Skirtingai nuo kristalinių kietųjų medžiagų, dalelių išdėstymo amorfinėje kietoje medžiagoje nėra griežtos tvarkos.
Nors amorfinės kietosios medžiagos gali išlaikyti savo formą, jos neturi kristalinės gardelės. Tam tikras modelis stebimas tik netoliese esančioms molekulėms ir atomams. Šis įsakymas vadinamas uždaryti tvarką . Jis nesikartoja visomis kryptimis ir nėra saugomas dideli atstumai, kaip kristaliniai kūnai.
Amorfinių kūnų pavyzdžiai yra stiklas, gintaras, dirbtinės dervos, vaškas, parafinas, plastilinas ir kt.
Amorfinių kūnų ypatybės
Amorfinių kūnų atomai vibruoja aplink atsitiktinai išdėstytus taškus. Todėl šių kūnų sandara primena skysčių struktūrą. Tačiau juose esančios dalelės yra mažiau judrios. Laikas, kai jie svyruoja aplink pusiausvyros padėtį, yra ilgesnis nei skysčiuose. Atomų peršokimai į kitą padėtį taip pat vyksta daug rečiau.
Kaip kaitinamos kristalinės kietosios medžiagos? Jie pradeda tirpti tam tikru momentu lydymosi temperatūra. Ir kurį laiką jie vienu metu būna kietoje ir skystoje būsenoje, kol visa medžiaga išsilydo.
Amorfinės kietosios medžiagos neturi konkrečios lydymosi temperatūros . Kaitinant jie netirpsta, o palaipsniui minkštėja.
Prie šildymo prietaiso padėkite plastilino gabalėlį. Po kurio laiko jis taps minkštas. Tai įvyksta ne iš karto, o per tam tikrą laikotarpį.
Kadangi amorfinių kūnų savybės yra panašios į skysčių savybes, jie laikomi peršaldytais skysčiais, kurių klampumas yra labai didelis (užšaldyti skysčiai). Normaliomis sąlygomis jie negali tekėti. Tačiau kaitinant juose dažniau įvyksta atomų šuoliai, mažėja klampumas, o amorfiniai kūnai pamažu minkštėja. Kuo aukštesnė temperatūra, tuo mažesnis klampumas ir palaipsniui amorfinis kūnas tampa skystas.
Paprastas stiklas yra kietas amorfinis kūnas. Jis gaunamas lydant silicio oksidą, soda ir kalkes. Kaitinant mišinį iki 1400 o C, gaunama skysta stiklinė masė. Atvėsus skystas stiklas nesustingsta kaip kristaliniai kūnai, o lieka skystis, kurio klampumas didėja, o skystumas mažėja. Normaliomis sąlygomis jis mums atrodo kaip tvirtas kūnas. Tačiau iš tikrųjų tai yra skystis, kurio klampumas ir sklandumas yra didžiulis, toks mažas, kad jį vargu ar galima atskirti itin jautriais prietaisais.
Medžiagos amorfinė būsena yra nestabili. Laikui bėgant ji iš amorfinės būsenos palaipsniui virsta kristaline. Šis procesas vyksta įvairiose medžiagose su skirtingu greičiu. Matome, kad saldainių lazdelės pasidengia cukraus kristalais. Tai neužima daug laiko.
O kad paprastame stikle susidarytų kristalai, turi praeiti daug laiko. Kristalizacijos metu stiklas praranda stiprumą, skaidrumą, drumsčiasi, tampa trapus.
Amorfinių kūnų izotropija
Kristalinėse kietosiose medžiagose fizines savybes skiriasi skirtingomis kryptimis. Tačiau amorfiniuose kūnuose jie visomis kryptimis yra vienodi. Šis reiškinys vadinamas izotropija .
Amorfinis kūnas vienodai praleidžia elektrą ir šilumą visomis kryptimis ir vienodai laužia šviesą. Garsas taip pat vienodai sklinda amorfiniuose kūnuose visomis kryptimis.
