Amorfna telesa. Taljenje amorfnih teles

Poleg kristalnih trdnih snovi obstajajo tudi amorfne trdne snovi. Amorfna telesa za razliko od kristalov nimajo strog red v razporeditvi atomov. Samo najbližji atomi - sosedje - so razporejeni v nekem vrstnem redu. Ampak

V amorfnih telesih ni stroge ponovljivosti v vse smeri istega strukturnega elementa, ki je značilna za kristale.

Pogosto lahko isto snov najdemo tako v kristalnem kot v amorfnem stanju. Na primer, kremen je lahko v kristalni ali amorfni obliki (silicijev dioksid). Kristalno obliko kremena lahko shematično predstavimo kot mrežo pravilnih šesterokotnikov (slika 77, a). Amorfna struktura kremena ima tudi obliko mreže, vendar nepravilne oblike. Skupaj s šesterokotniki obstajajo pentagoni in heptagoni (slika 77, b).

Lastnosti amorfnih teles. Vsa amorfna telesa so izotropna: njihova fizične lastnosti enako v vse smeri. Amorfna telesa vključujejo steklo, mnoge plastike, smolo, kolofonijo, sladkorne bonbone itd.

Pod zunanjimi vplivi se istočasno zaznajo amorfna telesa elastične lastnosti, kot so trdne snovi, in fluidnost, kot so tekočine. Pri kratkotrajnih udarcih (udarci) se obnašajo kot trdno telo in ob močnem udarcu razpadejo na koščke. Toda pri zelo dolgotrajna izpostavljenost tečejo amorfna telesa. Na primer, kos smole se postopoma širi po trdni površini. Atomi ali molekule amorfnih teles imajo tako kot molekule tekočine določen čas»sedeče življenje« je čas nihanja okoli ravnotežnega položaja. Toda za razliko od tekočin je ta čas zelo dolg. V tem pogledu so amorfna telesa blizu kristalnim, saj redko pride do preskokov atomov iz enega ravnotežnega položaja v drugega.

Pri nizkih temperaturah so amorfna telesa po svojih lastnostih podobna trdnim snovem. Nimajo skoraj nobene fluidnosti, vendar se z naraščanjem temperature postopoma zmehčajo in njihove lastnosti postajajo vse bližje lastnostim tekočin. To se zgodi zato, ker z naraščajočo temperaturo skoki atomov iz enega položaja postopoma postajajo vse pogostejši.

ravnotežje drugemu. Za amorfna telesa, za razliko od kristalnih, ni določenega tališča.

Fizika trdne snovi. Vse lastnosti trdnih snovi (kristalnih in amorfnih) lahko razložimo na podlagi poznavanja le-teh atomsko-molekularna zgradba in zakoni gibanja molekul, atomov, ionov in elektronov, ki sestavljajo trdne snovi. Študije lastnosti trdnih snovi so združene v velika površina moderna fizika- fizika trdne snovi. Razvoj fizike trdne snovi spodbujajo predvsem potrebe tehnologije. Približno polovica svetovnih fizikov deluje na področju fizike trdne snovi. Seveda so dosežki na tem področju nepredstavljivi brez poglobljenega poznavanja vseh drugih vej fizike.

1. V čem se kristalna telesa razlikujejo od amorfnih? 2. Kaj je anizotropija? 3. Navedite primere monokristalnih, polikristalnih in amorfnih teles. 4. Kako se robne dislokacije razlikujejo od vijačnih?

Zgradba amorfnih teles. Raziskave z uporabo elektronski mikroskop in rentgenski žarki kažejo, da v amorfnih telesih ni strogega reda v razporeditvi njihovih delcev. Za razliko od kristalov, kjer je red na dolge razdalje v razporeditvi delcev, v zgradbi amorfnih teles je zapri naročilo. To pomeni, da je določena urejenost razporeditve delcev ohranjena samo v bližini vsakega posamezni delec(glej sliko).

Zgornji del slike prikazuje razporeditev delcev v kristalnem kremenu, spodnji del prikazuje amorfno obliko obstoja kremena. Te snovi so sestavljene iz enakih delcev - molekul silicijevega oksida SiO2.

Kot delci katerega koli telesa, delci amorfnih teles nihajo zvezno in naključno in pogosteje kot delci kristalov lahko skačejo z mesta na mesto. To olajša dejstvo, da so delci amorfnih teles nameščeni neenakomerno gosto - ponekod so med njihovimi delci relativno velike vrzeli. Vendar to ni isto kot "prosta mesta" v kristalih (glej § 7).

Kristalizacija amorfnih teles. Sčasoma (tedni, meseci) nekaj amorfnih teles spontano Pojdi do kristalno stanje. Na primer, sladkorni bonboni ali med, ki jih pustimo več mesecev, postanejo neprozorni. V tem primeru se reče, da sta med in sladkarije "kandirana". Z lomljenjem kandiranega bonbona ali zajemanjem medu z žlico bomo dejansko videli nastanek kristalov sladkorja, ki je prej obstajal v amorfnem stanju.

