Fizinių savybių priklausomybė nuo amorfinių kūnų krypties. Amorfiniai kūnai

Ne visos kietosios medžiagos yra kristalai. Yra daug amorfinių kūnų.

Amorfiniai kūnai neturi griežtos atomų išdėstymo tvarkos. Tik artimiausių kaimynų atomai yra išdėstyti tam tikra tvarka. Bet nėra griežto kryptingumo visomis to paties konstrukcinio elemento kryptimis, būdingo kristalams amorfiniuose kūnuose.

Dažnai tą pačią medžiagą galima rasti ir kristalinėje, ir amorfinėje būsenoje. Pavyzdžiui, kvarcas SiO2 gali būti kristalinės arba amorfinės formos (silicio dioksidas). Kristalinė kvarco forma gali būti schematiškai pavaizduota kaip taisyklingų šešiakampių gardelė. Amorfinė kvarco struktūra taip pat atrodo kaip gardelė, bet netaisyklingos formos. Kartu su šešiakampiais jame yra penkiakampiai ir septyniakampiai.

1959 metais anglų fizikas D. Bernalis atliko įdomių eksperimentų: paėmė daug mažų vienodo dydžio plastilino rutuliukų, apvoliojo juos kreidos milteliuose ir suspaudė į didelį rutulį. Dėl to rutuliai deformavosi į daugiakampius. Paaiškėjo, kad šiuo atveju vyrauja penkiakampiai veidai, o daugiakampiai turėjo vidutiniškai 13,3 veidų. Taigi amorfinėse medžiagose tam tikra tvarka tikrai yra.

Amorfiniams kūnams priskiriamas stiklas, derva, kanifolija, saldainiai ir kt. Skirtingai nuo kristalinių medžiagų, amorfinės medžiagos yra izotropinės, tai yra, jų mechaninės, optinės, elektrinės ir kitos savybės nepriklauso nuo krypties. Amorfiniai kūnai neturi fiksuotos lydymosi temperatūros: lydymas vyksta tam tikrame temperatūrų intervale. Amorfinės medžiagos perėjimas iš kietos būsenos į skystą nėra lydimas staigių savybių pasikeitimų. Fizinis amorfinės būsenos modelis dar nesukurtas.

Amorfinės kietosios medžiagos užima tarpinę padėtį tarp kristalinių kietųjų medžiagų ir skysčių. Jų atomai arba molekulės yra išdėstytos santykine tvarka. Kietųjų kūnų struktūros (kristalinės ir amorfinės) supratimas leidžia kurti norimas savybes turinčias medžiagas.

Esant išoriniam poveikiui, amorfiniai kūnai pasižymi ir elastinėmis savybėmis, pavyzdžiui, kietosiomis medžiagomis, ir sklandumu, kaip skysčiai. Taigi, esant trumpalaikiams poveikiams (smūgiams), jie elgiasi kaip kieti kūnai ir stipriai veikiami suyra į dalis. Tačiau labai ilgai veikiant, teka amorfiniai kūnai. Sekime dervos gabalėlį, kuris guli ant lygaus paviršiaus. Palaipsniui ant jo pasiskirsto derva ir kuo aukštesnė dervos temperatūra, tuo greičiau tai įvyksta.

Amorfiniai kūnai žemoje temperatūroje savo savybėmis primena kietąsias medžiagas. Jie beveik neturi takumo, tačiau kylant temperatūrai pamažu minkštėja, o jų savybės tampa vis artimesnės skysčių savybėms. Taip nutinka todėl, kad kylant temperatūrai atomų šuoliai iš vienos padėties į kitą pamažu dažnėja. Amorfiniai kūnai, skirtingai nei kristaliniai, neturi konkrečios kūno temperatūros.

