Padat. Badan kristal. Tubuh amorf. “Tubuh amorf. Mencairnya benda 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.

« Fisika - kelas 10"

Selain padatan yang memiliki struktur kristal, yang ditandai dengan keteraturan susunan atom yang ketat, terdapat padatan amorf.

Benda amorf tidak memiliki tatanan atom yang ketat. Hanya atom tetangga terdekat yang tersusun dalam urutan tertentu. Tetapi tidak ada pengulangan yang ketat ke segala arah dari elemen struktur yang sama, yang merupakan karakteristik kristal, dalam benda amorf. Dalam hal susunan atom dan perilakunya, benda amorf mirip dengan cairan. Seringkali zat yang sama dapat ditemukan dalam bentuk kristal dan amorf.

Studi teoritis mengarah pada produksi padatan yang sifat-sifatnya sangat tidak biasa. Mustahil mendapatkan badan seperti itu melalui trial and error. Penciptaan transistor, yang akan dibahas nanti, adalah contoh nyata bagaimana pemahaman struktur benda padat membawa revolusi dalam semua teknik radio.

Memperoleh bahan dengan sifat mekanik, magnet, listrik, dan lainnya tertentu adalah salah satu bidang utama fisika benda padat modern.

Tidak semua benda padat berbentuk kristal. Ada banyak benda amorf.

Benda amorf tidak memiliki tatanan atom yang ketat. Hanya atom tetangga terdekat yang tersusun dalam urutan tertentu. Tetapi tidak ada arah yang ketat ke segala arah dari elemen struktur yang sama, yang merupakan karakteristik kristal dalam benda amorf.

Seringkali zat yang sama dapat ditemukan dalam bentuk kristal dan amorf. Misalnya, kuarsa SiO2 dapat berbentuk kristal atau amorf (silika). Bentuk kristal kuarsa secara skematis dapat direpresentasikan sebagai kisi segi enam beraturan. Struktur kuarsa amorf juga tampak seperti kisi, tetapi bentuknya tidak beraturan. Selain segi enam, ia juga berisi segi lima dan segi tujuh.

Pada tahun 1959, fisikawan Inggris D. Bernal melakukan eksperimen menarik: ia mengambil banyak bola plastisin kecil dengan ukuran yang sama, menggulungnya dalam bubuk kapur dan menekannya menjadi bola besar. Akibatnya, bola-bola tersebut berubah bentuk menjadi polihedra. Ternyata dalam hal ini sebagian besar wajah yang terbentuk adalah segi lima, dan polihedra memiliki rata-rata 13,3 wajah. Jadi pasti ada keteraturan dalam zat amorf.

Benda amorf meliputi kaca, resin, damar, permen gula, dll. Tidak seperti zat kristal, zat amorf bersifat isotropik, yaitu sifat mekanik, optik, listrik, dan lainnya tidak bergantung pada arah. Benda amorf tidak memiliki titik leleh tetap: peleburan terjadi pada kisaran suhu tertentu. Peralihan zat amorf dari wujud padat ke wujud cair tidak disertai dengan perubahan sifat secara tiba-tiba. Model fisik keadaan amorf belum dibuat.

Padatan amorf menempati posisi perantara antara padatan kristal dan cairan. Atom atau molekulnya tersusun dalam urutan relatif. Memahami struktur padatan (kristal dan amorf) memungkinkan Anda membuat bahan dengan sifat yang diinginkan.

Di bawah pengaruh eksternal, benda amorf menunjukkan sifat elastis, seperti padatan, dan fluiditas, seperti cairan. Jadi, ketika terkena dampak (benturan) jangka pendek, mereka berperilaku seperti benda padat dan, ketika terkena dampak yang kuat, pecah berkeping-keping. Tetapi dengan paparan yang sangat lama, benda amorf mengalir. Mari kita ikuti sepotong resin yang terletak di permukaan halus. Secara bertahap resin menyebar di atasnya, dan semakin tinggi suhu resin, semakin cepat hal ini terjadi.

