Katılar. Kristal cisimler. Amorf cisimler. “Amorf bedenler. Amorf cisimlerin erimesi.”

Katılar sabit şekil ve hacim ile karakterize edilir ve kristal ve amorf olarak ikiye ayrılır.

Kristal cisimler

Kristal halindeki her kimyasal madde, kristalin fiziksel özelliklerini belirleyen belirli bir kristal kafesine karşılık gelir.

Biliyor musun?
Yıllar önce St. Petersburg'da ısıtılmayan depolardan birinde büyük miktarda beyaz teneke parlak düğme stokları vardı. Ve aniden kararmaya, parlaklıklarını kaybetmeye ve toz haline gelmeye başladılar. Birkaç gün içinde düğme dağları gri bir toz yığınına dönüştü. "Teneke Veba"- beyaz tenekenin bu "hastalığı" böyle adlandırıldı.
Ve bu sadece kalay kristallerindeki atomların düzeninin yeniden düzenlenmesiydi. Beyaz türden griye geçen kalay, toz haline gelir.
Hem beyaz hem de gri kalay kalay kristalleridir, ancak düşük sıcaklıklarda kristal yapıları değişir ve bunun sonucunda maddenin fiziksel özellikleri değişir.

Kristaller farklı şekillere sahip olabilir ve düz kenarlarla sınırlıdır.

Doğada şunlar vardır:
A) tek kristaller- bunlar düzenli çokgen şeklinde ve sürekli bir kristal kafese sahip tek homojen kristallerdir

Tek kristal sofra tuzu:

B) polikristaller- bunlar küçük, düzensiz konumlanmış kristallerden kaynaşmış kristal gövdelerdir.
Katıların çoğu çok kristalli bir yapıya sahiptir (metaller, taşlar, kum, şeker).

Bizmut polikristalleri:

Kristallerin anizotropisi

Kristallerde gözlenir anizotropi- fiziksel özelliklerin (mekanik mukavemet, elektriksel iletkenlik, termal iletkenlik, ışığın kırılması ve emilmesi, kırınım vb.) kristalin içindeki yöne bağımlılığı.

Anizotropi esas olarak tek kristallerde görülür.

Polikristallerde (örneğin büyük bir metal parçasında) normal durumda anizotropi görülmez.
Polikristaller çok sayıda küçük kristal taneciklerden oluşur. Her birinin anizotropisi olmasına rağmen, dizilişlerindeki bozukluktan dolayı polikristalin gövde bir bütün olarak anizotropisini kaybeder.

Herhangi bir kristal madde kesin olarak tanımlanmış bir sıcaklıkta erir ve kristalleşir. erime noktası: demir - 1530°'de, kalay - 232°'de, kuvars - 1713°'de, cıva - eksi 38°'de.

Parçacıklar bir kristaldeki düzenin sırasını ancak erimeye başlarsa bozabilir.

Parçacıkların düzeni olduğu sürece kristal kafes vardır, kristal vardır. Parçacıkların yapısı bozulursa bu, kristalin eridiği - sıvıya dönüştüğü veya buharlaşarak - buhara dönüştüğü anlamına gelir.

Amorf cisimler

Amorf cisimlerin atom ve moleküllerin (cam, reçine, kehribar, reçine) dizilişinde kesin bir düzen yoktur.

Amorf cisimlerde gözlenir izotropi-Fiziksel özellikleri her yönde aynıdır.

Dış etkiler altında amorf cisimler sergiler eşzamanlı elastik özellikler (çarpıldığında katılar gibi parçalara ayrılırlar) ve akışkanlık (uzun süre maruz kaldıklarında sıvı gibi akarlar).

Amorf cisimler, düşük sıcaklıklarda özellikleri bakımından katılara, yüksek sıcaklıklarda ise çok viskoz sıvılara benzerler.

Amorf cisimler belirli bir erime noktasına sahip değil ve dolayısıyla kristalizasyon sıcaklığı.
Isıtıldığında yavaş yavaş yumuşarlar.

