Fiziksel özelliklerin amorf cisimlerin yönüne bağımlılığı. Amorf cisimler

Tüm katılar kristal değildir. Pek çok amorf cisim var.

Amorf cisimlerin atom dizilişinde kesin bir düzen yoktur. Yalnızca en yakın komşu atomlar belirli bir sıraya göre düzenlenir. Ancak amorf cisimlerdeki kristallerin özelliği olan aynı yapısal elemanın tüm yönlerde kesin bir yönelimi yoktur.

Çoğunlukla aynı madde hem kristal hem de amorf hallerde bulunabilir. Örneğin kuvars SiO2 kristal veya amorf formda (silika) olabilir. Kuvarsın kristal formu şematik olarak düzenli altıgenlerden oluşan bir kafes olarak temsil edilebilir. Kuvarsın amorf yapısı da bir kafes görünümündedir ancak düzensiz bir şekle sahiptir. Altıgenlerin yanı sıra beşgenler ve yedigenler içerir.

1959'da İngiliz fizikçi D. Bernal ilginç deneyler yaptı: Aynı büyüklükte birçok küçük hamuru top aldı, bunları tebeşir tozuyla yuvarladı ve büyük bir top haline getirdi. Sonuç olarak toplar çokyüzlülere dönüştü. Bu durumda ağırlıklı olarak beşgen yüzlerin oluştuğu ve çokyüzlülerin ortalama 13,3 yüze sahip olduğu ortaya çıktı. Yani amorf maddelerde mutlaka bir düzen vardır.

Amorf cisimler arasında cam, reçine, reçine, şekerleme vb. bulunur. Kristalli maddelerin aksine, amorf maddeler izotropiktir, yani mekanik, optik, elektriksel ve diğer özellikleri yöne bağlı değildir. Amorf cisimlerin sabit bir erime noktası yoktur; erime belirli bir sıcaklık aralığında meydana gelir. Amorf bir maddenin katı durumdan sıvı duruma geçişine özelliklerde ani bir değişiklik eşlik etmez. Amorf durumun fiziksel bir modeli henüz oluşturulmamıştır.

Amorf katılar, kristal katılar ve sıvılar arasında bir ara pozisyonda bulunur. Atomları veya molekülleri göreceli sıraya göre düzenlenmiştir. Katıların (kristal ve amorf) yapısını anlamak, istenilen özelliklere sahip malzemeler oluşturmanıza olanak tanır.

Dış etkiler altında, amorf cisimler hem katılar gibi elastik özellikler hem de sıvılar gibi akışkanlık sergilerler. Böylece kısa süreli darbelerde (darbelerde) katı cisim gibi davranırlar ve kuvvetli bir darbe altında parçalara ayrılırlar. Ancak çok uzun süre maruz kalındığında amorf cisimler akmaya başlar. Pürüzsüz bir yüzey üzerinde duran bir reçine parçasını takip edelim. Reçine yavaş yavaş üzerine yayılır ve reçinenin sıcaklığı ne kadar yüksek olursa, bu o kadar hızlı gerçekleşir.

Düşük sıcaklıklardaki amorf cisimler, özellikleri bakımından katılara benzer. Hemen hemen hiç akışkanlıkları yoktur, ancak sıcaklık arttıkça yavaş yavaş yumuşarlar ve özellikleri giderek sıvıların özelliklerine yaklaşır. Bunun nedeni, sıcaklık arttıkça atomların bir konumdan diğerine sıçramalarının giderek daha sık hale gelmesidir. Amorf cisimlerin kristal cisimlerden farklı olarak belirli bir vücut sıcaklığı yoktur.

