Cuerpos amorfos propiedades de los cuerpos amorfos. Cuerpos amorfos

El término "amorfo" se traduce literalmente del griego como "no es una forma", "no es una forma". Estas sustancias no tienen una estructura cristalina; no se dividen para formar caras cristalinas. Como regla general, un cuerpo amorfo es isotrópico, es decir, propiedades físicas independiente de la dirección influencia externa.

Durante un cierto período de tiempo (meses, semanas, días), los cuerpos amorfos individuales pueden transformarse espontáneamente en un estado cristalino. Por ejemplo, se puede observar cómo la miel o el azúcar cande pierden su transparencia con el tiempo. En estos casos suelen decir que los productos están “confitados”. Al mismo tiempo, al recoger la miel confitada con una cuchara o al romper un caramelo, se pueden observar los cristales de azúcar formados, que antes existían en forma amorfa.

Tal cristalización espontánea de sustancias indica grados variables estabilidad de los estados. Por tanto, un cuerpo amorfo es menos estable.

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

Cuerpos cristalinos

A cada químico, situado en estado cristalino, corresponde a una determinada red cristalina, que especifica 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 blanco como estaño gris- Estos 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 forma diferente y se limitan a bordes planos.

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

Monocristales sal de mesa:

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

Policristales de bismuto:

Anisotropía de cristales

En 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 consisten en gran cantidad 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 a una velocidad estrictamente definida. 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 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).

En temperaturas bajas Los cuerpos amorfos se parecen a los cuerpos sólidos en sus propiedades, y cuando altas temperaturas- similar 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 juntan en filas uniformes y se forman cristales. Entonces resulta azúcar granulada o terrones de azúcar;

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 cristalina.

¡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: esto es pequeños cristales Sáhara. 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 cristal 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- Este 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.

Estructura cuerpos amorfos. Investigación usando microscopio electrónico Y rayos X indican que en los cuerpos amorfos no existe un orden estricto en la disposición de sus partículas. A diferencia de los cristales, donde hay orden de largo alcance en la disposición de las partículas, en la estructura de los cuerpos amorfos hay orden de cierre. Esto significa que un cierto orden de la disposición de las partículas se conserva sólo cerca de cada partícula individual(ver imagen).

La parte superior de la figura muestra la disposición de las partículas en el cuarzo cristalino, la parte inferior muestra la forma amorfa de existencia del cuarzo. Estas sustancias constan de las mismas partículas: moléculas de óxido de silicio SiO2.

Como partículas de cualquier cuerpo, Las partículas de cuerpos amorfos fluctúan de forma continua y aleatoria y, más a menudo que las partículas de cristales, pueden saltar de un lugar a otro. Esto se ve facilitado por el hecho de que las partículas de los cuerpos amorfos están ubicadas con una densidad desigual; en algunos lugares hay espacios relativamente grandes entre sus partículas. Sin embargo, esto no es lo mismo que las “vacantes” en los cristales (ver § 7).

Cristalización de cuerpos amorfos. Con el tiempo (semanas, meses), algunos cuerpos amorfos espontáneamente transformarse en un estado cristalino. Por ejemplo, los caramelos de azúcar o la miel que se dejan reposar durante varios meses se vuelven opacos. En este caso, se dice que la miel y los dulces están “confitados”. Al romper un caramelo confitado o recoger miel con una cuchara, veremos cómo se forman cristales de azúcar que antes existían en estado amorfo.

La cristalización espontánea de cuerpos amorfos indica que El estado cristalino de una sustancia es más estable que el amorfo. MKT lo explica de esta manera. Las fuerzas repulsivas de los “vecinos” obligan a las partículas del cuerpo amorfo a moverse preferentemente hacia donde hay grandes espacios. Como resultado, se produce una disposición más ordenada de las partículas, es decir, se produce la cristalización.

Compruébalo tú mismo:

1. El propósito de este párrafo es presentar...
2. Cual características comparativas¿Le dimos a los cuerpos amorfos?
3. Para el experimento utilizamos los siguientes equipos y materiales: ...
4. Durante la preparación para el experimento, nosotros...
5. ¿Qué veremos durante el experimento?
6. ¿Cuál es el resultado del experimento con una vela de estearina y un trozo de plastilina?
7. A diferencia de los cuerpos amorfos, los cuerpos cristalinos...
8. Cuando un cuerpo cristalino se derrite...
9. A diferencia de los cuerpos cristalinos, los amorfos...
10. Los cuerpos amorfos incluyen cuerpos para los cuales...
11. ¿Qué hace que los cuerpos amorfos parezcan líquidos? Ellos...
12. Describe el inicio del experimento para confirmar la fluidez de los cuerpos amorfos.
13. Describe el resultado del experimento para confirmar la fluidez de los cuerpos amorfos.
14. Formule una conclusión a partir de la experiencia.
15. ¿Cómo sabemos que los cuerpos amorfos no tienen un orden estricto en la disposición de sus partículas?
16. ¿Cómo entendemos el término “orden de corto alcance” en la disposición de las partículas de un cuerpo amorfo?
17. Las mismas moléculas de óxido de silicio se encuentran tanto en cristalino como...
18. ¿Cuál es la naturaleza del movimiento de las partículas de un cuerpo amorfo?
19. ¿Cuál es la naturaleza de la disposición de las partículas de un cuerpo amorfo?
20. ¿Qué les puede pasar a los cuerpos amorfos con el tiempo?
21. ¿Cómo puedes estar seguro de que hay policristales de azúcar en los dulces o en la miel confitada?
22. ¿Por qué pensamos que el estado cristalino de una sustancia es más estable que el amorfo?
23. ¿Cómo explica MCT la cristalización independiente de algunos cuerpos amorfos?

