AMORFA KROPP(grekiska amorfos - formlös) - kroppar där elementära beståndsdelar (atomer, joner, molekyler, deras komplex) är slumpmässigt placerade i rymden. För att skilja amorfa kroppar från kristallina (se Kristaller) används röntgendiffraktionsanalys (se). Kristallina kroppar på röntgendiffraktionsmönster ger ett tydligt definierat diffraktionsmönster i form av ringar, linjer, fläckar medan amorfa kroppar ger en suddig, oregelbunden bild.

Amorfa kroppar har följande egenskaper: 1) under normala förhållanden är de isotropa, det vill säga deras egenskaper (mekaniska, elektriska, kemiska, termiska och så vidare) är desamma i alla riktningar; 2) inte har en viss smältpunkt, och med ökande temperatur övergår de flesta amorfa kroppar, som gradvis mjuknar, till ett flytande tillstånd. Därför kan amorfa kroppar betraktas som underkylda vätskor som inte hunnit kristallisera på grund av en kraftig ökning av viskositeten (se) på grund av en ökning av interaktionskrafterna mellan enskilda molekyler. Många ämnen, beroende på produktionsmetoderna, kan vara i amorfa, mellanliggande eller kristallina tillstånd (proteiner, svavel, kiseldioxid och så vidare). Det finns dock ämnen som nästan uteslutande finns i en av dessa stater. Således är de flesta metaller och salter i ett kristallint tillstånd.

Amorfa kroppar är utbredda (glas, naturliga och konstgjorda hartser, gummi och så vidare). Konstgjorda polymermaterial, som också är amorfa kroppar, har blivit oumbärliga inom teknik, vardag och medicin (lacker, färger, plaster för proteser, olika polymerfilmer).

I levande natur inkluderar amorfa kroppar cytoplasman och de flesta strukturella element celler och vävnader som består av biopolymerer - långkedjiga makromolekyler: proteiner, nukleinsyror, lipider, kolhydrater. Molekyler av biopolymerer interagerar lätt med varandra, vilket ger aggregat (se Aggregation) eller svärm-koacervat (se Coacervation). Amorfa kroppar finns också i celler i form av inneslutningar och reservämnen (stärkelse, lipider).

Ett särdrag hos polymerer som utgör de amorfa kropparna av biologiska föremål är närvaron av smala gränser för fysikalisk-kemiska zoner av reversibelt tillstånd, till exempel. När temperaturen stiger över den kritiska temperaturen förändras deras struktur och egenskaper irreversibelt (proteinkoagulering).

Amorfa kroppar bildade av ett antal konstgjorda polymerer, beroende på temperatur, kan vara i tre tillstånd: glasartade, mycket elastiska och flytande (viskös vätska).

Cellerna i en levande organism kännetecknas av övergångar från ett flytande till ett mycket elastiskt tillstånd vid en konstant temperatur, till exempel tillbakadragning av en blodpropp, muskelkontraktion (se). I biologiska system amorfa kroppar spelar en avgörande roll för att bibehålla cytoplasman i ett stationärt tillstånd. Amorfa kroppars roll för att bibehålla formen och styrkan hos biologiska föremål är viktig: cellulosamembranet hos växtceller, membranen hos sporer och bakterier, djurhud och så vidare.

Bibliografi: Bresler S.E. och Yerusalimsky B.L. Physics and chemistry of macromolecules, M.-L., 1965; Kitaygorodsky A.I. Röntgenstrukturanalys av finkristallina och amorfa kroppar, M.-L., 1952; aka. Ordning och oordning i atomernas värld, M., 1966; Kobeko P. P. Amorphous substanser, M.-L., 1952; Setlow R. och Pollard E. Molecular biophysics, trans. från engelska, M., 1964.

UTBILDNINGSMINISTERIET

FYSIK 8. GRUND

Rapport om ämnet:

"Amorfa kroppar. Smältning av amorfa kroppar."