Amorf cisimler işgal eder ara konum kristal katılar ve sıvılar arasında.

Aynı madde hem kristal hem de kristal olmayan formlarda oluşabilir.

Bir maddenin sıvı eriyiğinde parçacıklar tamamen rastgele hareket eder.
Örneğin şekeri eritirseniz, o zaman:

1. Eğer eriyik yavaşça ve sakin bir şekilde katılaşırsa, parçacıklar eşit sıralar halinde toplanır ve kristaller oluşur. Toz şeker veya parça şeker bu şekilde elde edilir;

2. Soğutma çok hızlı gerçekleşirse, parçacıkların düzenli sıralar halinde sıralanması için zamanları olmaz ve eriyik kristal olmayan bir şekilde katılaşır. Yani erimiş şekeri soğuk suya veya çok soğuk bir tabağa dökerseniz, şeker şekeri, kristal olmayan şeker oluşur.

Muhteşem!

Zamanla, kristal olmayan bir madde "dejenere olabilir" veya daha doğrusu kristalleşebilir; içindeki parçacıklar düzenli sıralar halinde toplanır.

Sadece farklı maddeler için bu süre farklıdır: şeker için bu süre birkaç ay, taş için ise milyonlarca yıldır.

Şekeri iki veya üç ay sessizce bekletin, gevşek bir kabukla kaplanacaktır. Büyüteçle bakın: bunlar küçük şeker kristalleridir. Kristal olmayan şekerde kristal büyümesi başladı. Birkaç ay daha bekleyin; yalnızca kabuk değil, şekerin tamamı kristalleşecektir.

Sıradan pencere camlarımız bile kristalleşebilir. Çok eski cam bazen tamamen bulanık hale gelir çünkü içinde küçük opak kristallerden oluşan bir kütle oluşur.

Cam fabrikalarında bazen fırında bir “keçi”, yani bir kristal cam bloğu oluşur. Bu kristal cam çok dayanıklıdır.Bir fırını yok etmek inatçı bir "keçiyi" oradan çıkarmaktan daha kolaydır.
Bilim adamları bunu inceledikten sonra yeni, çok dayanıklı bir cam malzemesi - seramik cam - yarattılar. Bu, camın hacimsel kristalizasyonu sonucu elde edilen cam kristalli bir malzemedir.

Meraklı!

Farklı kristal formları mevcut olabilir aynı madde.
Örneğin karbon.

Grafit kristal karbondur. Kurşun kalem uçları, hafifçe basıldığında kağıt üzerinde iz bırakan grafitten yapılmıştır. Grafitin yapısı katmanlıdır. Grafit katmanları kolayca kayar, böylece grafit pulları yazarken kağıda yapışır.

Ama kristal karbonun başka bir biçimi daha var. elmas.

« Fizik - 10. sınıf"

Atomların dizilişinde katı bir düzen ile karakterize edilen kristal yapıya sahip katılara ek olarak amorf katılar da vardır.

Amorf cisimlerin atom dizilişinde kesin bir düzen yoktur. Yalnızca en yakın komşu atomlar belirli bir sıraya göre düzenlenir. Ancak amorf cisimlerde kristallerin özelliği olan aynı yapısal elemanın her yönde kesin bir tekrarlanabilirliği yoktur. Amorf cisimler atomların dizilişi ve davranışları açısından sıvılara benzer. Çoğunlukla aynı madde hem kristal hem de amorf hallerde bulunabilir.

Teorik çalışmalar, özellikleri tamamen sıra dışı olan katıların üretimine yol açmaktadır. Bu tür organları deneme yanılma yoluyla elde etmek imkansızdır. Daha sonra tartışılacak olan transistörlerin yaratılması, katıların yapısının anlaşılmasının tüm radyo mühendisliğinde nasıl bir devrime yol açtığının çarpıcı bir örneğidir.

Belirtilen mekanik, manyetik, elektriksel ve diğer özelliklere sahip malzemelerin elde edilmesi, modern katı hal fiziğinin ana yönlerinden biridir.