Savybės amorfinės medžiagos naudojamas šiuolaikinės technologijos. Ypatingas susidomėjimas sukelti metalų lydinių, kurių neturi kristalų struktūra ir priklauso amorfinėms kietosioms medžiagoms. Jie vadinami metaliniai stiklai . Jų fizinės, mechaninės, elektrinės ir kitos savybės skiriasi nuo įprastų metalų.
Taigi medicinoje jie naudoja amorfinius lydinius, kurių stiprumas viršija titano stiprumą. Iš jų gaminami sraigtai ar plokštės, jungiančios lūžusius kaulus. Skirtingai nuo titano tvirtinimo detalių, ši medžiaga palaipsniui suyra ir laikui bėgant pakeičiama kauline medžiaga.
Didelio stiprumo lydiniai naudojami metalo pjovimo įrankių, jungiamųjų detalių, spyruoklių, mechanizmų dalių gamyboje.
Japonijoje buvo sukurtas amorfinis lydinys, pasižymintis dideliu magnetiniu pralaidumu. Naudojant jį transformatorių šerdyse, o ne tekstūruotuose transformatoriaus plieno lakštuose, galima sumažinti nuostolius sūkurinės srovės 20 kartų.
Amorfiniai metalai turi unikalių savybių. Jie vadinami ateities medžiaga.
Kietosios medžiagos, priklausomai nuo jų, skirstomos į amorfines ir kristalines molekulinė struktūra ir fizines savybes.
Skirtingai nuo kristalų, amorfinių kietųjų medžiagų molekulės ir atomai nesudaro gardelės, o atstumas tarp jų svyruoja tam tikrame diapazone galimi atstumai. Kitaip tariant, kristaluose atomai ar molekulės yra tarpusavyje išsidėstę taip, kad susidariusi struktūra gali kartotis visame kūno tūryje, o tai vadinama ilgalaike tvarka. Amorfinių kūnų atveju molekulių struktūra išsaugoma tik kiekvienos tokios molekulės atžvilgiu, stebimas tik gretimų molekulių pasiskirstymas - trumpojo nuotolio tvarka. Geras pavyzdys pateikta žemiau.
Amorfiniams kūnams priskiriamas stiklas ir kitos stiklinės būsenos medžiagos, kanifolija, dervos, gintaras, sandarinimo vaškas, bitumas, vaškas ir organinės medžiagos: guma, oda, celiuliozė, polietilenas ir kt.
Amorfinių kūnų savybės
Amorfinių kietųjų medžiagų struktūrinės savybės suteikia jiems individualių savybių:
- Silpnai išreikštas sklandumas yra vienas iš labiausiai žinomos savybės tokie kūnai. Pavyzdys būtų stiklo lašeliai, kurie ilgam laikui stovi lango rėme.
- Amorfinis kietosios medžiagos neturi konkrečios lydymosi temperatūros, nes kaitinant perėjimas į skystą būseną vyksta palaipsniui, minkštėjant kūnui. Dėl šios priežasties tokiems kūnams taikomas vadinamasis minkštėjimo temperatūros diapazonas.
- Dėl savo sandaros tokie kūnai yra izotropiniai, tai yra jų fizinės savybės nepriklauso nuo krypties pasirinkimo.
- Medžiaga viduje amorfinė būsena turi daugiau vidinė energija, nei kristaliniame. Dėl šios priežasties amorfiniai kūnai gali savarankiškai transformuotis į kristalinę būseną. Šis reiškinys gali būti stebimas, nes ilgainiui stiklas drumsčiasi.
Stiklinė būsena
Gamtoje yra skysčių, kurių aušinant praktiškai neįmanoma paversti kristaline būsena, nes šių medžiagų molekulių sudėtingumas neleidžia joms susidaryti taisyklingos struktūros. kristalinė gardelė. Tokie skysčiai apima kai kurių organinių polimerų molekules.
