Za razliko od kristalnih trdnih snovi v amorfni trdni snovi ni strogega reda v razporeditvi delcev.
Čeprav so amorfne trdne snovi sposobne ohraniti svojo obliko, nimajo kristalne mreže. Določen vzorec opazimo le pri molekulah in atomih, ki se nahajajo v bližini. To naročilo se imenuje zapri naročilo . Ne ponavlja se v vse smeri in ni shranjeno v dolge razdalje, kot kristalna telesa.
Primeri amorfnih teles so steklo, jantar, umetne smole, vosek, parafin, plastelin itd.
Značilnosti amorfnih teles
Atomi v amorfnih telesih vibrirajo okoli naključno lociranih točk. Zato struktura teh teles spominja na strukturo tekočin. Toda delci v njih so manj mobilni. Čas, ko zanihajo okoli ravnotežnega položaja, je daljši kot pri tekočinah. Tudi preskoki atomov na drug položaj se zgodijo precej redkeje.
Kako se kristalne trdne snovi obnašajo pri segrevanju? Pričnejo se topiti pri določenem tališče. In nekaj časa so hkrati v trdnem in tekočem stanju, dokler se celotna snov ne stopi.
Amorfne trdne snovi nimajo določenega tališča . Pri segrevanju se ne stopijo, ampak se postopoma zmehčajo.
Blizu grelne naprave položimo kos plastelina. Čez nekaj časa bo postalo mehko. To se ne zgodi takoj, ampak v določenem časovnem obdobju.
Ker so lastnosti amorfnih teles podobne lastnostim tekočin, jih obravnavamo kot preohlajene tekočine z zelo visoko viskoznostjo (zmrznjene tekočine). V normalnih pogojih ne morejo teči. Toda pri segrevanju se pogosteje pojavijo skoki atomov v njih, viskoznost se zmanjša in amorfna telesa se postopoma mehčajo. Višja kot je temperatura, manjša je viskoznost in postopoma amorfno telo postane tekoče.
Navadno steklo je trdno amorfno telo. Pridobiva se s taljenjem silicijevega oksida, sode in apna. S segrevanjem zmesi na 1400 o C dobimo tekočo steklasto maso. Pri ohlajanju tekoče steklo se ne strdi kot kristalna telesa, ampak ostane tekočina, katere viskoznost se poveča, fluidnost pa zmanjša. V normalnih pogojih se nam zdi kot trdno telo. Toda v resnici gre za tekočino, ki ima ogromno viskoznost in fluidnost, tako nizko, da jo komaj ločijo najbolj ultraobčutljivi instrumenti.
Amorfno stanje snovi je nestabilno. Sčasoma postopoma preide iz amorfnega stanja v kristalno stanje. Ta proces poteka v različnih snoveh z pri različnih hitrostih. Vidimo, da se sladkarije prekrijejo s kristali sladkorja. To ne vzame veliko časa.
In da v navadnem steklu nastanejo kristali, mora preteči veliko časa. Med kristalizacijo steklo izgubi trdnost, prosojnost, postane motno in postane krhko.
Izotropija amorfnih teles
V kristalnih trdnih snoveh fizične lastnosti spreminjajo v različne smeri. Toda v amorfnih telesih so enaki v vseh smereh. Ta pojav se imenuje izotropnost .
Amorfno telo enako prevaja elektriko in toploto v vse smeri ter enako lomi svetlobo. Tudi zvok se v amorfnih telesih enakomerno širi v vse smeri.
Lastnosti amorfne snovi uporablja v sodobne tehnologije. Posebna zanimivost povzročajo kovinske zlitine, ki nimajo kristalna struktura in spadajo med amorfne trdne snovi. Imenujejo se kovinska očala . Njihove fizikalne, mehanske, električne in druge lastnosti se od navadnih kovin razlikujejo na bolje.
Tako v medicini uporabljajo amorfne zlitine, katerih trdnost presega titan. Uporabljajo se za izdelavo vijakov ali ploščic, ki povezujejo zlomljene kosti. V nasprotju s pritrdilnimi elementi iz titana ta material postopoma razpade in ga sčasoma nadomesti kostni material.
Zlitine visoke trdnosti se uporabljajo pri izdelavi orodij za rezanje kovin, fitingov, vzmeti in delov mehanizmov.
