Propriétés des corps amorphes des corps amorphes. Corps amorphes

Le terme « amorphe » est traduit littéralement du grec par « pas une forme », « pas une forme ». De telles substances n'ont pas de structure cristalline ; elles ne subissent pas de division pour former des faces cristallines. En règle générale, un corps amorphe est isotrope, c'est-à-dire qu'il propriétés physiques indépendant de la direction influence externe.

Au cours d'une certaine période de temps (mois, semaines, jours), des corps amorphes individuels peuvent se transformer spontanément en un état cristallin. Par exemple, vous pouvez observer comment le miel ou le sucre candi perd sa transparence après un certain temps. Dans de tels cas, on dit généralement que les produits sont « confits ». Dans le même temps, en ramassant le miel confit avec une cuillère ou en cassant un bonbon, vous pouvez effectivement observer les cristaux de sucre formés, qui existaient auparavant sous une forme amorphe.

Une telle cristallisation spontanée des substances indique divers degrés stabilité des États. Ainsi, un corps amorphe est moins stable.

Les solides se caractérisent par une forme et un volume constants et sont divisés en cristallins et amorphes.

Corps de cristal

Pour chaque chimique, situé dans état cristallin, correspond à un certain réseau cristallin, qui précise les propriétés physiques du cristal.

Saviez-vous?
Il y a de nombreuses années, à Saint-Pétersbourg, dans l'un des entrepôts non chauffés, il y avait d'importants stocks de boutons brillants en étain blanc. Et soudain, ils ont commencé à s'assombrir, à perdre leur éclat et à se réduire en poudre. En quelques jours, les montagnes de boutons se sont transformées en un tas de poudre grise. "La peste de l'étain"- c'est ainsi qu'on appelait cette «maladie» de l'étain blanc.
Et ce n’était qu’un réarrangement de l’ordre des atomes dans les cristaux d’étain. L'étain, passant du blanc au gris, s'effrite en poudre.
Blanc et étain gris- ce sont des cristaux d'étain, mais à basse température, leur structure cristalline change et, par conséquent, les propriétés physiques de la substance changent.

Les cristaux peuvent avoir forme différente et sont limités aux bords plats.

Dans la nature il y a :
UN) monocristaux- ce sont des monocristaux homogènes ayant la forme polygones réguliers et ayant un réseau cristallin continu

Monocristaux sel de table:

b) polycristaux- ce sont des corps cristallins fusionnés à partir de petits cristaux situés de manière chaotique.
Majorité solides a une structure polycristalline (métaux, pierres, sable, sucre).

Polycristaux de bismuth :

Anisotropie des cristaux

Dans les cristaux, on observe anisotropie- dépendance des propriétés physiques (résistance mécanique, conductivité électrique, conductivité thermique, réfraction et absorption de la lumière, diffraction, etc.) sur la direction à l'intérieur du cristal.

L'anisotropie est observée principalement dans les monocristaux.

Dans les polycristaux (par exemple dans un gros morceau de métal), l'anisotropie n'apparaît pas à l'état normal.
Les polycristaux sont constitués de grande quantité petits grains de cristaux. Bien que chacun d'eux présente une anisotropie, du fait du désordre de leur disposition, le corps polycristallin dans son ensemble perd son anisotropie.

N'importe lequel substance cristalline fond et cristallise à un moment strictement défini point de fusion: fer - à 1530°, étain - à 232°, quartz - à 1713°, mercure - à moins 38°.

Les particules ne peuvent perturber l’ordre de disposition d’un cristal que si celui-ci commence à fondre.

Tant qu’il y a un ordre de particules, il y a un réseau cristallin, un cristal existe. Si la structure des particules est perturbée, cela signifie que le cristal a fondu - s'est transformé en liquide, ou s'est évaporé - s'est transformé en vapeur.

Corps amorphes

Les corps amorphes n'ont pas ordre strict dans la disposition des atomes et des molécules (verre, résine, ambre, colophane).

Dans les corps amorphes, on observe isotropie- leurs propriétés physiques sont les mêmes dans toutes les directions.

Sous des influences extérieures, les corps amorphes présentent simultanément propriétés élastiques (lorsqu'ils sont impactés, ils se brisent en morceaux comme des solides) et fluidité (en cas d'exposition prolongée, ils s'écoulent comme des liquides).

À basses températures les corps amorphes ressemblent aux corps solides dans leurs propriétés, et quand hautes températures- semblable aux liquides très visqueux.

Corps amorphes n'ont pas de point de fusion spécifique, et donc la température de cristallisation.
Lorsqu'ils sont chauffés, ils ramollissent progressivement.

Les corps amorphes occupent position intermédiaire entre les solides cristallins et les liquides.