Sıvı bir madde soğutulduğunda her zaman kristalleşmez. belirli koşullar altında dengesiz bir katı amorf (camsı) durum oluşabilir. Camsı halde basit maddeler (karbon, fosfor, arsenik, kükürt, selenyum), oksitler (örneğin bor, silikon, fosfor), halojenürler, kalkojenitler ve birçok organik polimer bulunabilir. Bu durumda madde stabil olabilir. uzun bir süre boyunca örneğin bazı volkanik camlar milyonlarca yıllıktır. Camsı amorf haldeki bir maddenin fiziksel ve kimyasal özellikleri, kristalli bir maddenin özelliklerinden önemli ölçüde farklı olabilir. Örneğin camsı germanyum dioksit kimyasal olarak kristal olandan daha aktiftir. Sıvı ve katı amorf halin özelliklerindeki farklılıklar, parçacıkların termal hareketinin doğası ile belirlenir: amorf durumda, parçacıklar yalnızca salınım ve dönme hareketleri yapabilir, ancak maddenin kalınlığı boyunca hareket edemezler.

Mekanik yüklerin veya sıcaklık değişimlerinin etkisi altında amorf cisimler kristalleşebilir. Amorf durumdaki maddelerin reaktivitesi kristal duruma göre çok daha yüksektir. Maddenin amorf (Yunanca "amorphos" - şekilsiz) durumunun ana özelliği, atomik veya moleküler bir kafesin olmaması, yani kristal durumun karakteristik yapısının üç boyutlu periyodikliğidir.

Amorf bir durumda yalnızca katı halde bulunabilen maddeler vardır. Bu, düzensiz birim dizisine sahip polimerleri ifade eder.

Kristal katıların yanı sıra amorf katılar da vardır. Amorf cisimler, kristallerden farklı olarak atomların dizilişinde kesin bir düzene sahip değildir. Yalnızca en yakın atomlar (komşular) belirli bir sıraya göre düzenlenir. Ancak

Amorf cisimlerde kristallerin özelliği olan aynı yapısal elemanın tüm yönlerde kesin bir tekrarlanabilirliği yoktur.

Çoğunlukla aynı madde hem kristal hem de amorf hallerde bulunabilir. Örneğin kuvars kristal veya amorf formda (silika) olabilir. Kuvarsın kristal formu şematik olarak düzenli altıgenlerden oluşan bir kafes olarak gösterilebilir (Şekil 77, a). Kuvarsın amorf yapısı aynı zamanda bir kafes görünümündedir ancak düzensiz bir şekle sahiptir. Altıgenlerin yanı sıra beşgenler ve yedigenler içerir (Şekil 77, b).

Amorf cisimlerin özellikleri. Tüm amorf cisimler izotropiktir; fiziksel özellikleri her yönde aynıdır. Amorf cisimler arasında cam, birçok plastik, reçine, reçine, şekerleme vb. bulunur.

Dış etkiler altında, amorf cisimler hem katılar gibi elastik özellikler hem de sıvılar gibi akışkanlık sergilerler. Kısa süreli darbelerde (darbelerde) katı bir cisim gibi davranırlar ve güçlü bir darbe ile parçalara ayrılırlar. Ancak çok uzun süre maruz kalındığında amorf cisimler akmaya başlar. Örneğin, bir reçine parçası yavaş yavaş katı bir yüzeye yayılır. Amorf cisimlerin atomları veya molekülleri, tıpkı bir sıvının molekülleri gibi, belirli bir "yerleşik yaşam" süresine, yani denge konumu etrafındaki salınım zamanına sahiptir. Fakat sıvıların aksine bu süre çok uzundur. Bu bakımdan amorf cisimler kristal cisimlere yakındır, çünkü atomların bir denge konumundan diğerine sıçraması nadiren meydana gelir.

Düşük sıcaklıklarda amorf cisimler özellikleri bakımından katılara benzer. Hemen hemen hiç akışkanlıkları yoktur, ancak sıcaklık arttıkça yavaş yavaş yumuşarlar ve özellikleri giderek sıvıların özelliklerine yaklaşır. Bunun nedeni, artan sıcaklıkla birlikte atomların bir konumdan sıçramalarının giderek daha sık hale gelmesidir.

diğerine denge. Kristalin olanlardan farklı olarak amorf cisimler için belirli bir erime noktası yoktur.

