“Amorf bedenler. Şekilsiz cisimlerin erimesi”. amorf maddeler. Maddenin kristal ve amorf hali. Amorf maddelerin uygulanması

Dünyanın ılıman iklimindeki çoğu madde katı haldedir. Katı cisimler sadece şekillerini değil aynı zamanda hacimlerini de korurlar.

Parçacıkların göreli düzeninin doğasına göre, katılar üç türe ayrılır: kristal, amorf ve kompozitler.

amorf cisimler Cam, çeşitli sertleştirilmiş reçineler (kehribar), plastikler vb.Amorf cisimlere örnek olarak verilebilir.Amorf bir cisim ısıtılırsa yavaş yavaş yumuşar ve sıvı hale geçiş önemli bir sıcaklık aralığını işgal eder.

Sıvılara olan benzerlik, amorf cisimlerin atomlarının ve moleküllerinin, tıpkı bir sıvının molekülleri gibi, "yerleşik bir yaşam" süresine sahip olmaları ile açıklanır. Spesifik bir erime noktası yoktur, bu nedenle amorf cisimler, çok yüksek viskoziteye sahip bir sıvının aşırı soğuması olarak düşünülebilir. Amorf cisimlerin atomlarının dizilişinde uzun menzilli düzenin olmaması, amorf haldeki maddenin kristal halinden daha düşük bir yoğunluğa sahip olmasına yol açar.

Şekilsiz cisimlerin atomlarının dizilişindeki bozukluk, farklı yönlerdeki atomlar arasındaki ortalama mesafenin aynı olmasına, dolayısıyla izotropik olmalarına, yani tüm fiziksel özelliklerin (mekanik, optik vb.) Dış etkinin yönüne bağlı olmamasına yol açar. Şekilsiz bir cismin işareti, kırılma anında yüzeyin düzensiz şeklidir. Uzun bir süre sonra, tesadüfen şekilsiz olan cisimler yerçekiminin etkisi altında hala şekil değiştirmektedir. Bu şekilde sıvılar gibidirler. Artan sıcaklık ile bu şekil değişikliği daha hızlı gerçekleşir. Amorf durum kararsızdır, amorf durumdan kristal duruma bir geçiş meydana gelir. (Cam bulanıklaşır.)

kristal cisimler. Atomların dizilişinde (uzun menzilli düzen) periyodikliğin varlığında, katı kristaldir.

Büyüteç veya mikroskopla tuz tanelerine bakarsanız, bunların düz yüzlerle sınırlı olduğunu fark edeceksiniz. Bu tür yüzlerin varlığı, kristal bir durumda olmanın bir işaretidir.

Tek kristal olan bir cisim tek kristal olarak adlandırılır. Kristal cisimlerin çoğu, birlikte büyüyen rastgele düzenlenmiş birçok küçük kristalden oluşur. Bu tür cisimlere polikristal denir. Bir parça şeker polikristal bir yapıdır. Çeşitli maddelerin kristalleri çeşitli şekillere sahiptir. Kristal boyutları da değişir. Çok kristalli tipteki kristallerin boyutları zamanla değişebilir. Küçük demir kristalleri büyük kristallere dönüşür, bu süreç darbeler ve sarsıntılarla hızlanır, yapının mukavemetinin zamanla azaldığı çelik köprülerde, demiryolu raylarında vb.

Koşullara bağlı olarak kristal halde aynı kimyasal bileşime sahip çok sayıda cisim iki veya daha fazla çeşitte bulunabilir. Bu özelliğe polimorfizm denir. Ice'ın on adede kadar modifikasyonu vardır. Karbon - grafit ve elmasın polimorfizmi.

Tek bir kristalin temel bir özelliği, anizotropidir - özelliklerinin (elektriksel, mekanik, vb.) farklı yönlerdeki farklılığı.

Polikristal cisimler izotropiktir, yani her yönde aynı özellikleri sergilerler. Bu, çok kristalli bir gövdeyi oluşturan kristallerin birbirine göre rastgele yönlendirilmesiyle açıklanır. Sonuç olarak, yönlerin hiçbiri diğerlerinden farklı değildir.

