Tubuh amorf. Mencairnya benda amorf. Zat amorf. Keadaan materi kristal dan amorf. Penerapan zat amorf

Padatan dicirikan oleh bentuk dan volume yang konstan dan dibagi menjadi kristal dan amorf.

Badan kristal

Setiap zat kimia dalam keadaan kristal berhubungan dengan kisi kristal tertentu, yang menentukan sifat fisik kristal.

Tahukah kamu?
Bertahun-tahun yang lalu di Sankt Peterburg, di salah satu gudang yang tidak memiliki pemanas, terdapat stok besar kancing timah putih yang mengkilat. Dan tiba-tiba mereka mulai menjadi gelap, kehilangan kilau dan hancur menjadi bubuk. Dalam beberapa hari, tumpukan kancing berubah menjadi tumpukan bubuk abu-abu. "Wabah Timah"- begitulah sebutan “penyakit” timah putih ini.
Dan ini hanyalah penataan ulang susunan atom dalam kristal timah. Timah, yang berubah dari warna putih menjadi abu-abu, hancur menjadi bubuk.
Baik timah putih maupun timah abu-abu merupakan kristal timah, tetapi pada suhu rendah struktur kristalnya berubah, dan akibatnya sifat fisik zat tersebut berubah.

Kristal dapat memiliki bentuk yang berbeda-beda dan terbatas pada tepi yang rata.

Di alam ada:
A) kristal tunggal- ini adalah kristal homogen tunggal yang berbentuk poligon beraturan dan memiliki kisi kristal kontinu

Kristal tunggal garam meja:

B) polikristal- ini adalah benda kristal yang menyatu dari kristal kecil yang letaknya kacau.
Kebanyakan padatan memiliki struktur polikristalin (logam, batu, pasir, gula).

Polikristal bismut:

Anisotropi kristal

Dalam kristal itu diamati anisotropi- ketergantungan sifat fisik (kekuatan mekanik, konduktivitas listrik, konduktivitas termal, refraksi dan penyerapan cahaya, difraksi, dll.) pada arah di dalam kristal.

Anisotropi diamati terutama pada kristal tunggal.

Dalam polikristal (misalnya, pada sepotong logam besar), anisotropi tidak muncul dalam keadaan normal.
Polikristal terdiri dari sejumlah besar butiran kristal kecil. Meskipun masing-masing mempunyai anisotropi, karena susunannya yang tidak teratur, badan polikristalin secara keseluruhan kehilangan anisotropinya.

Setiap zat kristal meleleh dan mengkristal pada suhu yang ditentukan secara ketat titik lebur: besi - pada 1530°, timah - pada 232°, kuarsa - pada 1713°, merkuri - pada minus 38°.

Partikel dapat mengganggu tatanan susunan kristal hanya jika mulai meleleh.

Selama ada urutan partikel, ada kisi kristal, kristal itu ada. Jika struktur partikelnya terganggu berarti kristal tersebut telah meleleh – berubah menjadi cair, atau menguap – berubah menjadi uap.

Tubuh amorf

Benda amorf tidak memiliki tatanan yang ketat dalam susunan atom dan molekul (kaca, resin, amber, damar).

Dalam benda amorf hal ini diamati isotropi- sifat fisiknya sama ke segala arah.

Di bawah pengaruh eksternal, benda amorf terlihat serentak sifat elastis (bila terkena benturan, mereka pecah menjadi potongan-potongan seperti benda padat) dan fluiditas (jika terkena benturan dalam waktu lama, mereka mengalir seperti cairan).

Pada suhu rendah, benda amorf menyerupai padatan dalam sifatnya, dan pada suhu tinggi mirip dengan cairan yang sangat kental.

Tubuh amorf tidak mempunyai titik leleh tertentu, dan karenanya suhu kristalisasi.
Saat dipanaskan, perlahan-lahan melunak.

Badan amorf menempati posisi perantara antara padatan kristal dan cairan.

Substansi yang sama dapat terjadi dalam bentuk kristal dan non-kristal.

Dalam lelehan suatu zat, partikel bergerak secara acak.
Misalnya, jika Anda melelehkan gula, maka:

1. jika lelehan membeku secara perlahan dan tenang, maka partikel-partikelnya berkumpul dalam barisan yang rata dan kristal terbentuk. Beginilah cara mendapatkan gula pasir atau gula bongkahan;

2. jika pendinginan terjadi sangat cepat, maka partikel-partikel tidak mempunyai waktu untuk berbaris dalam barisan yang teratur dan lelehannya membeku menjadi non-kristal. Jadi, jika Anda menuangkan gula cair ke dalam air dingin atau ke piring yang sangat dingin, permen gula, gula non-kristal, akan terbentuk.