Katı hal fiziği. Katıların tüm özellikleri (kristal ve amorf), atomik-moleküler yapıları ve katıları oluşturan moleküllerin, atomların, iyonların ve elektronların hareket yasaları bilgisine dayanarak açıklanabilir. Katıların özelliklerine ilişkin çalışmalar, modern fiziğin geniş bir alanı olan katı hal fiziğinde birleştirilmiştir. Katı hal fiziğinin gelişimi esas olarak teknolojinin ihtiyaçlarından kaynaklanmaktadır. Dünyadaki fizikçilerin yaklaşık yarısı katı hal fiziği alanında çalışmaktadır. Elbette fiziğin diğer tüm dalları hakkında derin bilgi sahibi olmadan bu alandaki başarılar düşünülemez.

1. Kristal cisimlerin amorf cisimlerden farkı nedir? 2. Anizotropi nedir? 3. Tek kristalli, çok kristalli ve amorf cisimlere örnekler verin. 4. Kenar çıkıklarının vida çıkıklarından farkı nedir?

Amorf cisimlerin yapısı. Elektron mikroskobu ve X-ışınları kullanılarak yapılan çalışmalar, amorf cisimlerde parçacıkların düzenlenmesinde katı bir düzen olmadığını göstermektedir. Kristallerin aksine, orada uzun menzilli düzen parçacıkların düzenlenmesinde, amorf cisimlerin yapısında siparişi kapat. Bu, parçacıkların düzenlenmesinde belirli bir düzenin yalnızca her bir parçacığın yakınında korunduğu anlamına gelir (şekle bakın).

Şeklin üst kısmı kristal kuvars içindeki parçacıkların dizilişini, alt kısmı ise kuvarsın amorf varlığını göstermektedir. Bu maddeler aynı parçacıklardan oluşur - silikon oksit SiO2 molekülleri.

Herhangi bir cismin parçacıkları gibi, Amorf cisimlerin parçacıkları sürekli ve rastgele dalgalanır ve kristal parçacıklarından daha sıklıkla bir yerden bir yere sıçrayabilir. Bu, amorf cisimlerin parçacıklarının eşit olmayan bir şekilde yoğun bir şekilde yerleştirilmesiyle kolaylaştırılır - bazı yerlerde parçacıkları arasında nispeten büyük boşluklar vardır. Ancak bu, kristallerdeki “boşluklar” ile aynı şey değildir (bkz. § 7.).

Amorf cisimlerin kristalleşmesi. Zamanla (haftalar, aylar) bazı amorf cisimler kendiliğinden kristal bir duruma dönüşür. Örneğin, birkaç ay boyunca kendi başına bırakılan şekerlemeler veya bal, opak hale gelir. Bu durumda bal ve şekere “şekerlenmiş” denir. Şekerlenmiş bir şekeri kırarak veya bir kaşıkla balı kepçeyle alarak, aslında daha önce amorf bir halde bulunan şeker kristallerinin oluşumunu göreceğiz.

Amorf cisimlerin kendiliğinden kristalleşmesi şunu gösterir: Bir maddenin kristal hali, amorf halinden daha kararlıdır. MKT bunu şöyle açıklıyor. “Komşuların” itici kuvvetleri, amorf gövdenin parçacıklarını tercihen büyük boşlukların olduğu yere doğru hareket etmeye zorlar. Sonuç olarak, parçacıkların daha düzenli bir şekilde düzenlenmesi, yani kristalleşme meydana gelir.