Mekanik özellikleri doğal malzemelerden daha üstün olan kompozit malzemeler yaratılmıştır. Kompozit malzemeler (kompozitler) bir matris ve dolgulardan oluşur. Matris olarak polimer, metal, karbon veya seramik malzemeler kullanılmaktadır. Dolgu maddeleri bıyık, lif veya telden oluşabilir. Kompozit malzemeler özellikle betonarme ve demir grafit içerir.

Betonarme yapı malzemelerinin ana türlerinden biridir. Beton ve çelik donatı kombinasyonudur.

Demir grafit, demir (%95-98) ve grafitten (%2-5) oluşan seramik-metal bir malzemedir. Rulmanlar, çeşitli makine birimleri için burçlar ve mekanizmalar ondan yapılır.

Fiberglas ayrıca cam elyafı ve sertleştirilmiş reçine karışımı olan kompozit bir malzemedir.

İnsan ve hayvan kemikleri, tamamen farklı iki bileşenden oluşan kompozit bir malzemedir: kollajen ve mineral madde.

EĞİTİM BAKANLIĞI

FİZİK 8. SINIF

Konuyla ilgili rapor:

“Amorf bedenler. Şekilsiz cisimlerin erimesi.”

8. "b" sınıfı öğrencisi:

2009

amorf cisimler

Bir deney yapalım. Bir parça hamuru, bir stearin mumu ve bir elektrikli şömineye ihtiyacımız olacak. Şömineden eşit mesafelere hamuru ve bir mum koyun. Bir süre sonra stearinin bir kısmı eriyecek (sıvı hale gelecek), bir kısmı ise katı bir parça halinde kalacaktır. Hamuru aynı zamanda sadece biraz yumuşatır. Bir süre sonra, tüm stearin eriyecek ve hamuru yavaş yavaş masanın yüzeyinde "düzeltilecek" ve giderek daha fazla yumuşayacaktır.

Yani eridiğinde yumuşamayan, katı halden hemen sıvıya dönüşen cisimler vardır. Bu tür cisimlerin eritilmesi sırasında, sıvıyı vücudun henüz erimemiş (katı) kısmından ayırmak her zaman mümkündür. Bu bedenler kristal. Isıtıldığında yavaş yavaş yumuşayan, giderek daha akışkan hale gelen katılar da vardır. Bu tür cisimler için, sıvıya (erime) dönüştükleri sıcaklığı belirlemek imkansızdır. Bu organlara denir amorf.

Aşağıdaki deneyi yapalım. Cam bir huniye bir parça reçine veya mum atalım ve ılık bir odaya bırakalım. Yaklaşık bir ay sonra, balmumunun huni şeklini aldığı ve hatta oradan bir "jet" şeklinde akmaya başladığı ortaya çıkacaktır (Şek. 1). Şekillerini neredeyse sonsuza kadar koruyan kristallerin aksine, şekilsiz cisimler düşük sıcaklıklarda bile akışkandır. Bu nedenle çok kalın ve viskoz sıvılar olarak kabul edilebilirler.

Amorf cisimlerin yapısı. X ışınlarının yanı sıra elektron mikroskobu kullanan çalışmalar, şekilsiz cisimlerde parçacıklarının dizilişinde kesin bir düzen olmadığını göstermektedir. Bir göz atın, Şekil 2, kristalin kuvarsta ve sağda - amorf kuvarsta parçacıkların düzenini gösterir. Bu maddeler aynı parçacıklardan oluşur - silikon oksit molekülleri SiO 2.

Erimiş kuvars yavaşça soğutulursa kuvarsın kristal hali elde edilir. Eriyiğin soğuması hızlıysa, moleküllerin düzenli sıralar halinde "sıralanmak" için zamanları olmayacak ve amorf kuvars elde edilecektir.

Amorf cisimlerin parçacıkları sürekli ve rastgele titreşir. Bir yerden bir yere sıçrama olasılıkları kristal parçacıklarından daha fazladır. Bu, şekilsiz cisimlerin parçacıklarının eşit derecede yoğun olmaması gerçeğiyle kolaylaştırılır: aralarında boşluklar vardır.