Tüm katılar kristal değildir. Pek çok amorf cisim var.

Amorf cisimlerin atom dizilişinde kesin bir düzen yoktur. Yalnızca en yakın komşu atomlar belirli bir sıraya göre düzenlenir. Ancak amorf cisimlerdeki kristallerin özelliği olan aynı yapısal elemanın tüm yönlerde kesin bir yönelimi yoktur.

Çoğunlukla aynı madde hem kristal hem de amorf hallerde bulunabilir. Örneğin kuvars SiO2 kristal veya amorf formda (silika) olabilir. Kuvarsın kristal formu şematik olarak düzenli altıgenlerden oluşan bir kafes olarak temsil edilebilir. Kuvarsın amorf yapısı aynı zamanda bir kafes görünümündedir ancak düzensiz bir şekle sahiptir. Altıgenlerin yanı sıra beşgenler ve yedigenler içerir.

1959'da İngiliz fizikçi D. Bernal ilginç deneyler yaptı: Aynı boyutta birçok küçük hamuru top aldı, bunları tebeşir tozuyla yuvarladı ve büyük bir top haline getirdi. Sonuç olarak toplar çokyüzlülere dönüştü. Bu durumda ağırlıklı olarak beşgen yüzlerin oluştuğu ve çokyüzlülerin ortalama 13,3 yüze sahip olduğu ortaya çıktı. Yani amorf maddelerde mutlaka bir düzen vardır.

Amorf cisimler arasında cam, reçine, reçine, şekerleme vb. bulunur. Kristalli maddelerin aksine, amorf maddeler izotropiktir, yani mekanik, optik, elektriksel ve diğer özellikleri yöne bağlı değildir. Amorf cisimlerin sabit bir erime noktası yoktur; erime belirli bir sıcaklık aralığında meydana gelir. Amorf bir maddenin katı durumdan sıvı duruma geçişine özelliklerde ani bir değişiklik eşlik etmez. Amorf durumun fiziksel bir modeli henüz oluşturulmamıştır.

Amorf katılar, kristal katılar ve sıvılar arasında bir ara pozisyonda bulunur. Atomları veya molekülleri göreceli sıraya göre düzenlenmiştir. Katıların (kristal ve amorf) yapısını anlamak, istenilen özelliklere sahip malzemeler oluşturmanıza olanak tanır.

Dış etkiler altında, amorf cisimler hem katılar gibi elastik özellikler hem de sıvılar gibi akışkanlık sergilerler. Böylece kısa süreli darbelerde (darbelerde) katı cisim gibi davranırlar ve kuvvetli bir darbe altında parçalara ayrılırlar. Ancak çok uzun süre maruz kalındığında amorf cisimler akmaya başlar. Pürüzsüz bir yüzey üzerinde duran bir reçine parçasını takip edelim. Reçine yavaş yavaş üzerine yayılır ve reçinenin sıcaklığı ne kadar yüksek olursa, bu o kadar hızlı gerçekleşir.

Düşük sıcaklıklardaki amorf cisimler, özellikleri bakımından katılara benzer. Neredeyse hiç akışkanlıkları yoktur, ancak sıcaklık arttıkça yavaş yavaş yumuşarlar ve özellikleri giderek sıvıların özelliklerine yaklaşır. Bunun nedeni, sıcaklık arttıkça atomların bir konumdan diğerine sıçramalarının giderek daha sık hale gelmesidir. Amorf cisimlerin kristal cisimlerden farklı olarak belirli bir vücut sıcaklığı yoktur.

