„Аморфни тела. Топене на аморфни тела. Аморфни вещества. Кристално и аморфно състояние на материята. Приложение на аморфни вещества

Повечето вещества в умерения климат на Земята са в твърдо състояние. Твърдите тела запазват не само формата си, но и обема си.

Въз основа на естеството на относителното разположение на частиците твърдите вещества се разделят на три вида: кристални, аморфни и композитни.

Аморфни тела.Примери за аморфни тела включват стъкло, различни втвърдени смоли (кехлибар), пластмаси и т.н. Ако аморфното тяло се нагрее, то постепенно се размеква и преходът към течно състояние отнема значителен температурен диапазон.

Сходството с течностите се обяснява с факта, че атомите и молекулите на аморфните тела, подобно на течните молекули, имат време на „установен живот“. Няма специфична точка на топене, така че аморфните тела могат да се разглеждат като свръхохладени течности с много висок вискозитет. Липсата на далечен ред в подреждането на атомите на аморфните тела води до факта, че веществото в аморфно състояние има по-ниска плътност, отколкото в кристално състояние.

Разстройството в подреждането на атомите на аморфните тела води до факта, че средното разстояние между атомите в различни посоки е еднакво, следователно те са изотропни, т.е. всички физични свойства (механични, оптични и т.н.) не зависят от посоката на външно влияние. Признак за аморфно тяло е неправилната форма на повърхността при счупване. Аморфните тела след дълъг период от време все още променят формата си под въздействието на гравитацията. Това ги прави да изглеждат като течности. С повишаването на температурата тази промяна във формата става по-бързо. Аморфното състояние е нестабилно, настъпва преход от аморфно състояние към кристално състояние. (Стъклото става мътна.)

Кристални тела.Ако има периодичност в подреждането на атомите (далечен ред), твърдото вещество е кристално.

Ако разгледате зърната сол с лупа или микроскоп, ще забележите, че те са ограничени от плоски ръбове. Наличието на такива лица е знак, че сте в кристално състояние.

Тяло, което е един кристал, се нарича монокристал. Повечето кристални тела се състоят от много произволно разположени малки кристали, които са израснали заедно. Такива тела се наричат ​​поликристали. Парче захар е поликристално тяло. Кристалите на различните вещества имат различна форма. Размерите на кристалите също са разнообразни. Размерите на поликристалните кристали могат да се променят с времето. Малките железни кристали се превръщат в големи, този процес се ускорява от удари и удари, възниква в стоманени мостове, железопътни релси и др., в резултат на което здравината на конструкцията намалява с времето.

Много тела с еднакъв химичен състав в кристално състояние, в зависимост от условията, могат да съществуват в две или повече разновидности. Това свойство се нарича полиморфизъм. Ледът има до десет известни модификации. Въглероден полиморфизъм - графит и диамант.

Съществено свойство на монокристала е анизотропията - несходството на неговите свойства (електрически, механични и др.) В различни посоки.

Поликристалните тела са изотропни, т.е. проявяват еднакви свойства във всички посоки. Това се обяснява с факта, че кристалите, изграждащи поликристалното тяло, са произволно ориентирани един спрямо друг. В резултат нито една от посоките не се различава от останалите.

Създадени са композитни материали, чиито механични свойства превъзхождат естествените материали. Композитни материали (композити)се състои от матрица и пълнители. Като матрица се използват полимерни, метални, въглеродни или керамични материали. Пълнителите могат да се състоят от мустаци, влакна или жици. По-специално, композитните материали включват стоманобетон и ферографит.

Стоманобетонът е един от основните видове строителни материали. Представлява комбинация от бетон и стоманена армировка.

Iron-graphite е металокерамичен материал, състоящ се от желязо (95-98%) и графит (2-5%). От него се изработват лагери и втулки за различни машинни възли и механизми.

Фибростъклото също е композитен материал, който е смес от стъклени влакна и втвърдена смола.

Човешките и животинските кости са съставен материал, състоящ се от два напълно различни компонента: колаген и минерална материя.

