/

Strukturen av en amorf kropp. Amorfa kroppar

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

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.

Amorfa ämnens egenskaper 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.

« Fysik - 10:e klass"

Förutom fasta ämnen som har en kristallin struktur, som kännetecknas av en strikt ordning i arrangemanget av atomer, finns det amorfa fasta ämnen.

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 kan samma substans hittas i både kristallint och amorft tillstånd.


Teoretiska studier leder till produktion 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, är ett slående exempel på 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 fysik fast.

Fasta ämnen delas in i amorfa och kristallina, beroende på deras molekylära struktur och fysiska egenskaper.

Till skillnad från kristaller bildar molekylerna och atomerna av amorfa fasta ämnen inte ett gitter, och avståndet mellan dem fluktuerar inom ett visst intervall av möjliga avstånd. Med andra ord, i kristaller är atomer eller molekyler inbördes anordnade på ett sådant sätt att den bildade strukturen kan upprepas genom hela kroppens volym, vilket kallas långvägsordning. När det gäller amorfa kroppar bevaras strukturen av molekyler endast i förhållande till varje sådan molekyl, ett mönster observeras i fördelningen av endast närliggande molekyler - kortdistansordning. Ett bra exempel presenteras nedan.

Amorfa kroppar inkluderar glas och andra ämnen i glasartat tillstånd, kolofonium, hartser, bärnsten, tätningsvax, bitumen, vax samt organiska ämnen: gummi, läder, cellulosa, polyeten, etc.

Egenskaper hos amorfa kroppar

De strukturella egenskaperna hos amorfa fasta ämnen ger dem individuella egenskaper:

  1. Svag fluiditet är en av de mest välkända egenskaperna hos sådana kroppar. Ett exempel skulle vara glasdropp som har suttit i en fönsterkarm länge.
  2. Amorfa fasta ämnen har ingen specifik smältpunkt, eftersom övergången till flytande tillstånd under uppvärmning sker gradvis, genom uppmjukning av kroppen. Av denna anledning tillämpas det så kallade mjukningstemperaturintervallet på sådana kroppar.

  1. På grund av sin struktur är sådana kroppar isotropa, det vill säga deras fysikaliska egenskaper beror inte på valet av riktning.
  2. Ett ämne i amorft tillstånd har större inre energi än i kristallint tillstånd. Av denna anledning kan amorfa kroppar självständigt omvandlas till ett kristallint tillstånd. Detta fenomen kan observeras som ett resultat av att glas med tiden blir grumligt.

Glasigt tillstånd

I naturen finns det vätskor som är praktiskt taget omöjliga att omvandla till ett kristallint tillstånd genom kylning, eftersom komplexiteten hos molekylerna av dessa ämnen inte tillåter dem att bilda ett vanligt kristallgitter. Sådana vätskor inkluderar molekyler av vissa organiska polymerer.

Men med hjälp av djup och snabb kylning kan nästan vilket ämne som helst förvandlas till ett glasartat tillstånd. Det här är vad det är amorft tillstånd, som inte har ett tydligt kristallgitter, men kan delvis kristallisera på skalan av små kluster. Detta tillstånd av materia är metastabilt, det vill säga det kvarstår under vissa erforderliga termodynamiska förhållanden.

Med hjälp av kylteknik vid en viss hastighet kommer ämnet inte att hinna kristallisera och omvandlas till glas. Det vill säga, ju högre kylningshastighet materialet har, desto mindre sannolikt är det att det kristalliserar. Till exempel, för att tillverka metallglas, krävs en kylhastighet på 100 000 - 1 000 000 Kelvin per sekund.

I naturen existerar ämnet i ett glasartat tillstånd och uppstår från flytande vulkanisk magma, som interagerar med kallt vatten eller luft, kyls snabbt. I det här fallet kallas ämnet vulkaniskt glas. Du kan också observera glas som bildas som ett resultat av smältningen av en fallande meteorit som interagerar med atmosfären - meteoritglas eller moldavit.

Strukturen av amorfa kroppar. Forskning med hjälp av ett elektronmikroskop och röntgenstrålar indikerar att det i amorfa kroppar inte finns någon strikt ordning i arrangemanget av deras partiklar. Till skillnad från kristaller, där det finns lång räckvidd ordning i arrangemanget av partiklar, i strukturen av amorfa kroppar finns det stäng ordning. Detta innebär att en viss ordning av partiklarnas arrangemang endast bevaras nära varje enskild partikel (se figur).

Den övre delen av figuren visar arrangemanget av partiklar i kristallin kvarts, den nedre delen visar den amorfa formen av kvarts. Dessa ämnen består av samma partiklar - molekyler av kiseloxid SiO2.

Som partiklar i alla kroppar, partiklar av amorfa kroppar oscillerar kontinuerligt och slumpmässigt och kan oftare än partiklar av kristaller hoppa från plats till plats. Detta underlättas av att amorfa kroppars partiklar ligger ojämnt tätt - på vissa ställen finns det relativt stora luckor mellan deras partiklar. Detta är dock inte detsamma som ”vakanser” i kristaller (se § 7).

Kristallisering av amorfa kroppar. Med tiden (veckor, månader), några amorfa kroppar spontant omvandlas till ett kristallint tillstånd. Till exempel blir sockergodis eller honung ensam i flera månader ogenomskinlig. I det här fallet sägs honungen och godiset vara "godis". Genom att bryta en godisrör eller ösa upp honung med en sked kommer vi faktiskt att se bildandet av sockerkristaller som tidigare funnits i amorft tillstånd.

