Ste se kdaj vprašali, kaj je skrivnostno amorfne snovi? Po zgradbi se razlikujejo tako od trdnih snovi kot od tekočin. Dejstvo je, da so takšna telesa v posebnem kondenziranem stanju, ki ima le kratkoročni red. Primeri amorfnih snovi so smola, steklo, jantar, guma, polietilen, polivinilklorid (naš najljubši plastična okna), razni polimeri in drugi. To so trdne snovi, ki nimajo kristalna mreža. Sem sodijo tudi pečatni vosek, različna lepila, trda guma in plastika.
Nenavadne lastnosti amorfnih snovi
Med cepitvijo v amorfnih trdninah ne nastanejo robovi. Delci so popolnoma neurejeni in se nahajajo na blizu drug drugemu. Lahko so zelo gosti ali viskozni. Kako nanje vplivajo zunanji vplivi? Pod vplivom različne temperature telesa postanejo tekoča, kot tekočine, hkrati pa precej elastična. V primerih, ko zunanji vpliv ne traja dolgo, lahko snovi amorfne strukture močan udarec razbiti na koščke. Dolgoročni vpliv od zunaj vodi do dejstva, da preprosto tečejo.
Poskusite z majhnim eksperimentom s smolo doma. Obleci ga trda površina in opazili boste, da se začne gladko širiti. Tako je, snov je! Hitrost je odvisna od temperature. Če je zelo visoka, se bo smola začela širiti opazno hitreje.
Kaj je še značilno za taka telesa? Lahko imajo kakršno koli obliko. Če amorfne snovi v obliki majhnih delcev damo v posodo, na primer v vrč, potem dobijo tudi obliko posode. So tudi izotropne, to pomeni, da kažejo enako fizikalne lastnosti v vse smeri.
Taljenje in prehod v druga stanja. Kovina in steklo
Amorfno stanje snovi ne pomeni vzdrževanja določene temperature. Pri nizkih vrednostih telesa zmrznejo, pri visokih pa se stopijo. Mimogrede, od tega je odvisna tudi stopnja viskoznosti takšnih snovi. Nizka temperatura spodbuja zmanjšano viskoznost; visoka viskoznost pa jo poveča.
Za snovi amorfnega tipa je mogoče razlikovati še eno značilnost - prehod v kristalno stanje, in spontano. Zakaj se to dogaja? Notranja energija v kristalnem telesu je veliko manjša kot v amorfnem. To lahko opazimo na primeru steklenih izdelkov – sčasoma steklo postane motno.
Kovinsko steklo - kaj je to? Kovino lahko med taljenjem odstranimo iz kristalne mreže, to pomeni, da snov z amorfno strukturo posteklenimo. Med strjevanjem pri umetnem ohlajanju se ponovno oblikuje kristalna mreža. Amorfna kovina ima izjemno odpornost proti koroziji. Na primer, avtomobilska karoserija iz nje ne bi potrebovala različnih premazov, saj ne bi bila podvržena spontanemu uničenju. Amorfna snov je telo, katerega atomska struktura ima moč brez primere, kar pomeni, da bi lahko amorfno kovino uporabili v popolnoma vseh industrijskih panogah.
Kristalna zgradba snovi
Da bi dobro razumeli značilnosti kovin in lahko delali z njimi, morate imeti znanje o kristalna struktura določene snovi. Proizvodnja kovinskih izdelkov in področje metalurgije se ne bi mogla tako razviti, če ljudje ne bi imeli določenih znanj o spremembah v strukturi zlitin, tehnološke metode in značilnosti delovanja.
Štiri agregatna stanja
Znano je, da obstajajo štiri agregatna stanja: trdno, tekoče, plinasto in plazma. Amorfne trdne snovi so lahko tudi kristalne. S to strukturo je mogoče opaziti prostorsko periodičnost v razporeditvi delcev. Ti delci v kristalih lahko opravljajo periodično gibanje. V vseh telesih, ki jih opazujemo v plinastem ali tekočem stanju, lahko opazimo gibanje delcev v obliki kaotičnega nereda. Amorfne trdne snovi (na primer kovine v kondenziranem stanju: trda guma, izdelki iz stekla, smole) lahko imenujemo zmrznjene tekočine, ker ko spremenijo obliko, lahko opazite značilna lastnost, kot je viskoznost.