МИНИСТЕРСТВО НА ОБРАЗОВАНИЕТО

ФИЗИКА 8 КЛАС

Доклад по темата:

„Аморфни тела. Топене на аморфни тела.

ученик от 8 клас:

2009

Аморфни тела.

Нека направим експеримент. Ще ни трябва парче пластилин, стеаринова свещ и електрическа камина. Нека поставим пластилин и свещ на еднакво разстояние от камината. След известно време част от стеарина ще се стопи (стане течен), а част ще остане под формата на твърдо парче. През същото време пластилинът ще омекне само малко. След известно време целият стеарин ще се стопи и пластилинът постепенно ще „корозира“ по повърхността на масата, омекотявайки все повече и повече.

И така, има тела, които не се омекотяват при стопяване, а веднага се превръщат от твърдо състояние в течност. По време на топенето на такива тела винаги е възможно да се отдели течността от все още неразтопената (твърда) част на тялото. Тези тела са кристален.Има и твърди вещества, които при нагряване постепенно омекват и стават все по-течни. За такива тела е невъзможно да се посочи температурата, при която те се превръщат в течност (стопят). Тези тела се наричат аморфен.

Нека направим следния експеримент. Хвърлете парче смола или восък в стъклена фуния и я оставете на топло помещение. След около месец ще се окаже, че восъкът е приел формата на фуния и дори е започнал да изтича от нея под формата на „поток“ (фиг. 1). За разлика от кристалите, които запазват собствената си форма почти завинаги, аморфните тела показват течливост дори при ниски температури. Следователно те могат да се считат за много гъсти и вискозни течности.

Структурата на аморфните тела.Изследванията с помощта на електронен микроскоп, както и с помощта на рентгенови лъчи показват, че в аморфните тела няма строг ред в подреждането на техните частици. Погледнете, фигура 2 показва разположението на частиците в кристалния кварц, а тази вдясно показва разположението на частиците в аморфния кварц. Тези вещества се състоят от едни и същи частици - молекули на силициев оксид SiO 2.

Кристалното състояние на кварца се получава, ако стопеният кварц се охлажда бавно. Ако охлаждането на стопилката е бързо, тогава молекулите няма да имат време да се „подредят“ в подредени редове и резултатът ще бъде аморфен кварц.

Частиците на аморфните тела осцилират непрекъснато и хаотично. Те могат да прескачат от място на място по-често от кристалните частици. Това се улеснява и от факта, че частиците на аморфните тела са разположени неравномерно плътно: между тях има празнини.

Кристализация на аморфни тела.С течение на времето (няколко месеца, години) аморфните вещества спонтанно преминават в кристално състояние. Например захарни бонбони или пресен мед, оставени на топло място, ще станат непрозрачни след няколко месеца. Казват, че медът и бонбоните са „захаросани“. Счупвайки захарна пръчица или загребвайки мед с лъжица, ние наистина ще видим образуваните захарни кристали.

Спонтанната кристализация на аморфни тела показва, че кристалното състояние на веществото е по-стабилно от аморфното. Междумолекулната теория го обяснява по този начин. Междумолекулните сили на привличане и отблъскване карат частиците на аморфното тяло да скачат предимно там, където има празнини. В резултат на това се появява по-подредено разположение на частиците от преди, т.е. образува се поликристал.

Топене на аморфни тела.

С повишаването на температурата енергията на вибрационното движение на атомите в твърдото тяло се увеличава и накрая настъпва момент, в който връзките между атомите започват да се разпадат. В този случай твърдото вещество преминава в течно състояние. Този преход се нарича топене.При фиксирано налягане топенето става при строго определена температура.

Количеството топлина, необходимо за превръщане на единица маса от вещество в течност при неговата точка на топене, се нарича специфична топлина на топене λ .

За да се стопи вещество с маса м е необходимо да се изразходва количество топлина, равно на:

Q = λ m .

