«Άμορφα σώματα. Λιώσιμο άμορφων σωμάτων». Άμορφες ουσίες. Κρυσταλλική και άμορφη κατάσταση της ύλης. Εφαρμογή άμορφων ουσιών

Οι περισσότερες ουσίες στο εύκρατο κλίμα της Γης βρίσκονται σε στερεή κατάσταση. Τα στερεά διατηρούν όχι μόνο το σχήμα τους, αλλά και τον όγκο τους.

Με βάση τη φύση της σχετικής διάταξης των σωματιδίων, τα στερεά χωρίζονται σε τρεις τύπους: κρυσταλλικά, άμορφα και σύνθετα.

Άμορφα σώματα.Παραδείγματα άμορφων σωμάτων περιλαμβάνουν γυαλί, διάφορες σκληρυμένες ρητίνες (κεχριμπαρένιο), πλαστικά κ.λπ. Εάν ένα άμορφο σώμα θερμανθεί, μαλακώνει σταδιακά και η μετάβαση σε υγρή κατάσταση απαιτεί σημαντικό εύρος θερμοκρασίας.

Η ομοιότητα με τα υγρά εξηγείται από το γεγονός ότι τα άτομα και τα μόρια των άμορφων σωμάτων, όπως και τα υγρά μόρια, έχουν χρόνο «καθισμένης ζωής». Δεν υπάρχει συγκεκριμένο σημείο τήξης, επομένως τα άμορφα σώματα μπορούν να θεωρηθούν ως υπερψυγμένα υγρά με πολύ υψηλό ιξώδες. Η απουσία τάξης μεγάλης εμβέλειας στη διάταξη των ατόμων άμορφων σωμάτων οδηγεί στο γεγονός ότι μια ουσία σε άμορφη κατάσταση έχει χαμηλότερη πυκνότητα από ό,τι σε κρυσταλλική κατάσταση.

Η διαταραχή στη διάταξη των ατόμων των άμορφων σωμάτων οδηγεί στο γεγονός ότι η μέση απόσταση μεταξύ των ατόμων σε διαφορετικές κατευθύνσεις είναι η ίδια, επομένως είναι ισότροπες, δηλαδή όλες οι φυσικές ιδιότητες (μηχανικές, οπτικές κ.λπ.) δεν εξαρτώνται από την κατεύθυνση της εξωτερικής επιρροής. Σημάδι άμορφου σώματος είναι το ακανόνιστο σχήμα της επιφάνειας όταν σπάει. Τα άμορφα σώματα μετά από μεγάλο χρονικό διάστημα εξακολουθούν να αλλάζουν το σχήμα τους υπό την επίδραση της βαρύτητας. Αυτό τα κάνει να μοιάζουν με υγρά. Καθώς η θερμοκρασία αυξάνεται, αυτή η αλλαγή στο σχήμα συμβαίνει πιο γρήγορα. Η άμορφη κατάσταση είναι ασταθής, συμβαίνει μια μετάβαση από την άμορφη στην κρυσταλλική κατάσταση. (Το ποτήρι γίνεται θολό.)

Κρυσταλλικά σώματα.Εάν υπάρχει περιοδικότητα στη διάταξη των ατόμων (τάξη μεγάλης εμβέλειας), το στερεό είναι κρυσταλλικό.

Εάν εξετάσετε τους κόκκους αλατιού με μεγεθυντικό φακό ή μικροσκόπιο, θα παρατηρήσετε ότι περιορίζονται από επίπεδες άκρες. Η παρουσία τέτοιων προσώπων είναι σημάδι ότι βρίσκεται σε κρυσταλλική κατάσταση.

Ένα σώμα που είναι ένα κρύσταλλο ονομάζεται μονοκρύσταλλο. Τα περισσότερα κρυσταλλικά σώματα αποτελούνται από πολλούς τυχαία τοποθετημένους μικρούς κρυστάλλους που έχουν αναπτυχθεί μαζί. Τέτοια σώματα ονομάζονται πολυκρυστάλλοι. Ένα κομμάτι ζάχαρης είναι ένα πολυκρυσταλλικό σώμα. Οι κρύσταλλοι διαφορετικών ουσιών έχουν διαφορετικά σχήματα. Τα μεγέθη των κρυστάλλων ποικίλλουν επίσης. Τα μεγέθη των πολυκρυσταλλικών κρυστάλλων μπορούν να αλλάξουν με την πάροδο του χρόνου. Οι μικροί κρύσταλλοι σιδήρου μετατρέπονται σε μεγάλους, αυτή η διαδικασία επιταχύνεται από κρούσεις και κραδασμούς, εμφανίζεται σε χαλύβδινες γέφυρες, σιδηροτροχιές κ.λπ., με αποτέλεσμα η αντοχή της κατασκευής να μειώνεται με την πάροδο του χρόνου.

