Opće karakteristike amorfnih tijela. “Amorfna tijela. Topljenje amorfnih tela.”

Za razliku od kristalnog čvrste materije, ne postoji strogi red u rasporedu čestica u amorfnom tijelu.

Iako amorfne čvrste tvari mogu zadržati svoj oblik, one nemaju kristalnu rešetku. Određeni obrazac se opaža samo za molekule i atome koji se nalaze u blizini. Ova naredba se zove zatvori red . Ne ponavlja se u svim smjerovima i ne opstaje na velikim udaljenostima, kao kod kristalnih tijela.

Primjeri amorfnih tijela su staklo, ćilibar, umjetne smole, vosak, parafin, plastelin itd.

Osobine amorfnih tijela

Atomi u amorfnim tijelima vibriraju oko nasumično lociranih tačaka. Stoga struktura ovih tijela podsjeća na strukturu tekućina. Ali čestice u njima su manje pokretne. Vrijeme kada osciliraju oko ravnotežnog položaja je duže nego u tekućinama. Skokovi atoma na drugu poziciju također se dešavaju mnogo rjeđe.

Kako se čvrste materije ponašaju kada se zagreju? kristalna tela? Počinju da se tope na određenom tačka topljenja. I neko vrijeme su istovremeno u čvrstom i tekućem stanju, dok se cijela tvar ne otopi.

Amorfne čvrste materije nemaju određenu tačku topljenja . Kada se zagreju, ne tope se, već postepeno omekšaju.

Stavimo komad plastelina u blizini uređaj za grijanje. Nakon nekog vremena postat će mekana. To se ne dešava odmah, već u određenom vremenskom periodu.

Budući da su svojstva amorfnih tijela slična svojstvima tekućina, smatraju se prehlađenim tekućinama vrlo visokog viskoziteta (zamrznute tekućine). U normalnim uslovima ne mogu da teče. Ali kada se zagriju, skokovi atoma u njima se češće javljaju, viskoznost se smanjuje, a amorfna tijela postupno omekšaju. Što je temperatura viša, to je niži viskozitet i postepeno amorfno tijelo postaje tečno.

Obično staklo je čvrsto amorfno tijelo. Dobija se topljenjem silicijum oksida, sode i vapna. Zagrevanjem smeše na 1400 o C dobija se tečna staklasta masa. Kada se ohladi, tečno staklo se ne stvrdnjava kao kristalna tijela, već ostaje tečnost čiji se viskozitet povećava, a fluidnost smanjuje. U normalnim uslovima nam se čini kao čvrsto telo. Ali u stvari to je tečnost koja ima ogroman viskozitet i fluidnost, tako malu da se jedva može razlikovati od najosetljivijih instrumenata.

Amorfno stanje supstance je nestabilno. Vremenom se postepeno pretvara iz amorfnog u kristalno stanje. Ovaj proces se odvija u različitim supstancama sa različitim brzinama. Vidimo štapiće bombona kako se prekrivaju kristalima šećera. Ovo ne oduzima mnogo vremena.

A da bi se u njemu formirali kristali običnog stakla, mora proći dosta vremena. Tokom kristalizacije staklo gubi snagu, prozirnost, postaje mutno i postaje krto.

Izotropija amorfnih tijela

U kristalnim čvrstim materijama fizička svojstva razlikuju se u različitim pravcima. Ali u amorfnim tijelima oni su isti u svim smjerovima. Ovaj fenomen se zove izotropija .

Amorfno tijelo provodi elektricitet i toplinu jednako u svim smjerovima i podjednako lomi svjetlost. Zvuk također putuje jednako u amorfnim tijelima u svim smjerovima.

Svojstva amorfnih supstanci koriste se u moderne tehnologije. Od posebnog interesa su metalne legure, koji nemaju kristalnu strukturu i pripadaju amorfnim čvrstim materijama. Oni se nazivaju metalne čaše . Njihova fizička, mehanička, električna i druga svojstva se bolje razlikuju od običnih metala.

Tako se u medicini koriste amorfne legure čija čvrstoća premašuje čvrstoću titana. Koriste se za izradu vijaka ili ploča koje spajaju slomljene kosti. Za razliku od titanijumskih zatvarača, ovaj materijal se postupno raspada i vremenom ga zamjenjuje koštani materijal.

Legure visoke čvrstoće koriste se u proizvodnji alata za rezanje metala, okova, opruga i dijelova mehanizama.

U Japanu je razvijena amorfna legura visoke magnetne permeabilnosti. Upotrebom u jezgri transformatora umjesto teksturiranih transformatorskih čeličnih limova, gubici vrtložne struje mogu se smanjiti za 20 puta.