Процесът на топене на аморфни тела се различава от топенето на кристални тела. С повишаване на температурата аморфните тела постепенно омекват и стават вискозни, докато се превърнат в течност. Аморфните тела, за разлика от кристалите, нямат определена точка на топене. Температурата на аморфните тела се променя непрекъснато. Това се случва, защото в аморфните твърди вещества, както и в течностите, молекулите могат да се движат една спрямо друга. При нагряване скоростта им се увеличава, а разстоянието между тях се увеличава. В резултат на това тялото става все по-меко и по-меко, докато се превърне в течност. Когато аморфните тела се втвърдяват, тяхната температура също намалява непрекъснато.

>>Физика: Аморфни тела

Не всички твърди вещества са кристали. Има много аморфни тела. По какво се различават от кристалите?
Аморфните тела нямат строг ред в подреждането на атомите. Само най-близките съседни атоми са подредени в някакъв ред. Но няма строга повторяемост във всички посоки на един и същи структурен елемент, която е характерна за кристалите, в аморфните тела.
По отношение на разположението на атомите и тяхното поведение аморфните тела са подобни на течностите.
Често едно и също вещество може да се намери както в кристално, така и в аморфно състояние. Например, кварц SiO 2 може да бъде в кристална или аморфна форма (силициев диоксид). Кристалната форма на кварца може да бъде схематично представена като решетка от правилни шестоъгълници ( Фиг. 12.6, а). Аморфната структура на кварца също има вид на решетка, но с неправилна форма. Заедно с шестоъгълниците, той съдържа петоъгълници и седмоъгълници ( Фиг. 12.6, b).
Свойства на аморфните тела.Всички аморфни тела са изотропни, тоест физическите им свойства са еднакви във всички посоки. Аморфните тела включват стъкло, смола, колофон, захарни бонбони и др.
При външни въздействия аморфните тела проявяват както еластични свойства, като твърдите вещества, така и течливост, като течностите. Така при краткотрайни удари (удари) те се държат като твърди тела и при силен удар се разпадат на парчета. Но при много дълга експозиция текат аморфни тела. Можете да видите това сами, ако сте търпеливи. Следвайте парчето смола, което лежи върху твърда повърхност. Постепенно смолата се разпространява върху него, като колкото по-висока е температурата на смолата, толкова по-бързо става това.
Атомите или молекулите на аморфните тела, подобно на молекулите на течността, имат определено време на „установен живот“ - времето на колебания около равновесното положение. Но за разлика от течностите, това време е много дълго.
И така, за var at T= 20°C времето на „установен живот“ е приблизително 0,1 s. В това отношение аморфните тела са близки до кристалните, тъй като прескачането на атомите от едно равновесно положение в друго се случва сравнително рядко.
Аморфните тела при ниски температури приличат на твърди тела по своите свойства. Те почти нямат течливост, но с повишаване на температурата постепенно омекват и свойствата им се доближават все повече до свойствата на течностите. Това се случва, защото с повишаване на температурата скоковете на атомите от едно равновесно положение в друго постепенно стават по-чести. Определена точка на топенеАморфните тела, за разлика от кристалните, не.
Течни кристали.В природата има вещества, които едновременно притежават основните свойства на кристал и течност, а именно анизотропия и течливост. Това състояние на материята се нарича течен кристал. Течните кристали са предимно органични вещества, чиито молекули имат дълга нишковидна или плоска форма.
Нека разгледаме най-простия случай, когато течен кристал се образува от нишковидни молекули. Тези молекули са разположени успоредно една на друга, но са произволно изместени, т.е. редът, за разлика от обикновените кристали, съществува само в една посока.
По време на топлинно движение центровете на тези молекули се движат произволно, но ориентацията на молекулите не се променя и те остават успоредни на себе си. Строга молекулярна ориентация не съществува в целия обем на кристала, а в малки области, наречени домейни. Пречупването и отражението на светлината възниква на границите на домейна, поради което течните кристали са непрозрачни. Въпреки това, в слой течен кристал, поставен между две тънки пластини, разстоянието между които е 0,01-0,1 mm, с паралелни вдлъбнатини от 10-100 nm, всички молекули ще бъдат успоредни и кристалът ще стане прозрачен. Ако се приложи електрическо напрежение към някои области на течния кристал, състоянието на течния кристал се нарушава. Тези зони стават непрозрачни и започват да светят, докато зоните без напрежение остават тъмни. Това явление се използва при създаването на течнокристални телевизионни екрани. Трябва да се отбележи, че самият екран се състои от огромен брой елементи и електронната схема за управление на такъв екран е изключително сложна.
Физика на твърдото тяло.Човечеството винаги е използвало и ще продължи да използва твърди вещества. Но ако преди това физиката на твърдото тяло изоставаше от развитието на технологията, базирана на пряк опит, сега ситуацията се промени. Теоретичните изследвания водят до създаването на твърди вещества, чиито свойства са напълно необичайни.
Би било невъзможно да се получат такива тела чрез проба и грешка. Създаването на транзистори, което ще бъде обсъдено по-късно, е ярък пример за това как разбирането на структурата на твърдите тела доведе до революция в цялата радиотехника.
Получаването на материали със зададени механични, магнитни, електрически и други свойства е едно от основните направления на съвременната физика на твърдото тяло. Приблизително половината от физиците в света сега работят в тази област на физиката.
Аморфните твърди вещества заемат междинно положение между кристалните твърди вещества и течностите. Техните атоми или молекули са подредени в относителен ред. Разбирането на структурата на твърдите тела (кристални и аморфни) ви позволява да създавате материали с желани свойства.