Na Japonskem so razvili amorfno zlitino z visoko magnetno prepustnostjo. Z njegovo uporabo v transformatorskih jedrih namesto teksturirane transformatorske jeklene pločevine je možno zmanjšati izgube za vrtinčni tokovi 20-krat.
Amorfne kovine imajo edinstvene lastnosti. Imenujejo jih material prihodnosti.
Trdne snovi delimo na amorfne in kristalne, odvisno od njihove 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 organska snov: 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.
- Amorfen 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 amorfno stanje 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 strukturo. kristalna mreža. Take tekočine vključujejo molekule nekaterih organskih polimerov.
S pomočjo globokega in hitrega ohlajanja pa lahko 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 hladna voda 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.
Imeti določeno tališče je pomemben znak kristalne snovi. Po tej lastnosti jih zlahka ločimo od amorfnih teles, ki jih prav tako uvrščamo med trdne snovi. Sem sodijo zlasti steklo, zelo viskozne smole in plastika.
Amorfne snovi (za razliko od kristalnih) nimajo določenega tališča - ne topijo se, ampak se zmehčajo. Pri segrevanju kos stekla na primer najprej postane mehak iz trdega, zlahka ga je upogniti ali raztegniti; z več visoka temperatura kos začne spreminjati svojo obliko pod vplivom lastne gravitacije. Ko se segreje, gosta viskozna masa dobi obliko posode, v kateri leži. Ta masa je najprej gosta, kot med, nato kot kisla smetana in na koncu postane skoraj enaka tekočina z nizko viskoznostjo kot voda. Tu pa je nemogoče navesti določeno temperaturo prehoda trdne snovi v tekočino, saj ta ne obstaja.
Razlogi za to so v temeljni razliki v strukturi amorfnih teles od strukture kristalnih. Atomi v amorfnih telesih so razporejeni naključno. Amorfna telesa po svoji strukturi ni tekočin. LS6 v trdnem steklu so atomi razporejeni naključno. To pomeni, da povišanje temperature stekla samo poveča razpon vibracij njegovih molekul, ki jih postopoma povečujejo. več svobode premikanje. Zato se steklo mehča postopoma in ne kaže ostrega prehoda »trdno-tekoče«, značilnega za prehod iz razporeditve molekul v v strogem redu do neurejenih.
Toplota taljenja
Talilna toplota je količina toplote, ki jo je treba predati snovi, ko stalen pritisk in konstantna temperatura, enaka temperatura taljenjem, da se popolnoma pretvori iz trdne snovi kristalno stanje v tekočino.
Talilna toplota je enaka količini toplote, ki se sprosti pri kristalizaciji snovi iz tekočega stanja.
Med taljenjem gre vsa toplota, dovedena v snov, za povečanje potencialne energije njenih molekul. Kinetična energija se ne spremeni, saj taljenje poteka pri konstantni temperaturi.
Izkustveno preučevanje taljenja različne snovi enake mase, lahko vidite, da jih spremenite v tekočino različne količine toplina. Na primer, za taljenje enega kilograma ledu morate porabiti 332 J energije, za taljenje 1 kg svinca pa 25 kJ.
Fizikalna količina, ki kaže, koliko toplote je treba privesti kristalnemu telesu, ki tehta 1 kg, da se popolnoma pretvori v tekoče stanje, se imenuje specifična talilna toplota.
Specifična talilna toplota se meri v joulih na kilogram (J/kg) in je označena z grško črko X (lambda).
Specifična kristalizacijska toplota je enaka specifični talilni toploti, saj se pri kristalizaciji sprosti enaka količina toplote, kot se je absorbira pri taljenju. Tako na primer, ko voda, ki tehta 1 kg, zmrzne, se sprosti enakih 332 J energije, ki so potrebne za pretvorbo iste mase ledu v vodo.
Da bi našli količino toplote, potrebno za taljenje kristalnega telesa poljubne mase ali talilno toploto, je potrebno Specifična toplota taljenje tega telesa, pomnoženo z njegovo maso:
Količina toplote, ki jo sprosti telo, se šteje za negativno. Zato je treba pri izračunu količine toplote, ki se sprosti med kristalizacijo snovi z maso m, uporabiti isto formulo, vendar z znakom minus.
Za razliko od kristalnih trdnih snovi v amorfni trdni snovi ni strogega reda v razporeditvi delcev.