Na to kaže spontana kristalizacija amorfnih teles Kristalno stanje snovi je stabilnejše od amorfnega. MKT to razlaga takole. Odbojne sile "sosedov" prisilijo delce amorfnega telesa, da se premikajo prednostno tja, kjer so velike vrzeli. Posledično pride do bolj urejene razporeditve delcev, to je do kristalizacije.

Preverite sami:

1. Namen tega odstavka je predstaviti ...
2. Katera primerjalne značilnosti smo dali amorfnim telesom?
3. Za eksperiment uporabljamo naslednjo opremo in materiale: ...
4. Med pripravami na poskus smo...
5. Kaj bomo videli med poskusom?
6. Kakšen je rezultat poskusa s stearinsko svečo in kosom plastelina?
7. Za razliko od amorfnih teles, kristalna telesa ...
8. Ko se kristalno telo stopi ...
9. Za razliko od kristalnih teles, amorfne...
10. Med amorfna telesa spadajo telesa, za katera...
11. Zakaj so amorfna telesa videti kot tekočine? Oni...
12. Opišite začetek poskusa za potrditev fluidnosti amorfnih teles.
13. Opišite rezultat poskusa za potrditev fluidnosti amorfnih teles.
14. Oblikujte sklep iz izkušenj.
15. Kako vemo, da amorfna telesa nimajo strogega reda v razporeditvi delcev?
16. Kako razumemo izraz »red kratkega dosega« v razporeditvi delcev amorfnega telesa?
17. Enake molekule silicijevega oksida najdemo tako v kristalnem kot v...
18. Kakšna je narava gibanja delcev amorfnega telesa?
19. Kakšna je narava razporeditve delcev amorfnega telesa?
20. Kaj se lahko zgodi z amorfnimi telesi skozi čas?
21. Kako ste lahko prepričani, da so v sladkarijah ali kandiranem medu polikristali sladkorja?
22. Zakaj menimo, da je kristalno stanje snovi stabilnejše od amorfnega?
23. Kako MCT pojasnjuje neodvisno kristalizacijo nekaterih amorfnih teles?

Vse trdne snovi niso kristali. Obstaja veliko amorfnih teles.

Amorfna telesa nimajo strogega reda v razporeditvi atomov. Samo najbližji sosednji atomi so razporejeni v nekem vrstnem redu. Ni pa stroge usmerjenosti v vse smeri istega strukturnega elementa, kar je značilno za kristale v amorfnih telesih.

Pogosto lahko isto snov najdemo tako v kristalnem kot v amorfnem stanju. Na primer, kremen SiO2 je lahko v kristalni ali amorfni obliki (silicijev dioksid). Kristalno obliko kremena lahko shematično predstavimo kot mrežo pravilnih šesterokotnikov. Tudi amorfna struktura kremena ima videz mreže, vendar nepravilne oblike. Poleg šesterokotnikov vsebuje petkotnike in sedemkotnike.

Leta 1959 je angleški fizik D. Bernal izvedel zanimivi poskusi: vzel je veliko majhnih kroglic iz plastelina enake velikosti, jih povaljal v kredo v prahu in stisnil v veliko kroglo. Posledično so se kroglice deformirale v poliedre. Izkazalo se je, da so v tem primeru nastale pretežno peterokotne ploskve, poliedri pa so imeli v povprečju 13,3 ploskve. Nekaj ​​reda v amorfnih snoveh torej vsekakor obstaja.

Amorfna telesa vključujejo steklo, smolo, kolofonijo, sladkorne bonbone itd. V nasprotju s kristalnimi snovmi amorfne snovi izotropne, kar pomeni, da njihove mehanske, optične, električne in druge lastnosti niso odvisne od smeri. Amorfna telesa nimajo določenega tališča: taljenje poteka v določenem temperaturnem območju. Prehod amorfne snovi iz trdnega v tekoče stanje ne spremlja nenadna sprememba lastnosti. Fizični model amorfno stanje še ni ustvarjeno.

Amorfna telesa zasedejo vmesni položaj med kristalnimi trdnimi snovmi in tekočinami. Njihovi atomi ali molekule se nahajajo v relativni red. Razumevanje strukture trdnih snovi (kristalnih in amorfnih) vam omogoča ustvarjanje materialov z želenimi lastnostmi.

Pod zunanjimi vplivi kažejo amorfna telesa elastične lastnosti, kot trdne snovi, in fluidne, kot tekočine. Tako se ob kratkotrajnih udarcih (udarci) obnašajo kot trdna telesa in ob močnem udarcu razpadejo na koščke. Toda z zelo dolgo izpostavljenostjo amorfna telesa tečejo. Sledimo koščku smole, ki leži na gladki površini. Postopoma se smola širi po njem in višja kot je temperatura smole, hitreje se to zgodi.

Amorfna telesa pri nizkih temperaturah po svojih lastnostih spominjajo na trdne snovi. Nimajo skoraj nobene fluidnosti, vendar se z naraščanjem temperature postopoma zmehčajo in njihove lastnosti postajajo vse bližje lastnostim tekočin. To se zgodi zato, ker z naraščanjem temperature postajajo preskoki atomov iz enega položaja v drugega postopoma pogostejši. Amorfna telesa za razliko od kristalnih nimajo določene telesne temperature.