Razlika med amorfnimi telesi ter plini in tekočinami
Manifestacije plastičnosti, elastičnosti in utrjevanja med deformacijo so značilne za številna telesa. Kristalne in amorfne snovi v v večji meri imajo te lastnosti, medtem ko tekočine in plini teh lastnosti nimajo. Vendar lahko opazite, da prispevajo k elastični spremembi volumna.
Kristalne in amorfne snovi. Mehanske in fizikalne lastnosti
Kaj so kristalne in amorfne snovi? Kot že omenjeno, lahko tista telesa, ki imajo velik koeficient viskoznosti, imenujemo amorfna in njihova fluidnost pri običajnih temperaturah ni mogoča. Ampak visoka temperatura, nasprotno, jim omogoča, da so tekoči, kot tekočina.
Snovi se zdijo popolnoma drugačne kristalni tip. Te trdne snovi imajo lahko lastno tališče, odvisno od zunanjega tlaka. Pridobivanje kristalov je možno, če tekočino ohladimo. Če ne boste sprejeli določenih ukrepov, boste opazili, da se v tekočem stanju začnejo pojavljati različni kristalizacijski centri. Na območju, ki obkroža ta središča, se pojavijo tvorbe trdna. Zelo majhni kristali se začnejo povezovati med seboj v naključnem vrstnem redu in dobimo tako imenovani polikristal. Tako telo je izotropno.
Značilnosti snovi
Kaj določa telesno in mehanske lastnosti tel? Pomembno imajo atomske vezi, kot tudi vrsto kristalne strukture. Za ionske kristale so značilne ionske vezi, kar pomeni gladek prehod iz enega atoma v drugega. V tem primeru pride do tvorbe pozitivno in negativno nabitih delcev. Ionska vez lahko gledamo naprej preprost primer- takšne lastnosti so značilne za različne okside in soli. Še ena značilnost ionski kristali- nizka toplotna prevodnost, vendar se lahko njegova učinkovitost opazno poveča pri segrevanju. Na vozliščih kristalne mreže lahko vidite različne molekule, ki jih odlikujejo močne atomske vezi.
Mnogi minerali, ki jih najdemo v naravi, imajo kristalno strukturo. IN amorfno stanje snovi so tudi narava v svoji čisti obliki. Samo v tem primeru je telo nekaj brezobličnega, kristali pa lahko prevzamejo obliko čudovitih poliedrov z ravnimi robovi in tvorijo nova trdna telesa neverjetne lepote in čistosti.
Kaj so kristali? Amorfno-kristalna struktura
Oblika takih teles je za določeno spojino konstantna. Na primer, beril je vedno videti kot šestkotna prizma. Poskusite z majhnim eksperimentom. Vzemite majhen kristal kuhinjska sol kubična oblika(kroglica) in jo dajte v posebno raztopino, ki je čim bolj nasičena z isto kuhinjsko soljo. Čez čas boste opazili, da je to telo ostalo nespremenjeno – spet je dobilo obliko kocke ali krogle, ki je značilna za kristale kuhinjske soli.
3. - polivinilklorid ali dobro znana plastična PVC okna. Je odporen proti ognju, saj velja za negorljivega, ima povečano mehansko trdnost in električne izolacijske lastnosti.
4. Poliamid je snov z zelo visoko trdnostjo in odpornostjo proti obrabi. Zanj so značilne visoke dielektrične lastnosti.
5. Pleksi steklo ali polimetil metakrilat. Uporabljamo ga lahko na področju elektrotehnike ali kot material za konstrukcije.
6. Fluoroplast ali politetrafluoroetilen je dobro znan dielektrik, ki ne kaže lastnosti raztapljanja v topilih organskega izvora. Široko temperaturno območje in dobro dielektrične lastnosti omogočajo uporabo kot hidrofobni material ali material proti trenju.