Benda amorf pada suhu rendah menyerupai benda padat dalam sifat-sifatnya. Mereka hampir tidak memiliki fluiditas, tetapi seiring dengan peningkatan suhu, mereka secara bertahap melunak dan sifat-sifatnya menjadi semakin dekat dengan sifat-sifat cairan. Hal ini terjadi karena seiring dengan meningkatnya suhu, lompatan atom dari satu posisi ke posisi lain secara bertahap menjadi lebih sering. Benda amorf, tidak seperti benda kristal, tidak memiliki suhu tubuh tertentu.

Ketika suatu zat cair didinginkan, ia tidak selalu mengkristal. dalam kondisi tertentu, keadaan amorf (kaca) padat yang tidak seimbang dapat terbentuk. Dalam keadaan seperti kaca dapat terdapat zat sederhana (karbon, fosfor, arsenik, belerang, selenium), oksida (misalnya boron, silikon, fosfor), halida, kalkogenida, banyak polimer organik. Dalam keadaan ini, zat tersebut dapat stabil untuk jangka waktu yang lama, misalnya beberapa gelas vulkanik berumur jutaan tahun. Sifat fisik dan kimia suatu zat dalam keadaan amorf seperti kaca dapat berbeda secara signifikan dari sifat-sifat zat kristal. Misalnya, germanium dioksida kaca secara kimia lebih aktif daripada kristal. Perbedaan sifat wujud amorf cair dan padat ditentukan oleh sifat pergerakan termal partikel: dalam keadaan amorf, partikel hanya mampu melakukan gerakan osilasi dan rotasi, tetapi tidak dapat bergerak di dalam zat.

Di bawah pengaruh beban mekanis atau perubahan suhu, benda amorf dapat mengkristal. Reaktivitas zat dalam keadaan amorf jauh lebih tinggi dibandingkan dalam keadaan kristal. Ciri utama wujud materi amorf (dari bahasa Yunani "amorphos" - tak berbentuk) adalah tidak adanya kisi atom atau molekul, yaitu periodisitas tiga dimensi dari karakteristik struktur keadaan kristal.

Ada zat yang hanya bisa ada dalam bentuk padat dalam keadaan amorf. Ini mengacu pada polimer dengan urutan unit yang tidak teratur.

