Corpuri amorfe și topirea lor. „Corpi amorfe. Topirea corpurilor amorfe. ”. Topirea și trecerea la alte stări. Metal si sticla

Termenul „amorf” este tradus literal din greacă ca „nu un fel”, „nu o formă”. Astfel de substanțe nu au o structură cristalină, nu suferă clivaj cu formarea fețelor de cristal. De regulă, un corp amorf este izotrop, adică proprietățile sale fizice nu depind de direcția influenței externe.

Într-o anumită perioadă de timp (luni, săptămâni, zile), corpurile amorfe individuale pot trece spontan într-o stare cristalină. Deci, de exemplu, puteți observa cum mierea sau bomboanele de zahăr își pierd transparența după un timp. În astfel de cazuri, se spune de obicei că mâncarea este „învelită cu zahăr”. În același timp, scoaterea mierii de zahăr cu o lingură sau spargerea unei bomboane poate observa de fapt cristalele de zahăr formate care existau anterior într-o formă amorfă.

O astfel de cristalizare spontană a substanțelor indică un grad diferit de stabilitate a stărilor. Astfel, corpul amorf este mai puțin stabil.

Spre deosebire de solidele cristaline, nu există o ordine strictă în aranjarea particulelor într-un corp amorf.

Deși solidele amorfe sunt capabile să-și mențină forma, ele nu au o rețea cristalină. O anumită regularitate este observată numai pentru moleculele și atomii aflați în vecinătate. Această ordine se numește comanda scurta ... Nu se repetă în toate direcțiile și nu persistă pe distanțe mari, ca în corpurile cristaline.

Exemple de corpuri amorfe sunt sticla, chihlimbarul, rășinile artificiale, ceara, parafina, plastilina etc.

Caracteristicile corpurilor amorfe

Atomii din corpurile amorfe vibrează în jurul unor puncte situate aleatoriu. Prin urmare, structura acestor corpuri seamănă cu structura lichidelor. Dar particulele din ele sunt mai puțin mobile. Timpul de oscilație a acestora în jurul poziției de echilibru este mai lung decât în ​​cazul lichidelor. Salturile atomice în altă poziție apar, de asemenea, mult mai rar.

Cum se comportă solidele cristaline când sunt încălzite? Încep să se topească la un anumit moment punct de topire... Și de ceva timp sunt simultan în stare solidă și lichidă, până când întreaga substanță se topește.

Corpurile amorfe nu au un anumit punct de topire. ... Când sunt încălzite, nu se topesc, ci se înmoaie treptat.

Așezați o bucată de plastilină lângă dispozitivul de încălzire. După un timp, va deveni moale. Acest lucru nu se întâmplă instantaneu, ci într-o perioadă de timp.

Deoarece proprietățile corpurilor amorfe sunt similare cu proprietățile lichidelor, acestea sunt considerate lichide suprarăcite cu vâscozitate foarte mare (lichide înghețate). În condiții normale, ele nu pot curge. Dar când sunt încălzite, salturile atomilor din ele apar mai des, vâscozitatea scade, iar corpurile amorfe se înmoaie treptat. Cu cât temperatura este mai mare, cu atât vascozitatea este mai mică, iar treptat corpul amorf devine lichid.

Sticla obișnuită este un corp solid amorf. Se obține prin topirea oxidului de siliciu, sodă și var. Încălzind amestecul la 1400 ° C, se obține o masă vitroasă lichidă. La răcire, sticla lichidă nu se solidifică, ca corpurile cristaline, ci rămâne un lichid, a cărui vâscozitate crește, iar fluiditatea scade. În condiții normale, ni se pare un corp solid. Dar, de fapt, este un lichid care are o vâscozitate și o fluiditate extraordinare, atât de mic încât abia se distinge de instrumentele cele mai suprasensibile.

Starea amorfă a materiei este instabilă. În timp, dintr-o stare amorfă, se transformă treptat într-una cristalină. Acest proces în diferite substanțe trece cu viteze diferite. Vedem cum bomboanele sunt acoperite cu cristale de zahăr. Acest lucru nu durează foarte mult.

Și pentru ca cristalele să se formeze în sticla obișnuită, trebuie să treacă mult timp. În timpul cristalizării, sticla își pierde rezistența, transparența, devine tulbure, devine casantă.