Amorf cisimlerin kristalleşmesi. Zamanla (birkaç ay, yıl), amorf maddeler kendiliğinden kristal bir duruma dönüşür. Örneğin, sıcak bir yerde tek başına bırakılan şeker şekeri veya taze bal birkaç ay sonra opak hale gelir. Bal ve şekerlemelerin "şekerlendiğini" söylüyorlar. Bir lolipopu kırdığımızda veya bir kaşıkla bal aldığımızda ortaya çıkan şeker kristallerini gerçekten görüyoruz.

Amorf cisimlerin kendiliğinden kristalleşmesi, maddenin kristal halinin amorf halinden daha kararlı olduğunu gösterir. Moleküller arası teori bunu bu şekilde açıklar. Moleküller arası çekim ve itme kuvvetleri, şekilsiz bir cismin parçacıklarının ağırlıklı olarak boşlukların olduğu yere sıçramasına neden olur. Sonuç olarak, parçacıkların öncekinden daha düzenli bir düzenlemesi meydana gelir, yani bir polikristal oluşur.

Amorf cisimlerin erimesi.

Sıcaklık arttıkça, bir katıdaki atomların salınım hareketinin enerjisi artar ve sonunda atomlar arasındaki bağların kırılmaya başladığı bir an gelir. Bu durumda katı cisim sıvı hale geçer. Böyle bir geçiş denir erime. Sabit bir basınçta, erime kesin olarak tanımlanmış bir sıcaklıkta gerçekleşir.

Bir maddenin birim kütlesini erime noktasında sıvı hale dönüştürmek için gereken ısı miktarına erimenin özgül ısısı denir. λ .

Bir maddeyi eritmek M gereken ısı miktarı:

S = λm .

Amorf cisimlerin erime süreci, kristal cisimlerin erimesinden farklıdır. Sıcaklık yükseldikçe, amorf cisimler yavaş yavaş yumuşar, sıvı hale gelinceye kadar viskoz hale gelir. Amorf cisimler, kristallerin aksine, belirli bir erime noktasına sahip değildir. Bu durumda şekilsiz cisimlerin sıcaklığı sürekli değişir. Bunun nedeni, sıvılarda olduğu gibi amorf katılarda da moleküllerin birbirine göre hareket edebilmesidir. Isıtıldıklarında hızları artar, aralarındaki mesafe artar. Sonuç olarak, vücut bir sıvıya dönüşene kadar daha yumuşak hale gelir. Amorf cisimlerin katılaşması sırasında sıcaklıkları da sürekli olarak düşer.