7. Polistiren. Na ta material ne vplivajo kisline. Tako kot fluoroplast in poliamid se lahko šteje za dielektrik. Zelo vzdržljiv proti mehanskim obremenitvam. Polistiren se uporablja povsod. Na primer, dobro se je izkazal kot strukturni in električni izolacijski material. Uporablja se v elektrotehniki in radijski tehniki.
8. Pri nas verjetno najbolj znan polimer je polietilen. Material je odporen na izpostavljenost agresivnim okoljem, popolnoma neprepusten za vlago. Če je embalaža iz polietilena, ni bojazni, da bi se vsebina ob močnem dežju pokvarila. Polietilen je tudi dielektrik. Njegova uporaba je obsežna. Iz njega izdelujejo cevne konstrukcije, različne elektrotehnične izdelke, izolacijske folije, plašče za telefonske in kabelske kable. električni vodi, deli za radijsko in drugo opremo.
9. Polivinilklorid je visoko polimerna snov. Je sintetičen in termoplastičen. Ima molekularno strukturo, ki je asimetrična. Je skoraj neprepusten za vodo in je izdelan s stiskanjem, žigosanjem in oblikovanjem. Polivinilklorid se najpogosteje uporablja v elektroindustriji. Na njegovi osnovi so različne toplotnoizolacijske cevi in cevi za kemična zaščita, baterije, izolacijski ovoji in tesnila, žice in kabli. PVC je tudi odlična zamenjava za škodljiv svinec. Ni ga mogoče uporabiti kot visokofrekvenčno vezje v obliki dielektrika. In vse zato, ker v tem primeru kazalniki dielektrične izgube bo visoka. Ima visoko prevodnost.
Izraz "amorfen" je iz grščine dobesedno preveden kot "brez oblike", "brez oblike". Takšne snovi nimajo kristalna struktura, se ne cepijo, da bi oblikovali kristalne površine. Praviloma je amorfno telo izotropno, kar pomeni, da njegove fizikalne lastnosti niso odvisne od smeri. zunanji vpliv.
V določenem časovnem obdobju (meseci, tedni, dnevi) lahko posamezna amorfna telesa spontano preidejo v kristalno stanje. Na primer, lahko opazujete, kako med ali bonboni čez nekaj časa izgubijo svojo prosojnost. V takih primerih običajno rečejo, da so izdelki "kandirani". Hkrati lahko z zajemanjem kandiranega medu z žlico ali razbijanjem bonbona dejansko opazujete nastale sladkorne kristale, ki so prej obstajali v amorfni obliki.
Takšna spontana kristalizacija snovi kaže različne stopnje stabilnosti držav. Tako je amorfno telo manj stabilno.
MINISTRSTVO ZA ŠOLSTVO
FIZIKA 8. RAZRED
Poročilo o temi:
»Amorfna telesa. Taljenje amorfnih teles.”
Učenka 8. razreda:
2009
Amorfna telesa.
Naredimo poskus. Potrebovali bomo kos plastelina, stearinsko svečo in električni kamin. Postavimo plastelin in svečo enake razdalje iz kamina. Po določenem času se bo del stearina stopil (postal tekoč), del pa bo ostal v obliki trdnega kosa. V tem času se bo plastelin le malo zmehčal. Čez nekaj časa se bo ves stearin stopil, plastelin pa bo postopoma "korodiral" po površini mize in se vse bolj mehčal.
Torej obstajajo telesa, ki se pri taljenju ne zmehčajo, ampak se iz trdnega stanja takoj spremenijo v tekočino. Med taljenjem takšnih teles je vedno mogoče ločiti tekočino od še nestaljenega (trdnega) dela telesa. Ta telesa so kristalni. Obstajajo tudi trdne snovi, ki se pri segrevanju postopoma zmehčajo in postajajo vse bolj tekoče. Za taka telesa je nemogoče določiti temperaturo, pri kateri se spremenijo v tekočino (talijo). Ta telesa se imenujejo amorfen.