Tačiau giliai ir greitai aušinant beveik bet kuri medžiaga gali virsti stikline būsena. Tai amorfinė būsena, kuri neturi aiškios kristalinės gardelės, tačiau gali iš dalies kristalizuotis mažų klasterių masteliu. Ši sąlyga medžiaga yra metastabili, tai yra, ji išlieka tam tikromis reikiamomis termodinaminėmis sąlygomis.
Naudojant aušinimo technologiją tam tikru greičiu, medžiaga nespės kristalizuotis ir bus paversta stiklu. Tai yra, kuo didesnis medžiagos aušinimo greitis, tuo mažesnė tikimybė, kad ji kristalizuosis. Pavyzdžiui, norint pagaminti metalinius stiklus, reikės 100 000 – 1 000 000 kelvinų per sekundę aušinimo greičio.
Gamtoje medžiaga egzistuoja stiklinės būsenos ir susidaro iš skystos vulkaninės magmos, kuri sąveikaudama su saltas vanduo arba oru, greitai atšąla. IN tokiu atveju medžiaga vadinama vulkaniniu stiklu. Taip pat galite stebėti stiklą, susidarantį tirpstant krintnčiam meteoritui, sąveikaujančiam su atmosfera – meteorito stiklu arba moldavitu.
Turinti tam tikrą lydymosi temperatūrą yra svarbus ženklas kristalinės medžiagos. Būtent pagal šią savybę juos galima nesunkiai atskirti nuo amorfinių kūnų, kurie taip pat priskiriami kietosioms medžiagoms. Tai visų pirma stiklas, labai klampios dervos ir plastikai.
Amorfinės medžiagos (skirtingai nei kristalinės) neturi specifinės lydymosi temperatūros – jos netirpsta, o minkštėja. Kai šildomas, pavyzdžiui, stiklo gabalas pirmiausia tampa minkštas iš kieto, jį galima lengvai sulenkti ar ištempti; su daugiau aukštos temperatūros kūrinys, veikiamas savo gravitacijos, pradeda keisti savo formą. Kai ji įkaista, tiršta klampi masė įgauna indo, kuriame guli, formą. Ši masė iš pradžių tiršta, kaip medus, paskui kaip grietinė, galiausiai tampa beveik tokiu pat mažo klampumo skysčiu kaip vanduo. Tačiau čia neįmanoma nurodyti tam tikros kietosios medžiagos perėjimo į skystį temperatūros, nes jos nėra.
To priežastys yra esminis amorfinių kūnų ir kristalinių kūnų struktūros skirtumas. Atomai amorfiniuose kūnuose išsidėstę atsitiktinai. Amorfiniai kūnai pagal jų struktūrą skysčių nėra. LS6 kietame stikle atomai išsidėstę atsitiktinai. Tai reiškia, kad stiklo temperatūros didinimas tik padidina jo molekulių virpesių diapazoną, todėl jos palaipsniui didėja ir didėja. daugiau laisvės judėjimas. Todėl stiklas palaipsniui minkštėja ir nerodo aštraus „kieto-skysčio“ perėjimo, būdingo perėjimui nuo molekulių išsidėstymo griežta tvarka netvarkingiems.
Lydymosi šiluma
Lydymosi šiluma yra šilumos kiekis, kuris turi būti perduodamas medžiagai pastovus slėgis Ir pastovi temperatūra, vienoda temperatūra lydosi, kad visiškai pavirstų iš kieto kristalinė būsenaį skystį.
Lydymosi šiluma yra lygi šilumos kiekiui, išsiskiriančiam medžiagai kristalizuojantis iš skystos būsenos.
Lydymosi metu visa medžiagai tiekiama šiluma padidina jos molekulių potencialią energiją. Kinetinė energija nesikeičia, nes lydosi esant pastoviai temperatūrai.