Elev i årskurs 8:

2009

Amorfa kroppar.

Låt oss göra ett experiment. Vi kommer att behöva en bit plasticine, ett stearinljus och en elektrisk spis. Låt oss placera plasticine och ett ljus på lika avstånd från eldstaden. Efter en tid kommer en del av stearinet att smälta (bli flytande), och en del kommer att förbli i form av en fast bit. Under samma tid kommer plasticinen bara att mjukna lite. Efter en tid kommer allt stearin att smälta, och plasticinen kommer gradvis att "korrodera" längs bordets yta och mjukna mer och mer.

Så, det finns kroppar som inte mjuknar när de smälter, utan förvandlas från ett fast tillstånd omedelbart till en vätska. Under smältningen av sådana kroppar är det alltid möjligt att separera vätskan från den ännu inte smälta (fasta) delen av kroppen. Dessa kroppar är kristallin. Det finns också fasta ämnen som vid upphettning gradvis mjuknar och blir mer och mer flytande. För sådana kroppar är det omöjligt att ange temperaturen vid vilken de förvandlas till vätska (smälta). Dessa kroppar kallas amorf.

Låt oss göra följande experiment. Kasta en bit harts eller vax i en glastratt och lämna den i ett varmt rum. Efter ungefär en månad kommer det att visa sig att vaxet har tagit formen av en tratt och till och med börjat rinna ut ur den i form av en "bäck" (fig. 1). I motsats till kristaller, som behåller sin egen form nästan för evigt, uppvisar amorfa kroppar flytbarhet även vid låga temperaturer. Därför kan de betraktas som mycket tjocka och trögflytande vätskor.

Strukturen av amorfa kroppar. Studier som använder ett elektronmikroskop, såväl som med röntgenstrålar, indikerar att det i amorfa kroppar inte finns någon strikt ordning i arrangemanget av sina partiklar. Ta en titt, figur 2 visar arrangemanget av partiklar i kristallin kvarts, och den till höger visar arrangemanget av partiklar i amorf kvarts. Dessa ämnen består av samma partiklar - molekyler av kiseloxid SiO 2.

Det kristallina tillståndet av kvarts erhålls om smält kvarts kyls långsamt. Om kylningen av smältan är snabb, kommer molekylerna inte att ha tid att "ställa upp" i ordnade rader, och resultatet blir amorf kvarts.

Partiklar av amorfa kroppar oscillerar kontinuerligt och slumpmässigt. De kan hoppa från plats till plats oftare än kristallpartiklar. Detta underlättas också av det faktum att partiklarna i amorfa kroppar är placerade ojämnt tätt: det finns tomrum mellan dem.

Kristallisering av amorfa kroppar. Med tiden (flera månader, år) omvandlas amorfa ämnen spontant till ett kristallint tillstånd. Till exempel kommer sockergodis eller färsk honung som lämnas ensamma på en varm plats att bli ogenomskinlig efter några månader. De säger att honung och godis är "godis". Genom att bryta en godisrör eller ösa upp honung med en sked kommer vi faktiskt att se sockerkristallerna som har bildats.

Spontan kristallisation av amorfa kroppar indikerar att det kristallina tillståndet hos ett ämne är mer stabilt än det amorfa. Den intermolekylära teorin förklarar det så här. Intermolekylära krafter av attraktion och repulsion gör att partiklar i en amorf kropp hoppar företrädesvis till där det finns tomrum. Som ett resultat uppträder ett mer ordnat arrangemang av partiklar än tidigare, det vill säga en polykristall bildas.

Smältning av amorfa kroppar.

När temperaturen ökar kommer energin från atomernas vibrationsrörelse in fast kroppökar och slutligen kommer ett ögonblick då bindningarna mellan atomerna börjar brytas. I detta fall förvandlas det fasta tillståndet till ett flytande tillstånd. Denna övergång kallas smältande. Vid ett fast tryck sker smältning vid en strikt definierad temperatur.