Naredimo naslednji poskus. Kos smole ali voska vrzite v steklen lijak in ga pustite v toplem prostoru. Po približno enem mesecu se bo izkazalo, da je vosek dobil obliko lijaka in celo začel iztekati iz njega v obliki »toka« (slika 1). V nasprotju s kristali, ki skoraj za vedno ohranijo lastno obliko, so amorfna telesa fluidna tudi pri nizkih temperaturah. Zato jih lahko štejemo za zelo goste in viskozne tekočine.
Zgradba amorfnih teles. Raziskave z uporabo elektronski mikroskop, in tudi s pomočjo rentgenski žarki kažejo, da v amorfnih telesih ni strog red v razporeditvi njihovih delcev. Poglejte, slika 2 prikazuje razporeditev delcev v kristalnem kremenu, tista na desni pa razporeditev delcev v amorfnem kremenu. Te snovi so sestavljene iz enakih delcev - molekul silicijevega oksida SiO 2.
Kristalno stanje kremena dobimo, če staljeni kremen počasi ohlajamo. Če je ohlajanje taline hitro, potem molekule ne bodo imele časa, da bi se "poravnale" v urejene vrste, rezultat pa bo amorfni kremen.
Delci amorfnih teles nihajo zvezno in naključno. Pogosteje kot kristalni delci lahko skačejo z mesta na mesto. To olajša tudi dejstvo, da so delci amorfnih teles nameščeni neenakomerno gosto: med njimi so praznine.
Kristalizacija amorfnih teles. Sčasoma (več mesecev, let) amorfne snovi spontano preidejo v kristalno stanje. Na primer, sladkorni bonboni ali svež med, ki jih pustimo na toplem, po nekaj mesecih postanejo neprozorni. Pravijo, da sta med in sladkarije "kandirana". Če zlomimo sladkorno paličico ali z žlico zajamemo med, bomo dejansko videli kristale sladkorja, ki so nastali.
Spontana kristalizacija amorfnih teles kaže, da je kristalno stanje snovi stabilnejše od amorfnega. Intermolekularna teorija to razlaga tako. Medmolekularne sile privlačnosti in odbijanja povzročijo, da delci amorfnega telesa skočijo prednostno tja, kjer so praznine. Posledično se pojavi bolj urejena razporeditev delcev kot prej, torej nastane polikristal.
Taljenje amorfnih teles.
Z naraščanjem temperature se energija vibracijskega gibanja atomov v trdno telo narašča in končno pride trenutek, ko se vezi med atomi začnejo krhati. V tem primeru trdna snov preide v tekoče stanje. Ta prehod se imenuje taljenje. Pri fiksnem tlaku pride do taljenja pri strogo določeni temperaturi.
Količina toplote, ki je potrebna za pretvorbo enote mase snovi v tekočino pri njenem tališču, se imenuje specifična toplota taljenje λ .
Za taljenje snovi mase m potrebno je porabiti količino toplote, ki je enaka:
Q = λ m .
Postopek taljenja amorfnih teles se razlikuje od taljenja kristalnih teles. Z naraščanjem temperature se amorfna telesa postopoma zmehčajo in postanejo viskozna, dokler se ne spremenijo v tekočino. Amorfna telesa v nasprotju s kristali nimajo določenega tališča. Temperatura amorfnih teles se nenehno spreminja. To se zgodi, ker v amorfnem trdne snovi, tako kot v tekočinah se lahko molekule gibljejo relativno druga glede na drugo. Pri segrevanju se njihova hitrost poveča, razdalja med njima pa se poveča. Posledično telo postaja vse mehkejše, dokler se ne spremeni v tekočino. Ko se amorfna telesa strdijo, tudi njihova temperatura nenehno pada.
Trdne snovi delimo na amorfne in kristalne, glede na njihovo molekularna struktura in fizikalne lastnosti.