Patirtis studijuoja lydymą įvairių medžiagų tos pačios masės, matosi, kad norint juos paversti skysčiu, reikia skirtingi kiekiaišiluma. Pavyzdžiui, norint ištirpdyti vieną kilogramą ledo, reikia išleisti 332 J energijos, o norint ištirpti 1 kg švino – 25 kJ.
Fizinis dydis, parodantis, kiek šilumos turi būti suteikta kristaliniam kūnui, sveriančiam 1 kg, kad jis būtų visiškai paverstas skysta būsena, vadinama specifine sintezės šiluma.
Savitoji lydymosi šiluma matuojama džauliais kilogramui (J/kg) ir žymima graikiška raide X (lambda).
Savitoji kristalizacijos šiluma yra lygi specifinei lydymosi šilumai, nes kristalizacijos metu išsiskiria tiek pat šilumos, kiek sugeriama lydymosi metu. Taigi, pavyzdžiui, užšąlant 1 kg sveriančiam vandeniui, išsiskiria tiek pat 332 J energijos, kurios reikia tokiai pačiai ledo masei paversti vandeniu.
Norint rasti šilumos kiekį, reikalingą savavališkos masės kristaliniam kūnui išlydyti, arba lydymosi šilumą, būtina specifinė šilumašio kūno tirpimas, padaugintas iš jo masės:
Kūno išskiriamas šilumos kiekis laikomas neigiamu. Todėl skaičiuojant m masės medžiagos kristalizacijos metu išsiskiriančios šilumos kiekį, reikėtų naudoti tą pačią formulę, tik su minuso ženklu.
Skirtingai nuo kristalinių kietųjų medžiagų, dalelių išdėstymo amorfinėje kietoje medžiagoje nėra griežtos tvarkos.
Nors amorfinės kietosios medžiagos gali išlaikyti savo formą, jos neturi kristalinės gardelės. Tam tikras modelis stebimas tik netoliese esančioms molekulėms ir atomams. Šis įsakymas vadinamas uždaryti tvarką . Jis nesikartoja visomis kryptimis ir neišlieka dideliais atstumais, kaip su kristaliniais kūnais.
Amorfinių kūnų pavyzdžiai yra stiklas, gintaras, dirbtinės dervos, vaškas, parafinas, plastilinas ir kt.
Amorfinių kūnų ypatybės
Amorfinių kūnų atomai vibruoja aplink atsitiktinai išdėstytus taškus. Todėl šių kūnų sandara primena skysčių struktūrą. Tačiau juose esančios dalelės yra mažiau judrios. Laikas, kai jie svyruoja aplink pusiausvyros padėtį, yra ilgesnis nei skysčiuose. Atomų peršokimai į kitą padėtį taip pat vyksta daug rečiau.
Kaip kaitinamos kristalinės kietosios medžiagos? Jie pradeda tirpti tam tikru momentu lydymosi temperatūra. Ir kurį laiką jie vienu metu būna kietoje ir skystoje būsenoje, kol visa medžiaga išsilydo.
Amorfinės kietosios medžiagos neturi konkrečios lydymosi temperatūros . Kaitinant jie netirpsta, o palaipsniui minkštėja.
Prie šildymo prietaiso padėkite plastilino gabalėlį. Po kurio laiko jis taps minkštas. Tai įvyksta ne iš karto, o per tam tikrą laikotarpį.
Kadangi amorfinių kūnų savybės yra panašios į skysčių savybes, jie laikomi peršaldytais skysčiais, kurių klampumas yra labai didelis (užšaldyti skysčiai). Normaliomis sąlygomis jie negali tekėti. Tačiau kaitinant juose dažniau įvyksta atomų šuoliai, mažėja klampumas, o amorfiniai kūnai pamažu minkštėja. Kuo aukštesnė temperatūra, tuo mažesnis klampumas ir palaipsniui amorfinis kūnas tampa skystas.