Menakjubkan!

Seiring waktu, zat non-kristal dapat “merosot”, atau lebih tepatnya, mengkristal; partikel-partikel di dalamnya berkumpul dalam barisan yang teratur.

Hanya periode yang berbeda untuk zat yang berbeda: untuk gula beberapa bulan, dan untuk batu jutaan tahun.

Biarkan permen diam selama dua atau tiga bulan agar tertutup lapisan kerak yang lepas. Lihatlah dengan kaca pembesar: ini adalah kristal kecil gula. Pertumbuhan kristal telah dimulai pada gula non-kristal. Tunggu beberapa bulan lagi - dan tidak hanya kulitnya, tetapi seluruh permen akan mengkristal.

Bahkan kaca jendela biasa kita pun bisa mengkristal. Kaca yang sangat tua terkadang menjadi keruh karena terbentuk massa kristal buram kecil di dalamnya.

Di pabrik kaca, terkadang “kambing” dibentuk di dalam tungku, yaitu balok kaca kristal. Kaca kristal ini sangat tahan lama, lebih mudah menghancurkan tungku daripada melumpuhkan “kambing” yang keras kepala darinya.
Setelah mempelajarinya, para ilmuwan menciptakan bahan kaca baru yang sangat tahan lama - kaca keramik. Ini adalah bahan kaca-kristal yang diperoleh sebagai hasil kristalisasi volumetrik kaca.

Penasaran!

Bentuk kristal yang berbeda mungkin ada zat yang sama.
Misalnya karbon.

Grafit adalah karbon kristal. Ujung pensil terbuat dari grafit, yang meninggalkan bekas pada kertas jika ditekan ringan. Struktur grafit berlapis. Lapisan grafit mudah bergeser, sehingga serpihan grafit menempel pada kertas saat menulis.

Tapi ada bentuk lain dari karbon kristal - berlian.

BADAN AMORPHOUS(Yunani amorphos - tak berbentuk) - benda di mana partikel penyusun dasar (atom, ion, molekul, kompleksnya) terletak secara acak di ruang angkasa. Untuk membedakan benda amorf dari benda kristal (lihat Kristal), digunakan analisis difraksi sinar-X (lihat). Benda kristal pada pola difraksi sinar-X memberikan pola difraksi yang jelas dan tegas berupa cincin, garis, bintik, sedangkan benda amorf memberikan gambaran kabur dan tidak beraturan.

Benda amorf mempunyai ciri-ciri sebagai berikut: 1) pada kondisi normal bersifat isotropik, yaitu sifat-sifatnya (mekanik, listrik, kimia, termal, dan sebagainya) sama ke segala arah; 2) tidak memiliki titik leleh tertentu, dan dengan meningkatnya suhu, sebagian besar benda amorf, secara bertahap melunak, berubah menjadi cair. Oleh karena itu, benda amorf dapat dianggap sebagai cairan superdingin yang belum sempat mengkristal karena peningkatan tajam dalam viskositas (lihat) karena peningkatan gaya interaksi antar molekul individu. Banyak zat, tergantung pada metode produksinya, dapat berbentuk amorf, perantara, atau kristal (protein, belerang, silika, dan sebagainya). Namun, ada zat yang hampir secara eksklusif ada di salah satu negara bagian ini. Jadi, sebagian besar logam dan garam berada dalam keadaan kristal.

Benda amorf tersebar luas (kaca, resin alami dan buatan, karet, dan sebagainya). Bahan polimer buatan, yang juga merupakan benda amorf, telah menjadi sangat diperlukan dalam teknologi, kehidupan sehari-hari, dan obat-obatan (pernis, cat, plastik untuk prostetik, berbagai film polimer).

Di alam hidup, tubuh amorf mencakup sitoplasma dan sebagian besar elemen struktural sel dan jaringan, terdiri dari biopolimer - makromolekul rantai panjang: protein, asam nukleat, lipid, karbohidrat. Molekul biopolimer mudah berinteraksi satu sama lain, menghasilkan agregat (lihat Agregasi) atau gerombolan-coacervat (lihat Coacervation). Badan amorf juga terdapat di dalam sel dalam bentuk inklusi dan zat cadangan (pati, lipid).