Amorfni metali imaju jedinstvena svojstva. Nazivaju se materijalom budućnosti.

Nisu sve čvrste materije kristali. Postoji mnogo amorfnih tijela.

Amorfna tijela nemaju strogi poredak u rasporedu atoma. Samo najbliži susedni atomi su raspoređeni u nekom redosledu. Ali ne postoji stroga usmjerenost u svim smjerovima istog strukturnog elementa, što je karakteristično za kristale u amorfnim tijelima.

Često se ista supstanca može naći iu kristalnom iu amorfno stanje. Na primjer, kvarc SiO2 može biti u kristalnom ili amorfnom obliku (silicijum dioksid). Kristalni oblik kvarca može se shematski predstaviti kao rešetka pravilnih šesterokuta. Amorfna struktura kvarca također ima oblik rešetke, ali nepravilnog oblika. Uz šesterokute, sadrži peterokute i sedmerokute.

Godine 1959. dirigovao je engleski fizičar D. Bernal zanimljivi eksperimenti: Uzeo je mnogo malih kuglica od plastelina iste veličine, uvaljao ih u prah krede i utisnuo u veliku kuglu. Kao rezultat toga, kuglice su se deformisale u poliedre. Pokazalo se da su u ovom slučaju formirane pretežno petougaone strane, a poliedri su imali u prosjeku 13,3 lica. Dakle, definitivno postoji neki red u amorfnim supstancama.

U amorfna tijela spadaju staklo, smola, kolofonij, šećerni bomboni itd. Za razliku od kristalnih tvari, amorfne tvari su izotropne, odnosno njihova mehanička, optička, električna i druga svojstva ne zavise od smjera. Amorfna tijela nemaju fiksnu tačku topljenja: topljenje se događa u određenom temperaturnom rasponu. Prijelaz amorfne tvari iz čvrstom stanju u tečnost nije praćena naglom promenom svojstava. Fizički model amorfno stanje još nije stvoreno.

Amorfne čvrste materije zauzimaju srednju poziciju između kristalnih čvrstih materija i tečnosti. Njihovi atomi ili molekuli su raspoređeni u relativnom redu. Razumijevanje strukture čvrstih tijela (kristalnih i amorfnih) omogućava vam stvaranje materijala sa željenim svojstvima.

Pod vanjskim utjecajima, amorfna tijela pokazuju kako elastična svojstva, poput čvrstih tijela, tako i fluidnost, poput tekućina. Dakle, pod kratkoročnim udarima (uticaji), oni se ponašaju kao čvrsta tijela i kada jak uticaj su podeljeni na komade. Ali uz veoma dugu ekspoziciju, amorfna tijela teku. Pratimo komad smole na kojem leži glatka površina. Postupno se smola širi po njoj, a što je temperatura smole viša, to se brže dešava.

Amorfna tijela na niske temperature njihova svojstva podsjećaju na čvrste tvari. Gotovo da nemaju fluidnost, ali kako temperatura raste postepeno omekšaju i njihova svojstva postaju sve bliža svojstvima tečnosti. To se događa jer kako temperatura raste, skokovi atoma s jednog položaja na drugi postepeno postaju sve češći. Amorfna tijela, za razliku od kristalnih, nemaju određenu tjelesnu temperaturu.

Prilikom hlađenja tečna supstanca kristalizacija se ne dešava uvek. pod određenim uslovima može se formirati neravnotežno čvrsto amorfno (staklasto) stanje. U staklastom stanju mogu biti jednostavne supstance(ugljik, fosfor, arsen, sumpor, selen), oksidi (na primjer, bor, silicijum, fosfor), halogenidi, halkogenidi, mnogi organski polimeri , starost nekih vulkanskih čaša se računa milionima godina. Fizički i Hemijska svojstva tvari u staklastom amorfnom stanju mogu se značajno razlikovati od svojstava kristalna supstanca. Na primjer, staklasti germanij dioksid je kemijski aktivniji od kristalnog. Razlike u svojstvima tekućeg i čvrstog amorfnog stanja određene su prirodom toplinskog kretanja čestica: u amorfnom stanju čestice su sposobne samo za oscilatorno i rotacijsko kretanje, ali se ne mogu kretati kroz debljinu tvari.

Pod utjecajem mehaničkih opterećenja ili promjena temperature, amorfna tijela mogu kristalizirati. Reaktivnost tvari u amorfnom stanju je mnogo veća nego u kristalnom stanju. Glavni znak amorfno (od grčkog "amorphos" - bezoblično) stanje materije - odsustvo atomskog ili molekularne rešetke, odnosno trodimenzionalnu periodičnost strukture karakteristične za kristalno stanje.