Πολλά σώματα ίδιας χημικής σύστασης σε κρυσταλλική κατάσταση, ανάλογα με τις συνθήκες, μπορούν να υπάρχουν σε δύο ή περισσότερες ποικιλίες. Αυτή η ιδιότητα ονομάζεται πολυμορφισμός. Ο πάγος έχει έως και δέκα τροποποιήσεις γνωστές. Πολυμορφισμός άνθρακα - γραφίτης και διαμάντι.

Βασική ιδιότητα ενός μόνο κρυστάλλου είναι η ανισοτροπία - η ανομοιότητα των ιδιοτήτων του (ηλεκτρικές, μηχανικές κ.λπ.) σε διαφορετικές κατευθύνσεις.

Τα πολυκρυσταλλικά σώματα είναι ισότροπα, παρουσιάζουν δηλαδή τις ίδιες ιδιότητες προς όλες τις κατευθύνσεις. Αυτό εξηγείται από το γεγονός ότι οι κρύσταλλοι που αποτελούν το πολυκρυσταλλικό σώμα είναι τυχαία προσανατολισμένοι μεταξύ τους. Ως αποτέλεσμα, καμία από τις κατευθύνσεις δεν είναι διαφορετική από τις άλλες.

Έχουν δημιουργηθεί σύνθετα υλικά των οποίων οι μηχανικές ιδιότητες είναι ανώτερες από τα φυσικά υλικά. Σύνθετα υλικά (σύνθετα υλικά)αποτελείται από μια μήτρα και πληρωτικά. Ως μήτρα χρησιμοποιούνται πολυμερή, μέταλλα, άνθρακα ή κεραμικά υλικά. Τα πληρωτικά μπορεί να αποτελούνται από μουστάκια, ίνες ή σύρματα. Ειδικότερα, τα σύνθετα υλικά περιλαμβάνουν το οπλισμένο σκυρόδεμα και τον φερρογραφίτη.

Το οπλισμένο σκυρόδεμα είναι ένας από τους κύριους τύπους οικοδομικών υλικών. Είναι ένας συνδυασμός οπλισμού σκυροδέματος και χάλυβα.

Ο σίδηρος γραφίτης είναι ένα μεταλλοκεραμικό υλικό που αποτελείται από σίδηρο (95-98%) και γραφίτη (2-5%). Από αυτό κατασκευάζονται ρουλεμάν και δακτύλιοι για διάφορα εξαρτήματα και μηχανισμούς μηχανής.

Το υαλοβάμβακα είναι επίσης ένα σύνθετο υλικό, το οποίο είναι ένα μείγμα από ίνες γυαλιού και σκληρυμένη ρητίνη.

Τα οστά ανθρώπων και ζώων είναι ένα σύνθετο υλικό που αποτελείται από δύο εντελώς διαφορετικά συστατικά: κολλαγόνο και ορυκτό υλικό.

ΥΠΟΥΡΓΕΙΟ ΠΑΙΔΕΙΑΣ

ΦΥΣΙΚΗ 8η ΤΑΞΗ

Έκθεση για το θέμα:

«Άμορφα σώματα. Λιώσιμο άμορφων σωμάτων».

Μαθητής 8ης τάξης:

2009

Άμορφα σώματα.

Ας κάνουμε ένα πείραμα. Θα χρειαστούμε ένα κομμάτι πλαστελίνη, ένα κερί στεαρίνης και ένα ηλεκτρικό τζάκι. Ας τοποθετήσουμε πλαστελίνη και ένα κερί σε ίσες αποστάσεις από το τζάκι. Μετά από κάποιο χρονικό διάστημα, μέρος της στεαρίνης θα λιώσει (γίνει υγρό) και ένα μέρος θα παραμείνει σε μορφή στερεού κομματιού. Την ίδια ώρα, η πλαστελίνη θα μαλακώσει μόνο λίγο. Μετά από κάποιο χρονικό διάστημα, όλη η στεαρίνη θα λιώσει και η πλαστελίνη θα "διαβρωθεί" σταδιακά κατά μήκος της επιφάνειας του τραπεζιού, μαλακώνοντας όλο και περισσότερο.