Même substance peut se présenter sous forme cristalline et non cristalline.

Dans la fusion liquide d'une substance, les particules se déplacent de manière complètement aléatoire.
Si, par exemple, vous faites fondre du sucre, alors :

1. Si la masse fondue se solidifie lentement et calmement, les particules se rassemblent en rangées égales et des cristaux se forment. Il s'avère donc Sucre en poudre ou du sucre en morceaux ;

2. si le refroidissement se produit très rapidement, alors les particules n'ont pas le temps de s'aligner en rangées régulières et la masse fondue se solidifie de manière non cristalline. Donc, si vous versez du sucre fondu dans eau froide ou sur une soucoupe très froide, du sucre candi, du sucre non cristallin, se forme.

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Au fil du temps, une substance non cristalline peut « dégénérer », ou plus précisément cristalliser ; les particules qu’elle contient se rassemblent en rangées régulières.

Seule la période est différente selon les substances : pour le sucre, elle est de plusieurs mois, et pour la pierre, de millions d'années.

Laissez le bonbon reposer tranquillement pendant deux ou trois mois. Il se couvrira d'une croûte lâche. Regardez-le à la loupe : c'est petits cristaux Sahara. La croissance cristalline a commencé dans le sucre non cristallin. Attendez encore quelques mois - et non seulement la croûte, mais tout le bonbon cristallisera.

Même nos vitres ordinaires peuvent se cristalliser. Les très vieux verres deviennent parfois complètement troubles car une masse de petits cristaux opaques s’y forme.

Dans les verreries, il arrive parfois qu'une « chèvre » se forme dans le four, c'est-à-dire un bloc de verre cristallin. Ce verre de cristal est très résistant. Il est plus facile de détruire un four que d’en faire tomber une « chèvre » tenace.
Après l'avoir étudié, les scientifiques ont créé un nouveau matériau de verre très résistant : le verre céramique. Il s'agit d'un matériau verre-cristallin obtenu à la suite d'une cristallisation volumétrique du verre.

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Différentes formes cristallines peuvent exister la même substance.
Par exemple, le carbone.

Graphite est du carbone cristallin. Les mines de crayon sont fabriquées à partir de graphite, qui laisse une marque sur le papier lorsqu'on appuie légèrement. La structure du graphite est en couches. Les couches de graphite se déplacent facilement, de sorte que les flocons de graphite collent au papier lors de l'écriture.

Mais il existe une autre forme de carbone cristallin : diamant.

Structure corps amorphes. Recherche utilisant microscope électronique Et radiographies indiquent que dans les corps amorphes, il n'y a pas d'ordre strict dans la disposition de leurs particules. Contrairement aux cristaux, où il y a commande à long terme dans l'arrangement des particules, dans la structure des corps amorphes il y a fermer la commande. Cela signifie qu'un certain ordre de disposition des particules n'est préservé qu'à proximité de chaque particule individuelle(voir l'image).

La partie supérieure de la figure montre la disposition des particules dans le quartz cristallin, la partie inférieure montre la forme amorphe d'existence du quartz. Ces substances sont constituées des mêmes particules - des molécules d'oxyde de silicium SiO2.

Comme les particules de n'importe quel corps, les particules de corps amorphes fluctuent de manière continue et aléatoire et, plus souvent que les particules de cristaux, peuvent sauter d'un endroit à l'autre. Ceci est facilité par le fait que les particules de corps amorphes sont situées de manière inégalement dense - à certains endroits, il existe des espaces relativement grands entre leurs particules. Cependant, ce n'est pas la même chose que les « postes vacants » dans les cristaux (voir § 7).

Cristallisation de corps amorphes. Au fil du temps (semaines, mois), certains corps amorphes spontanément se transformer en un état cristallin. Par exemple, les bonbons au sucre ou le miel laissés seuls pendant plusieurs mois deviennent opaques. Dans ce cas, le miel et les bonbons sont dits « confits ». En cassant un bonbon confit ou en ramassant du miel avec une cuillère, on va effectivement assister à la formation de cristaux de sucre qui existaient auparavant à l'état amorphe.

La cristallisation spontanée des corps amorphes indique que L'état cristallin d'une substance est plus stable que l'état amorphe. MKT l'explique de cette façon. Les forces répulsives des « voisins » obligent les particules du corps amorphe à se déplacer préférentiellement là où se trouvent les grands espaces. En conséquence, un arrangement plus ordonné des particules se produit, c'est-à-dire qu'une cristallisation se produit.