>>Fizik: Amorf cisimler

Tüm katılar kristal değildir. Birçok amorf cisim vardır. Kristallerden nasıl farklılar?
Amorf cisimlerin atomların dizilişinde katı bir düzeni yoktur. Sadece en yakın atomlar-komşular bir düzende düzenlenmiştir. Ancak amorf cisimlerde kristallerin özelliği olan aynı yapısal öğenin her yönde katı bir tekrarı yoktur.
Atomların dizilişine ve davranışlarına göre şekilsiz cisimler sıvılara benzer.
Genellikle aynı madde hem kristal hem de amorf halde olabilir. Örneğin kuvars SiO2 hem kristal hem de amorf formda (silika) olabilir. Kuvarsın kristal formu şematik olarak düzenli altıgenlerden oluşan bir kafes olarak gösterilebilir ( şekil 12.6, bir). Kuvarsın amorf yapısı da kafes şeklindedir, ancak düzensiz bir şekle sahiptir. Altıgenlerin yanı sıra beşgenler ve yedigenler içerir ( şekil 12.6, b).
Amorf cisimlerin özellikleri. Tüm amorf cisimler izotropiktir, yani fiziksel özellikleri her yönde aynıdır. Amorf cisimler arasında cam, reçine, rosin, şekerleme vb.
Dış etkiler altında, şekilsiz cisimler hem katılar gibi elastik özellikler hem de sıvılar gibi akışkanlık sergilerler. Yani kısa süreli çarpmalarda (darbelerde) katı cisimler gibi davranırlar ve güçlü bir çarpmada parçalara ayrılırlar. Ancak çok uzun bir pozlama ile şekilsiz cisimler akar. Sabırlı olursanız kendiniz de görebilirsiniz. Sert bir yüzey üzerinde duran bir reçine parçasını takip edin. Yavaş yavaş, reçine üzerine yayılır ve reçinenin sıcaklığı ne kadar yüksek olursa, bu o kadar hızlı gerçekleşir.
Sıvı moleküller gibi amorf cisimlerin atomları veya molekülleri, belirli bir "hareketsiz yaşam" süresine sahiptir - denge konumu etrafındaki salınımların süresi. Ancak sıvıların aksine çok uzun bir süreleri vardır.
Yani, bir var için T\u003d 20 ° C, "hareketsiz yaşam" süresi yaklaşık 0,1 saniyedir. Bu bakımdan amorf cisimler, kristal cisimlere yakındır, çünkü atomların bir denge pozisyonundan diğerine sıçramaları nispeten nadiren meydana gelir.
Düşük sıcaklıklarda şekilsiz cisimler, özellikleri bakımından katı cisimlere benzer. Neredeyse hiç akışkanlıkları yoktur, ancak sıcaklık yükseldikçe yavaş yavaş yumuşarlar ve özellikleri giderek sıvılarınkine yaklaşır. Bunun nedeni, sıcaklık arttıkça atomların bir denge konumundan diğerine sıçramalarının giderek daha sık hale gelmesidir. belirli erime noktası amorf cisimler, kristal olanların aksine, bunu yapmazlar.
sıvı kristaller. Doğada, bir kristalin ve bir sıvının temel özelliklerine, yani anizotropi ve akışkanlığa aynı anda sahip olan maddeler vardır. Maddenin bu hali denir likit kristal. Sıvı kristaller, molekülleri uzun lifli bir şekle veya düz plakaların şekline sahip olan esas olarak organik maddelerdir.
Bir sıvı kristalin lifli moleküllerden oluştuğu en basit durumu ele alalım. Bu moleküller birbirine paraleldir, ancak rastgele kaydırılırlar, yani sıradan kristallerin aksine düzen yalnızca bir yönde bulunur.
Termal hareket sırasında bu moleküllerin merkezleri gelişigüzel hareket eder, ancak moleküllerin yönü değişmez ve kendilerine paralel kalırlar. Moleküllerin katı bir yönelimi, kristalin tüm hacminde değil, alan adı verilen küçük alanlarda bulunur. Işığın kırılması ve yansıması alan sınırında meydana gelir, bu nedenle sıvı kristaller opaktır. Ancak aralarındaki mesafe 0.01-0.1 mm olan, paralel girintileri 10-100 nm olan iki ince levha arasına yerleştirilen bir sıvı kristal tabakasında, tüm moleküller paralel olacak ve kristal şeffaf hale gelecektir. Sıvı kristalin bazı bölümlerine elektrik voltajı uygulanırsa, sıvı kristal durumu bozulur. Bu alanlar opak hale gelir ve parlamaya başlarken gerilimin olmadığı alanlar karanlık kalır. Bu fenomen, sıvı kristal TV ekranlarının oluşturulmasında kullanılır. Ekranın kendisinin çok sayıda elemandan oluştuğu ve böyle bir ekran için elektronik kontrol devresinin son derece karmaşık olduğu belirtilmelidir.
Katı hal fiziği.İnsanoğlu katı cisimleri her zaman kullanmıştır ve kullanmaya devam edecektir. Ancak daha önceki katı hal fiziği, doğrudan deneyime dayalı teknolojinin gelişiminin gerisinde kaldıysa, şimdi durum değişti. Teorik araştırma, özellikleri oldukça sıra dışı olan katıların yaratılmasına yol açar.
Bu tür organları deneme yanılma yoluyla elde etmek imkansız olurdu. Daha sonra tartışılacak olan transistörlerin yaratılması, katıların yapısını anlamanın tüm radyo mühendisliğinde nasıl bir devrime yol açtığının canlı bir örneğidir.
Belirtilen mekanik, manyetik, elektriksel ve diğer özelliklere sahip malzemelerin elde edilmesi, modern katı hal fiziğinin ana yönlerinden biridir. Dünyadaki fizikçilerin yaklaşık yarısı artık fiziğin bu alanında çalışıyor.
Amorf cisimler, kristal katılar ve sıvılar arasında bir ara pozisyon işgal eder. Atomları veya molekülleri göreli sırada düzenlenmiştir. Katıların yapısını (kristal ve amorf) anlamak, istenen özelliklere sahip malzemeler oluşturmanıza olanak tanır.