Čeprav so amorfne trdne snovi sposobne ohraniti svojo obliko, nimajo kristalne mreže. Določen vzorec opazimo le pri molekulah in atomih, ki se nahajajo v bližini. To naročilo se imenuje zapri naročilo . Ne ponavlja se v vse smeri in ne vztraja na dolge razdalje, kot pri kristalnih telesih.
Primeri amorfnih teles so steklo, jantar, umetne smole, vosek, parafin, plastelin itd.
Značilnosti amorfnih teles
Atomi v amorfnih telesih vibrirajo okoli naključno lociranih točk. Zato struktura teh teles spominja na strukturo tekočin. Toda delci v njih so manj mobilni. Čas, ko zanihajo okoli ravnotežnega položaja, je daljši kot pri tekočinah. Tudi preskoki atomov na drug položaj se zgodijo precej redkeje.
Kako se kristalne trdne snovi obnašajo pri segrevanju? Pričnejo se topiti pri določenem tališče. In nekaj časa so hkrati v trdnem in tekočem stanju, dokler se celotna snov ne stopi.
Amorfne trdne snovi nimajo določenega tališča . Pri segrevanju se ne stopijo, ampak se postopoma zmehčajo.
Blizu grelne naprave položimo kos plastelina. Čez nekaj časa bo postalo mehko. To se ne zgodi takoj, ampak v določenem časovnem obdobju.
Ker so lastnosti amorfnih teles podobne lastnostim tekočin, jih obravnavamo kot preohlajene tekočine z zelo visoko viskoznostjo (zmrznjene tekočine). V normalnih pogojih ne morejo teči. Toda pri segrevanju se pogosteje pojavijo skoki atomov v njih, viskoznost se zmanjša in amorfna telesa se postopoma mehčajo. Višja kot je temperatura, manjša je viskoznost in postopoma amorfno telo postane tekoče.
Navadno steklo je trdno amorfno telo. Pridobiva se s taljenjem silicijevega oksida, sode in apna. S segrevanjem zmesi na 1400 o C dobimo tekočo steklasto maso. Pri ohlajanju se tekoče steklo ne strdi kot kristalna telesa, ampak ostane tekočina, katere viskoznost se poveča, fluidnost pa zmanjša. V normalnih pogojih se nam zdi kot trdno telo. Toda v resnici gre za tekočino, ki ima ogromno viskoznost in fluidnost, tako nizko, da jo komaj ločijo najbolj ultraobčutljivi instrumenti.
Amorfno stanje snovi je nestabilno. Sčasoma postopoma preide iz amorfnega stanja v kristalno stanje. Ta proces poteka z različnimi hitrostmi v različnih snoveh. Vidimo, da se sladkarije prekrijejo s kristali sladkorja. To ne vzame veliko časa.
In da v navadnem steklu nastanejo kristali, mora preteči veliko časa. Med kristalizacijo steklo izgubi trdnost, prosojnost, postane motno in postane krhko.
Izotropija amorfnih teles
V kristalnih trdnih snoveh se fizikalne lastnosti spreminjajo v različnih smereh. Toda v amorfnih telesih so enaki v vseh smereh. Ta pojav se imenuje izotropnost .
Amorfno telo enako prevaja elektriko in toploto v vse smeri ter enako lomi svetlobo. Tudi zvok se v amorfnih telesih enakomerno širi v vse smeri.
Lastnosti amorfnih snovi se uporabljajo v sodobnih tehnologijah. Posebej zanimive so kovinske zlitine, ki nimajo kristalne strukture in spadajo med amorfne trdne snovi. Imenujejo se kovinska očala . Njihove fizikalne, mehanske, električne in druge lastnosti se od navadnih kovin razlikujejo na bolje.
Tako v medicini uporabljajo amorfne zlitine, katerih trdnost presega titan. Uporabljajo se za izdelavo vijakov ali ploščic, ki povezujejo zlomljene kosti. V nasprotju s pritrdilnimi elementi iz titana ta material postopoma razpade in ga sčasoma nadomesti kostni material.
Zlitine visoke trdnosti se uporabljajo pri izdelavi orodij za rezanje kovin, fitingov, vzmeti in delov mehanizmov.
Na Japonskem so razvili amorfno zlitino z visoko magnetno prepustnostjo. Z njegovo uporabo v transformatorskih jedrih namesto teksturirane transformatorske jeklene pločevine se lahko izgube zaradi vrtinčnih tokov zmanjšajo za 20-krat.