Paprastas stiklas yra kietas amorfinis kūnas. Jis gaunamas lydant silicio oksidą, soda ir kalkes. Kaitinant mišinį iki 1400 o C, gaunama skysta stiklinė masė. Atvėsęs skystas stiklas ne kietėja kaip kristaliniai kūnai, o lieka skystis, kurio klampumas didėja, o skystumas mažėja. Normaliomis sąlygomis jis mums atrodo kaip tvirtas kūnas. Tačiau iš tikrųjų tai yra skystis, kurio klampumas ir sklandumas yra didžiulis, toks mažas, kad jį vargu ar galima atskirti itin jautriais prietaisais.
Medžiagos amorfinė būsena yra nestabili. Laikui bėgant ji iš amorfinės būsenos palaipsniui virsta kristaline. Šis procesas skirtingose medžiagose vyksta skirtingu greičiu. Matome, kad saldainių lazdelės pasidengia cukraus kristalais. Tai neužima daug laiko.
O kad paprastame stikle susidarytų kristalai, turi praeiti daug laiko. Kristalizacijos metu stiklas praranda stiprumą, skaidrumą, drumsčiasi, tampa trapus.
Amorfinių kūnų izotropija
Kristalinėse kietosiose medžiagose fizinės savybės skiriasi įvairiomis kryptimis. Tačiau amorfiniuose kūnuose jie visomis kryptimis yra vienodi. Šis reiškinys vadinamas izotropija .
Amorfinis kūnas vienodai praleidžia elektrą ir šilumą visomis kryptimis ir vienodai laužia šviesą. Garsas taip pat vienodai sklinda amorfiniuose kūnuose visomis kryptimis.
Šiuolaikinėse technologijose naudojamos amorfinių medžiagų savybės. Ypač domina metalų lydiniai, kurie neturi kristalinės struktūros ir priklauso amorfinėms kietosioms medžiagoms. Jie vadinami metaliniai stiklai . Jų fizinės, mechaninės, elektrinės ir kitos savybės skiriasi nuo įprastų metalų.
Taigi medicinoje jie naudoja amorfinius lydinius, kurių stiprumas viršija titano stiprumą. Iš jų gaminami sraigtai ar plokštės, jungiančios lūžusius kaulus. Skirtingai nuo titano tvirtinimo detalių, ši medžiaga palaipsniui suyra ir laikui bėgant pakeičiama kauline medžiaga.
Didelio stiprumo lydiniai naudojami metalo pjovimo įrankių, jungiamųjų detalių, spyruoklių, mechanizmų dalių gamyboje.
Japonijoje buvo sukurtas amorfinis lydinys, pasižymintis dideliu magnetiniu pralaidumu. Naudojant jį transformatorių šerdyse vietoj tekstūruotų transformatoriaus plieno lakštų, sūkurinių srovių nuostoliai gali būti sumažinti 20 kartų.
Amorfiniai metalai turi unikalių savybių. Jie vadinami ateities medžiaga.
Kieta medžiaga yra medžiagos agregacijos būsena, kuriai būdingas formos pastovumas ir atomų judėjimo pobūdis, kurie atlieka mažus virpesius aplink pusiausvyros padėtį.
Kristaliniai kūnai. Kietą kūną normaliomis sąlygomis sunku suspausti ar ištempti. Duoti kietųjų medžiagų norimą formą arba apimtis gamyklose ir gamyklose, kuriose jie apdorojami specialios mašinos: tekinimas, obliavimas, šlifavimas.
Nesant išorinių poveikių tvirtas kūnas išlaiko formą ir tūrį.
Tai paaiškinama tuo, kad trauka tarp atomų (ar molekulių) yra didesnė nei skysčių (ir ypač dujų). Pakanka laikyti atomus netoli jų pusiausvyros padėčių.