Vérifie toi-même:

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16. Comment comprenons-nous le terme « ordre à courte portée » dans l’arrangement des particules d’un corps amorphe ?
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18. Quelle est la nature du mouvement des particules d’un corps amorphe ?
19. Quelle est la nature de l’arrangement des particules d’un corps amorphe ?
20. Que peut-il arriver aux corps amorphes au fil du temps ?
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22. Pourquoi pensons-nous que l’état cristallin d’une substance est plus stable que l’état amorphe ?
23. Comment le MCT explique-t-il la cristallisation indépendante de certains corps amorphes ?

La plupart des substances présentes dans le climat tempéré de la Terre sont à l'état solide. Les solides conservent non seulement leur forme, mais aussi leur volume.

En fonction de la nature de la disposition relative des particules, les solides sont divisés en trois types : cristallins, amorphes et composites.

Corps amorphes. Des exemples de corps amorphes comprennent le verre, diverses résines durcies (ambre), les plastiques, etc. Si un corps amorphe est chauffé, il se ramollit progressivement et la transition vers un état liquide prend une plage de température importante.

La similitude avec les liquides s'explique par le fait que les atomes et les molécules des corps amorphes, comme les molécules liquides, ont une durée de « vie réglée ». Il n'y a pas de point de fusion spécifique, les corps amorphes peuvent donc être considérés comme des liquides surfondus à très haute viscosité. L'absence d'ordre à longue distance dans la disposition des atomes des corps amorphes conduit au fait qu'une substance à l'état amorphe a une densité plus faible qu'à l'état cristallin.

Le désordre dans la disposition des atomes des corps amorphes conduit au fait que la distance moyenne entre les atomes dans différentes directions est la même, ils sont donc isotropes, c'est-à-dire que toutes les propriétés physiques (mécaniques, optiques, etc.) ne dépendent pas de la direction de l’influence extérieure. Les signes d'un corps amorphe sont forme irrégulière surfaces fracturées. Les corps amorphes, après une longue période de temps, changent encore de forme sous l'influence de la gravité. Cela les fait ressembler à des liquides. À mesure que la température augmente, ce changement de forme se produit plus rapidement. L'état amorphe est instable, une transition se produit état amorphe en cristallin. (Le verre devient trouble.)

Corps cristallins. S’il existe une périodicité dans la disposition des atomes (ordre à longue distance), le solide est cristallin.

Si vous examinez les grains de sel avec une loupe ou un microscope, vous remarquerez qu'ils sont limités par des bords plats. La présence de telles faces est le signe d’un état cristallin.

Un corps constitué d’un seul cristal est appelé un monocristal. La plupart des corps cristallins sont constitués de nombreux petits cristaux situés au hasard et qui ont grandi ensemble. De tels corps sont appelés polycristaux. Un morceau de sucre est un corps polycristallin. Cristaux diverses substances avoir des formes variées. Les tailles des cristaux sont également variées. La taille des cristaux polycristallins peut changer avec le temps. Les petits cristaux de fer se transforment en gros, ce processus est accéléré par les impacts et les chocs, il se produit dans les ponts en acier, les rails de chemin de fer, etc., ce qui entraîne une diminution de la résistance de la structure avec le temps.

Tant de corps sont identiques composition chimiqueà l'état cristallin, selon les conditions, ils peuvent exister en deux ou plusieurs variétés. Cette propriété est appelée polymorphisme. La glace a jusqu'à dix modifications connues. Polymorphisme du carbone - graphite et diamant.

Une propriété essentielle d'un monocristal est l'anisotropie - la dissemblance de ses propriétés (électriques, mécaniques, etc.) dans différentes directions.

Les corps polycristallins sont isotropes, c'est-à-dire qu'ils présentent propriétés identiques dans tous les sens. Ceci s'explique par le fait que les cristaux qui composent le corps polycristallin sont orientés de manière aléatoire les uns par rapport aux autres. En conséquence, aucune des directions n’est différente des autres.

Des matériaux composites ont été créés propriétés mécaniques qui sont supérieurs matériaux naturels. Matériaux composites (composites) se composent d'une matrice et de charges. Des matériaux polymères, métalliques, carbonés ou céramiques sont utilisés comme matrice. Les charges peuvent être constituées de moustaches, de fibres ou de fils. Les matériaux composites comprennent notamment le béton armé et la ferrographite.

Le béton armé est l'un des principaux types de matériaux de construction. C'est une combinaison de béton et d'armature en acier.

Le fer-graphite est un matériau céramo-métallique composé de fer (95 à 98 %) et de graphite (2 à 5 %). Des roulements et des bagues pour divers composants et mécanismes de machines en sont fabriqués.

La fibre de verre est également un matériau composite, qui est un mélange de fibres de verre et de résine durcie.

Les os humains et animaux sont un matériau composite constitué de deux composants complètement différents : le collagène et la matière minérale.