Έτσι, υπάρχουν σώματα που δεν μαλακώνουν όταν λιώνουν, αλλά μετατρέπονται από στερεά αμέσως σε υγρό. Κατά τη διάρκεια της τήξης τέτοιων σωμάτων, είναι πάντα δυνατός ο διαχωρισμός του υγρού από το μη λιωμένο (στερεό) μέρος του σώματος. Αυτά τα σώματα είναι κρυστάλλινος.Υπάρχουν επίσης στερεά που όταν θερμαίνονται σταδιακά μαλακώνουν και γίνονται όλο και πιο ρευστά. Για τέτοια σώματα είναι αδύνατο να υποδειχθεί η θερμοκρασία στην οποία μετατρέπονται σε υγρό (τήκονται). Αυτά τα σώματα ονομάζονται άμορφος.

Ας κάνουμε το παρακάτω πείραμα. Ρίξτε ένα κομμάτι ρητίνης ή κεριού σε ένα γυάλινο χωνί και αφήστε το σε ένα ζεστό δωμάτιο. Μετά από ένα μήνα περίπου, θα αποδειχθεί ότι το κερί έχει πάρει το σχήμα χοάνης και μάλιστα άρχισε να ρέει έξω από αυτό με τη μορφή «ρεύματος» (Εικ. 1). Σε αντίθεση με τους κρυστάλλους, που διατηρούν το δικό τους σχήμα σχεδόν για πάντα, τα άμορφα σώματα παρουσιάζουν ρευστότητα ακόμη και σε χαμηλές θερμοκρασίες. Ως εκ τούτου, μπορούν να θεωρηθούν ως πολύ παχύρρευστα και παχύρρευστα υγρά.

Η δομή των άμορφων σωμάτων.Μελέτες με χρήση ηλεκτρονικού μικροσκοπίου, καθώς και με χρήση ακτίνων Χ, δείχνουν ότι στα άμορφα σώματα δεν υπάρχει αυστηρή τάξη στη διάταξη των σωματιδίων τους. Ρίξτε μια ματιά, το σχήμα 2 δείχνει τη διάταξη των σωματιδίων στον κρυσταλλικό χαλαζία και το δεξιά δείχνει τη διάταξη των σωματιδίων στον άμορφο χαλαζία. Αυτές οι ουσίες αποτελούνται από τα ίδια σωματίδια - μόρια οξειδίου του πυριτίου SiO 2.

Η κρυσταλλική κατάσταση του χαλαζία επιτυγχάνεται εάν ο λιωμένος χαλαζίας ψύχεται αργά. Εάν η ψύξη του τήγματος είναι γρήγορη, τότε τα μόρια δεν θα έχουν χρόνο να «παραταχθούν» σε τακτοποιημένες σειρές και το αποτέλεσμα θα είναι άμορφος χαλαζίας.

Τα σωματίδια των άμορφων σωμάτων ταλαντώνονται συνεχώς και τυχαία. Μπορούν να πηδούν από μέρος σε μέρος πιο συχνά από τα σωματίδια κρυστάλλου. Αυτό διευκολύνεται επίσης από το γεγονός ότι τα σωματίδια των άμορφων σωμάτων βρίσκονται άνισα πυκνά: υπάρχουν κενά μεταξύ τους.

Κρυστάλλωση άμορφων σωμάτων.Με την πάροδο του χρόνου (μερικούς μήνες, χρόνια), οι άμορφες ουσίες μετατρέπονται αυθόρμητα σε κρυσταλλική κατάσταση. Για παράδειγμα, τα ζαχαρωτά ή το φρέσκο ​​μέλι που αφήνονται μόνα τους σε ζεστό μέρος θα γίνουν αδιαφανή μετά από μερικούς μήνες. Λένε ότι το μέλι και η καραμέλα είναι «ζαχαρωμένα». Σπάζοντας ένα ζαχαροκάλαμο ή μαζεύοντας μέλι με ένα κουτάλι, θα δούμε πραγματικά τους κρυστάλλους ζάχαρης που έχουν σχηματιστεί.

Η αυθόρμητη κρυστάλλωση άμορφων σωμάτων δείχνει ότι η κρυσταλλική κατάσταση μιας ουσίας είναι πιο σταθερή από την άμορφη. Η διαμοριακή θεωρία το εξηγεί έτσι. Οι διαμοριακές δυνάμεις έλξης και απώθησης προκαλούν τα σωματίδια ενός άμορφου σώματος να πηδούν κατά προτίμηση εκεί όπου υπάρχουν κενά. Ως αποτέλεσμα, εμφανίζεται μια πιο διατεταγμένη διάταξη σωματιδίων από πριν, δηλαδή σχηματίζεται ένας πολυκρύσταλλος.

Τήξη άμορφων σωμάτων.