Mängden värme som krävs för att omvandla en massaenhet av ett ämne till en vätska vid dess smältpunkt kallas det specifika fusionsvärmet λ .

Att smälta ett ämne med massa m det är nödvändigt att förbruka en mängd värme lika med:

Q = λm .

Processen att smälta amorfa kroppar skiljer sig från smältningen av kristallina kroppar. När temperaturen ökar mjuknar amorfa kroppar gradvis och blir trögflytande tills de förvandlas till vätska. Amorfa kroppar, till skillnad från kristaller, har ingen specifik smältpunkt. Temperaturen hos amorfa kroppar förändras kontinuerligt. Detta beror på att i amorfa fasta ämnen, som i vätskor, kan molekyler röra sig i förhållande till varandra. Vid uppvärmning ökar deras hastighet och avståndet mellan dem ökar. Som ett resultat blir kroppen mjukare och mjukare tills den förvandlas till vätska. När amorfa kroppar stelnar sjunker även deras temperatur kontinuerligt.

>>Fysik: Amorfa kroppar

Inte alla fasta ämnen är kristaller. Det finns många amorfa kroppar. Hur skiljer de sig från kristaller?
Amorfa kroppar har inte en strikt ordning i arrangemanget av atomer. Endast de närmaste grannatomerna är ordnade i någon ordning. Men det finns ingen strikt repeterbarhet i alla riktningar av samma strukturella element, vilket är karakteristiskt för kristaller, i amorfa kroppar.
När det gäller arrangemanget av atomer och deras beteende liknar amorfa kroppar vätskor.
Ofta finns samma ämne i både kristallina och amorft tillstånd. Till exempel kan kvarts SiO2 vara i antingen kristallin eller amorf form (kiseldioxid). Den kristallina formen av kvarts kan schematiskt representeras som ett gitter av regelbundna hexagoner ( Fig. 12.6, a). Den amorfa strukturen av kvarts har också utseendet av ett gitter, men av oregelbunden form. Tillsammans med hexagoner innehåller den pentagoner och heptagoner ( Fig. 12.6, b).
Egenskaper hos amorfa kroppar. Alla amorfa kroppar är isotropa, d.v.s. fysiska egenskaper samma åt alla håll. Amorfa kroppar inkluderar glas, harts, kolofonium, sockergodis, etc.
På yttre påverkan amorfa kroppar uppvisar både elastiska egenskaper, som fasta ämnen, och fluiditet, som vätskor. Under kortsiktiga effekter (påverkan) beter de sig alltså som fasta kroppar och när stark påverkan delas i bitar. Men med mycket lång exponering flyter amorfa kroppar. Du kan se detta själv om du har tålamod. Följ plastbiten som ligger på en hård yta. Gradvis sprids hartset över det, och ju högre temperatur hartset har, desto snabbare sker detta.
Atomer eller molekyler av amorfa kroppar, som molekyler i en vätska, har en viss tid av "fast liv" - tiden för svängningar runt jämviktspositionen. Men till skillnad från vätskor är den här tiden väldigt lång.
Så, för var at t= 20°C "satt livstid" är cirka 0,1 s. I detta avseende är amorfa kroppar nära kristallina, eftersom hopp av atomer från en jämviktsposition till en annan förekommer relativt sällan.
Amorfa kroppar kl låga temperaturer deras egenskaper liknar fasta ämnen. De har nästan ingen flytbarhet, men när temperaturen stiger mjuknar de gradvis och deras egenskaper kommer närmare och närmare vätskors egenskaper. Detta beror på att med ökande temperatur blir hopp av atomer från en jämviktsposition till en annan gradvis mer frekventa. Viss smältpunkt Amorfa kroppar, till skillnad från kristallina, gör det inte.
Flytande kristaller. I naturen finns det ämnen som samtidigt besitter de grundläggande egenskaperna hos en kristall och en vätska, nämligen anisotropi och fluiditet. Detta tillstånd av materia kallas flytande kristall. Flytande kristaller är huvudsakligen organiska ämnen vars molekyler har en lång trådliknande eller platt platta form.
Låt oss överväga det enklaste fallet, när en flytande kristall bildas av trådliknande molekyler. Dessa molekyler är placerade parallellt med varandra, men är slumpmässigt förskjutna, det vill säga, ordning, till skillnad från vanliga kristaller, existerar bara i en riktning.
Under termisk rörelse rör sig dessa molekylers centra kaotiskt, men molekylernas orientering förändras inte och de förblir parallella med sig själva. Strikt molekylär orientering existerar inte genom hela volymen av kristallen, utan i små områden som kallas domäner. Brytning och reflektion av ljus sker vid domängränserna, varför flytande kristaller är ogenomskinliga. Men i ett lager av flytande kristaller placerat mellan två tunna plattor, vars avstånd är 0,01-0,1 mm, med parallella fördjupningar på 10-100 nm, kommer alla molekyler att vara parallella och kristallen blir transparent. Om elektrisk spänning appliceras på vissa delar av den flytande kristallen, störs det flytande kristallernas tillstånd. Dessa områden blir ogenomskinliga och börjar glöda, medan områdena utan spänning förblir mörka. Detta fenomen används vid skapandet av TV-skärmar med flytande kristaller. Det bör noteras att själva skärmen består av ett stort antal element och den elektroniska styrkretsen för en sådan skärm är extremt komplex.
Fysik fast. Mänskligheten har alltid använt och kommer att fortsätta att använda fasta ämnen. Men om tidigare fasta tillståndsfysik släpat efter utvecklingen av teknik baserad på direkta erfarenheter, nu har situationen förändrats. Teoretisk forskning leder till skapandet av fasta ämnen vars egenskaper är helt ovanliga.
Det skulle vara omöjligt att få tag på sådana organ genom försök och misstag. Skapandet av transistorer, som kommer att diskuteras senare, - lysande exempel hur förståelsen av fasta ämnens struktur ledde till en revolution inom all radioteknik.
Att erhålla material med specificerade mekaniska, magnetiska, elektriska och andra egenskaper är en av huvudriktningarna för modern fast tillståndsfysik. Ungefär hälften av världens fysiker arbetar nu inom detta område av fysiken.
Amorfa fasta ämnen upptar en mellanposition mellan kristallina fasta ämnen och vätskor. Deras atomer eller molekyler är ordnade i relativ ordning. Genom att förstå strukturen hos fasta ämnen (kristallina och amorfa) kan du skapa material med önskade egenskaper.