Ciri polimer yang menyusun benda amorf benda biologis adalah adanya batas sempit zona fisikokimia keadaan reversibel, misalnya. Ketika suhu naik di atas suhu kritis, struktur dan sifat-sifatnya berubah secara permanen (koagulasi protein).

Benda amorf yang dibentuk oleh sejumlah polimer buatan, bergantung pada suhu, dapat berada dalam tiga keadaan: seperti kaca, sangat elastis dan cair (cairan kental).

Sel-sel organisme hidup dicirikan oleh transisi dari keadaan cair ke keadaan sangat elastis pada suhu konstan, misalnya, retraksi bekuan darah, kontraksi otot (lihat). Dalam sistem biologis, benda amorf memainkan peran penting dalam menjaga sitoplasma dalam keadaan diam. Peran benda amorf dalam menjaga bentuk dan kekuatan benda biologis penting: membran selulosa sel tumbuhan, membran spora dan bakteri, kulit hewan, dan sebagainya.

Bibliografi: Bresler S. E. dan Yerusalimsky B. L. Fisika dan kimia makromolekul, M.-L., 1965; Kitaygorodsky A.I.Analisis struktur sinar-X pada benda kristal halus dan amorf, M.-L., 1952; alias. Keteraturan dan ketidakteraturan di dunia atom, M., 1966; Kobeko P. P. Zat amorf, M.-L., 1952; Setlow R. dan Pollard E. Biofisika molekuler, trans. dari bahasa Inggris, M., 1964.

Padat adalah salah satu dari empat wujud materi dasar, selain cair, gas, dan plasma. Hal ini ditandai dengan kekakuan struktural dan ketahanan terhadap perubahan bentuk atau volume. Berbeda dengan zat cair, benda padat tidak mengalir atau mengikuti bentuk wadah tempatnya ditempatkan. Benda padat tidak memuai untuk mengisi seluruh volume yang tersedia seperti halnya gas.
Atom-atom dalam zat padat terhubung erat satu sama lain, berada dalam keadaan teratur di simpul kisi kristal (ini adalah logam, es biasa, gula, garam, berlian), atau tersusun tidak beraturan, tidak memiliki keterulangan yang ketat dalam struktur kisi kristal (ini adalah benda amorf, seperti kaca jendela, rosin, mika atau plastik).

Badan kristal

Padatan atau kristal kristal memiliki ciri internal yang khas - struktur berupa kisi kristal, di mana atom, molekul, atau ion suatu zat menempati posisi tertentu.
Kisi kristal menyebabkan adanya permukaan datar khusus pada kristal, yang membedakan satu zat dengan zat lainnya. Saat terkena sinar-X, setiap kisi kristal memancarkan pola karakteristik yang dapat digunakan untuk mengidentifikasi suatu zat. Tepi kristal berpotongan pada sudut tertentu yang membedakan suatu zat dengan zat lainnya. Jika kristal terbelah, permukaan baru akan berpotongan dengan sudut yang sama dengan aslinya.

Misalnya galena - galena, pirit - pirit, kuarsa - kuarsa. Permukaan kristal berpotongan tegak lurus pada galena (PbS) dan pirit (FeS 2), dan pada sudut lain pada kuarsa.

Sifat kristal

• volume konstan;
• bentuk geometris yang benar;
• anisotropi - perbedaan sifat mekanik, cahaya, listrik dan termal dari arah dalam kristal;
• titik leleh yang jelas, karena bergantung pada keteraturan kisi kristal. Gaya antarmolekul yang menyatukan benda padat bersifat seragam, dan dibutuhkan jumlah energi panas yang sama untuk mematahkan setiap gaya secara bersamaan.

Tubuh amorf

Contoh benda amorf yang tidak memiliki struktur ketat dan pengulangan sel kisi kristal adalah: kaca, resin, Teflon, poliuretan, naftalena, polivinil klorida.

Mereka memiliki dua sifat karakteristik: isotropi dan tidak adanya titik leleh tertentu.
Isotropi benda amorf dipahami sebagai sifat fisik yang sama dari suatu zat ke segala arah.
Dalam padatan amorf, jarak ke titik-titik tetangga pada kisi kristal dan jumlah titik-titik tetangga bervariasi di seluruh material. Oleh karena itu, diperlukan jumlah energi panas yang berbeda untuk memutus interaksi antarmolekul. Akibatnya, zat amorf melunak secara perlahan pada rentang suhu yang luas dan tidak memiliki titik leleh yang jelas.
Ciri-ciri padatan amorf adalah pada suhu rendah ia mempunyai sifat padat, dan bila suhu naik, ia mempunyai sifat cair.