Καθώς η θερμοκρασία αυξάνεται, η ενέργεια της δονητικής κίνησης των ατόμων σε ένα στερεό αυξάνεται και, τέλος, έρχεται μια στιγμή που οι δεσμοί μεταξύ των ατόμων αρχίζουν να σπάνε. Σε αυτή την περίπτωση, το στερεό μετατρέπεται σε υγρή κατάσταση. Αυτή η μετάβαση ονομάζεται τήξη.Σε σταθερή πίεση, η τήξη συμβαίνει σε μια αυστηρά καθορισμένη θερμοκρασία.

Η ποσότητα θερμότητας που απαιτείται για τη μετατροπή μιας μονάδας μάζας μιας ουσίας σε υγρό στο σημείο τήξης της ονομάζεται ειδική θερμότητα σύντηξης λ .

Για να λιώσει μια ουσία μάζας Μ είναι απαραίτητο να δαπανηθεί ποσότητα θερμότητας ίση με:

Q = λ m .

Η διαδικασία τήξης των άμορφων σωμάτων διαφέρει από την τήξη των κρυσταλλικών σωμάτων. Καθώς η θερμοκρασία αυξάνεται, τα άμορφα σώματα μαλακώνουν σταδιακά και γίνονται παχύρρευστα μέχρι να μετατραπούν σε υγρό. Τα άμορφα σώματα, σε αντίθεση με τους κρυστάλλους, δεν έχουν συγκεκριμένο σημείο τήξης. Η θερμοκρασία των άμορφων σωμάτων αλλάζει συνεχώς. Αυτό συμβαίνει επειδή στα άμορφα στερεά, όπως και στα υγρά, τα μόρια μπορούν να κινούνται μεταξύ τους. Όταν θερμαίνονται, η ταχύτητά τους αυξάνεται και η απόσταση μεταξύ τους αυξάνεται. Ως αποτέλεσμα, το σώμα γίνεται όλο και πιο μαλακό μέχρι να μετατραπεί σε υγρό. Όταν τα άμορφα σώματα στερεοποιούνται, η θερμοκρασία τους επίσης μειώνεται συνεχώς.