Postoje supstance koje mogu postojati samo u čvrstom obliku u amorfnom stanju. Ovo se odnosi na polimere sa nepravilnim redosledom jedinica.

Za razliku od kristalnih čvrstih materija, ne postoji strogi red u rasporedu čestica u amorfnoj čvrstoj materiji.

Iako amorfne čvrste tvari mogu zadržati svoj oblik, one nemaju kristalnu rešetku. Određeni obrazac se opaža samo za molekule i atome koji se nalaze u blizini. Ova naredba se zove zatvori red . Ne ponavlja se u svim smjerovima i ne opstaje na velikim udaljenostima, kao kod kristalnih tijela.

Primjeri amorfnih tijela su staklo, ćilibar, umjetne smole, vosak, parafin, plastelin itd.

Osobine amorfnih tijela

Atomi u amorfnim tijelima vibriraju oko nasumično lociranih tačaka. Stoga struktura ovih tijela podsjeća na strukturu tekućina. Ali čestice u njima su manje pokretne. Vrijeme kada osciliraju oko ravnotežnog položaja je duže nego u tekućinama. Skokovi atoma na drugu poziciju također se dešavaju mnogo rjeđe.

Kako se kristalne čvrste materije ponašaju kada se zagreju? Počinju da se tope na određenom tačka topljenja. I neko vrijeme su istovremeno u čvrstom i tekućem stanju, dok se cijela tvar ne otopi.

Amorfne čvrste materije nemaju određenu tačku topljenja . Kada se zagreju, ne tope se, već postepeno omekšaju.

Stavite komad plastelina blizu uređaja za grijanje. Nakon nekog vremena postat će mekana. To se ne dešava odmah, već u određenom vremenskom periodu.

Budući da su svojstva amorfnih tijela slična svojstvima tekućina, smatraju se prehlađenim tekućinama vrlo visokog viskoziteta (zamrznute tekućine). U normalnim uslovima ne mogu da teče. Ali kada se zagriju, skokovi atoma u njima se češće javljaju, viskoznost se smanjuje, a amorfna tijela postupno omekšaju. Što je temperatura viša, to je niži viskozitet i postepeno amorfno tijelo postaje tečno.

Obično staklo je čvrsto amorfno tijelo. Dobija se topljenjem silicijum oksida, sode i vapna. Zagrevanjem smeše na 1400 o C dobija se tečna staklasta masa. Kada se ohladi, tečno staklo se ne stvrdnjava kao kristalna tijela, već ostaje tečnost čiji se viskozitet povećava, a fluidnost smanjuje. U normalnim uslovima nam se čini kao čvrsto telo. Ali u stvari to je tečnost koja ima ogroman viskozitet i fluidnost, tako malu da se jedva može razlikovati od najosetljivijih instrumenata.

Amorfno stanje supstance je nestabilno. Vremenom se postepeno pretvara iz amorfnog u kristalno stanje. Ovaj proces se odvija različitom brzinom u različitim supstancama. Vidimo štapiće bombona kako se prekrivaju kristalima šećera. Ovo ne oduzima mnogo vremena.

A da bi se kristali formirali u običnom staklu, mora proći dosta vremena. Tokom kristalizacije staklo gubi snagu, prozirnost, postaje mutno i postaje krto.

Izotropija amorfnih tijela

U kristalnim čvrstim tvarima, fizička svojstva variraju u različitim smjerovima. Ali u amorfnim tijelima oni su isti u svim smjerovima. Ovaj fenomen se zove izotropija .

Amorfno tijelo provodi elektricitet i toplinu jednako u svim smjerovima i podjednako lomi svjetlost. Zvuk također putuje jednako u amorfnim tijelima u svim smjerovima.

Svojstva amorfnih supstanci koriste se u modernim tehnologijama. Od posebnog interesa su legure metala koje nemaju kristalnu strukturu i pripadaju amorfnim čvrstim materijama. Oni se nazivaju metalne čaše . Njihova fizička, mehanička, električna i druga svojstva se bolje razlikuju od običnih metala.

Tako se u medicini koriste amorfne legure čija čvrstoća premašuje čvrstoću titana. Koriste se za izradu vijaka ili ploča koje spajaju slomljene kosti. Za razliku od titanijumskih zatvarača, ovaj materijal se postupno raspada i vremenom ga zamjenjuje koštani materijal.

Legure visoke čvrstoće koriste se u proizvodnji alata za rezanje metala, okova, opruga i dijelova mehanizama.

U Japanu je razvijena amorfna legura visoke magnetne permeabilnosti. Upotrebom u jezgri transformatora umjesto teksturiranih transformatorskih čeličnih limova, gubici vrtložne struje mogu se smanjiti za 20 puta.