???
1. Amorf cisimler kristal cisimlerden nasıl farklıdır?
2. Amorf cisimlere örnekler veriniz.
3. Cam şekilsiz değil de kristal bir cisim olsaydı, cam üfleyici mesleği ortaya çıkar mıydı?

G.Ya.Myakishev, B.B.Bukhovtsev, N.N.Sotsky, Fizik 10. Sınıf

Bu ders için düzeltmeleriniz veya önerileriniz varsa,

Katılar, moleküler yapılarına ve fiziksel özelliklerine bağlı olarak amorf ve kristal olarak ayrılır.

Kristallerin aksine, şekilsiz katıların molekülleri ve atomları bir kafes oluşturmaz ve aralarındaki mesafe belirli bir olası mesafe aralığında değişir. Diğer bir deyişle, kristallerde atomlar veya moleküller, oluşan yapının vücudun tüm hacmi boyunca tekrarlanabileceği şekilde karşılıklı olarak düzenlenir, buna uzun menzilli düzen denir. Amorf cisimler söz konusu olduğunda, moleküllerin yapısı yalnızca bu tür moleküllerin her birine göre korunur, yalnızca komşu moleküllerin dağılımında bir düzenlilik - kısa menzilli düzen gözlenir. Açıklayıcı bir örnek aşağıda gösterilmiştir.

Amorf cisimler, cam ve camsı haldeki diğer maddeleri, rosin, reçineler, kehribar, sızdırmazlık mumu, bitüm, mum ve ayrıca organik maddeleri içerir: kauçuk, deri, selüloz, polietilen, vb.

şekilsiz cisimlerin özellikleri

Amorf katıların yapısının özelliği, onlara bireysel özellikler verir:

1. Zayıf ifade edilen akışkanlık, bu tür cisimlerin en iyi bilinen özelliklerinden biridir. Bir örnek, uzun süredir bir pencere çerçevesinde duran cam çizgileri olabilir.
2. Amorf katıların belirli bir erime noktası yoktur, çünkü ısıtma sırasında sıvı hale geçiş, vücudu yumuşatarak kademeli olarak gerçekleşir. Bu nedenle bu tür bünyelere yumuşama sıcaklığı denilen sıcaklık aralığı uygulanmaktadır.

1. Yapıları gereği, bu tür cisimler izotropiktir, yani fiziksel özellikleri yön seçimine bağlı değildir.
2. Amorf haldeki bir maddenin iç enerjisi, kristal halde olduğundan daha fazladır. Bu nedenle, amorf cisimler bağımsız olarak kristal bir duruma geçebilirler. Bu fenomen, zamanla camın bulanıklaşmasının bir sonucu olarak gözlemlenebilir.

camsı durum

Doğada, bu maddelerin moleküllerinin karmaşıklığı, düzenli bir kristal kafes oluşturmalarına izin vermediğinden, soğutularak kristal bir duruma dönüştürülmesi pratik olarak imkansız olan sıvılar vardır. Bazı organik polimerlerin molekülleri bu tür sıvılara aittir.

Ancak derin ve hızlı soğuma sayesinde hemen hemen her madde camsı hale gelebilir. Bu, berrak bir kristal kafesine sahip olmayan, ancak küçük kümeler ölçeğinde kısmen kristalleşebilen amorf bir durumdur. Maddenin bu hali yarı kararlıdır, yani belirli gerekli termodinamik koşullar altında korunur.

Soğutma teknolojisinin yardımıyla belirli bir hızda maddenin kristalleşmeye vakti kalmayacak ve cama dönüşecektir. Yani malzemenin soğuma hızı ne kadar yüksek olursa kristalleşme olasılığı o kadar düşüktür. Bu nedenle, örneğin metalik camların üretimi için saniyede 100.000 - 1.000.000 Kelvin soğutma hızı gereklidir.