Sıvı bir madde soğutulduğunda her zaman kristalleşmez. belirli koşullar altında dengesiz bir katı amorf (camsı) durum oluşabilir. Camsı halde basit maddeler (karbon, fosfor, arsenik, kükürt, selenyum), oksitler (örneğin bor, silikon, fosfor), halojenürler, kalkojenitler, birçok organik polimer bulunabilir.Bu durumda madde kararlı olabilir uzun bir süre boyunca örneğin bazı volkanik camlar milyonlarca yıllıktır. Camsı amorf haldeki bir maddenin fiziksel ve kimyasal özellikleri, kristalli bir maddenin özelliklerinden önemli ölçüde farklı olabilir. Örneğin camsı germanyum dioksit kimyasal olarak kristal olandan daha aktiftir. Sıvı ve katı amorf halin özelliklerindeki farklılıklar, parçacıkların termal hareketinin doğası ile belirlenir: amorf durumda parçacıklar yalnızca salınım ve dönme hareketleri yapabilir, ancak madde içinde hareket edemezler.

Mekanik yüklerin veya sıcaklık değişimlerinin etkisi altında amorf cisimler kristalleşebilir. Amorf durumdaki maddelerin reaktivitesi kristal duruma göre çok daha yüksektir. Maddenin amorf (Yunanca "amorphos" - şekilsiz) durumunun ana özelliği, atomik veya moleküler bir kafesin olmaması, yani kristal durumun karakteristik yapısının üç boyutlu periyodikliğidir.

Amorf bir durumda yalnızca katı halde bulunabilen maddeler vardır. Bu, düzensiz birim dizisine sahip polimerleri ifade eder.

