Los cuerpos amorfos son ejemplos de sustancias. “Cuerpos amorfos

Los sólidos se dividen en amorfos y cristalinos, según su estructura molecular y propiedades físicas.

A diferencia de los cristales, las moléculas y átomos de los sólidos amorfos no forman una red y la distancia entre ellos fluctúa dentro de un cierto rango de distancias posibles. En otras palabras, en los cristales, los átomos o moléculas están dispuestos mutuamente de tal manera que la estructura formada puede repetirse en todo el volumen del cuerpo, lo que se denomina orden de largo alcance. En el caso de los cuerpos amorfos, la estructura de las moléculas se conserva solo en relación con cada una de esas moléculas, se observa un patrón en la distribución solo de las moléculas vecinas: orden de corto alcance. A continuación se presenta un ejemplo ilustrativo.

Los cuerpos amorfos incluyen vidrio y otras sustancias en estado vítreo, colofonia, resinas, ámbar, lacre, betún, cera, así como sustancias orgánicas: caucho, cuero, celulosa, polietileno, etc.

Propiedades de los cuerpos amorfos.

Las características estructurales de los sólidos amorfos les confieren propiedades individuales:

1. La fluidez débil es una de las propiedades más conocidas de estos cuerpos. Un ejemplo serían las gotas de vidrio que han estado en el marco de una ventana durante mucho tiempo.
2. Los sólidos amorfos no tienen un punto de fusión específico, ya que la transición al estado líquido durante el calentamiento se produce de forma gradual, mediante el ablandamiento del cuerpo. Por este motivo, para este tipo de cuerpos se aplica el llamado rango de temperatura de reblandecimiento.

1. Debido a su estructura, estos cuerpos son isotrópicos, es decir, sus propiedades físicas no dependen de la elección de la dirección.
2. Una sustancia en estado amorfo tiene mayor energía interna que en estado cristalino. Por esta razón, los cuerpos amorfos pueden transformarse de forma independiente en un estado cristalino. Este fenómeno se puede observar como resultado de que el vidrio se vuelve turbio con el tiempo.

estado vidrioso

En la naturaleza existen líquidos que son prácticamente imposibles de transformar a estado cristalino mediante enfriamiento, ya que la complejidad de las moléculas de estas sustancias no les permite formar una red cristalina regular. Estos líquidos incluyen moléculas de algunos polímeros orgánicos.

Sin embargo, con la ayuda de un enfriamiento rápido y profundo, casi cualquier sustancia puede transformarse en un estado vítreo. Se trata de un estado amorfo que no tiene una red cristalina clara, pero que puede cristalizar parcialmente en la escala de pequeños grupos. Este estado de la materia es metaestable, es decir, persiste bajo ciertas condiciones termodinámicas requeridas.

Usando tecnología de enfriamiento a cierta velocidad, la sustancia no tendrá tiempo de cristalizar y se convertirá en vidrio. Es decir, cuanto mayor sea la velocidad de enfriamiento del material, menos probabilidades habrá de que cristalice. Por ejemplo, para producir vidrio metálico se necesitará una velocidad de enfriamiento de 100.000 - 1.000.000 Kelvin por segundo.

En la naturaleza, la sustancia existe en estado vítreo y surge del magma volcánico líquido que, al interactuar con agua fría o aire, se enfría rápidamente. En este caso, la sustancia se llama vidrio volcánico. También se puede observar el vidrio formado como resultado del derretimiento de un meteorito que cae interactuando con la atmósfera: vidrio de meteorito o moldavita.

Los sólidos se caracterizan por tener una forma y un volumen constantes y se dividen en cristalinos y amorfos.

Cuerpos cristalinos

Cada sustancia química en estado cristalino corresponde a una red cristalina específica, que determina las propiedades físicas del cristal.

¿Sabías?
Hace muchos años, en San Petersburgo, en uno de los almacenes sin calefacción, había grandes existencias de botones blancos brillantes de hojalata. Y de repente empezaron a oscurecerse, a perder su brillo y a desmoronarse hasta convertirse en polvo. A los pocos días, las montañas de botones se convirtieron en un montón de polvo gris. "Plaga del estaño"- Así se llamó esta "enfermedad" del estaño blanco.
Y esto fue simplemente una reordenación del orden de los átomos en los cristales de estaño. El estaño, pasando de una variedad blanca a una gris, se desmorona hasta convertirse en polvo.
Tanto el estaño blanco como el gris son cristales de estaño, pero a bajas temperaturas su estructura cristalina cambia y, como resultado, cambian las propiedades físicas de la sustancia.