Kendinizi test edin:

1. Bu paragrafın amacı tanıtmaktır...
2. Amorf cisimlere hangi karşılaştırmalı özellikleri verdik?
3. Deney için aşağıdaki ekipman ve malzemeleri kullanıyoruz: ...
4. Deneye hazırlanırken...
5. Deney sırasında ne göreceğiz?
6. Bir stearin mumu ve bir parça hamuru ile yapılan deneyin sonucu nedir?
7. Amorf cisimlerin aksine, kristal cisimler...
8. Kristal bir cisim eridiğinde...
9. Kristal cisimlerin aksine, amorf...
10. Amorf cisimler şunları içerir:
11. Amorf cisimlerin sıvılara benzemesini sağlayan şey nedir? Onlar...
12. Amorf cisimlerin akışkanlığını doğrulamak için deneyin başlangıcını açıklayın.
13. Amorf cisimlerin akışkanlığını doğrulamak için deneyin sonucunu açıklayın.
14. Deneyimden bir sonuç çıkarın.
15. Amorf cisimlerin parçacıklarının dizilişinde katı bir düzen olmadığını nasıl biliyoruz?
16. Amorf bir cismin parçacıklarının düzenlenmesinde "kısa menzilli düzen" terimini nasıl anlıyoruz?
17. Aynı silikon oksit molekülleri hem kristal hem de kristal halinde bulunur.
18. Amorf bir cismin parçacıklarının hareketinin doğası nedir?
19. Amorf bir cismin parçacıklarının düzeninin doğası nedir?
20. Zamanla amorf cisimlere ne olabilir?
21. Şekerde veya şekerlenmiş balda polikristal şeker bulunduğundan nasıl emin olabilirsiniz?
22. Neden bir maddenin kristal halinin amorf halinden daha kararlı olduğuna inanıyoruz?
23. MCT bazı amorf cisimlerin bağımsız kristalleşmesini nasıl açıklıyor?

Katı, sıvı, gaz ve plazmanın yanı sıra maddenin dört temel halinden biridir. Yapısal sağlamlık ve şekil veya hacimdeki değişikliklere karşı direnç ile karakterize edilir. Sıvıdan farklı olarak katı bir cisim akmaz veya içine konulduğu kabın şeklini almaz. Bir katı, bir gazın yaptığı gibi mevcut hacmin tamamını dolduracak şekilde genleşmez.
Bir katıdaki atomlar birbirine yakından bağlıdır, kristal kafesin düğüm noktalarında düzenli bir durumdadır (bunlar metaller, sıradan buz, şeker, tuz, elmastır) veya düzensiz düzenlenmişlerdir, katı bir tekrarlanabilirliğe sahip değildirler. kristal kafesin yapısı (bunlar pencere camı, reçine, mika veya plastik gibi amorf gövdelerdir).

Kristal cisimler

Kristal katılar veya kristaller ayırt edici bir iç özelliğe sahiptir - bir maddenin atomlarının, moleküllerinin veya iyonlarının belirli bir konumu işgal ettiği kristal kafes formunda bir yapı.
Kristal kafes, kristallerde bir maddeyi diğerinden ayıran özel düz yüzeylerin varlığına yol açar. X ışınlarına maruz kaldığında her kristal kafes, maddeyi tanımlamak için kullanılabilecek karakteristik bir desen yayar. Kristallerin kenarları, bir maddeyi diğerinden ayıran belirli açılarda kesişir. Kristal bölünürse yeni yüzler orijinaliyle aynı açılarda kesişecektir.

Örneğin galen - galen, pirit - pirit, kuvars - kuvars. Kristal yüzleri galen (PbS) ve piritte (FeS 2) dik açılarda, kuvarsta ise diğer açılarda kesişir.

Kristallerin özellikleri

• sabit hacim;
• doğru geometrik şekil;
• anizotropi - kristalin yönünden mekanik, ışık, elektriksel ve termal özelliklerdeki fark;
• iyi tanımlanmış bir erime noktası, çünkü kristal kafesin düzenliliğine bağlıdır. Bir katıyı bir arada tutan moleküller arası kuvvetler aynıdır ve her kuvveti aynı anda kırmak için aynı miktarda termal enerji gerekir.