La mayoría de las sustancias del clima templado de la Tierra se encuentran en estado sólido. Los sólidos conservan no sólo su forma, sino también su volumen.

Según la naturaleza de la disposición relativa de las partículas, los sólidos se dividen en tres tipos: cristalinos, amorfos y compuestos.

Cuerpos amorfos. Ejemplos de cuerpos amorfos incluyen vidrio, diversas resinas endurecidas (ámbar), plásticos, etc. Si un cuerpo amorfo se calienta, se ablanda gradualmente y la transición a un estado líquido requiere un rango de temperatura significativo.

La similitud con los líquidos se explica por el hecho de que los átomos y moléculas de cuerpos amorfos, al igual que las moléculas líquidas, tienen un tiempo de "vida fija". No existe un punto de fusión específico, por lo que los cuerpos amorfos pueden considerarse líquidos sobreenfriados con una viscosidad muy alta. La ausencia de un orden de largo alcance en la disposición de los átomos de los cuerpos amorfos conduce al hecho de que una sustancia en estado amorfo tiene una densidad menor que en estado cristalino.

El desorden en la disposición de los átomos de los cuerpos amorfos lleva a que la distancia promedio entre átomos en diferentes direcciones sea la misma, por lo tanto son isotrópicos, es decir, todas las propiedades físicas (mecánicas, ópticas, etc.) no dependen de la dirección de la influencia externa. Los signos de un cuerpo amorfo son Forma irregular superficies fracturadas. Los cuerpos amorfos después de un largo período de tiempo todavía cambian de forma bajo la influencia de la gravedad. Esto los hace parecer líquidos. A medida que aumenta la temperatura, este cambio de forma se produce más rápido. El estado amorfo es inestable, se produce una transición. estado amorfo en cristalino. (El vaso se vuelve turbio).

Cuerpos cristalinos. Si hay periodicidad en la disposición de los átomos (orden de largo alcance), el sólido es cristalino.

Si examina los granos de sal con una lupa o un microscopio, notará que están limitados por bordes planos. La presencia de tales caras es señal de estar en estado cristalino.

Un cuerpo que es un cristal se llama monocristal. La mayoría de los cuerpos cristalinos constan de muchos pequeños cristales ubicados al azar que han crecido juntos. Estos cuerpos se denominan policristales. Un trozo de azúcar es un cuerpo policristalino. Cristales varias sustancias tener una variedad de formas. Los tamaños de los cristales también son variados. Los tamaños de los cristales policristalinos pueden cambiar con el tiempo. Los pequeños cristales de hierro se convierten en grandes, este proceso se acelera con impactos y choques, ocurre en puentes de acero, vías de ferrocarril, etc., por lo que la resistencia de la estructura disminuye con el tiempo.

Tantos cuerpos son iguales composición química en estado cristalino, dependiendo de las condiciones, pueden existir en dos o más variedades. Esta propiedad se llama polimorfismo. El hielo tiene hasta diez modificaciones conocidas. Polimorfismo del carbono: grafito y diamante.

Una propiedad esencial de un monocristal es la anisotropía: la diferencia de sus propiedades (eléctricas, mecánicas, etc.) en diferentes direcciones.

Los cuerpos policristalinos son isotrópicos, es decir, exhiben propiedades idénticas en todas direcciones. Esto se explica por el hecho de que los cristales que forman un cuerpo policristalino están orientados aleatoriamente entre sí. Como resultado, ninguna de las direcciones es diferente de las demás.

Se han creado materiales compuestos. propiedades mecánicas cuales son superiores materiales naturales. Materiales compuestos (composites) Consisten en una matriz y rellenos. Como matriz se utilizan materiales poliméricos, metálicos, de carbono o cerámicos. Las cargas pueden consistir en bigotes, fibras o alambres. En particular, los materiales compuestos incluyen hormigón armado y ferrografito.

El hormigón armado es uno de los principales tipos de materiales de construcción. Es una combinación de refuerzo de hormigón y acero.

El hierro-grafito es un material metalocerámico compuesto por hierro (95-98%) y grafito (2-5%). A partir de él se fabrican cojinetes y casquillos para diversos componentes y mecanismos de máquinas.

La fibra de vidrio también es un material compuesto, que es una mezcla de fibras de vidrio y resina endurecida.

Los huesos humanos y animales son un material compuesto que consta de dos componentes completamente diferentes: colágeno y materia mineral.

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, red cristalina No lo tienen. 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 las direcciones y no se almacena en largas distancias, como 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 están simultáneamente en estado sólido y estado liquido hasta que toda la sustancia se derrita.

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. Al enfriar vidrio liquido 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 en diferentes sustancias con a diferentes velocidades. 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.

Propiedades sustancias amorfas utilizada en tecnologías modernas. Interés especial causan aleaciones metálicas que no tienen estructura cristalina y pertenecen a sólidos amorfos. Se les llama gafas metalicas . 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 para transformadores, es posible reducir las pérdidas en corrientes parásitas 20 veces.

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