>>Φυσική: Άμορφα σώματα

Δεν είναι όλα τα στερεά κρύσταλλα. Υπάρχουν πολλά άμορφα σώματα. Σε τι διαφέρουν από τους κρυστάλλους;
Τα άμορφα σώματα δεν έχουν αυστηρή σειρά στη διάταξη των ατόμων. Μόνο τα πλησιέστερα γειτονικά άτομα είναι διατεταγμένα με κάποια σειρά. Δεν υπάρχει όμως αυστηρή επαναληψιμότητα προς όλες τις κατευθύνσεις του ίδιου δομικού στοιχείου, που είναι χαρακτηριστικό των κρυστάλλων, σε άμορφα σώματα.
Όσον αφορά τη διάταξη των ατόμων και τη συμπεριφορά τους, τα άμορφα σώματα είναι παρόμοια με τα υγρά.
Συχνά η ίδια ουσία μπορεί να βρεθεί τόσο σε κρυσταλλική όσο και σε άμορφη κατάσταση. Για παράδειγμα, ο χαλαζίας SiO 2 μπορεί να είναι είτε σε κρυσταλλική είτε σε άμορφη μορφή (πυρίτιο). Η κρυσταλλική μορφή του χαλαζία μπορεί σχηματικά να αναπαρασταθεί ως ένα πλέγμα κανονικών εξαγώνων ( Εικ. 12.6, α). Η άμορφη δομή του χαλαζία έχει επίσης την εμφάνιση ενός πλέγματος, αλλά ακανόνιστου σχήματος. Μαζί με τα εξάγωνα, περιέχει πεντάγωνα και επτάγωνα ( Εικ. 12.6, β).
Ιδιότητες άμορφων σωμάτων.Όλα τα άμορφα σώματα είναι ισότροπα, δηλαδή οι φυσικές τους ιδιότητες είναι ίδιες προς όλες τις κατευθύνσεις. Τα άμορφα σώματα περιλαμβάνουν γυαλί, ρητίνη, κολοφώνιο, ζαχαρωτά κ.λπ.
Κάτω από εξωτερικές επιρροές, τα άμορφα σώματα παρουσιάζουν τόσο ελαστικές ιδιότητες, όπως τα στερεά, όσο και ρευστότητα, όπως τα υγρά. Έτσι, κάτω από βραχυπρόθεσμες κρούσεις (επιπτώσεις), συμπεριφέρονται σαν συμπαγή σώματα και, υπό ισχυρή κρούση, σπάνε σε κομμάτια. Αλλά με πολύ μεγάλη έκθεση, ρέουν άμορφα σώματα. Μπορείτε να το δείτε μόνοι σας αν είστε υπομονετικοί. Ακολουθήστε το κομμάτι ρητίνης που βρίσκεται σε μια σκληρή επιφάνεια. Σταδιακά η ρητίνη απλώνεται πάνω της και όσο υψηλότερη είναι η θερμοκρασία της ρητίνης, τόσο πιο γρήγορα συμβαίνει αυτό.
Τα άτομα ή τα μόρια άμορφων σωμάτων, όπως τα μόρια ενός υγρού, έχουν έναν ορισμένο χρόνο «καθιζημένης ζωής» - τον χρόνο των ταλαντώσεων γύρω από τη θέση ισορροπίας. Σε αντίθεση όμως με τα υγρά, αυτός ο χρόνος είναι πολύ μεγάλος.
Έτσι, για var at t= 20°C ο χρόνος «καθιζημένης ζωής» είναι περίπου 0,1 s. Από αυτή την άποψη, τα άμορφα σώματα είναι κοντά στα κρυσταλλικά, καθώς τα άλματα ατόμων από τη μια θέση ισορροπίας στην άλλη συμβαίνουν σχετικά σπάνια.
Τα άμορφα σώματα σε χαμηλές θερμοκρασίες μοιάζουν με στερεά σώματα στις ιδιότητές τους. Δεν έχουν σχεδόν καθόλου ρευστότητα, αλλά όσο ανεβαίνει η θερμοκρασία σταδιακά μαλακώνουν και οι ιδιότητές τους πλησιάζουν όλο και περισσότερο τις ιδιότητες των υγρών. Αυτό συμβαίνει επειδή με την αύξηση της θερμοκρασίας, τα άλματα των ατόμων από τη μια θέση ισορροπίας στην άλλη γίνονται σταδιακά πιο συχνά. Ορισμένο σημείο τήξηςΤα άμορφα σώματα, σε αντίθεση με τα κρυσταλλικά, δεν το κάνουν.
Υγροί κρύσταλλοι.Στη φύση, υπάρχουν ουσίες που διαθέτουν ταυτόχρονα τις βασικές ιδιότητες ενός κρυστάλλου και ενός υγρού, δηλαδή την ανισοτροπία και τη ρευστότητα. Αυτή η κατάσταση της ύλης ονομάζεται υγρό κρύσταλλο. Οι υγροί κρύσταλλοι είναι βασικά οργανικές ουσίες των οποίων τα μόρια έχουν σχήμα μακράς κλωστής ή επίπεδης πλάκας.
Ας εξετάσουμε την απλούστερη περίπτωση, όταν ένας υγρός κρύσταλλος σχηματίζεται από μόρια που μοιάζουν με νήματα. Αυτά τα μόρια βρίσκονται παράλληλα μεταξύ τους, αλλά μετατοπίζονται τυχαία, δηλαδή, η σειρά, σε αντίθεση με τους συνηθισμένους κρυστάλλους, υπάρχει μόνο προς μία κατεύθυνση.
Κατά τη θερμική κίνηση, τα κέντρα αυτών των μορίων κινούνται τυχαία, αλλά ο προσανατολισμός των μορίων δεν αλλάζει και παραμένουν παράλληλα με τον εαυτό τους. Αυστηρός μοριακός προσανατολισμός δεν υπάρχει σε ολόκληρο τον όγκο του κρυστάλλου, αλλά σε μικρές περιοχές που ονομάζονται τομείς. Η διάθλαση και η ανάκλαση του φωτός συμβαίνει στα όρια της περιοχής, γι' αυτό και οι υγροί κρύσταλλοι είναι αδιαφανείς. Ωστόσο, σε ένα στρώμα υγρού κρυστάλλου τοποθετημένο ανάμεσα σε δύο λεπτές πλάκες, η απόσταση μεταξύ των οποίων είναι 0,01-0,1 mm, με παράλληλες κοιλότητες 10-100 nm, όλα τα μόρια θα είναι παράλληλα και ο κρύσταλλος θα γίνει διαφανής. Εάν εφαρμοστεί ηλεκτρική τάση σε ορισμένες περιοχές του υγρού κρυστάλλου, η κατάσταση υγρών κρυστάλλων διαταράσσεται. Οι περιοχές αυτές γίνονται αδιαφανείς και αρχίζουν να λάμπουν, ενώ οι περιοχές χωρίς τάση παραμένουν σκοτεινές. Αυτό το φαινόμενο χρησιμοποιείται στη δημιουργία οθονών τηλεόρασης υγρών κρυστάλλων. Θα πρέπει να σημειωθεί ότι η ίδια η οθόνη αποτελείται από έναν τεράστιο αριθμό στοιχείων και το ηλεκτρονικό κύκλωμα ελέγχου για μια τέτοια οθόνη είναι εξαιρετικά πολύπλοκο.
Φυσική στερεάς κατάστασης.Η ανθρωπότητα πάντα χρησιμοποιούσε και θα συνεχίσει να χρησιμοποιεί στερεά. Αλλά αν προηγουμένως η φυσική στερεάς κατάστασης υστερούσε στην ανάπτυξη της τεχνολογίας που βασίζεται στην άμεση εμπειρία, τώρα η κατάσταση έχει αλλάξει. Η θεωρητική έρευνα οδηγεί στη δημιουργία στερεών των οποίων οι ιδιότητες είναι εντελώς ασυνήθιστες.
Θα ήταν αδύνατο να αποκτηθούν τέτοια σώματα με δοκιμή και λάθος. Η δημιουργία τρανζίστορ, η οποία θα συζητηθεί αργότερα, είναι ένα εντυπωσιακό παράδειγμα του πώς η κατανόηση της δομής των στερεών οδήγησε σε μια επανάσταση σε όλη τη ραδιομηχανική.
Η απόκτηση υλικών με καθορισμένες μηχανικές, μαγνητικές, ηλεκτρικές και άλλες ιδιότητες είναι μία από τις κύριες κατευθύνσεις της σύγχρονης φυσικής στερεάς κατάστασης. Περίπου οι μισοί από τους φυσικούς του κόσμου εργάζονται τώρα σε αυτόν τον τομέα της φυσικής.
Τα άμορφα στερεά καταλαμβάνουν μια ενδιάμεση θέση μεταξύ κρυσταλλικών στερεών και υγρών. Τα άτομα ή τα μόριά τους είναι διατεταγμένα με σχετική σειρά. Η κατανόηση της δομής των στερεών (κρυσταλλικών και άμορφων) σας επιτρέπει να δημιουργήσετε υλικά με επιθυμητές ιδιότητες.