Amorf cisimler

Kristal kafes hücrelerinin katı bir yapısı ve tekrarlanabilirliği olmayan amorf cisimlerin örnekleri şunlardır: cam, reçine, Teflon, poliüretan, naftalin, polivinil klorür.

İki karakteristik özelliği vardır: izotropi ve belirli bir erime noktasının olmaması.
Amorf cisimlerin izotropisi, bir maddenin her yönde aynı fiziksel özellikleri olarak anlaşılmaktadır.
Amorf bir katıda, kristal kafesin komşu düğümlerine olan mesafe ve komşu düğümlerin sayısı malzeme boyunca değişir. Bu nedenle moleküller arası etkileşimleri kırmak için farklı miktarlarda termal enerjiye ihtiyaç vardır. Sonuç olarak, amorf maddeler geniş bir sıcaklık aralığında yavaşça yumuşar ve net bir erime noktasına sahip değildir.
Amorf katıların bir özelliği, düşük sıcaklıklarda katı özelliklerine sahip olmaları ve sıcaklık yükseldiğinde sıvı özelliklerine sahip olmalarıdır.

>>Fizik: Amorf cisimler

Tüm katılar kristal değildir. Pek çok amorf cisim var. Kristallerden nasıl farklılar?
Amorf cisimlerin atom dizilişinde kesin bir düzen yoktur. Yalnızca en yakın komşu atomlar belirli bir sıraya göre düzenlenir. Ancak amorf cisimlerde kristallerin özelliği olan aynı yapısal elemanın her yönde kesin bir tekrarlanabilirliği yoktur.
Amorf cisimler atomların dizilişi ve davranışları açısından sıvılara benzer.
Çoğunlukla aynı madde hem kristal hem de amorf hallerde bulunabilir. Örneğin kuvars Si02, kristal veya amorf formda (silika) olabilir. Kuvarsın kristal formu şematik olarak düzenli altıgenlerden oluşan bir kafes olarak temsil edilebilir ( Şekil 12.6, a). Kuvarsın amorf yapısı aynı zamanda bir kafes görünümündedir ancak düzensiz bir şekle sahiptir. Altıgenlerin yanı sıra beşgenler ve yedigenler de içerir ( Şekil 12.6, b).
Amorf cisimlerin özellikleri. Tüm amorf cisimler izotropiktir, yani fiziksel özellikleri her yönde aynıdır. Amorf cisimler arasında cam, reçine, reçine, şekerleme vb. bulunur.
Dış etkiler altında, amorf cisimler hem katılar gibi elastik özellikler hem de sıvılar gibi akışkanlık sergilerler. Böylece kısa süreli darbelerde (darbelerde) katı cisim gibi davranırlar ve kuvvetli bir darbe altında parçalara ayrılırlar. Ancak çok uzun süre maruz kalındığında amorf cisimler akmaya başlar. Sabırlı olursanız bunu kendiniz de görebilirsiniz. Sert bir yüzey üzerinde duran reçine parçasını takip edin. Reçine yavaş yavaş üzerine yayılır ve reçinenin sıcaklığı ne kadar yüksek olursa, bu o kadar hızlı gerçekleşir.
Amorf cisimlerin atomları veya molekülleri, tıpkı bir sıvının molekülleri gibi, belirli bir "yerleşik yaşam" süresine - denge konumu etrafındaki salınım süresine - sahiptir. Fakat sıvıların aksine bu süre çok uzundur.
Yani, var için T= 20°C “yerleşik ömür” süresi yaklaşık 0,1 s'dir. Bu bakımdan amorf cisimler kristal cisimlere yakındır, çünkü atomların bir denge konumundan diğerine sıçraması nispeten nadirdir.
Düşük sıcaklıklardaki amorf cisimler, özellikleri bakımından katı cisimlere benzer. Hemen hemen hiç akışkanlıkları yoktur, ancak sıcaklık arttıkça yavaş yavaş yumuşarlar ve özellikleri giderek sıvıların özelliklerine yaklaşır. Bunun nedeni, artan sıcaklıkla birlikte atomların bir denge konumundan diğerine sıçramalarının giderek daha sık hale gelmesidir. Belirli erime noktası Amorf cisimler, kristalin cisimlerin aksine böyle değildir.