Berbeda dengan padatan kristal, tidak ada urutan ketat dalam susunan partikel dalam padatan amorf.

Meskipun padatan amorf mampu mempertahankan bentuknya, namun tidak memiliki kisi kristal. Pola tertentu hanya diamati pada molekul dan atom yang terletak di sekitarnya. Perintah ini disebut tutup pesanan . Hal ini tidak berulang ke segala arah dan tidak bertahan dalam jarak yang jauh, seperti pada benda kristal.

Contoh benda amorf adalah kaca, amber, resin buatan, lilin, parafin, plastisin, dll.

Ciri-ciri benda amorf

Atom-atom dalam benda amorf bergetar di sekitar titik-titik yang letaknya acak. Oleh karena itu, struktur benda-benda ini menyerupai struktur cairan. Namun partikel di dalamnya kurang bergerak. Waktu osilasinya di sekitar posisi setimbang lebih lama dibandingkan di dalam zat cair. Lompatan atom ke posisi lain juga lebih jarang terjadi.

Bagaimana perilaku padatan kristal ketika dipanaskan? Mereka mulai mencair pada titik tertentu titik lebur. Dan untuk beberapa waktu keduanya berada dalam wujud padat dan cair secara bersamaan, hingga seluruh zat meleleh.

Padatan amorf tidak memiliki titik leleh tertentu . Saat dipanaskan, mereka tidak meleleh, tetapi perlahan melunak.

Tempatkan sepotong plastisin di dekat alat pemanas. Setelah beberapa waktu, itu akan menjadi lunak. Hal ini tidak terjadi secara instan, tetapi dalam jangka waktu tertentu.

Karena sifat benda amorf mirip dengan sifat cairan, maka benda tersebut dianggap sebagai cairan superdingin dengan viskositas sangat tinggi (cairan beku). Dalam kondisi normal mereka tidak bisa mengalir. Tetapi ketika dipanaskan, lompatan atom di dalamnya lebih sering terjadi, viskositas menurun, dan benda amorf secara bertahap melunak. Semakin tinggi suhunya, semakin rendah viskositasnya, dan lambat laun benda amorf menjadi cair.

Kaca biasa adalah benda amorf padat. Itu diperoleh dengan melelehkan silikon oksida, soda dan kapur. Dengan memanaskan campuran hingga 1400 o C, diperoleh massa kaca cair. Ketika didinginkan, gelas cair tidak mengeras seperti benda kristal, tetapi tetap berbentuk cair, yang viskositasnya meningkat dan fluiditasnya menurun. Dalam kondisi normal, bagi kita tampak sebagai benda padat. Namun pada kenyataannya, ini adalah cairan yang memiliki viskositas dan fluiditas yang sangat besar, sangat rendah sehingga hampir tidak dapat dibedakan dengan instrumen yang paling ultrasensitif.

Keadaan amorf suatu zat tidak stabil. Seiring waktu, secara bertahap berubah dari keadaan amorf menjadi kristal. Proses ini terjadi pada tingkat yang berbeda pada zat yang berbeda. Kami melihat permen tongkat tertutup kristal gula. Ini tidak memakan banyak waktu.

Dan agar kristal terbentuk di kaca biasa, dibutuhkan banyak waktu. Selama kristalisasi, kaca kehilangan kekuatan, transparansi, menjadi keruh, dan menjadi rapuh.

Isotropi benda amorf

Dalam padatan kristal, sifat fisik bervariasi dalam arah yang berbeda. Namun pada benda amorf, keduanya sama ke segala arah. Fenomena ini disebut isotropi .

Benda amorf menghantarkan listrik dan panas secara merata ke segala arah dan membiaskan cahaya secara merata. Bunyi juga merambat secara merata dalam benda amorf ke segala arah.

Sifat-sifat zat amorf digunakan dalam teknologi modern. Yang menarik adalah paduan logam yang tidak memiliki struktur kristal dan termasuk padatan amorf. Mereka disebut gelas logam . Sifat fisik, mekanik, listrik, dan lainnya berbeda dari logam biasa menjadi lebih baik.

Jadi, dalam pengobatan mereka menggunakan paduan amorf yang kekuatannya melebihi titanium. Mereka digunakan untuk membuat sekrup atau pelat yang menghubungkan tulang yang patah. Tidak seperti pengencang titanium, bahan ini secara bertahap terurai dan seiring waktu digantikan oleh bahan tulang.