???
1. Σε τι διαφέρουν τα άμορφα σώματα από τα κρυσταλλικά σώματα;
2. Δώστε παραδείγματα άμορφων σωμάτων.
3. Θα είχε προκύψει το επάγγελμα του γυαλιού αν το γυαλί ήταν κρυσταλλικό στερεό και όχι άμορφο;

G.Ya.Myakishev, B.B.Bukhovtsev, N.N.Sotsky, Φυσική 10η τάξη

Εάν έχετε διορθώσεις ή προτάσεις για αυτό το μάθημα,

Τα στερεά χωρίζονται σε άμορφα και κρυσταλλικά, ανάλογα με τη μοριακή τους δομή και τις φυσικές τους ιδιότητες.

Σε αντίθεση με τους κρυστάλλους, τα μόρια και τα άτομα των άμορφων στερεών δεν σχηματίζουν πλέγμα και η απόσταση μεταξύ τους κυμαίνεται σε ένα ορισμένο εύρος πιθανών αποστάσεων. Με άλλα λόγια, στους κρυστάλλους, τα άτομα ή τα μόρια είναι διατεταγμένα αμοιβαία με τέτοιο τρόπο ώστε η σχηματισμένη δομή να μπορεί να επαναληφθεί σε ολόκληρο τον όγκο του σώματος, κάτι που ονομάζεται τάξη μεγάλης εμβέλειας. Στην περίπτωση των άμορφων σωμάτων, η δομή των μορίων διατηρείται μόνο σε σχέση με κάθε ένα τέτοιο μόριο, παρατηρείται ένα μοτίβο στην κατανομή μόνο γειτονικών μορίων - τάξη μικρής εμβέλειας. Ένα ενδεικτικό παράδειγμα παρουσιάζεται παρακάτω.

Τα άμορφα σώματα περιλαμβάνουν γυαλί και άλλες ουσίες σε υαλώδη κατάσταση, κολοφώνιο, ρητίνες, κεχριμπάρι, κερί σφράγισης, άσφαλτο, κερί, καθώς και οργανικές ουσίες: καουτσούκ, δέρμα, κυτταρίνη, πολυαιθυλένιο κ.λπ.