Sıvı kristaller. Doğada, bir kristalin ve bir sıvının temel özelliklerine, yani anizotropi ve akışkanlığa aynı anda sahip olan maddeler vardır. Maddenin bu durumuna denir sıvı kristal. Sıvı kristaller esas olarak molekülleri uzun iplik benzeri veya düz plaka şekline sahip olan organik maddelerdir.
Bir sıvı kristalin iplik benzeri moleküllerden oluştuğu en basit durumu ele alalım. Bu moleküller birbirine paralel olarak yerleştirilmiştir, ancak rastgele yer değiştirmiştir, yani sıradan kristallerin aksine düzen yalnızca tek bir yönde mevcuttur.
Termal hareket sırasında bu moleküllerin merkezleri rastgele hareket eder ancak moleküllerin yönelimi değişmez ve kendilerine paralel kalırlar. Kesin moleküler yönelim kristalin tüm hacmi boyunca mevcut değildir, ancak alanlar adı verilen küçük bölgelerde mevcuttur. Işığın kırılması ve yansıması alan sınırlarında meydana gelir, bu nedenle sıvı kristaller opaktır. Ancak aralarındaki mesafe 0,01-0,1 mm olan ve 10-100 nm paralel çöküntülere sahip iki ince plaka arasına yerleştirilen sıvı kristal tabakasında tüm moleküller paralel olacak ve kristal şeffaflaşacaktır. Sıvı kristalin bazı bölgelerine elektrik voltajı uygulandığında sıvı kristalin durumu bozulur. Bu alanlar opaklaşıp parlamaya başlarken gerilimin olmadığı alanlar karanlık kalır. Bu fenomen, sıvı kristal televizyon ekranlarının oluşturulmasında kullanılır. Ekranın kendisinin çok sayıda elemandan oluştuğu ve böyle bir ekran için elektronik kontrol devresinin son derece karmaşık olduğu unutulmamalıdır.
Katı hal fiziği.İnsanlık her zaman katı maddeleri kullanmıştır ve kullanmaya devam edecektir. Ancak daha önce katı hal fiziği, doğrudan deneyime dayalı teknolojinin gelişmesinin gerisinde kaldıysa da, şimdi durum değişti. Teorik araştırma, özellikleri tamamen sıra dışı olan katıların oluşmasına yol açar.
Bu tür organları deneme yanılma yoluyla elde etmek imkansızdır. Daha sonra tartışılacak olan transistörlerin yaratılması, katıların yapısının anlaşılmasının tüm radyo mühendisliğinde nasıl bir devrime yol açtığının çarpıcı bir örneğidir.
Belirtilen mekanik, manyetik, elektriksel ve diğer özelliklere sahip malzemelerin elde edilmesi, modern katı hal fiziğinin ana yönlerinden biridir. Dünyadaki fizikçilerin yaklaşık yarısı artık fiziğin bu alanında çalışıyor.
Amorf katılar, kristal katılar ve sıvılar arasında bir ara pozisyonda bulunur. Atomları veya molekülleri göreceli sıraya göre düzenlenmiştir. Katıların (kristal ve amorf) yapısını anlamak, istenilen özelliklere sahip malzemeler oluşturmanıza olanak tanır.

???
1. Amorf cisimlerin kristal cisimlerden farkı nedir?
2. Amorf cisimlere örnekler verin.
3. Cam amorf değil de kristalimsi bir katı olsaydı, cam üfleme mesleği ortaya çıkar mıydı?

G.Ya.Myakishev, B.B.Bukhovtsev, N.N.Sotsky, Fizik 10. sınıf

Bu derse ilişkin düzeltmeleriniz veya önerileriniz varsa,