???
1. По какво се различават аморфните тела от кристалните?
2. Дайте примери за аморфни тела.
3. Щеше ли да възникне професията духач на стъкло, ако стъклото беше кристално твърдо вещество, а не аморфно?

Г.Я.Мякишев, Б.Б.Буховцев, Н.Н.Соцкий, Физика 10 клас

Ако имате корекции или предложения за този урок,

Твърдите вещества се разделят на аморфни и кристални в зависимост от тяхната молекулна структура и физични свойства.

За разлика от кристалите, молекулите и атомите на аморфните твърди тела не образуват решетка и разстоянието между тях варира в определен диапазон от възможни разстояния. С други думи, в кристалите атомите или молекулите са взаимно подредени по такъв начин, че образуваната структура може да се повтори в целия обем на тялото, което се нарича далечен ред. При аморфните тела структурата на молекулите се запазва само по отношение на всяка една такава молекула, наблюдава се закономерност в разпределението само на съседни молекули - близък ред. По-долу е представен илюстративен пример.

Аморфните тела включват стъкло и други вещества в стъкловидно състояние, колофон, смоли, кехлибар, уплътнителен восък, битум, восък, както и органични вещества: каучук, кожа, целулоза, полиетилен и др.

Свойства на аморфните тела

Структурните характеристики на аморфните твърди вещества им придават индивидуални свойства:

1. Слабата течливост е едно от най-известните свойства на такива тела. Пример за това са стъклените капки, които са престояли дълго време в рамката на прозореца.
2. Аморфните твърди вещества нямат определена точка на топене, тъй като преходът към течно състояние по време на нагряване става постепенно, чрез омекване на тялото. Поради тази причина за такива тела се прилага така нареченият температурен диапазон на омекване.

1. Поради структурата си такива тела са изотропни, тоест техните физически свойства не зависят от избора на посока.
2. Веществото в аморфно състояние има по-голяма вътрешна енергия, отколкото в кристално състояние. Поради тази причина аморфните тела могат независимо да се трансформират в кристално състояние. Това явление може да се наблюдава в резултат на помътняване на стъклото с течение на времето.

Стъклено състояние

В природата има течности, които е практически невъзможно да се превърнат в кристално състояние чрез охлаждане, тъй като сложността на молекулите на тези вещества не им позволява да образуват правилна кристална решетка. Такива течности включват молекули на някои органични полимери.