>>Fizik: Amorf cisimler

Tüm katılar kristal değildir. Pek çok amorf cisim var. Kristallerden nasıl farklılar?
Amorf cisimlerin atom dizilişinde kesin bir düzen yoktur. Yalnızca en yakın komşu atomlar belirli bir sıraya göre düzenlenir. Ancak amorf cisimlerde kristallerin özelliği olan aynı yapısal elemanın her yönde kesin bir tekrarlanabilirliği yoktur.
Amorf cisimler atomların dizilişi ve davranışları açısından sıvılara benzer.
Çoğunlukla aynı madde hem kristal hem de amorf hallerde bulunabilir. Örneğin kuvars Si02, kristal veya amorf formda (silika) olabilir. Kuvarsın kristal formu şematik olarak düzenli altıgenlerden oluşan bir kafes olarak temsil edilebilir ( Şekil 12.6, a). Kuvarsın amorf yapısı aynı zamanda bir kafes görünümündedir ancak düzensiz bir şekle sahiptir. Altıgenlerin yanı sıra beşgenler ve yedigenler de içerir ( Şekil 12.6, b).
Amorf cisimlerin özellikleri. Tüm amorf cisimler izotropiktir, yani fiziksel özellikleri her yönde aynıdır. Amorf cisimler arasında cam, reçine, reçine, şekerleme vb. bulunur.
Dış etkiler altında, amorf cisimler hem katılar gibi elastik özellikler hem de sıvılar gibi akışkanlık sergilerler. Böylece kısa süreli darbelerde (darbelerde) katı cisim gibi davranırlar ve kuvvetli bir darbe altında parçalara ayrılırlar. Ancak çok uzun süre maruz kalındığında amorf cisimler akmaya başlar. Sabırlı olursanız bunu kendiniz de görebilirsiniz. Sert bir yüzey üzerinde duran reçine parçasını takip edin. Reçine yavaş yavaş üzerine yayılır ve reçinenin sıcaklığı ne kadar yüksek olursa, bu o kadar hızlı gerçekleşir.
Amorf cisimlerin atomları veya molekülleri, tıpkı bir sıvının molekülleri gibi, belirli bir "yerleşik yaşam" süresine - denge konumu etrafındaki salınım süresine - sahiptir. Fakat sıvıların aksine bu süre çok uzundur.
Yani, var için T= 20°C “yerleşik ömür” süresi yaklaşık 0,1 s'dir. Bu bakımdan amorf cisimler kristal cisimlere yakındır, çünkü atomların bir denge konumundan diğerine sıçraması nispeten nadirdir.
Düşük sıcaklıklardaki amorf cisimler, özellikleri bakımından katı cisimlere benzer. Neredeyse hiç akışkanlıkları yoktur, ancak sıcaklık arttıkça yavaş yavaş yumuşarlar ve özellikleri giderek sıvıların özelliklerine yaklaşır. Bunun nedeni, artan sıcaklıkla birlikte atomların bir denge konumundan diğerine sıçramalarının giderek daha sık hale gelmesidir. Belirli erime noktası Amorf cisimler, kristalin cisimlerin aksine böyle değildir.
Sıvı kristaller. Doğada, bir kristalin ve bir sıvının temel özelliklerine, yani anizotropi ve akışkanlığa aynı anda sahip olan maddeler vardır. Maddenin bu durumuna denir likit kristal. Sıvı kristaller esas olarak molekülleri uzun iplik benzeri veya düz plaka şekline sahip olan organik maddelerdir.
Bir sıvı kristalin iplik benzeri moleküllerden oluştuğu en basit durumu ele alalım. Bu moleküller birbirine paralel olarak yerleştirilmiştir, ancak rastgele yer değiştirmiştir, yani sıradan kristallerin aksine düzen yalnızca tek bir yönde mevcuttur.
Termal hareket sırasında bu moleküllerin merkezleri rastgele hareket eder ancak moleküllerin yönelimi değişmez ve kendilerine paralel kalırlar. Kesin moleküler yönelim kristalin tüm hacmi boyunca mevcut değildir, ancak alanlar adı verilen küçük bölgelerde mevcuttur. Işığın kırılması ve yansıması alan sınırlarında meydana gelir, bu nedenle sıvı kristaller opaktır. Ancak aralarındaki mesafe 0,01-0,1 mm olan ve 10-100 nm paralel çöküntülere sahip iki ince plaka arasına yerleştirilen sıvı kristal tabakasında tüm moleküller paralel olacak ve kristal şeffaflaşacaktır. Sıvı kristalin bazı bölgelerine elektrik voltajı uygulandığında sıvı kristalin durumu bozulur. Bu alanlar opaklaşıp parlamaya başlarken gerilimin olmadığı alanlar karanlık kalır. Bu fenomen, sıvı kristal televizyon ekranlarının oluşturulmasında kullanılır. Ekranın kendisinin çok sayıda elemandan oluştuğu ve böyle bir ekran için elektronik kontrol devresinin son derece karmaşık olduğu unutulmamalıdır.
Katı hal fiziği.İnsanlık her zaman katı maddeleri kullanmıştır ve kullanmaya devam edecektir. Ancak daha önce katı hal fiziği, doğrudan deneyime dayalı teknolojinin gelişmesinin gerisinde kaldıysa da, şimdi durum değişti. Teorik araştırma, özellikleri tamamen sıra dışı olan katıların oluşmasına yol açar.
Bu tür organları deneme yanılma yoluyla elde etmek imkansızdır. Daha sonra tartışılacak olan transistörlerin yaratılması, katıların yapısının anlaşılmasının tüm radyo mühendisliğinde nasıl bir devrime yol açtığının çarpıcı 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 katılar, kristal katılar ve sıvılar arasında bir ara pozisyonda bulunur. Atomları veya molekülleri göreceli sıraya göre düzenlenmiştir. Katıların (kristal ve amorf) yapısını anlamak, istenilen özelliklere sahip malzemeler oluşturmanıza olanak tanır.

???
1. Amorf cisimlerin kristal cisimlerden farkı nedir?
2. Amorf cisimlere örnekler verin.
3. Cam amorf değil de kristalimsi bir katı olsaydı, cam üfleme mesleği ortaya çıkar mıydı?

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

Bu derse ilişkin düzeltmeleriniz veya önerileriniz varsa,

AMORF VÜCUTLAR(Yunanca amorf - biçimsiz) - temel bileşen parçacıklarının (atomlar, iyonlar, moleküller, bunların kompleksleri) uzayda rastgele yerleştirildiği gövdeler. Amorf cisimleri kristal olanlardan ayırmak için (bkz. Kristaller), X-ışını kırınım analizi kullanılır (bkz.). X-ışını kırınım desenleri üzerindeki kristal cisimler halkalar, çizgiler, noktalar şeklinde net, tanımlanmış bir kırınım deseni verirken, amorf cisimler bulanık, düzensiz bir görüntü verir.