Spontan kristallisation av amorfa kroppar indikerar det Det kristallina tillståndet hos ett ämne är mer stabilt än det amorfa. MKT förklarar det så här. De frånstötande krafterna från "grannarna" tvingar den amorfa kroppens partiklar att förflytta sig företrädesvis till där det finns stora luckor. Som ett resultat uppstår ett mer ordnat arrangemang av partiklar, det vill säga kristallisering sker.

Testa dig själv:

  1. Syftet med denna paragraf är att introducera...
  2. Som jämförande egenskaper vi gav till amorfa kroppar?
  3. För experimentet använder vi följande utrustning och material: ...
  4. Under förberedelserna inför experimentet...
  5. Vad kommer vi att se under experimentet?
  6. Vad är resultatet av experimentet med ett stearinljus och en bit plasticine?
  7. Till skillnad från amorfa kroppar, kristallina kroppar...
  8. När en kristallin kropp smälter...
  9. Till skillnad från kristallina kroppar, amorfa...
  10. Amorfa kroppar inkluderar kroppar för vilka...
  11. Vad får amorfa kroppar att se ut som vätskor? De...
  12. Beskriv början av experimentet för att bekräfta flytbarheten hos amorfa kroppar.
  13. Beskriv resultatet av experimentet för att bekräfta flytbarheten hos amorfa kroppar.
  14. Formulera en slutsats av erfarenheten.
  15. Hur vet vi att amorfa kroppar inte har en strikt ordning i arrangemanget av sina partiklar?
  16. Hur förstår vi termen "kortdistansordning" i arrangemanget av partiklar i en amorf kropp?
  17. Samma molekyler av kiseloxid finns i både kristallina och...
  18. Vad är arten av rörelsen av partiklar i en amorf kropp?
  19. Vad är arten av arrangemanget av partiklar i en amorf kropp?
  20. Vad kan hända med amorfa kroppar över tid?
  21. Hur kan du vara säker på att det finns polykristaller av socker i godis eller kanderad honung?
  22. Varför tror vi att ett ämnes kristallina tillstånd är mer stabilt än det amorfa?
  23. Hur förklarar MCT den oberoende kristalliseringen av vissa amorfa kroppar?

Amorfa kroppar

Amorfa ämnen (kroppar)(från antik grekiska. ἀ "inte-" och μορφή "typ, form") - ett kondenserat tillstånd av ett ämne, vars atomstruktur har kortdistansordning och inte har långdistansordning, karakteristisk för kristallstrukturer. Till skillnad från kristaller stelnar inte stabila amorfa ämnen med bildandet av kristallina ytor, och (såvida de inte var under stark anisotrop påverkan - till exempel kompression eller elektriskt fält) har isotropa egenskaper, det vill säga de upptäcker inte olika egenskaperåt olika håll. Och de har ingen specifik smältpunkt: med ökande temperatur mjuknar stabila amorfa ämnen gradvis och över glasövergångstemperaturen (T g) förvandlas de till ett flytande tillstånd. Ämnen med hög kristallisationshastighet, vanligtvis med en (poly-)kristallin struktur, men starkt underkylda under stelning till ett amorft tillstånd, vid efterföljande uppvärmning kort före smältning, omkristalliseras (i fast tillstånd med liten värmeavgivning) och smälter sedan som vanliga polykristallina ämnen.

Erhålls när hög hastighet stelning (kylning) av en flytande smälta eller kondensation av ångor på ett substrat (vilket föremål som helst) som kyls märkbart under SMÄLTtemperaturen (inte kokande!). Förhållandet mellan den faktiska kylningshastigheten (dT/dt) och den karakteristiska kristallisationshastigheten bestämmer andelen polykristaller i den amorfa volymen. Kristallisationshastigheten är en parameter för ett ämne som svagt beror på tryck och temperatur (starkt runt smältpunkten). Och det beror starkt på kompositionens komplexitet - för metaller är det i storleksordningen bråkdelar till tiotals millisekunder; och för glas vid rumstemperatur - hundratals och tusentals år (gamla glas och speglar blir grumliga).

De elektriska och mekaniska egenskaperna hos amorfa ämnen ligger närmare de för enkristaller än för polykristaller på grund av frånvaron av skarpa och kraftigt kontaminerade interkristallina övergångar (gränser) med ofta en helt annan kemisk sammansättning.

De icke-mekaniska egenskaperna hos semi-amorfa tillstånd är vanligtvis mellanliggande mellan amorfa och kristallina och är isotropa. Men frånvaron av skarpa interkristallina övergångar påverkar märkbart de elektriska och mekaniska egenskaperna, vilket gör dem liknar amorfa.

På yttre påverkan amorfa ämnen uppvisar både elastiska egenskaper, som kristallina fasta ämnen, och flytbarhet, som vätskor. Under kortsiktiga effekter (påverkan) beter de sig alltså som fasta ämnen och när stark påverkan delas i bitar. Men med mycket långvarig exponering (till exempel stretching) flödar amorfa ämnen. Till exempel, amorft ämneäven ett harts (eller tjära, bitumen). Om du bryter det i små delar och fyller kärlet med den resulterande massan, kommer hartset efter en tid att smälta samman till en enda helhet och ta formen av kärlet.

Beroende på deras elektriska egenskaper är de uppdelade i amorfa metaller, amorfa ickemetaller och amorfa halvledare.

Se även

(föråldrad term)

Wikimedia Foundation.

2010.




Dela