???
1. Hur skiljer sig amorfa kroppar från kristallina?
2. Ge exempel på amorfa kroppar.
3. Skulle glasblåsaryrket ha uppstått om glas hade varit ett kristallint fast ämne snarare än ett amorft?

G.Ya.Myakishev, B.B.Bukhovtsev, N.N.Sotsky, fysik 10:e klass

Lektionens innehåll lektionsanteckningar stödja frame lektion presentation acceleration metoder interaktiv teknik Öva uppgifter och övningar självtest workshops, utbildningar, fall, uppdrag hemläxa diskussionsfrågor retoriska frågor från studenter Illustrationer ljud, videoklipp och multimedia fotografier, bilder, grafik, tabeller, diagram, humor, anekdoter, skämt, serier, liknelser, ordspråk, korsord, citat Tillägg sammandrag artiklar knep för nyfikna spjälsängar läroböcker grundläggande och ytterligare ordbok över termer andra Förbättra läroböcker och lektionerrätta fel i läroboken uppdatera ett fragment i en lärobok, inslag av innovation i lektionen, ersätta föråldrad kunskap med nya. Endast för lärare perfekta lektioner kalenderplan för året metodologiska rekommendationer diskussionsprogram Integrerade lektioner

Om du har korrigeringar eller förslag till den här lektionen,

Till skillnad från kristallina fasta ämnen finns det ingen strikt ordning i arrangemanget av partiklar i ett amorft fast ämne.