Amorfni metali imaju jedinstvena svojstva. Nazivaju se materijalom budućnosti.

Pored kristalnih čvrstih materija, nalaze se i amorfne čvrste materije. Amorfna tijela, za razliku od kristala, nemaju strogi red u rasporedu atoma. Samo najbliži atomi - susjedi - poređani su nekim redoslijedom. Ali

Ne postoji stroga ponovljivost u svim pravcima istog strukturnog elementa, što je karakteristično za kristale, u amorfnim tijelima.

Često se ista supstanca može naći u kristalnom i amorfnom stanju. Na primjer, kvarc može biti u kristalnom ili amorfnom obliku (silicijum dioksid). Kristalni oblik kvarca može se shematski predstaviti kao rešetka pravilnih šesterokuta (slika 77, a). Amorfna struktura kvarca također ima izgled rešetke, ali nepravilnog oblika. Uz šesterokute, postoje petouglovi i sedmouglovi (Sl. 77, b).

Osobine amorfnih tijela. Sva amorfna tijela su izotropna: njihova fizička svojstva su ista u svim smjerovima. Amorfna tijela uključuju staklo, mnoge plastike, smolu, kolofonij, šećerne bombone, itd.

Pod vanjskim utjecajima, amorfna tijela pokazuju kako elastična svojstva, poput čvrstih tijela, tako i fluidnost, poput tekućina. Pod kratkotrajnim udarima (udarcima) ponašaju se kao čvrsto tijelo i pri snažnom udaru se raspadaju u komade. Ali uz vrlo dugu ekspoziciju, amorfna tijela teku. Na primjer, komad smole se postepeno širi po čvrstoj površini. Atomi ili molekuli amorfnih tijela, kao i molekuli tekućine, imaju određeno vrijeme „sređenog života“, vrijeme oscilacija oko ravnotežnog položaja. Ali za razliku od tečnosti, ovo vreme je veoma dugo. U tom pogledu, amorfna tijela su bliska kristalnim, jer se rijetko dešavaju skokovi atoma iz jednog ravnotežnog položaja u drugi.

Na niskim temperaturama, amorfna tijela po svojim svojstvima nalikuju čvrstim tvarima. Gotovo da nemaju fluidnost, ali kako temperatura raste postepeno omekšaju i njihova svojstva postaju sve bliža svojstvima tečnosti. To se događa jer s povećanjem temperature skokovi atoma iz jedne pozicije postepeno postaju sve češći.

ravnotežu prema drugom. br određene temperature Amorfna tijela, za razliku od kristalnih, ne tope se.

Fizika čvrstog stanja. Sva svojstva čvrstih tijela (kristalnih i amorfnih) mogu se objasniti na osnovu poznavanja njihove atomsko-molekularne strukture i zakona kretanja molekula, atoma, jona i elektrona koji čine čvrsta tijela. Proučavanja svojstava čvrstih tijela objedinjena su u veliku oblast moderne fizike - fiziku čvrstog stanja. Razvoj fizike čvrstog stanja stimulisan je uglavnom potrebama tehnologije. Otprilike polovina svjetskih fizičara radi na polju fizike čvrstog stanja. Naravno, dostignuća u ovoj oblasti su nezamisliva bez dubokog poznavanja svih drugih grana fizike.

1. Po čemu se kristalna tijela razlikuju od amorfnih? 2. Šta je anizotropija? 3. Navedite primjere monokristalnih, polikristalnih i amorfnih tijela. 4. Kako se ivične dislokacije razlikuju od vijčanih dislokacija?

« Fizika - 10. razred"

Pored čvrstih materija koje imaju kristalnu strukturu, koju karakteriše strogi red u rasporedu atoma, postoje i amorfne čvrste materije.

Amorfna tijela nemaju strogi red u rasporedu atoma. Samo najbliži susedni atomi su raspoređeni u nekom redosledu. Ali ne postoji stroga ponovljivost u svim pravcima istog strukturnog elementa, što je karakteristično za kristale, u amorfnim tijelima. U pogledu rasporeda atoma i njihovog ponašanja, amorfna tijela su slična tekućinama. Često se ista supstanca može naći u kristalnom i amorfnom stanju.

Teorijske studije dovode do proizvodnje čvrstih materija čija su svojstva potpuno neobična. Takva tijela bilo bi nemoguće dobiti pokušajem i greškom. Stvaranje tranzistora, o čemu će biti riječi kasnije, - sjajan primjer kako je razumijevanje strukture čvrstih tijela dovelo do revolucije u cijeloj radio tehnologiji.

Dobijanje materijala sa određenim mehaničkim, magnetskim, električnim i drugim svojstvima jedan je od glavnih pravaca savremene fizike čvrstog stanja.