Contrairement aux solides cristallins, il n’y a pas d’ordre strict dans la disposition des particules dans un solide amorphe.

Bien que les solides amorphes soient capables de conserver leur forme, réseau cristallin Ils n’en ont pas. Un certain modèle n'est observé que pour les molécules et les atomes situés à proximité. Cet ordre s'appelle clôturer la commande . Il n'est pas répété dans toutes les directions et n'est pas stocké dans longues distances, comme les corps cristallins.

Des exemples de corps amorphes sont le verre, l'ambre, les résines artificielles, la cire, la paraffine, la pâte à modeler, etc.

Caractéristiques des corps amorphes

Les atomes des corps amorphes vibrent autour de points situés au hasard. La structure de ces corps ressemble donc à celle des liquides. Mais les particules qu'ils contiennent sont moins mobiles. Le temps pendant lequel ils oscillent autour de la position d’équilibre est plus long que dans les liquides. Les sauts d’atomes vers une autre position se produisent également beaucoup moins fréquemment.

Comment les solides cristallins se comportent-ils lorsqu’ils sont chauffés ? Ils commencent à fondre à un certain point de fusion. Et depuis quelque temps, ils sont simultanément en solide et état liquide jusqu'à ce que toute la substance fonde.

Les solides amorphes n'ont pas de point de fusion spécifique . Lorsqu'ils sont chauffés, ils ne fondent pas, mais ramollissent progressivement.

Placez un morceau de pâte à modeler près de l'appareil de chauffage. Après un certain temps, il deviendra mou. Cela ne se produit pas instantanément, mais sur une certaine période de temps.

Étant donné que les propriétés des corps amorphes sont similaires à celles des liquides, ils sont considérés comme des liquides surfondus à très haute viscosité (liquides gelés). Dans des conditions normales, ils ne peuvent pas circuler. Mais lorsqu'ils sont chauffés, les sauts d'atomes se produisent plus souvent, la viscosité diminue et les corps amorphes se ramollissent progressivement. Plus la température est élevée, plus la viscosité est faible et progressivement le corps amorphe devient liquide.

Le verre ordinaire est un corps solide amorphe. Il est obtenu par fusion d'oxyde de silicium, de soude et de chaux. En chauffant le mélange à 1400°C, on obtient une masse liquide vitreuse. Lors du refroidissement verre liquide ne se solidifie pas comme les corps cristallins, mais reste un liquide dont la viscosité augmente et la fluidité diminue. Dans des conditions normales, il nous apparaît comme un corps solide. Mais en réalité, il s’agit d’un liquide d’une viscosité et d’une fluidité énormes, si faibles qu’il peut à peine être distingué par les instruments les plus ultrasensibles.

L'état amorphe d'une substance est instable. Au fil du temps, il passe progressivement d’un état amorphe à un état cristallin. Ce processus se produit dans différentes substances avec à différentes vitesses. Nous voyons des cannes de bonbon se couvrir de cristaux de sucre. Cela ne prend pas beaucoup de temps.

Et pour que des cristaux se forment dans le verre ordinaire, il faut beaucoup de temps. Lors de la cristallisation, le verre perd de sa résistance, de sa transparence, devient trouble et cassant.

Isotropie des corps amorphes

Dans les solides cristallins, les propriétés physiques varient dans différentes directions. Mais dans les corps amorphes, ils sont les mêmes dans toutes les directions. Ce phénomène est appelé isotropie .

Un corps amorphe conduit l’électricité et la chaleur de manière égale dans toutes les directions et réfracte la lumière de manière égale. Le son se propage également dans les corps amorphes dans toutes les directions.

Propriétés substances amorphes utilisé dans technologies modernes. Un intérêt particulier provoquer des alliages métalliques qui n'ont pas structure en cristal et appartiennent aux solides amorphes. Elles sont appelées lunettes en métal . Leurs propriétés physiques, mécaniques, électriques et autres diffèrent en mieux de celles des métaux ordinaires.

Ainsi, en médecine, on utilise des alliages amorphes dont la résistance dépasse celle du titane. Ils sont utilisés pour fabriquer des vis ou des plaques qui relient les os brisés. Contrairement aux attaches en titane, ce matériau se désintègre progressivement et est remplacé au fil du temps par de la matière osseuse.

Les alliages à haute résistance sont utilisés dans la fabrication d'outils de coupe de métaux, de raccords, de ressorts et de pièces de mécanisme.

Un alliage amorphe à haute perméabilité magnétique a été développé au Japon. En l'utilisant dans les noyaux de transformateur au lieu de tôles d'acier texturées pour transformateur, il est possible de réduire les pertes de courants de Foucault 20 fois.

Les métaux amorphes ont des propriétés uniques. On les appelle le matériau du futur.