящимися объектами. Белый свет получается в результате наложения монохроматических лучей всех длин волн видимого спектра. Если из белого света удалить часть монохроматических лучей, он станет цветным. Цвет прозрачного тела определяется теми лучами, которые оно пропускает, поэтому цвет такого тела может меняться при изменении состава падающего на него света. Цвет прозрачного тела в проходящем и отраженном свете может быть различным. Цвета непрозрачных тел определяются смесью тех лучей, которые они отражают, поэтому их цвет зависит как от самих тел, так и от состава падающего на них света. Тело, отражающее все цвета спектра белого света в одинаковой степени, при дневном свете будет казаться белым. Если тело сильно поглощает все цвета спектра белого света, то оно кажется черным. 63. Люминесцентная микроскопия и использование ее для исследования объектов судебной экспертизы. Люминесцентная микроскопия — специальный вид микроскопирования, основанный на использовании собственной (первичной) или наведенной (вторичной) фотолюминесценции микроскопических объектов. Видимая люминесценция препарата возбуждается либо сине-фиолетовым светом, либо ультрафиолетовыми лучами. Для люминесцентной микроскопии применяются специальные оптические устройства и микроскопы, основной частью которых является источник ультрафиолетовых лучей и система фильтров к нему. Один светофильтр пропускает только возбуждающие сине- или ультрафиолетовые лучи (его помещают перед источником света), другой поглощает эти лучи и пропускает только свет люминесценции объекта. Применение:
64. Инфракрасная микроскопия и использование ее для исследования объектов судебной экспертизы. Инфракрасная микроскопия (750-1200 нм) – метод исследования путём наблюдения образцов через микроскоп в инфракрасном свете. Метод предназначен для исследования образцов очень небольшого размера (порядка микрометров). Для работы методом инфракрасной микроскопии на микроскоп вместо тубуса надевают инфракрасную насадку. Благодаря электронно-оптическому преобразователю невидимое инфракрасное изображение превращается в видимое. Позволяет изучать внутреннюю структуру объектов, непрозрачных в видимом свете (кристаллы, минералы, некоторые стекла, следы выстрела, залитые/заклеенные тексты). 65.Различные виды микроскопов, используемые в экспертных исследованиях. Для проведения исследований методами световой микроскопии используют микроскопы различных систем и назначения. Большинство микроскопов, используемых в экспертных исследованиях, являются стереоскопическими, в которых можно наблюдать объемное изображение объектов за счет рассматривания его через два окуляра двумя глазами. Микроскопы биологические стереоскопические (типа МБС) используют для исследования объектов как в проходящем, так и отраженном свете. При помощи микроскопов семейства МБС возможно проведение измерения линейных размеров и площадей различны х объектов. Это наиболее распространенные в экспертных учреждениях микроскопы, применяются для исследования практически любых объектов судебной экспертизы как биологической природы (волосы, следы тканей и выделений и др.), так и для исследования документов (структура бумаги, материалы штрихов), металлов, лакокрасочных покрытий, волокон, стекла и др. Стереоэффект достигается с помощью специального объектива, состоящего из двух частей – собственно объектива и галилеевой системы. К микроскопам специального назначения относятся сравнительные микроскопы (типа МСК — микроскоп сравнительный криминалистический, МИС, МС). Они состоят из двух самостоятельных оптических систем и проекционной системы, которая передает изображение не только в тубус, но и на экран и приспособление для фотосъемки. Так как данный микроскоп предполагает исследование двух объектов одновременно, он имеет два предметных столика. С их помощью можно проводить исследование объектов по линии разрыва, разлома и т.д. Микроскоп МСК-1 позволяет проводить исследования как в проходящем, так и в отраженном свете. Увеличение этих микроскопов превышает 1500 ̽. Используются для проведения траслогических и баллистических экспертиз, идентификации оружия по следам нареза на пулях. Принципиальное отличие МСК-1 от других подобных микроскопов состоит в том, что он дает прямое изображение двух сравниваемых объектов в одном поле объектов при наблюдении с помощью бинокулярного тубуса. Кроме того, для ряда специальных исследований используют люминесцентные микроскопы и микроскопы для работы в инфракрасном и ультрафиолетовом свете (микроскопы марки МИК и МУФ), металлографические микроскопы, поляризационные микроскопы. Металлографические микроскопы предназначены для исследования микроструктуры металлов и сплавов. Такие микроскопы можно использовать при технической экспертизе документов, например, при исследовании штрихов, места пересечения штрихов, структуры тканей и т.д. Объективы таких микроскопов обладают, как правило, малыми фокусными расстояниями и, следовательно, большими увеличениями. Работу на этих микроскопах обычно ведут методом светлого поля. Основные типы таких микроскопов, выпускаемых в нашей стране, являются микроскопы марки МИМ и ММР. Поляризационные микроскопы используются для исследования прозрачных и непрозрачных объектов методом светлого и темного поля. Для расширения возможности исследования объектов в поляризованном свете используются специфические принадлежности: фотометрические насадки, окулярный микрометр и др. Современные микроскопы снабжены насадками для вывода увеличенного изображения объекта на экран и для его фотографирования, телекамерами и персональными компьютерами, позволяющими выявлять признаки исследуемых объектов и проводить сравнительное исследование объектов по этим признакам с помощью специальных программ. |