Kai skysta medžiaga atšaldoma, ji ne visada kristalizuojasi. tam tikromis sąlygomis gali susidaryti nepusiausvyra kieta amorfinė (stiklinė) būsena. Stiklinėje būsenoje gali būti paprastų medžiagų (anglies, fosforo, arseno, sieros, seleno), oksidų (pavyzdžiui, boro, silicio, fosforo), halogenidų, chalkogenidų, daug organinių polimerų ilgą laiką, pavyzdžiui, kai kurie vulkaniniai stiklai yra milijonų metų senumo. Stiklinės amorfinės būsenos medžiagos fizinės ir cheminės savybės gali labai skirtis nuo kristalinės medžiagos savybių. Pavyzdžiui, stiklinis germanio dioksidas yra chemiškai aktyvesnis nei kristalinis. Skystos ir kietos amorfinės būsenos savybių skirtumus lemia dalelių šiluminio judėjimo pobūdis: amorfinėje būsenoje dalelės gali tik svyruoti ir suktis, bet negali judėti per medžiagos storį.

Veikiant mechaninėms apkrovoms ar temperatūros pokyčiams, amorfiniai kūnai gali kristalizuotis. Medžiagų reaktyvumas amorfinėje būsenoje yra daug didesnis nei kristalinės būsenos. Pagrindinis amorfinės (iš graikų kalbos „amorphos“ - beformės) materijos būsenos bruožas yra atominės ar molekulinės gardelės nebuvimas, tai yra, kristalinei būsenai būdingas trimatis struktūros periodiškumas.

Yra medžiagų, kurios gali egzistuoti tik kietos formos amorfinėje būsenoje. Tai reiškia polimerus su netaisyklinga vienetų seka.

Kartu su kristalinėmis kietosiomis medžiagomis yra ir amorfinių kietųjų medžiagų. Amorfiniai kūnai, skirtingai nei kristalai, neturi griežtos atomų išdėstymo tvarkos. Tik artimiausi atomai – kaimynai – išsidėstę tam tikra tvarka. Bet

Griežto pakartojamumo visomis kryptimis to paties struktūrinio elemento, būdingo kristalams, amorfiniuose kūnuose nėra.

Dažnai tą pačią medžiagą galima rasti ir kristalinėje, ir amorfinėje būsenoje. Pavyzdžiui, kvarcas gali būti kristalinės arba amorfinės formos (silicio dioksidas). Kvarco kristalinę formą galima schematiškai pavaizduoti kaip taisyklingų šešiakampių gardelę (77 pav., a). Amorfinė kvarco struktūra taip pat atrodo kaip gardelė, bet netaisyklingos formos. Kartu su šešiakampiais jame yra penkiakampiai ir septyniakampiai (77 pav., b).

Amorfinių kūnų savybės. Visi amorfiniai kūnai yra izotropiniai: jų fizinės savybės visomis kryptimis vienodos. Amorfiniai kūnai yra stiklas, daugelis plastikų, derva, kanifolija, saldainiai ir kt.

Esant išoriniam poveikiui, amorfiniai kūnai pasižymi ir elastinėmis savybėmis, pavyzdžiui, kietosiomis medžiagomis, ir sklandumu, kaip skysčiai. Esant trumpalaikiams poveikiams (smūgiams), jie elgiasi kaip vientisas kūnas ir, stipriai veikiant, skyla į dalis. Tačiau labai ilgai veikiant, teka amorfiniai kūnai. Pavyzdžiui, dervos gabalas palaipsniui pasiskirsto ant kieto paviršiaus. Amorfinių kūnų atomai ar molekulės, kaip ir skysčio molekulės, turi tam tikrą „nusistovėjusio gyvenimo“ laiką, svyravimų aplink pusiausvyros padėtį laiką. Tačiau skirtingai nuo skysčių, šis laikas yra labai ilgas. Šiuo atžvilgiu amorfiniai kūnai yra artimi kristaliniams, nes atomų šuoliai iš vienos pusiausvyros padėties į kitą vyksta retai.

Žemoje temperatūroje amorfiniai kūnai savo savybėmis primena kietąsias medžiagas. Jie beveik neturi skystumo, tačiau kylant temperatūrai pamažu minkštėja ir savo savybėmis vis labiau priartėja prie skysčių savybių. Taip nutinka todėl, kad kylant temperatūrai atomų šuoliai iš vienos padėties palaipsniui dažnėja.

balansas kitam. Amorfiniams kūnams, skirtingai nei kristaliniams, nėra specifinės lydymosi temperatūros.