Paduan berkekuatan tinggi digunakan dalam pembuatan perkakas pemotong logam, fitting, pegas, dan bagian mekanisme.

Paduan amorf dengan permeabilitas magnetik tinggi telah dikembangkan di Jepang. Dengan menggunakannya pada inti trafo dan bukan pada lembaran baja trafo bertekstur, rugi-rugi arus eddy dapat dikurangi hingga 20 kali lipat.

Logam amorf memiliki sifat unik. Mereka disebut materi masa depan.

Struktur benda amorf. Studi menggunakan mikroskop elektron dan sinar-X menunjukkan bahwa dalam benda amorf tidak ada keteraturan yang ketat dalam susunan partikelnya. Berbeda dengan kristal yang ada pesanan jangka panjang dalam susunan partikel, dalam struktur benda amorf ada tutup pesanan. Ini berarti bahwa keteraturan tertentu dalam susunan partikel hanya dipertahankan di dekat setiap partikel (lihat gambar).

Bagian atas gambar menunjukkan susunan partikel dalam kristal kuarsa, bagian bawah menunjukkan bentuk amorf keberadaan kuarsa. Zat-zat ini terdiri dari partikel yang sama - molekul silikon oksida SiO2.

Seperti partikel benda apa pun, partikel benda amorf berfluktuasi terus menerus dan acak dan, lebih sering daripada partikel kristal, dapat melompat dari satu tempat ke tempat lain. Hal ini difasilitasi oleh fakta bahwa partikel-partikel benda amorf letaknya tidak sama padatnya - di beberapa tempat terdapat celah yang relatif besar di antara partikel-partikelnya. Namun, ini tidak sama dengan “kekosongan” dalam kristal (lihat § 7).

Kristalisasi benda amorf. Seiring waktu (minggu, bulan), beberapa benda amorf secara spontan berubah menjadi keadaan kristal. Misalnya, permen gula atau madu yang dibiarkan selama beberapa bulan menjadi buram. Dalam hal ini, madu dan permen dikatakan “manisan”. Dengan memecahkan manisan permen atau menyendok madu dengan sendok, kita sebenarnya akan melihat terbentuknya kristal-kristal gula yang sebelumnya ada dalam keadaan amorf.

Kristalisasi spontan benda amorf menunjukkan hal itu Keadaan kristal suatu zat lebih stabil dibandingkan keadaan amorf. MKT menjelaskannya seperti ini. Gaya tolak menolak dari “tetangga” memaksa partikel benda amorf untuk bergerak secara istimewa ke tempat yang terdapat celah besar. Akibatnya terjadi susunan partikel yang lebih teratur, yaitu terjadi kristalisasi.

Periksa diri Anda:

1. Tujuan paragraf ini adalah untuk memperkenalkan...
2. Karakteristik komparatif apa yang telah kita berikan pada benda amorf?
3. Untuk percobaan kami menggunakan peralatan dan bahan sebagai berikut: ...
4. Selama persiapan percobaan, kami...
5. Apa yang akan kita lihat selama percobaan?
6. Apa hasil percobaan lilin stearin dan sepotong plastisin?
7. Berbeda dengan benda amorf, benda kristal...
8. Ketika benda kristal meleleh...
9. Tidak seperti benda kristal, benda amorf...
10. Benda amorf termasuk benda yang...
11. Apa yang membuat benda amorf tampak seperti cairan? Mereka...
12. Jelaskan awal percobaan untuk memastikan fluiditas benda amorf.
13. Jelaskan hasil percobaan untuk memastikan fluiditas benda amorf.
14. Merumuskan kesimpulan dari pengalaman.
15. Bagaimana kita tahu bahwa benda amorf tidak memiliki keteraturan yang ketat dalam susunan partikelnya?
16. Bagaimana kita memahami istilah “urutan jarak pendek” dalam susunan partikel benda amorf?
17. Molekul silikon oksida yang sama ditemukan dalam kristal dan...
18. Apa sifat pergerakan partikel benda amorf?
19. Apa sifat susunan partikel benda amorf?
20. Apa yang bisa terjadi pada benda amorf seiring waktu?
21. Bagaimana Anda bisa yakin bahwa terdapat polikristal gula dalam permen atau manisan madu?
22. Mengapa kita berpendapat bahwa keadaan kristal suatu zat lebih stabil daripada keadaan amorf?
23. Bagaimana MCT menjelaskan kristalisasi independen beberapa benda amorf?