Pri ohlajanju tekoča snov do kristalizacije ne pride vedno. pod določenimi pogoji lahko nastane neravnovesno trdno amorfno (steklasto) stanje. V steklenem stanju so lahko preproste snovi(ogljik, fosfor, arzen, žveplo, selen), oksidi (na primer bor, silicij, fosfor), halogenidi, halkogenidi, številni organski polimeri so lahko snovi v tem stanju stabilne dlje časa, npr , je starost nekaterih vulkanskih stekel izračunana na milijone let. Fizično in Kemijske lastnosti snovi v steklastem amorfnem stanju se lahko bistveno razlikujejo od lastnosti kristalna snov. Steklasti germanijev dioksid je na primer kemično aktivnejši od kristalnega. Razlike v lastnostih tekočega in trdnega amorfnega stanja so določene z naravo toplotnega gibanja delcev: v amorfnem stanju so delci sposobni samo vibrirati in rotacijski gibi, vendar se ne more premikati skozi snov.

Pod vplivom mehanskih obremenitev ali temperaturnih sprememb lahko amorfna telesa kristalizirajo. Reaktivnost snovi v amorfnem stanju bistveno višje kot v kristalnem stanju. Glavni znak amorfno (iz grščine »amorphos« – brezoblično) agregatno stanje – odsotnost atomskega oz. molekularna mreža, to je tridimenzionalna periodičnost strukture, ki je značilna za kristalno stanje.

Obstajajo snovi, ki lahko obstajajo le v trdni obliki v amorfnem stanju. To se nanaša na polimere z nepravilnim zaporedjem enot.

« Fizika - 10. razred"

Poleg trdnih snovi, ki imajo kristalno strukturo, za katero je značilno v strogem redu v razporeditvi atomov obstajajo amorfne trdne snovi.

Amorfna telesa nimajo strogega reda v razporeditvi atomov. Samo najbližji sosednji atomi so razporejeni v nekem vrstnem redu. Toda stroge ponovljivosti v vse smeri istega strukturnega elementa, ki je značilna za kristale, v amorfnih telesih ni. Po razporeditvi atomov in obnašanju so amorfna telesa podobna tekočinam. Pogosto lahko isto snov najdemo tako v kristalnem kot v amorfnem stanju.

Teoretične raziskave vodijo v proizvodnjo trdnih snovi, katerih lastnosti so popolnoma nenavadne. Takšna telesa bi bilo nemogoče pridobiti s poskusi in napakami. Ustvarjanje tranzistorjev, o katerih bomo razpravljali kasneje, - svetel zgled kako je razumevanje strukture trdnih teles vodilo do revolucije v vsej radijski tehnologiji.

Pridobivanje materialov z določenimi mehanskimi, magnetnimi, električnimi in drugimi lastnostmi je ena glavnih usmeritev sodobne fizike trdne snovi.

Ste se kdaj vprašali, kaj so te skrivnostne 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 naključni in se nahajajo na blizu drug drugemu. Lahko so zelo gosti ali viskozni. Kako nanje vplivajo zunanji vplivi? Vplival različne temperature telesa postanejo tekoča, kot tekočine, hkrati pa precej elastična. V primeru zunanji vpliv ne traja dolgo, lahko snovi amorfne strukture močan udarec razbiti na koščke. Dolgoročni vpliv od zunaj vodi do tega, da preprosto tečejo.

Poskusite z majhnim eksperimentom s smolo doma. Nadeni si gor trda površina in opazili boste, da se začne gladko širiti. Tako je, snov je! Hitrost je odvisna od odčitkov 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, kar pomeni, da imajo enake fizikalne lastnosti v vseh smereh.

Taljenje in prehod v druga stanja. Kovina in steklo

Amorfno stanje snovi ne pomeni vzdrževanja določene temperature. Pri nizkih vrednostih telesa zmrznejo, pri visokih se stopijo. Mimogrede, od tega je odvisna tudi stopnja viskoznosti takšnih snovi. Nizka temperatura spodbuja zmanjšano viskoznost, visoka viskoznost pa jo, nasprotno, povečuje.

Za snovi amorfnega tipa je mogoče razlikovati še eno značilnost - prehod v kristalno stanje in spontan. Zakaj se to dogaja? Notranja energija v kristalnem telesu je veliko manj 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. Pri strjevanju 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 znali delati z njimi, morate poznati kristalno zgradbo določenih 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 je navedeno zgoraj, lahko tista telesa, ki imajo velik koeficient viskoznosti, imenujemo amorfna in njihova fluidnost pri običajnih temperaturah ni mogoča. In tukaj toplota, 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 razni 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 tip kristalna struktura. 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 lastnost 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 takšnih teles je za določeno spojino konstantna. Na primer, beril je vedno videti kot šestkotna prizma. Poskusite z majhnim eksperimentom. Vzemite majhen kristal namizna 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 konstrukcijski 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 pod vplivom močnega dežja 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. daljnovodi, deli za radijsko in drugo opremo.

9. Polivinilklorid je visoko polimerna snov. Je sintetična in termoplastična. 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.