Ιδιότητες άμορφων σωμάτων

Τα δομικά χαρακτηριστικά των άμορφων στερεών τους δίνουν μεμονωμένες ιδιότητες:

1. Η ασθενής ρευστότητα είναι μια από τις πιο γνωστές ιδιότητες τέτοιων σωμάτων. Ένα παράδειγμα θα ήταν οι σταγόνες από γυαλί που έχουν καθίσει σε ένα πλαίσιο παραθύρου για μεγάλο χρονικό διάστημα.
2. Τα άμορφα στερεά δεν έχουν συγκεκριμένο σημείο τήξης, αφού η μετάβαση σε υγρή κατάσταση κατά τη θέρμανση γίνεται σταδιακά, μέσω της αποσκλήρυνσης του σώματος. Για το λόγο αυτό, σε τέτοια σώματα εφαρμόζεται το λεγόμενο εύρος θερμοκρασίας αποσκλήρυνσης.

1. Λόγω της δομής τους, τέτοια σώματα είναι ισότροπα, δηλαδή οι φυσικές τους ιδιότητες δεν εξαρτώνται από την επιλογή της κατεύθυνσης.
2. Μια ουσία σε άμορφη κατάσταση έχει μεγαλύτερη εσωτερική ενέργεια από ότι σε κρυσταλλική κατάσταση. Για το λόγο αυτό, τα άμορφα σώματα μπορούν να μετατραπούν ανεξάρτητα σε κρυσταλλική κατάσταση. Αυτό το φαινόμενο μπορεί να παρατηρηθεί ως αποτέλεσμα του γυαλιού να θολώνει με την πάροδο του χρόνου.

Γυάλινη κατάσταση

Στη φύση, υπάρχουν υγρά που είναι πρακτικά αδύνατο να μετατραπούν σε κρυσταλλική κατάσταση με ψύξη, καθώς η πολυπλοκότητα των μορίων αυτών των ουσιών δεν τους επιτρέπει να σχηματίσουν ένα κανονικό κρυσταλλικό πλέγμα. Τέτοια υγρά περιλαμβάνουν μόρια ορισμένων οργανικών πολυμερών.

Ωστόσο, με τη βοήθεια της βαθιάς και ταχείας ψύξης, σχεδόν κάθε ουσία μπορεί να μετατραπεί σε υαλώδη κατάσταση. Αυτή είναι μια άμορφη κατάσταση που δεν έχει καθαρό κρυσταλλικό πλέγμα, αλλά μπορεί να κρυσταλλωθεί μερικώς στην κλίμακα μικρών συστάδων. Αυτή η κατάσταση της ύλης είναι μετασταθερή, δηλαδή παραμένει υπό ορισμένες απαιτούμενες θερμοδυναμικές συνθήκες.

Χρησιμοποιώντας την τεχνολογία ψύξης σε μια συγκεκριμένη ταχύτητα, η ουσία δεν θα έχει χρόνο να κρυσταλλωθεί και θα μετατραπεί σε γυαλί. Δηλαδή, όσο υψηλότερος είναι ο ρυθμός ψύξης του υλικού, τόσο λιγότερο πιθανό είναι να κρυσταλλωθεί. Για παράδειγμα, για την παραγωγή μεταλλικών γυαλιών, απαιτείται ρυθμός ψύξης 100.000 - 1.000.000 Kelvin ανά δευτερόλεπτο.

Στη φύση, η ουσία υπάρχει σε υαλώδη κατάσταση και προκύπτει από υγρό ηφαιστειακό μάγμα, το οποίο, αλληλεπιδρώντας με κρύο νερό ή αέρα, ψύχεται γρήγορα. Σε αυτή την περίπτωση, η ουσία ονομάζεται ηφαιστειακό γυαλί. Μπορείτε επίσης να παρατηρήσετε το γυαλί που σχηματίστηκε ως αποτέλεσμα της τήξης ενός μετεωρίτη που πέφτει που αλληλεπιδρά με την ατμόσφαιρα - γυαλί μετεωρίτη ή μολδαβίτη.

Μαζί με τα κρυσταλλικά στερεά, βρίσκονται και άμορφα στερεά. Τα άμορφα σώματα, σε αντίθεση με τους κρυστάλλους, δεν έχουν αυστηρή σειρά στη διάταξη των ατόμων. Μόνο τα πλησιέστερα άτομα - γείτονες - είναι διατεταγμένα με κάποια σειρά. Αλλά

Δεν υπάρχει αυστηρή επαναληψιμότητα προς όλες τις κατευθύνσεις του ίδιου δομικού στοιχείου, που είναι χαρακτηριστικό των κρυστάλλων, σε άμορφα σώματα.