Los cristales pueden tener diferentes formas y se limitan a bordes planos.

En la naturaleza existen:
A) monocristales- Son cristales individuales homogéneos que tienen forma de polígonos regulares y tienen una red cristalina continua.

Monocristales de sal de mesa:

b) policristales- Se trata de cuerpos cristalinos fusionados a partir de pequeños cristales ubicados caóticamente.
La mayoría de los sólidos tienen una estructura policristalina (metales, piedras, arena, azúcar).

Policristales de bismuto:

Anisotropía de cristales

En los cristales se observa anisotropía- dependencia de las propiedades físicas (resistencia mecánica, conductividad eléctrica, conductividad térmica, refracción y absorción de luz, difracción, etc.) de la dirección dentro del cristal.

La anisotropía se observa principalmente en monocristales.

En policristales (por ejemplo, en una pieza grande de metal), la anisotropía no aparece en estado normal.
Los policristales están formados por una gran cantidad de pequeños granos de cristal. Aunque cada uno de ellos tiene anisotropía, debido al desorden de su disposición, el cuerpo policristalino en su conjunto pierde su anisotropía.

Cualquier sustancia cristalina se funde y cristaliza en un tiempo estrictamente definido. punto de fusion: hierro - a 1530°, estaño - a 232°, cuarzo - a 1713°, mercurio - a menos 38°.

Las partículas pueden alterar el orden de disposición en un cristal sólo si éste comienza a derretirse.

Mientras haya un orden de partículas, hay una red cristalina, existe un cristal. Si la estructura de las partículas se altera, significa que el cristal se ha derretido, se ha convertido en líquido o se ha evaporado, se ha convertido en vapor.

Cuerpos amorfos

Los cuerpos amorfos no tienen un orden estricto en la disposición de átomos y moléculas (vidrio, resina, ámbar, colofonia).

En cuerpos amorfos se observa isotropía- sus propiedades físicas son las mismas en todas las direcciones.

Bajo influencias externas, los cuerpos amorfos exhiben simultáneamente propiedades elásticas (al impactar, se rompen en pedazos como sólidos) y fluidez (con exposición prolongada, fluyen como líquidos).

A bajas temperaturas, los cuerpos amorfos se parecen a los sólidos en sus propiedades y a altas temperaturas, a líquidos muy viscosos.

Cuerpos amorfos no tienen un punto de fusión específico, y por tanto la temperatura de cristalización.
Cuando se calientan, se ablandan gradualmente.

Los cuerpos amorfos ocupan posición intermedia entre sólidos cristalinos y líquidos.

Misma sustancia Puede presentarse tanto en forma cristalina como no cristalina.

En una sustancia líquida fundida, las partículas se mueven de forma completamente aleatoria.
Si, por ejemplo, derrites azúcar, entonces:

1. Si la masa fundida se solidifica lentamente y con calma, las partículas se agrupan en filas uniformes y se forman cristales. Así se obtiene el azúcar granulada o azúcar en terrones;

2. Si el enfriamiento se produce muy rápidamente, las partículas no tienen tiempo de alinearse en filas regulares y la masa fundida se solidifica de forma no cristalina. Entonces, si viertes azúcar derretida en agua fría o en un platillo muy frío, se forma azúcar cande, azúcar no cristalino.

¡Maravilloso!

Con el tiempo, una sustancia no cristalina puede “degenerar” o, más precisamente, cristalizar, las partículas que contiene se agrupan en filas regulares;

Solo el período es diferente para diferentes sustancias: para el azúcar es de varios meses y para la piedra es de millones de años.

Deje reposar el caramelo tranquilamente durante dos o tres meses. Se cubrirá con una costra suelta. Míralo con lupa: son pequeños cristales de azúcar. El crecimiento de cristales ha comenzado en el azúcar no cristalino. Espere unos meses más y no solo cristalizará la corteza, sino todo el caramelo.