>>Fisika: Benda amorf

Tidak semua benda padat berbentuk kristal. Ada banyak benda amorf. Apa bedanya dengan kristal?
Benda amorf tidak memiliki tatanan atom yang ketat. Hanya atom tetangga terdekat yang tersusun dalam urutan tertentu. Tetapi tidak ada pengulangan yang ketat ke segala arah dari elemen struktur yang sama, yang merupakan karakteristik kristal, dalam benda amorf.
Dalam hal susunan atom dan perilakunya, benda amorf mirip dengan cairan.
Seringkali zat yang sama dapat ditemukan dalam bentuk kristal dan amorf. Misalnya, kuarsa SiO 2 dapat berbentuk kristal atau amorf (silika). Bentuk kristal kuarsa secara skematis dapat direpresentasikan sebagai kisi segi enam beraturan ( Gambar 12.6, a). Struktur kuarsa amorf juga tampak seperti kisi, tetapi bentuknya tidak beraturan. Selain segi enam, ia juga berisi segi lima dan segi tujuh ( Gambar 12.6, b).
Sifat-sifat benda amorf. Semua benda amorf bersifat isotropik, artinya sifat fisiknya sama ke segala arah. Badan amorf termasuk kaca, resin, damar, permen gula, dll.
Di bawah pengaruh eksternal, benda amorf menunjukkan sifat elastis, seperti padatan, dan fluiditas, seperti cairan. Jadi, ketika terkena dampak (benturan) jangka pendek, mereka berperilaku seperti benda padat dan, ketika terkena dampak yang kuat, pecah berkeping-keping. Tetapi dengan paparan yang sangat lama, benda amorf mengalir. Anda bisa melihatnya sendiri jika Anda bersabar. Ikuti potongan resin yang tergeletak di permukaan keras. Secara bertahap resin menyebar di atasnya, dan semakin tinggi suhu resin, semakin cepat hal ini terjadi.
Atom atau molekul benda amorf, seperti molekul cairan, memiliki waktu "kehidupan menetap" tertentu - waktu osilasi di sekitar posisi kesetimbangan. Namun berbeda dengan cairan, waktu ini sangat lama.
Jadi, untuk var di T= 20°C waktu “masa hidup menetap” adalah sekitar 0,1 detik. Dalam hal ini, benda amorf mirip dengan benda kristal, karena lompatan atom dari satu posisi kesetimbangan ke posisi kesetimbangan lainnya relatif jarang terjadi.
Benda amorf pada suhu rendah menyerupai benda padat dalam sifat-sifatnya. Mereka hampir tidak memiliki fluiditas, tetapi seiring dengan peningkatan suhu, mereka secara bertahap melunak dan sifat-sifatnya menjadi semakin dekat dengan sifat-sifat cairan. Hal ini terjadi karena dengan meningkatnya suhu, lompatan atom dari satu posisi setimbang ke posisi setimbang lainnya secara bertahap menjadi lebih sering. Titik leleh tertentu Benda amorf, tidak seperti benda kristal, tidak memilikinya.
Kristal cair. Di alam terdapat zat yang mempunyai sifat dasar kristal dan zat cair sekaligus, yaitu anisotropi dan fluiditas. Keadaan materi ini disebut kristal cair. Kristal cair sebagian besar merupakan zat organik yang molekulnya berbentuk seperti benang panjang atau pelat datar.
Mari kita perhatikan kasus paling sederhana, ketika kristal cair dibentuk oleh molekul seperti benang. Molekul-molekul ini terletak sejajar satu sama lain, tetapi bergeser secara acak, yaitu keteraturan, tidak seperti kristal biasa, hanya ada dalam satu arah.
Selama gerakan termal, pusat molekul-molekul ini bergerak secara acak, namun orientasi molekul tidak berubah, dan mereka tetap sejajar dengan dirinya sendiri. Orientasi molekuler yang ketat tidak terdapat pada seluruh volume kristal, namun terdapat pada wilayah kecil yang disebut domain. Pembiasan dan pemantulan cahaya terjadi pada batas domain, itulah sebabnya kristal cair bersifat buram. Namun, pada lapisan kristal cair yang ditempatkan di antara dua pelat tipis yang jaraknya 0,01-0,1 mm, dengan lekukan paralel 10-100 nm, semua molekul akan sejajar dan kristal akan menjadi transparan. Jika tegangan listrik dialirkan ke beberapa area kristal cair, keadaan kristal cair akan terganggu. Daerah-daerah ini menjadi buram dan mulai bersinar, sedangkan daerah-daerah tanpa ketegangan tetap gelap. Fenomena ini digunakan dalam pembuatan layar televisi kristal cair. Perlu dicatat bahwa layar itu sendiri terdiri dari sejumlah besar elemen dan sirkuit kontrol elektronik untuk layar semacam itu sangatlah kompleks.
Fisika keadaan padat. Kemanusiaan selalu menggunakan dan akan terus menggunakan makanan padat. Namun jika sebelumnya fisika benda padat tertinggal dari perkembangan teknologi berdasarkan pengalaman langsung, kini keadaan telah berubah. Penelitian teoretis mengarah pada penciptaan padatan yang sifat-sifatnya sangat tidak biasa.
Mustahil mendapatkan badan seperti itu melalui trial and error. Penciptaan transistor, yang akan dibahas nanti, adalah contoh nyata bagaimana pemahaman struktur benda padat membawa revolusi dalam semua teknik radio.
Memperoleh bahan dengan sifat mekanik, magnet, listrik, dan lainnya tertentu adalah salah satu bidang utama fisika benda padat modern. Sekitar separuh fisikawan dunia kini bekerja di bidang fisika ini.
Padatan amorf menempati posisi perantara antara padatan kristal dan cairan. Atom atau molekulnya tersusun dalam urutan relatif. Memahami struktur padatan (kristal dan amorf) memungkinkan Anda membuat bahan dengan sifat yang diinginkan.

???
1. Apa perbedaan benda amorf dengan benda kristal?
2. Berikan contoh benda amorf.
3. Apakah profesi peniup kaca akan muncul jika kaca merupakan benda padat kristal dan bukan benda amorf?

G.Ya.Myakishev, B.B.Bukhovtsev, N.N.Sotsky, Fisika kelas 10

Jika Anda memiliki koreksi atau saran untuk pelajaran ini,

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 viskositas yang tajam (lihat) akibat 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.