Za razliko od kristalov molekule in atomi amorfnih trdnih snovi ne tvorijo mreže in razdalja med njimi niha v določenem območju. možne razdalje. Z drugimi besedami, v kristalih so atomi ali molekule medsebojno razporejeni tako, da se lahko oblikovana struktura ponavlja po celotni prostornini telesa, kar imenujemo red na velikem dosegu. Pri amorfnih telesih je struktura molekul ohranjena le glede na vsako tako molekulo, opazen je vzorec v porazdelitvi samo sosednjih molekul - vrstni red kratkega dosega. Dober primer predstavljeno spodaj.
Med amorfna telesa spadajo steklo in druge snovi v steklastem stanju, kolofonija, smole, jantar, pečatni vosek, bitumen, vosek in organske snovi: guma, usnje, celuloza, polietilen itd.
Lastnosti amorfnih teles
Strukturne značilnosti amorfnih trdnih snovi jim dajejo posamezne lastnosti:
- Šibko izražena pretočnost je ena izmed najbolj znane lastnosti taka telesa. Primer bi bili stekleni kapljači, ki za dolgo časa stoji v okenskem okvirju.
- Amorfne trdne snovi nimajo določenega tališča, saj prehod v tekoče stanje med segrevanjem poteka postopoma, z mehčanjem telesa. Zaradi tega se za taka telesa uporablja tako imenovano temperaturno območje mehčanja.
- Takšna telesa so zaradi svoje zgradbe izotropna, to pomeni, da njihove fizikalne lastnosti niso odvisne od izbire smeri.
- Snov v amorfnem stanju ima več notranja energija, kot v kristalnem. Zaradi tega se lahko amorfna telesa samostojno spremenijo v kristalno stanje. Ta pojav lahko opazimo kot posledico motnosti stekla sčasoma.
Stekleno stanje
V naravi obstajajo tekočine, ki jih je praktično nemogoče spremeniti v kristalno stanje s hlajenjem, saj kompleksnost molekul teh snovi ne omogoča, da tvorijo pravilno kristalno mrežo. Take tekočine vključujejo molekule nekaterih organskih polimerov.
Vendar pa lahko s pomočjo globokega in hitrega ohlajanja skoraj vsaka snov preide v steklasto stanje. To je amorfno stanje, ki nima jasne kristalne mreže, lahko pa delno kristalizira na lestvici majhnih grozdov. Ta pogoj snov je metastabilna, kar pomeni, da obstaja pod določenimi zahtevanimi termodinamičnimi pogoji.
S tehnologijo hlajenja pri določeni hitrosti snov ne bo imela časa za kristalizacijo in se bo pretvorila v steklo. To pomeni, da višja kot je hitrost ohlajanja materiala, manjša je verjetnost, da bo kristaliziral. Na primer, za proizvodnjo kovinskih kozarcev bo potrebna hitrost hlajenja 100.000 - 1.000.000 Kelvinov na sekundo.
V naravi snov obstaja v steklastem stanju in izhaja iz tekoče vulkanske magme, ki v interakciji z hladno vodo ali zrak, se hitro ohladi. IN v tem primeru snov imenujemo vulkansko steklo. Opazujete lahko tudi steklo, ki nastane kot posledica taljenja padajočega meteorita v interakciji z atmosfero - meteoritsko steklo ali moldavit.
MINISTRSTVO ZA ŠOLSTVO
FIZIKA 8. RAZRED
Poročilo o temi:
»Amorfna telesa. Taljenje amorfnih teles.”
Učenka 8. razreda:
2009
Amorfna telesa.
Naredimo poskus. Potrebovali bomo kos plastelina, stearinsko svečo in električni kamin. Na enaki razdalji od kamina postavimo plastelin in svečo. Po določenem času se bo del stearina stopil (postal tekoč), del pa bo ostal v obliki trdnega kosa. V tem času se bo plastelin le malo zmehčal. Čez nekaj časa se bo ves stearin stopil, plastelin pa bo postopoma "korodiral" po površini mize in se vse bolj mehčal.