Συχνά η ίδια ουσία μπορεί να βρεθεί τόσο σε κρυσταλλική όσο και σε άμορφη κατάσταση. Για παράδειγμα, ο χαλαζίας μπορεί να είναι είτε σε κρυσταλλική είτε σε άμορφη μορφή (πυρίτιο). Η κρυσταλλική μορφή του χαλαζία μπορεί να αναπαρασταθεί σχηματικά ως ένα πλέγμα κανονικών εξαγώνων (Εικ. 77, α). Η άμορφη δομή του χαλαζία έχει επίσης την εμφάνιση ενός πλέγματος, αλλά ακανόνιστου σχήματος. Μαζί με τα εξάγωνα, περιέχει πεντάγωνα και επτάγωνα (Εικ. 77, β).

Ιδιότητες άμορφων σωμάτων.Όλα τα άμορφα σώματα είναι ισότροπα: οι φυσικές τους ιδιότητες είναι ίδιες προς όλες τις κατευθύνσεις. Τα άμορφα σώματα περιλαμβάνουν γυαλί, πολλά πλαστικά, ρητίνη, κολοφώνιο, ζαχαρωτά κ.λπ.

Κάτω από εξωτερικές επιρροές, τα άμορφα σώματα παρουσιάζουν τόσο ελαστικές ιδιότητες, όπως τα στερεά, όσο και ρευστότητα, όπως τα υγρά. Κάτω από βραχυπρόθεσμες κρούσεις (επιπτώσεις), συμπεριφέρονται σαν ένα συμπαγές σώμα και, με ισχυρή πρόσκρουση, σπάνε σε κομμάτια. Αλλά με πολύ μεγάλη έκθεση, ρέουν άμορφα σώματα. Για παράδειγμα, ένα κομμάτι ρητίνης απλώνεται σταδιακά σε μια συμπαγή επιφάνεια. Τα άτομα ή τα μόρια των άμορφων σωμάτων, όπως τα μόρια ενός υγρού, έχουν έναν ορισμένο χρόνο «καθιζημένης ζωής», τον χρόνο των ταλαντώσεων γύρω από τη θέση ισορροπίας. Σε αντίθεση όμως με τα υγρά, αυτός ο χρόνος είναι πολύ μεγάλος. Από αυτή την άποψη, τα άμορφα σώματα είναι κοντά στα κρυσταλλικά, αφού σπάνια συμβαίνουν άλματα ατόμων από τη μια θέση ισορροπίας στην άλλη.

Σε χαμηλές θερμοκρασίες, τα άμορφα σώματα μοιάζουν με στερεά στις ιδιότητές τους. Δεν έχουν σχεδόν καθόλου ρευστότητα, αλλά όσο ανεβαίνει η θερμοκρασία σταδιακά μαλακώνουν και οι ιδιότητές τους πλησιάζουν όλο και περισσότερο τις ιδιότητες των υγρών. Αυτό συμβαίνει επειδή με την αύξηση της θερμοκρασίας, τα άλματα ατόμων από μια θέση γίνονται σταδιακά πιο συχνά.

ισορροπία σε άλλο. Δεν υπάρχει συγκεκριμένο σημείο τήξης για τα άμορφα σώματα, σε αντίθεση με τα κρυσταλλικά.

Φυσική στερεάς κατάστασης.Όλες οι ιδιότητες των στερεών (κρυσταλλικών και άμορφων) μπορούν να εξηγηθούν με βάση τη γνώση της ατομικής-μοριακής δομής τους και τους νόμους κίνησης των μορίων, των ατόμων, των ιόντων και των ηλεκτρονίων που αποτελούν τα στερεά. Οι μελέτες των ιδιοτήτων των στερεών ενώνονται σε ένα μεγάλο πεδίο της σύγχρονης φυσικής - τη φυσική στερεάς κατάστασης. Η ανάπτυξη της φυσικής στερεάς κατάστασης διεγείρεται κυρίως από τις ανάγκες της τεχνολογίας. Περίπου οι μισοί από τους φυσικούς του κόσμου εργάζονται στον τομέα της φυσικής στερεάς κατάστασης. Φυσικά, τα επιτεύγματα σε αυτόν τον τομέα είναι αδιανόητα χωρίς βαθιά γνώση όλων των άλλων κλάδων της φυσικής.

1. Σε τι διαφέρουν τα κρυσταλλικά σώματα από τα άμορφα; 2. Τι είναι η ανισοτροπία; 3. Δώστε παραδείγματα μονοκρυσταλλικών, πολυκρυσταλλικών και άμορφων σωμάτων. 4. Σε τι διαφέρουν τα εξαρθρήματα ακμών από τα εξαρθρήματα βιδών;