Kietojo kūno fizika. Visas kietųjų kūnų (kristalinių ir amorfinių) savybes galima paaiškinti žiniomis apie jų atominę-molekulinę struktūrą ir kietąsias medžiagas sudarančių molekulių, atomų, jonų ir elektronų judėjimo dėsnius. Kietųjų kūnų savybių studijos yra vienijamos didelėje šiuolaikinės fizikos srityje – kietojo kūno fizikoje. Kietojo kūno fizikos plėtrą daugiausia skatina technologijų poreikiai. Maždaug pusė pasaulio fizikų dirba kietojo kūno fizikos srityje. Žinoma, pasiekimai šioje srityje neįsivaizduojami be gilių visų kitų fizikos šakų žinių.

1. Kuo kristaliniai kūnai skiriasi nuo amorfinių? 2. Kas yra anizotropija? 3. Pateikite monokristalinių, polikristalinių ir amorfinių kūnų pavyzdžių. 4. Kuo briaunų išnirimai skiriasi nuo varžtų?

Amorfinių kūnų sandara. Tyrimai naudojant elektroninį mikroskopą ir rentgeno spindulius rodo, kad amorfiniuose kūnuose nėra griežtos jų dalelių išdėstymo tvarkos. Skirtingai nuo kristalų, kur yra ilgo nuotolio užsakymas dalelių išsidėstymu, amorfinių kūnų struktūroje yra uždaryti tvarką. Tai reiškia, kad tam tikras dalelių išdėstymo tvarkingumas išsaugomas tik prie kiekvienos atskiros dalelės (žr. pav.).

Viršutinėje paveikslo dalyje pavaizduotas dalelių išsidėstymas kristaliniame kvarce, apatinėje – amorfinė kvarco egzistavimo forma. Šios medžiagos susideda iš tų pačių dalelių – silicio oksido SiO2 molekulių.

Kaip bet kokių kūnų dalelės, amorfinių kūnų dalelės nuolat ir atsitiktinai svyruoja ir dažniau nei kristalų dalelės gali šokinėti iš vienos vietos į kitą. Tai palengvina tai, kad amorfinių kūnų dalelės išsidėsčiusios nevienodai tankiai – kai kur tarp jų dalelių susidaro gana dideli tarpai. Tačiau tai nėra tas pats, kas „laisvos vietos“ kristaluose (žr. § 7).

Amorfinių kūnų kristalizacija. Laikui bėgant (savaites, mėnesius), kai kurie amorfiniai kūnai spontaniškai virsta kristaline būsena. Pavyzdžiui, kelis mėnesius palikti vieni cukriniai saldainiai ar medus tampa neskaidrūs. Šiuo atveju sakoma, kad medus ir saldainiai yra „cukruoti“. Sulaužę saldainių lazdelę ar šaukštu semdami medų, iš tikrųjų pamatysime, kaip susidaro cukraus kristalai, kurie anksčiau egzistavo amorfinėje būsenoje.

Savaiminė amorfinių kūnų kristalizacija rodo, kad Medžiagos kristalinė būsena yra stabilesnė nei amorfinė. MKT tai aiškina taip. „Kaimynų“ atstumiančios jėgos priverčia amorfinio kūno daleles pirmenybę teikti ten, kur yra dideli tarpai. Dėl to susidaro tvarkingesnis dalelių išdėstymas, tai yra, vyksta kristalizacija.