Incluso el vidrio de nuestras ventanas comunes puede cristalizar. El vidrio muy viejo a veces se vuelve completamente turbio porque en él se forma una masa de pequeños cristales opacos.

En las fábricas de vidrio, a veces se forma una “cabra” en el horno, es decir, un bloque de vidrio cristalino. Este vidrio cristalino es muy duradero. Es más fácil destruir un horno que sacar de él una "cabra" rebelde.
Después de estudiarlo, los científicos crearon un material de vidrio nuevo y muy duradero: el vidrio cerámico. Se trata de un material cristalino de vidrio obtenido como resultado de la cristalización volumétrica de vidrio.

¡Curioso!

Pueden existir diferentes formas cristalinas. la misma sustancia.
Por ejemplo, el carbono.

Grafito es carbono cristalino. Las minas de los lápices están hechas de grafito, que deja una marca en el papel cuando se presiona ligeramente. La estructura del grafito está en capas. Las capas de grafito se desplazan fácilmente, por lo que las escamas de grafito se adhieren al papel al escribir.

Pero existe otra forma de carbono cristalino: diamante.

A diferencia de los sólidos cristalinos, en un sólido amorfo no existe un orden estricto en la disposición de las partículas.

Aunque los sólidos amorfos son capaces de mantener su forma, no tienen red cristalina. Se observa un cierto patrón sólo para las moléculas y átomos ubicados en las proximidades. Esta orden se llama cerrar orden . No se repite en todas direcciones y no persiste a largas distancias, como ocurre con los cuerpos cristalinos.

Ejemplos de cuerpos amorfos son el vidrio, el ámbar, las resinas artificiales, la cera, la parafina, la plastilina, etc.

Características de los cuerpos amorfos.

Los átomos en cuerpos amorfos vibran alrededor de puntos ubicados aleatoriamente. Por tanto, la estructura de estos cuerpos se asemeja a la estructura de los líquidos. Pero las partículas que contienen son menos móviles. El tiempo que oscilan alrededor de la posición de equilibrio es mayor que en los líquidos. Los saltos de átomos a otra posición también ocurren con mucha menos frecuencia.

¿Cómo se comportan los sólidos cristalinos cuando se calientan? Comienzan a derretirse a un cierto punto de fusion. Y durante algún tiempo se encuentran simultáneamente en estado sólido y líquido, hasta que toda la sustancia se derrite.

Los sólidos amorfos no tienen un punto de fusión específico. . Cuando se calientan, no se derriten, sino que se ablandan gradualmente.

Coloque un trozo de plastilina cerca del dispositivo calefactor. Después de un tiempo se volverá suave. Esto no sucede instantáneamente, sino a lo largo de un cierto período de tiempo.

Dado que las propiedades de los cuerpos amorfos son similares a las propiedades de los líquidos, se los considera líquidos sobreenfriados con una viscosidad muy alta (líquidos congelados). En condiciones normales no pueden fluir. Pero cuando se calientan, los saltos de átomos en ellos ocurren con mayor frecuencia, la viscosidad disminuye y los cuerpos amorfos se ablandan gradualmente. Cuanto mayor es la temperatura, menor es la viscosidad y gradualmente el cuerpo amorfo se vuelve líquido.

El vidrio ordinario es un cuerpo sólido y amorfo. Se obtiene fundiendo óxido de silicio, soda y cal. Calentando la mezcla a 1400 o C se obtiene una masa líquida vítrea. Cuando se enfría, el vidrio líquido no se solidifica como los cuerpos cristalinos, sino que permanece líquido, cuya viscosidad aumenta y la fluidez disminuye. En condiciones normales nos parece un cuerpo sólido. Pero en realidad es un líquido que tiene una enorme viscosidad y fluidez, tan baja que apenas puede distinguirse con los instrumentos más ultrasensibles.

El estado amorfo de una sustancia es inestable. Con el tiempo, pasa gradualmente de un estado amorfo a un estado cristalino. Este proceso ocurre a diferentes velocidades en diferentes sustancias. Vemos bastones de caramelo cubiertos de cristales de azúcar. Esto no lleva mucho tiempo.