Doğada, madde camsı bir halde bulunur ve soğuk su veya hava ile etkileşime girerek hızla soğuyan sıvı volkanik magmadan kaynaklanır. Bu durumda maddeye volkanik cam denir. Atmosferle etkileşime giren düşen bir göktaşının erimesi sonucu oluşan camı da gözlemleyebilirsiniz - göktaşı camı veya moldavit.

Kristal katıların yanı sıra şekilsiz katılar da vardır. Amorf cisimler, kristallerin aksine, atomların dizilişinde kesin bir düzene sahip değildir. Yalnızca en yakın atomlar - komşular - bir düzende düzenlenmiştir. Ancak

amorf cisimlerde kristallerin özelliği olan aynı yapısal öğenin her yönde katı bir tekrarı yoktur.

Genellikle aynı madde hem kristal hem de amorf halde olabilir. Örneğin, kuvars hem kristal hem de amorf formda (silika) olabilir. Kuvarsın kristal formu şematik olarak düzenli altıgenlerden oluşan bir kafes olarak gösterilebilir (Şekil 77, a). Kuvarsın amorf yapısı da kafes şeklindedir, ancak düzensiz bir şekle sahiptir. Altıgenlerin yanı sıra beşgenler ve yedigenler içerir (Şekil 77, b).

Amorf cisimlerin özellikleri. Tüm şekilsiz cisimler izotropiktir: fiziksel özellikleri her yönde aynıdır. Amorf cisimler arasında cam, birçok plastik, reçine, reçine, şekerleme vb.

Dış etkiler altında, şekilsiz cisimler hem katılar gibi elastik özellikler hem de sıvılar gibi akışkanlık sergilerler. Kısa süreli darbeler (darbeler) ile katı bir cisim gibi davranırlar ve güçlü bir darbe ile parçalara ayrılırlar. Ancak çok uzun bir pozlama ile şekilsiz cisimler akar. Yani, örneğin, bir reçine parçası yavaş yavaş katı bir yüzeye yayılır. Sıvı moleküller gibi amorf cisimlerin atomları veya molekülleri, belirli bir "yerleşik yaşam" süresine sahiptir - denge konumu etrafındaki salınımların süresi. Ancak sıvıların aksine çok uzun bir süreleri vardır. Bu bakımdan, amorf cisimler kristal cisimlere yakındır, çünkü atomların bir denge pozisyonundan diğerine atlamaları nadiren meydana gelir.

Düşük sıcaklıklarda, amorf cisimler, özellikleri bakımından katı cisimlere benzer. Neredeyse hiç akışkanlıkları yoktur, ancak sıcaklık yükseldikçe yavaş yavaş yumuşarlar ve özellikleri giderek sıvılarınkine yaklaşır. Bunun nedeni, sıcaklık arttıkça atomların bir konumdan sıçramalarının giderek daha sık hale gelmesidir.

diğerine denge. Amorf cisimler, kristal cisimlerin aksine, belirli bir erime noktasına sahip değildir.

Katı hal fiziği. Katıların tüm özellikleri (kristal ve şekilsiz), katıları oluşturan moleküllerin, atomların, iyonların ve elektronların atomik ve moleküler yapılarının ve hareket yasalarının bilgisine dayanarak açıklanabilir. Katıların özellikleriyle ilgili çalışmalar, modern fiziğin geniş bir alanında - katı hal fiziği - birleştirilir. Katı hal fiziğinin gelişimi, esas olarak teknolojinin ihtiyaçları tarafından teşvik edilir. Dünyadaki fizikçilerin yaklaşık yarısı katı hal fiziği alanında çalışmaktadır. Tabii ki, bu alandaki başarılar, fiziğin diğer tüm dalları hakkında derin bilgi sahibi olmadan düşünülemez.

1. Kristal cisimler amorf cisimlerden nasıl farklıdır? 2. Anizotropi nedir? 3. Tek kristalli, çok kristalli ve amorf cisimlere örnekler veriniz. 4. Kenar dislokasyonlarının vida dislokasyonlarından farkı nedir?