Išbandykite save:

1. Šios pastraipos tikslas – pristatyti...
2. Kokias lyginamąsias charakteristikas suteikėme amorfiniams kūnams?
3. Eksperimentui naudojame šią įrangą ir medžiagas: ...
4. Ruošdamiesi eksperimentui, mes...
5. Ką matysime eksperimento metu?
6. Koks buvo eksperimento su stearino žvake ir plastilino gabalėliu rezultatas?
7. Skirtingai nuo amorfinių kūnų, kristaliniai kūnai...
8. Kai kristalinis kūnas ištirpsta...
9. Skirtingai nuo kristalinių kūnų, amorfiniai...
10. Amorfiniams kūnams priskiriami kūnai, kuriems...
11. Dėl ko amorfiniai kūnai atrodo kaip skysčiai? Jie...
12. Apibūdinkite eksperimento pradžią, kad patvirtintumėte amorfinių kūnų sklandumą.
13. Amorfinių kūnų sklandumui patvirtinti apibūdinkite eksperimento rezultatą.
14. Iš patirties suformuluokite išvadą.
15. Iš kur mes žinome, kad amorfiniai kūnai neturi griežtos dalelių išdėstymo tvarkos?
16. Kaip suprantame terminą „trumpojo nuotolio tvarka“ amorfinio kūno dalelių išsidėstymui?
17. Tos pačios silicio oksido molekulės randamos ir kristaliniame, ir...
18. Koks yra amorfinio kūno dalelių judėjimo pobūdis?
19. Kokia yra amorfinio kūno dalelių išsidėstymo prigimtis?
20. Kas laikui bėgant gali atsitikti su amorfiniais kūnais?
21. Kaip galite būti tikri, kad saldainiuose ar cukruotame meduje yra cukraus polikristalų?
22. Kodėl manome, kad medžiagos kristalinė būsena yra stabilesnė nei amorfinė?
23. Kaip MCT paaiškina nepriklausomą kai kurių amorfinių kūnų kristalizaciją?

Kietoji medžiaga yra viena iš keturių pagrindinių materijos būsenų, be skysčio, dujų ir plazmos. Jam būdingas struktūrinis tvirtumas ir atsparumas formos ar tūrio pokyčiams. Kitaip nei skystis, kietas daiktas neteka ir neįgauna indo, į kurį jis dedamas, formos. Kieta medžiaga nesiplečia, kad užpildytų visą turimą tūrį, kaip tai daro dujos.
Atomai kietoje medžiagoje yra glaudžiai susiję vienas su kitu, yra tvarkingos būklės kristalinės gardelės mazguose (tai yra metalai, paprastas ledas, cukrus, druska, deimantas) arba yra išsidėstę netaisyklingai, neturi griežto pakartojamumo. krištolo gardelės struktūra (tai amorfiniai kūnai, tokie kaip langų stiklas, kanifolija, žėrutis ar plastikas).

Kristaliniai kūnai

Kristalinės kietosios medžiagos arba kristalai turi išskirtinį vidinį bruožą – kristalinės gardelės pavidalo struktūrą, kurioje medžiagos atomai, molekulės ar jonai užima tam tikrą vietą.
Dėl kristalų gardelės kristaluose yra specialių plokščių paviršių, kurie išskiria vieną medžiagą nuo kitos. Veikiant rentgeno spinduliams, kiekviena kristalinė gardelė skleidžia būdingą piešinį, pagal kurį galima identifikuoti medžiagą. Kristalų kraštai susikerta tam tikrais kampais, kurie skiria vieną medžiagą nuo kitos. Jei kristalas yra padalintas, nauji paviršiai susikirs tais pačiais kampais kaip ir originalas.

Pavyzdžiui, galena – galena, piritas – piritas, kvarcas – kvarcas. Galenoje (PbS) ir pirite (FeS 2) kristalų paviršiai susikerta stačiu kampu, o kvarce – kitais kampais.

Kristalų savybės

• pastovus tūris;
• teisinga geometrinė forma;
• anizotropija – mechaninių, šviesos, elektrinių ir šiluminių savybių skirtumas nuo krypties kristale;
• gerai apibrėžta lydymosi temperatūra, nes ji priklauso nuo kristalinės gardelės reguliarumo. Tarpmolekulinės jėgos, laikančios kietą medžiagą kartu, yra vienodos, o kiekvienai jėgai vienu metu sulaužyti reikia tiek pat šiluminės energijos.