Daugumos kietųjų medžiagų, tokių kaip ledas, druska, deimantas, metalai, molekulės arba atomai yra tam tikra tvarka. Tokios kietosios medžiagos vadinamos kristalinėmis. Nors šių kūnų dalelės juda, šie judesiai reiškia svyravimus aplink tam tikrus taškus (pusiausvyros padėtis). Dalelės negali pasislinkti toli nuo šių taškų, todėl kieta medžiaga išlaiko savo formą ir tūrį.
Be to, skirtingai nuo skysčių, sujungtų kietųjų medžiagų atomų arba jonų pusiausvyros taškai yra taisyklingosios viršūnėse. erdvinė gardelė, kuris vadinamas kristaliniu.
Pusiausvyros padėtys, kurių atžvilgiu atsiranda dalelių šiluminiai virpesiai, vadinamos kristalinės gardelės mazgais.
Monokristalas yra kietas kūnas, kurio dalelės sudaro vientisą kristalinę gardelę (vieną kristalą).
Pavienių kristalų anizotropija. Viena iš pagrindinių monokristalų savybių, kuriomis jie skiriasi nuo skysčių ir dujų, yra jų fizinių savybių anizotropija. Anizotropija reiškia fizikinių savybių priklausomybę nuo krypties kristale. Anizotropiniai yra mechaninės savybės(pavyzdžiui, žinoma, kad žėrutį lengva nušveisti viena kryptimi, o statmena – labai sunku), elektrines savybes(daugelio kristalų elektrinis laidumas priklauso nuo krypties), optinės savybės (reiškinys dvigubas lūžis, o dichroizmas – sugerties anizotropija; Pavyzdžiui, vienas turmalino kristalas yra „nuspalvintas“. skirtingos spalvos- žalia ir ruda, priklausomai nuo to, iš kurios pusės žiūrite).
Polikristalas yra kieta medžiaga, susidedanti iš atsitiktinai orientuotų pavienių kristalų. Dauguma kietųjų medžiagų, su kuriomis susiduriame kasdieniame gyvenime, yra polikristalinės – druska, cukrus, įvairūs metalo gaminiai. Atsitiktinė susiliejusių mikrokristalų, iš kurių jie susideda, orientacija lemia savybių anizotropijos išnykimą.
Amorfiniai kūnai. Be kristalinių kūnų, kietosioms medžiagoms priskiriami ir amorfiniai kūnai. Amorfinis graikų kalba reiškia „beformis“.
Amorfiniai kūnai – tai kieti kūnai, kuriems būdingas netvarkingas dalelių išsidėstymas erdvėje.
Šiuose kūnuose molekulės (arba atomai) vibruoja aplink atsitiktinai išdėstytus taškus ir, kaip ir skysčio molekulės, turi tam tikras laikas nusistovėjęs gyvenimas. Tačiau, skirtingai nuo skysčių, šis laikas yra labai ilgas.
Amorfiniai kūnai yra stiklas, gintaras, įvairios kitos dervos ir plastikai. Nors kambario temperatūroje šie kūnai išlaiko savo formą, tačiau kylant temperatūrai pamažu minkštėja ir pradeda tekėti kaip skysčiai: amorfiniai kūnai neturi tam tikros lydymosi temperatūros.
Tuo jie skiriasi nuo kristalinių kūnų, kurie, kylant temperatūrai, ne palaipsniui, o staigiai virsta skysta būsena (esant labai specifinei temperatūrai – lydymosi temperatūrai).
Visi amorfiniai kūnai yra izotropiniai, tai yra, jie turi tas pačias fizines savybes skirtingomis kryptimis. Paveikti jie elgiasi kaip kieti kūnai – skyla, o veikiami labai ilgai, teka.
Šiuo metu gauta daug amorfinės būsenos medžiagų dirbtinai pavyzdžiui, amorfiniai ir stikliniai puslaidininkiai, magnetinės medžiagos ir net metalai.