Torej obstajajo telesa, ki se pri taljenju ne zmehčajo, ampak se iz trdnega stanja takoj spremenijo v tekočino. Med taljenjem takšnih teles je vedno mogoče ločiti tekočino od še nestaljenega (trdnega) dela telesa. Ta telesa so kristalni. Obstajajo tudi trdne snovi, ki se pri segrevanju postopoma zmehčajo in postajajo vse bolj tekoče. Za taka telesa je nemogoče določiti temperaturo, pri kateri se spremenijo v tekočino (talijo). Ta telesa se imenujejo amorfen.
Naredimo naslednji poskus. Kos smole ali voska vrzite v steklen lijak in ga pustite v toplem prostoru. Po približno enem mesecu se bo izkazalo, da je vosek dobil obliko lijaka in celo začel iztekati iz njega v obliki »toka« (slika 1). V nasprotju s kristali, ki skoraj za vedno ohranijo lastno obliko, so amorfna telesa fluidna tudi pri nizkih temperaturah. Zato jih lahko štejemo za zelo goste in viskozne tekočine.
Zgradba amorfnih teles.Študije z elektronskim mikroskopom in rentgenskimi žarki kažejo, da v amorfnih telesih ni strogega reda v razporeditvi njihovih delcev. Poglejte, slika 2 prikazuje razporeditev delcev v kristalnem kremenu, tista na desni pa razporeditev delcev v amorfnem kremenu. Te snovi so sestavljene iz enakih delcev - molekul silicijevega oksida SiO 2.
Kristalno stanje kremena dobimo, če raztaljeni kremen počasi ohlajamo. Če je ohlajanje taline hitro, potem molekule ne bodo imele časa, da bi se "poravnale" v urejene vrste, rezultat pa bo amorfni kremen.
Delci amorfnih teles nihajo zvezno in naključno. Pogosteje kot kristalni delci lahko skačejo z mesta na mesto. To olajša tudi dejstvo, da so delci amorfnih teles nameščeni neenakomerno gosto: med njimi so praznine.
Kristalizacija amorfnih teles. Sčasoma (več mesecev, let) amorfne snovi spontano preidejo v kristalno stanje. Na primer, sladkorni bonboni ali svež med, ki jih pustimo na toplem, po nekaj mesecih postanejo neprozorni. Pravijo, da sta med in sladkarije "kandirana". Če zlomimo sladkorno paličico ali z žlico zajamemo med, bomo dejansko videli kristale sladkorja, ki so nastali.
Spontana kristalizacija amorfnih teles kaže, da je kristalno stanje snovi stabilnejše od amorfnega. Intermolekularna teorija to razlaga tako. Medmolekulske sile privlačnost-odboj sili delce amorfnega telesa, da skačejo predvsem tja, kjer so praznine. Posledično se pojavi bolj urejena razporeditev delcev kot prej, torej nastane polikristal.
Taljenje amorfnih teles.
Ko temperatura narašča, energija nihajno gibanje atomov v trdni snovi se poveča in končno pride trenutek, ko se vezi med atomi začnejo krhati. V tem primeru trdna snov preide v tekoče stanje. Ta prehod se imenuje taljenje. Pri fiksnem tlaku pride do taljenja pri strogo določeni temperaturi.
Količina toplote, ki je potrebna za pretvorbo enote mase snovi v tekočino pri njenem tališču, se imenuje specifična talilna toplota λ .
Za taljenje snovi mase m potrebno je porabiti količino toplote, ki je enaka:
Q = λ m .
Postopek taljenja amorfnih teles se razlikuje od taljenja kristalnih teles. Z naraščanjem temperature se amorfna telesa postopoma zmehčajo in postanejo viskozna, dokler se ne spremenijo v tekočino. Amorfna telesa v nasprotju s kristali nimajo določenega tališča. Temperatura amorfnih teles se nenehno spreminja. To se zgodi, ker se lahko v amorfnih trdnih snoveh, tako kot v tekočinah, molekule premikajo relativno druga glede na drugo. Pri segrevanju se njihova hitrost poveča, razdalja med njima pa se poveča. Zaradi tega telo postaja vse mehkejše, dokler se ne spremeni v tekočino. Ko se amorfna telesa strdijo, tudi njihova temperatura nenehno pada.