Även om amorfa fasta ämnen kan behålla sin form, har de inget kristallgitter. Ett visst mönster observeras endast för molekyler och atomer som finns i närheten. Denna ordning kallas stäng ordning . Det upprepas inte i alla riktningar och kvarstår inte över långa avstånd, som med kristallina kroppar.

Exempel på amorfa kroppar är glas, bärnsten, konstgjorda hartser, vax, paraffin, plasticine, etc.

Funktioner hos amorfa kroppar

Atomer i amorfa kroppar vibrerar runt slumpmässigt placerade punkter. Därför liknar strukturen hos dessa kroppar strukturen hos vätskor. Men partiklarna i dem är mindre rörliga. Tiden de svänger runt jämviktspositionen är längre än i vätskor. Hopp av atomer till en annan position förekommer också mycket mer sällan.

Hur beter sig kristallina fasta ämnen när de värms upp? De börjar smälta vid en viss tid smältpunkt. Och under en tid är de samtidigt i fast och flytande tillstånd, tills hela ämnet smälter.

Amorfa fasta ämnen har ingen specifik smältpunkt . När de värms upp smälter de inte, utan mjuknar gradvis.

Placera en bit plasticine nära värmeanordningen. Efter en tid blir den mjuk. Detta sker inte omedelbart, utan under en viss tidsperiod.

Eftersom egenskaperna hos amorfa kroppar liknar egenskaperna hos vätskor, betraktas de som underkylda vätskor med mycket hög viskositet (frysta vätskor). Under normala förhållanden kan de inte flyta. Men när de värms upp sker hopp av atomer i dem oftare, viskositeten minskar och amorfa kroppar mjuknar gradvis. Ju högre temperatur, desto lägre viskositet, och gradvis blir den amorfa kroppen flytande.

Vanligt glas är en solid amorf kropp. Det erhålls genom att smälta kiseloxid, soda och kalk. Genom att värma upp blandningen till 1400 o C erhålls en flytande glasartad massa. Vid kylning flytande glas stelnar inte som kristallina kroppar, utan förblir en vätska, vars viskositet ökar och flytbarheten minskar. Under normala förhållanden framstår den för oss som en solid kropp. Men i själva verket är det en vätska som har enorm viskositet och flytbarhet, så låg att den knappt kan urskiljas av de mest ultrakänsliga instrumenten.

Ett ämnes amorfa tillstånd är instabilt. Med tiden övergår det gradvis från ett amorft tillstånd till ett kristallint tillstånd. Denna process sker i olika takt i olika ämnen. Vi ser godisrör bli täckta av sockerkristaller. Detta tar inte särskilt lång tid.

Och för att kristaller ska bildas i vanligt glas måste det gå mycket tid. Under kristallisering förlorar glas sin styrka, transparens, blir grumligt och blir skört.

Isotropi av amorfa kroppar

I kristallina fasta ämnen varierar fysikaliska egenskaper i olika riktningar. Men i amorfa kroppar är de lika i alla riktningar. Detta fenomen kallas isotropi .

En amorf kropp leder elektricitet och värme lika i alla riktningar och bryter ljus lika. Ljud färdas också lika i amorfa kroppar i alla riktningar.

Egenskaper amorfa ämnen används i modern teknik. Av särskilt intresse är metallegeringar som inte har en kristallin struktur och som tillhör amorfa fasta ämnen. De kallas metall glasögon . Deras fysiska, mekaniska, elektriska och andra egenskaper skiljer sig från vanliga metaller till det bättre.