Y para que se formen cristales en el vidrio normal, debe pasar mucho tiempo. Durante la cristalización, el vidrio pierde su fuerza, transparencia, se vuelve turbio y quebradizo.

Isotropía de cuerpos amorfos.

En los sólidos cristalinos, las propiedades físicas varían en diferentes direcciones. Pero en los cuerpos amorfos son iguales en todas direcciones. Este fenómeno se llama isotropía .

Un cuerpo amorfo conduce la electricidad y el calor por igual en todas direcciones y refracta la luz por igual. El sonido también viaja por igual en los cuerpos amorfos en todas direcciones.

Las propiedades de las sustancias amorfas se utilizan en las tecnologías modernas. De particular interés son las aleaciones metálicas que no tienen una estructura cristalina y pertenecen a sólidos amorfos. Se les llama gafas de metal . Sus propiedades físicas, mecánicas, eléctricas y de otro tipo difieren para mejor de las de los metales comunes.

Así, en medicina se utilizan aleaciones amorfas cuya resistencia supera la del titanio. Se utilizan para fabricar tornillos o placas que conectan huesos rotos. A diferencia de los sujetadores de titanio, este material se desintegra gradualmente y es reemplazado con el tiempo por material óseo.

Las aleaciones de alta resistencia se utilizan en la fabricación de herramientas para cortar metales, accesorios, resortes y piezas de mecanismos.

En Japón se ha desarrollado una aleación amorfa con alta permeabilidad magnética. Al usarlo en núcleos de transformadores en lugar de láminas de acero texturizadas de transformadores, las pérdidas por corrientes parásitas se pueden reducir 20 veces.

Los metales amorfos tienen propiedades únicas. Se les llama el material del futuro.

A diferencia de los sólidos cristalinos, en un sólido amorfo no existe un orden estricto en la disposición de las partículas.

Aunque los sólidos amorfos son capaces de mantener su forma, no tienen red cristalina. Se observa un cierto patrón sólo para las moléculas y átomos ubicados en las proximidades. Esta orden se llama cerrar orden . No se repite en todas direcciones y no persiste a largas distancias, como ocurre con los cuerpos cristalinos.

Ejemplos de cuerpos amorfos son el vidrio, el ámbar, las resinas artificiales, la cera, la parafina, la plastilina, etc.

Características de los cuerpos amorfos.

Los átomos en cuerpos amorfos vibran alrededor de puntos ubicados aleatoriamente. Por tanto, la estructura de estos cuerpos se asemeja a la estructura de los líquidos. Pero las partículas que contienen son menos móviles. El tiempo que oscilan alrededor de la posición de equilibrio es mayor que en los líquidos. Los saltos de átomos a otra posición también ocurren con mucha menos frecuencia.

¿Cómo se comportan los sólidos cristalinos cuando se calientan? Comienzan a derretirse a un cierto punto de fusion. Y durante algún tiempo se encuentran simultáneamente en estado sólido y líquido, hasta que toda la sustancia se derrite.

Los sólidos amorfos no tienen un punto de fusión específico. . Cuando se calientan, no se derriten, sino que se ablandan gradualmente.

Coloque un trozo de plastilina cerca del dispositivo calefactor. Después de un tiempo se volverá suave. Esto no sucede instantáneamente, sino a lo largo de un cierto período de tiempo.

Dado que las propiedades de los cuerpos amorfos son similares a las propiedades de los líquidos, se los considera líquidos sobreenfriados con una viscosidad muy alta (líquidos congelados). En condiciones normales no pueden fluir. Pero cuando se calientan, los saltos de átomos en ellos ocurren con mayor frecuencia, la viscosidad disminuye y los cuerpos amorfos se ablandan gradualmente. Cuanto mayor es la temperatura, menor es la viscosidad y gradualmente el cuerpo amorfo se vuelve líquido.

El vidrio ordinario es un cuerpo sólido y amorfo. Se obtiene fundiendo óxido de silicio, soda y cal. Calentando la mezcla a 1400 o C se obtiene una masa líquida vítrea. Cuando se enfría, el vidrio líquido no se solidifica como los cuerpos cristalinos, sino que permanece líquido, cuya viscosidad aumenta y la fluidez disminuye. En condiciones normales nos parece un cuerpo sólido. Pero en realidad es un líquido que tiene una enorme viscosidad y fluidez, tan baja que apenas puede distinguirse con los instrumentos más ultrasensibles.