Amorfiniai kūnai

Amorfinių kūnų, neturinčių griežtos kristalinės gardelės ląstelių struktūros ir pakartojamumo, pavyzdžiai: stiklas, derva, teflonas, poliuretanas, naftalenas, polivinilchloridas.

Jie turi dvi būdingas savybes: izotropiją ir specifinės lydymosi temperatūros nebuvimą.
Amorfinių kūnų izotropija suprantama kaip tos pačios fizinės medžiagos savybės visomis kryptimis.
Amorfinėje kietoje medžiagoje atstumas iki gretimų kristalinės gardelės mazgų ir gretimų mazgų skaičius kinta. Todėl norint nutraukti tarpmolekulines sąveikas reikia skirtingų šiluminės energijos kiekių. Dėl to amorfinės medžiagos lėtai minkštėja esant plačiam temperatūrų diapazonui ir neturi aiškios lydymosi temperatūros.
Amorfinių kietųjų medžiagų ypatybė yra ta, kad žemoje temperatūroje jos turi kietųjų medžiagų savybes, o pakilus temperatūrai – skysčių.

>>Fizika: amorfiniai kūnai

Ne visos kietosios medžiagos yra kristalai. Yra daug amorfinių kūnų. Kuo jie skiriasi nuo kristalų?
Amorfiniai kūnai neturi griežtos atomų išdėstymo tvarkos. Tik artimiausių kaimynų atomai yra išdėstyti tam tikra tvarka. Bet nėra griežto pakartojamumo visomis kryptimis to paties struktūrinio elemento, kuris būdingas kristalams, amorfiniuose kūnuose.
Pagal atomų išsidėstymą ir jų elgesį amorfiniai kūnai yra panašūs į skysčius.
Dažnai tą pačią medžiagą galima rasti ir kristalinėje, ir amorfinėje būsenoje. Pavyzdžiui, kvarcas SiO 2 gali būti kristalinės arba amorfinės formos (silicio dioksidas). Kristalinė kvarco forma gali būti schematiškai pavaizduota kaip taisyklingų šešiakampių gardelė ( 12.6 pav., a). Amorfinė kvarco struktūra taip pat atrodo kaip gardelė, bet netaisyklingos formos. Kartu su šešiakampiais jame yra penkiakampiai ir septyniakampiai ( 12.6 pav., b).
Amorfinių kūnų savybės. Visi amorfiniai kūnai yra izotropiniai, tai yra, jų fizinės savybės visomis kryptimis yra vienodos. Amorfiniai kūnai yra stiklas, derva, kanifolija, saldainiai ir kt.
Esant išoriniam poveikiui, amorfiniai kūnai pasižymi ir elastinėmis savybėmis, pavyzdžiui, kietosiomis medžiagomis, ir sklandumu, kaip skysčiai. Taigi, esant trumpalaikiams poveikiams (smūgiams), jie elgiasi kaip kieti kūnai ir stipriai veikiami suyra į dalis. Tačiau labai ilgai veikiant, teka amorfiniai kūnai. Jei esate kantrus, galite tai pamatyti patys. Sekite dervos gabalėlį, kuris guli ant kieto paviršiaus. Palaipsniui ant jo pasiskirsto derva ir kuo aukštesnė dervos temperatūra, tuo greičiau tai įvyksta.
Amorfinių kūnų atomai ar molekulės, kaip ir skysčio molekulės, turi tam tikrą „nusistovėjusio gyvenimo“ laiką - svyravimų aplink pusiausvyros padėtį laiką. Tačiau skirtingai nuo skysčių, šis laikas yra labai ilgas.
Taigi, var at t= 20°C „nustatymo trukmė“ yra maždaug 0,1 s. Šiuo atžvilgiu amorfiniai kūnai yra artimi kristaliniams, nes atomų šuoliai iš vienos pusiausvyros padėties į kitą vyksta gana retai.