Sålunda använder de inom medicin amorfa legeringar vars styrka överstiger titan. De används för att göra skruvar eller plattor som förbinder brutna ben. Till skillnad från fästelement i titan sönderfaller detta material gradvis och ersätts med tiden av benmaterial.

Höghållfasta legeringar används vid tillverkning av skärande verktyg, beslag, fjädrar och mekanismdelar.

En amorf legering med hög magnetisk permeabilitet har utvecklats i Japan. Genom att använda den i transformatorkärnor istället för strukturerade transformatorstålplåtar kan förlusterna minskas med virvelströmmar 20 gånger.

Amorfa metaller har unika egenskaper. De kallas framtidens material.

Tillsammans med kristallina fasta ämnen finns även amorfa fasta ämnen. Amorfa kroppar, till skillnad från kristaller, har inte en strikt ordning i arrangemanget av atomer. Endast de närmaste atomerna - grannar - är ordnade i någon ordning. Men

Det finns ingen strikt repeterbarhet i alla riktningar av samma strukturella element, vilket är karakteristiskt för kristaller, i amorfa kroppar.

Ofta kan samma substans hittas i både kristallint och amorft tillstånd. Till exempel kan kvarts vara i antingen kristallin eller amorf form (kiseldioxid). Den kristallina formen av kvarts kan schematiskt representeras som ett gitter av regelbundna hexagoner (fig. 77, a). Den amorfa strukturen av kvarts har också utseendet av ett gitter, men av oregelbunden form. Tillsammans med hexagoner innehåller den pentagoner och heptagoner (fig. 77, b).

Egenskaper hos amorfa kroppar. Alla amorfa kroppar är isotropa: deras fysikaliska egenskaper är desamma i alla riktningar. Amorfa kroppar inkluderar glas, många plaster, harts, kolofonium, sockergodis, etc.

Under yttre påverkan uppvisar amorfa kroppar både elastiska egenskaper, som fasta ämnen, och fluiditet, som vätskor. Under kortvariga påverkan (påverkan) beter de sig som en solid kropp och, med en kraftig påverkan, går de i bitar. Men med mycket lång exponering flyter amorfa kroppar. Till exempel sprids en bit harts gradvis över en fast yta. Atomer eller molekyler av amorfa kroppar, som molekyler i en vätska, har en viss "fast livstid", tiden för svängningar runt jämviktspositionen. Men till skillnad från vätskor är den här tiden väldigt lång. I detta avseende är amorfa kroppar nära kristallina, eftersom hopp av atomer från en jämviktsposition till en annan sällan förekommer.

Vid låga temperaturer liknar amorfa kroppar fasta ämnen i sina egenskaper. De har nästan ingen flytbarhet, men när temperaturen stiger mjuknar de gradvis och deras egenskaper kommer närmare och närmare vätskors egenskaper. Detta beror på att med ökande temperatur blir hopp av atomer från en position gradvis mer frekventa.

balansera till en annan. Det finns ingen specifik smältpunkt för amorfa kroppar, till skillnad från kristallina.

Fasta tillståndets fysik. Alla egenskaper hos fasta ämnen (kristallina och amorfa) kan förklaras utifrån kunskap om deras atom-molekylära struktur och rörelselagarna för molekyler, atomer, joner och elektroner som utgör fasta ämnen. Studier av fasta ämnens egenskaper förenas i ett stort område av modern fysik - fasta tillståndets fysik. Utvecklingen av fasta tillståndets fysik stimuleras främst av teknikens behov. Ungefär hälften av världens fysiker arbetar inom fasta tillståndets fysik. Naturligtvis är prestationer på detta område otänkbara utan djup kunskap om alla andra grenar av fysiken.

1. Hur skiljer sig kristallina kroppar från amorfa? 2. Vad är anisotropi? 3. Ge exempel på monokristallina, polykristallina och amorfa kroppar. 4. Hur skiljer sig kantdislokationer från skruvdislokationer?