El estado amorfo de una sustancia es inestable. Con el tiempo, pasa gradualmente de un estado amorfo a un estado cristalino. Este proceso ocurre a diferentes velocidades en diferentes sustancias. Vemos bastones de caramelo cubiertos de cristales de azúcar. Esto no lleva mucho tiempo.

Y para que se formen cristales en el vidrio normal, debe pasar mucho tiempo. Durante la cristalización, el vidrio pierde su fuerza, transparencia, se vuelve turbio y quebradizo.

Isotropía de cuerpos amorfos.

En los sólidos cristalinos, las propiedades físicas varían en diferentes direcciones. Pero en los cuerpos amorfos son iguales en todas direcciones. Este fenómeno se llama isotropía .

Un cuerpo amorfo conduce la electricidad y el calor por igual en todas direcciones y refracta la luz por igual. El sonido también viaja por igual en los cuerpos amorfos en todas direcciones.

Las propiedades de las sustancias amorfas se utilizan en las tecnologías modernas. De particular interés son las aleaciones metálicas que no tienen una estructura cristalina y pertenecen a sólidos amorfos. Se les llama gafas de metal . Sus propiedades físicas, mecánicas, eléctricas y de otro tipo difieren para mejor de las de los metales comunes.

Así, en medicina se utilizan aleaciones amorfas cuya resistencia supera la del titanio. Se utilizan para fabricar tornillos o placas que conectan huesos rotos. A diferencia de los sujetadores de titanio, este material se desintegra gradualmente y es reemplazado con el tiempo por material óseo.

Las aleaciones de alta resistencia se utilizan en la fabricación de herramientas para cortar metales, accesorios, resortes y piezas de mecanismos.

En Japón se ha desarrollado una aleación amorfa con alta permeabilidad magnética. Al usarlo en núcleos de transformadores en lugar de láminas de acero texturizadas de transformadores, las pérdidas por corrientes parásitas se pueden reducir 20 veces.

Los metales amorfos tienen propiedades únicas. Se les llama el material del futuro.