Amorfiniai kūnai žemoje temperatūroje savo savybėmis primena kietąsias medžiagas. Jie beveik neturi skystumo, tačiau kylant temperatūrai pamažu minkštėja ir savo savybėmis vis labiau priartėja prie skysčių savybių. Taip nutinka todėl, kad kylant temperatūrai atomų šuoliai iš vienos pusiausvyros padėties į kitą pamažu dažnėja. Tam tikra lydymosi temperatūra Amorfiniai kūnai, skirtingai nei kristaliniai, neturi.
Skystieji kristalai. Gamtoje yra medžiagų, kurios vienu metu turi pagrindines kristalo ir skysčio savybes, būtent anizotropiją ir sklandumą. Tokia materijos būsena vadinama skystųjų kristalų. Skystieji kristalai iš esmės yra organinės medžiagos, kurių molekulės turi ilgą siūlą primenančią arba plokščią plokštelę.
Panagrinėkime paprasčiausią atvejį, kai skystasis kristalas susidaro iš siūlų pavidalo molekulių. Šios molekulės išsidėsčiusios lygiagrečiai viena kitai, bet yra atsitiktinai pasislinkusios, t.y. tvarka, skirtingai nei paprasti kristalai, egzistuoja tik viena kryptimi.
Šiluminio judėjimo metu šių molekulių centrai juda atsitiktinai, tačiau molekulių orientacija nesikeičia, jos išlieka lygiagrečios sau. Griežta molekulinė orientacija egzistuoja ne visame kristalo tūryje, o mažuose regionuose, vadinamuose domenais. Šviesos lūžis ir atspindys vyksta domeno ribose, todėl skystieji kristalai yra nepermatomi. Tačiau skystųjų kristalų sluoksnyje, esančiame tarp dviejų plonų plokščių, kurių atstumas yra 0,01–0,1 mm, su lygiagrečiomis 10–100 nm įdubomis, visos molekulės bus lygiagrečios ir kristalas taps skaidrus. Jei kai kuriose skystųjų kristalų vietose yra prijungta elektros įtampa, skystųjų kristalų būsena sutrinka. Šios sritys tampa nepermatomos ir pradeda švytėti, o vietos, kuriose nėra įtempimo, lieka tamsios. Šis reiškinys naudojamas kuriant skystųjų kristalų televizorių ekranus. Reikėtų pažymėti, kad pats ekranas susideda iš daugybės elementų, o tokio ekrano elektroninė valdymo grandinė yra labai sudėtinga.
Kietojo kūno fizika.Žmonija visada naudojo ir naudos kietąsias medžiagas. Bet jei anksčiau kietojo kūno fizika atsiliko nuo tiesiogine patirtimi pagrįstų technologijų plėtros, tai dabar situacija pasikeitė. Teoriniai tyrimai leidžia sukurti kietąsias medžiagas, kurių savybės yra visiškai neįprastos.
Tokių įstaigų būtų neįmanoma gauti bandymų ir klaidų būdu. Tranzistorių sukūrimas, kuris bus aptartas vėliau, yra ryškus pavyzdys, kaip kietųjų kūnų struktūros supratimas paskatino visos radijo inžinerijos revoliuciją.
Nurodytų mechaninių, magnetinių, elektrinių ir kitų savybių turinčių medžiagų gavimas yra viena iš pagrindinių šiuolaikinės kietojo kūno fizikos krypčių. Maždaug pusė pasaulio fizikų dabar dirba šioje fizikos srityje.
Amorfinės kietosios medžiagos užima tarpinę padėtį tarp kristalinių kietųjų medžiagų ir skysčių. Jų atomai arba molekulės yra išdėstytos santykine tvarka. Kietųjų kūnų struktūros (kristalinės ir amorfinės) supratimas leidžia kurti norimas savybes turinčias medžiagas.

???
1. Kuo amorfiniai kūnai skiriasi nuo kristalinių kūnų?
2. Pateikite amorfinių kūnų pavyzdžių.
3. Ar stiklo pūtimo profesija būtų atsiradusi, jei stiklas būtų buvęs kristalinis, o ne amorfinis?

G.Ya.Myakishev, B.B.Bukhovcevas, N.N.Sotskis, fizika 10 kl.

Jei turite šios pamokos pataisymų ar pasiūlymų,