Amorf cisimler aşağıdaki özelliklere sahiptir: 1) normal koşullar altında izotropiktirler, yani özellikleri (mekanik, elektriksel, kimyasal, termal vb.) her yönde aynıdır; 2) belirli bir erime noktasına sahip değildir ve artan sıcaklıkla birlikte, çoğu amorf cisim, yavaş yavaş yumuşayarak sıvı hale dönüşür. Bu nedenle, amorf cisimler, bireysel moleküller arasındaki etkileşim kuvvetlerinin artması nedeniyle viskozitedeki keskin bir artış nedeniyle (bkz.) Kristalleşme zamanı olmayan aşırı soğutulmuş sıvılar olarak düşünülebilir. Üretim yöntemlerine bağlı olarak birçok madde amorf, orta veya kristal hallerde olabilir (proteinler, kükürt, silika vb.). Ancak neredeyse yalnızca bu durumlardan birinde bulunan maddeler vardır. Bu nedenle çoğu metal ve tuz kristal halindedir.

Amorf cisimler yaygındır (cam, doğal ve yapay reçineler, kauçuk vb.). Aynı zamanda amorf cisimler olan yapay polimer malzemeler teknolojide, günlük yaşamda ve tıpta (vernikler, boyalar, protezler için plastikler, çeşitli polimer filmler) vazgeçilmez hale gelmiştir.

Canlı doğada, amorf cisimler sitoplazmayı ve biyopolimerlerden - uzun zincirli makromoleküllerden oluşan hücre ve dokuların yapısal elemanlarının çoğunu içerir: proteinler, nükleik asitler, lipitler, karbonhidratlar. Biyopolimer molekülleri birbirleriyle kolayca etkileşime girerek agregatlar (bkz. Agregasyon) veya sürü koaservatları (bkz. Koaservasyon) verir. Amorf cisimler ayrıca hücrelerde kalıntılar ve yedek maddeler (nişasta, lipitler) şeklinde bulunur.

Biyolojik nesnelerin amorf gövdelerini oluşturan polimerlerin bir özelliği, örneğin tersinir durumun fizikokimyasal bölgelerinin dar sınırlarının varlığıdır. Sıcaklık kritik sıcaklığın üzerine çıktığında yapıları ve özellikleri geri dönülemez biçimde değişir (protein pıhtılaşması).

Bir dizi yapay polimerin oluşturduğu amorf cisimler sıcaklığa bağlı olarak üç durumda olabilir: camsı, oldukça elastik ve sıvı (viskoz-akışkan).

Canlı bir organizmanın hücreleri, sabit bir sıcaklıkta bir sıvıdan oldukça elastik bir duruma geçişlerle, örneğin bir kan pıhtısının geri çekilmesi, kas kasılmasıyla karakterize edilir (bkz.). Biyolojik sistemlerde amorf cisimler, sitoplazmanın sabit bir durumda tutulmasında çok önemli bir rol oynar. Amorf cisimlerin biyolojik nesnelerin şeklini ve gücünü korumadaki rolü önemlidir: bitki hücrelerinin selüloz zarı, spor ve bakteri zarları, hayvan derisi vb.

Kaynakça: Bresler S.E. ve Yerusalimsky B.L. Makromoleküllerin fiziği ve kimyası, M.-L., 1965; Kitaygorodsky A.I.İnce kristalli ve amorf cisimlerin X-ışını yapısal analizi, M.-L., 1952; diğer adıyla. Atom dünyasında düzen ve düzensizlik, M., 1966; Kobeko P.P. Amorf maddeler, M.-L., 1952; Setlow R. ve Pollard E. Moleküler biyofizik, çev. İngilizceden, M., 1964.