>>Física: Cuerpos amorfos

No todos los sólidos son cristales. Hay muchos cuerpos amorfos. ¿En qué se diferencian de los cristales?
Los cuerpos amorfos no tienen un orden estricto en la disposición de los átomos. Sólo los átomos vecinos más cercanos están dispuestos en algún orden. Pero en los cuerpos amorfos no existe una repetibilidad estricta en todas las direcciones del mismo elemento estructural, característica de los cristales.
En cuanto a la disposición de los átomos y su comportamiento, los cuerpos amorfos son similares a los líquidos.
A menudo, la misma sustancia se puede encontrar tanto en estado cristalino como amorfo. Por ejemplo, el cuarzo SiO 2 puede estar en forma cristalina o amorfa (sílice). La forma cristalina del cuarzo se puede representar esquemáticamente como una red de hexágonos regulares ( Figura 12.6, a). La estructura amorfa del cuarzo también tiene apariencia de red, pero de forma irregular. Junto con los hexágonos, contiene pentágonos y heptágonos ( Figura 12.6, b).
Propiedades de los cuerpos amorfos. Todos los cuerpos amorfos son isotrópicos, es decir, sus propiedades físicas son las mismas en todas direcciones. Los cuerpos amorfos incluyen vidrio, resina, colofonia, azúcar cande, etc.
Bajo influencias externas, los cuerpos amorfos exhiben propiedades elásticas, como los sólidos, y fluidez, como los líquidos. Así, bajo impactos de corta duración (impactos), se comportan como cuerpos sólidos y, bajo un fuerte impacto, se rompen en pedazos. Pero con una exposición muy prolongada, los cuerpos amorfos fluyen. Puedes comprobarlo por ti mismo si tienes paciencia. Siga el trozo de resina que yace sobre una superficie dura. Poco a poco la resina se esparce sobre él y cuanto mayor es la temperatura de la resina, más rápido sucede.
Los átomos o moléculas de cuerpos amorfos, como las moléculas de un líquido, tienen un cierto tiempo de "vida estable": el tiempo de oscilaciones alrededor de la posición de equilibrio. Pero a diferencia de los líquidos, este tiempo es muy largo.
Entonces, para var en t= 20°C el tiempo de “vida asentada” es de aproximadamente 0,1 s. En este sentido, los cuerpos amorfos están cerca de los cristalinos, ya que los saltos de átomos de una posición de equilibrio a otra ocurren relativamente raramente.
Los cuerpos amorfos a bajas temperaturas se parecen a los sólidos en sus propiedades. Casi no tienen fluidez, pero a medida que aumenta la temperatura se van ablandando y sus propiedades se acercan cada vez más a las propiedades de los líquidos. Esto sucede porque a medida que aumenta la temperatura, los saltos de átomos de una posición de equilibrio a otra se vuelven gradualmente más frecuentes. Cierto punto de fusión Los cuerpos amorfos, a diferencia de los cristalinos, no lo hacen.
Cristales líquidos. En la naturaleza existen sustancias que poseen simultáneamente las propiedades básicas de un cristal y de un líquido, es decir, anisotropía y fluidez. Este estado de la materia se llama Cristal liquido. Los cristales líquidos son básicamente sustancias orgánicas cuyas moléculas tienen forma de placa plana o de hilo largo.
Consideremos el caso más simple, cuando un cristal líquido está formado por moléculas en forma de hilos. Estas moléculas están ubicadas paralelas entre sí, pero están desplazadas aleatoriamente, es decir, el orden, a diferencia de los cristales ordinarios, existe solo en una dirección.
Durante el movimiento térmico, los centros de estas moléculas se mueven aleatoriamente, pero la orientación de las moléculas no cambia y permanecen paralelas a sí mismas. La orientación molecular estricta no existe en todo el volumen del cristal, sino en pequeñas regiones llamadas dominios. La refracción y reflexión de la luz ocurre en los límites de los dominios, razón por la cual los cristales líquidos son opacos. Sin embargo, en una capa de cristal líquido colocada entre dos placas delgadas, cuya distancia es de 0,01 a 0,1 mm, con depresiones paralelas de 10 a 100 nm, todas las moléculas serán paralelas y el cristal se volverá transparente. Si se aplica voltaje eléctrico a algunas áreas del cristal líquido, se altera el estado del cristal líquido. Estas zonas se vuelven opacas y comienzan a brillar, mientras que las zonas sin tensión permanecen oscuras. Este fenómeno se utiliza en la creación de pantallas de televisión de cristal líquido. Cabe señalar que la pantalla en sí consta de una gran cantidad de elementos y el circuito de control electrónico de dicha pantalla es extremadamente complejo.
Física del estado sólido. La humanidad siempre ha utilizado y seguirá utilizando sólidos. Pero si antes la física del estado sólido iba a la zaga del desarrollo de la tecnología basada en la experiencia directa, ahora la situación ha cambiado. La investigación teórica conduce a la creación de sólidos cuyas propiedades son completamente inusuales.
Sería imposible obtener tales órganos mediante prueba y error. La creación de transistores, que se analizará más adelante, es un ejemplo sorprendente de cómo la comprensión de la estructura de los sólidos condujo a una revolución en toda la ingeniería de radio.
La obtención de materiales con propiedades mecánicas, magnéticas, eléctricas y de otro tipo específicas es una de las principales direcciones de la física moderna del estado sólido. Aproximadamente la mitad de los físicos del mundo trabajan actualmente en esta área de la física.
Los sólidos amorfos ocupan una posición intermedia entre los sólidos cristalinos y los líquidos. Sus átomos o moléculas están dispuestos en orden relativo. Comprender la estructura de los sólidos (cristalinos y amorfos) le permite crear materiales con las propiedades deseadas.

???
1. ¿En qué se diferencian los cuerpos amorfos de los cristalinos?
2. Da ejemplos de cuerpos amorfos.
3. ¿Habría surgido la profesión de soplador de vidrio si el vidrio hubiera sido un sólido cristalino en lugar de amorfo?

G.Ya.Myakishev, B.B.Bukhovtsev, N.N.Sotsky, Física, décimo grado

Si tiene correcciones o sugerencias para esta lección,