Amorfne kovine imajo edinstvene lastnosti. Imenujejo jih material prihodnosti.
Trdna snov je agregatno stanje snovi, za katero je značilna konstantnost oblike in narava gibanja atomov, ki izvajajo majhne vibracije okoli ravnotežnih položajev.
Kristalna telesa. Trdno telo v normalnih pogojih je težko stisniti ali raztegniti. Za dajanje trdnih snovi želeno obliko ali količino v obratih in tovarnah, kjer se predelujejo specialni stroji: struženje, skobljanje, brušenje.
V odsotnosti zunanji vplivi trdno telo ohrani svojo obliko in prostornino.
To je razloženo z dejstvom, da je privlačnost med atomi (ali molekulami) večja kot pri tekočinah (in zlasti plinih). Zadostuje, da so atomi blizu svojih ravnotežnih položajev.
Molekule ali atomi večine trdnih snovi, kot so led, sol, diamant, kovine, se nahajajo v v določenem vrstnem redu. Take trdne snovi imenujemo kristalne. Čeprav se delci teh teles gibljejo, ta gibanja predstavljajo nihanje okoli določenih točk (ravnotežnih položajev). Delci se ne morejo premakniti daleč od teh točk, zato trdna snov ohrani svojo obliko in prostornino.
Poleg tega se za razliko od tekočin ravnotežne točke atomov ali ionov trdne snovi, ki so povezane, nahajajo na vrhovih pravilne prostorska rešetka, ki se imenuje kristalni.
Ravnotežni položaji, glede na katere se pojavljajo toplotne vibracije delcev, se imenujejo vozlišča kristalne mreže.
Monokristal je trdno telo, katerega delci tvorijo enojno kristalno mrežo (monokristal).
Anizotropija monokristalov. Ena glavnih lastnosti monokristalov, po kateri se razlikujejo od tekočin in plinov, je anizotropnost njihovih fizikalnih lastnosti. Anizotropija se nanaša na odvisnost fizikalnih lastnosti od smeri v kristalu. Anizotropni so mehanske lastnosti(znano je na primer, da je sljudo enostavno luščiti v eni smeri in zelo težko v pravokotni smeri), električne lastnosti(električna prevodnost mnogih kristalov je odvisna od smeri), optične lastnosti (pojav dvolomnost, in dikroizem - absorpcijska anizotropija; na primer, posamezen kristal turmalina je "obarvan". različne barve- zelena in rjava, odvisno s katere strani gledaš).
Polikristal je trdna snov, sestavljena iz naključno usmerjenih monokristalov. Večina trdnih snovi, s katerimi imamo opravka v vsakdanjem življenju, je polikristalnih – sol, sladkor, razni kovinski izdelki. Naključna orientacija zlitih mikrokristalov, iz katerih so sestavljeni, vodi do izginotja anizotropije lastnosti.
Amorfna telesa. Med trdne snovi poleg kristalnih teles uvrščamo tudi amorfna telesa. Amorfno v grščini pomeni "brezoblično".
Amorfna telesa so trdna telesa, za katera je značilna neurejena razporeditev delcev v prostoru.
V teh telesih molekule (ali atomi) vibrirajo okoli naključno nameščenih točk in imajo, tako kot tekoče molekule. določen čas ustaljeno življenje. Toda za razliko od tekočin je ta čas zelo dolg.
Amorfna telesa vključujejo steklo, jantar, različne druge smole in plastiko. Čeprav pri sobni temperaturi ta telesa ohranijo svojo obliko, se z naraščanjem temperature postopoma zmehčajo in začnejo teči kot tekočine: amorfna telesa nimajo določene temperature taljenja.
V tem se razlikujejo od kristalnih teles, ki z naraščajočo temperaturo ne prehajajo postopoma, temveč nenadoma v tekoče stanje (pri zelo določeni temperaturi - tališču).
Vsa amorfna telesa so izotropna, to pomeni, da imajo enake fizikalne lastnosti v različnih smereh. Ob udarcu se obnašajo kot trdna telesa – razcepijo se, in če so izpostavljeni zelo dolgo, tečejo.
Trenutno je pridobljenih veliko snovi v amorfnem stanju umetno, na primer amorfni in steklasti polprevodniki, magnetni materiali in celo kovine.