Въпреки това, с помощта на дълбоко и бързо охлаждане, почти всяко вещество може да се превърне в стъкловидно състояние. Това е аморфно състояние, което няма ясна кристална решетка, но може частично да кристализира в мащаба на малки клъстери. Това състояние на материята е метастабилно, тоест то се запазва при определени необходими термодинамични условия.

Използвайки технология за охлаждане при определена скорост, веществото няма да има време да кристализира и ще се превърне в стъкло. Тоест, колкото по-висока е скоростта на охлаждане на материала, толкова по-малка е вероятността той да кристализира. Например, за производството на метални стъкла ще е необходима скорост на охлаждане от 100 000 - 1 000 000 Келвина в секунда.

В природата веществото съществува в стъкловидно състояние и възниква от течна вулканична магма, която при взаимодействие със студена вода или въздух бързо се охлажда. В този случай веществото се нарича вулканично стъкло. Можете също така да наблюдавате стъкло, образувано в резултат на топенето на падащ метеорит, взаимодействащ с атмосферата - метеоритно стъкло или молдавит.

Наред с кристалните вещества се срещат и аморфни вещества. Аморфните тела, за разлика от кристалите, нямат строг ред в подреждането на атомите. Само най-близките атоми - съседи - са подредени в някакъв ред. Но

В аморфните тела няма строга повторяемост във всички посоки на един и същи структурен елемент, която е характерна за кристалите.

Често едно и също вещество може да се намери както в кристално, така и в аморфно състояние. Например кварцът може да бъде в кристална или аморфна форма (силициев диоксид). Кристалната форма на кварца може да бъде схематично представена като решетка от правилни шестоъгълници (фиг. 77, а). Аморфната структура на кварца също има вид на решетка, но с неправилна форма. Заедно с шестоъгълниците, той съдържа петоъгълници и седмоъгълници (фиг. 77, b).

Свойства на аморфните тела.Всички аморфни тела са изотропни: физическите им свойства са еднакви във всички посоки. Аморфните тела включват стъкло, много пластмаси, смола, колофон, захарни бонбони и др.

При външни въздействия аморфните тела проявяват както еластични свойства, като твърдите вещества, така и течливост, като течностите. При краткотрайни въздействия (въздействия) те се държат като твърдо тяло и при силен удар се разпадат на парчета. Но при много дълга експозиция текат аморфни тела. Например, парче смола постепенно се разпространява върху твърда повърхност. Атомите или молекулите на аморфните тела, подобно на молекулите на течността, имат определено време на "установен живот", времето на колебания около равновесното положение. Но за разлика от течностите, това време е много дълго. В това отношение аморфните тела са близки до кристалните, тъй като рядко се случват скокове на атоми от едно равновесно положение в друго.

При ниски температури аморфните тела наподобяват свойствата си на твърди тела. Те почти нямат течливост, но с повишаване на температурата постепенно омекват и свойствата им се доближават все повече до свойствата на течностите. Това се случва, защото с повишаване на температурата скоковете на атомите от една позиция постепенно стават по-чести.

баланс към друг. За аморфните тела няма определена точка на топене, за разлика от кристалните.

Физика на твърдото тяло.Всички свойства на твърдите тела (кристални и аморфни) могат да бъдат обяснени въз основа на познаването на тяхната атомно-молекулна структура и законите на движение на молекулите, атомите, йоните и електроните, които изграждат твърдите тела. Изследванията на свойствата на твърдите тела са обединени в голяма област на съвременната физика - физика на твърдото тяло. Развитието на физиката на твърдото тяло се стимулира главно от нуждите на технологиите. Приблизително половината от физиците в света работят в областта на физиката на твърдото тяло. Разбира се, постиженията в тази област са немислими без задълбочено познаване на всички останали клонове на физиката.

1. Как кристалните тела се различават от аморфните? 2. Какво е анизотропия? 3. Дайте примери за монокристални, поликристални и аморфни тела. 4. По какво се различават ръбовите дислокации от винтовите?