Izotropia solidelor amorfe

În solidele cristaline, proprietățile fizice diferă în direcții diferite. Și în corpurile amorfe, sunt aceleași în toate direcțiile. Acest fenomen se numește izotropie .

Un corp amorf conduce în mod egal electricitatea și căldura în toate direcțiile, refractează în mod egal lumina. De asemenea, sunetul se propagă în mod egal în corpurile amorfe în toate direcțiile.

Proprietățile substanțelor amorfe sunt utilizate în tehnologii moderne... De interes deosebit sunt aliajele metalice care nu au o structură cristalină și aparțin unor corpuri amorfe solide. Ei sunt numiti, cunoscuti ochelari metalici ... Proprietățile lor fizice, mecanice, electrice și de altă natură diferă în bine de cele ale metalelor comune.

Deci, în medicină, se folosesc aliaje amorfe, a căror rezistență o depășește pe cea a titanului. Sunt folosite pentru a face șuruburi sau plăci care leagă oasele rupte. Spre deosebire de elementele de fixare din titan, acest material se degradează treptat și este înlocuit cu material osos în timp.

Aliajele de înaltă rezistență sunt utilizate la fabricarea sculelor de tăiere a metalelor, fitingurilor, arcuri și părți ale mecanismelor.

În Japonia a fost dezvoltat un aliaj amorf cu permeabilitate magnetică ridicată. Folosind-o în miezurile transformatoarelor în loc de foi texturate de oțel pentru transformator, este posibilă reducerea pierderilor de curenți turbionari de 20 de ori.

Metalele amorfe au proprietăți unice. Ele sunt numite materialul viitorului.

>> Fizica: Corpuri amorfe

Nu toate solidele sunt cristale. Există multe corpuri amorfe. Prin ce sunt diferite de cristale?
Corpurile amorfe nu au o ordine strictă în aranjarea atomilor. Doar atomii vecini cei mai apropiați sunt aranjați într-o anumită ordine. Dar nu există o repetabilitate strictă în toate direcțiile aceluiași element structural, care este caracteristic cristalelor, în corpurile amorfe.
În ceea ce privește aranjarea atomilor și comportamentul lor, corpurile amorfe sunt analoge cu lichidele.
Adesea, aceeași substanță poate fi atât în ​​stare cristalină, cât și amorfă. De exemplu, cuarțul SiO2 poate fi atât sub formă cristalină, cât și amorfă (silice). Forma cristalină a cuarțului poate fi reprezentată schematic ca o rețea de hexagoane regulate (Figura 12.6, a). Structura amorfă a cuarțului are și forma unei rețele, dar de formă neregulată. Împreună cu hexagoane, conține pentagoane și heptagoane ( Figura 12.6, b).
Proprietățile corpurilor amorfe. Toate corpurile amorfe sunt izotrope, adică proprietățile lor fizice sunt aceleași în toate direcțiile. Corpurile amorfe includ sticlă, rășină, colofoniu, bomboane de zahăr etc.
Sub influențe externe, corpurile amorfe prezintă atât proprietăți elastice, cum ar fi solidele, cât și fluiditate, ca un lichid. Deci, cu impacturi pe termen scurt (impacturi), se comportă ca niște solide și cu un impact puternic se despart în bucăți. Dar cu expunerea foarte prelungită curg corpuri amorfe. Puteți vedea singur dacă aveți răbdare. Trasează bucata de rășină care se află pe o suprafață dură. Treptat, rășina se întinde peste ea și, cu cât temperatura rășinii este mai mare, cu atât se întâmplă mai repede.
Atomii sau moleculele corpurilor amorfe, ca moleculele unui lichid, au un anumit timp de „viață așezată” - timpul de oscilație în jurul poziției de echilibru. Dar, spre deosebire de lichide, acest timp este foarte lung pentru ei.
Deci, pentru var la t= 20 ° C, timpul „vieții sedentare” este de aproximativ 0,1 s. În acest sens, corpurile amorfe sunt apropiate de cele cristaline, deoarece salturile atomilor de la o poziție de echilibru la alta apar relativ rar.
Corpurile amorfe la temperaturi scăzute seamănă cu solidele în proprietățile lor. Aproape că nu au fluiditate, dar pe măsură ce temperatura crește, se înmoaie treptat și proprietățile lor se apropie din ce în ce mai mult de proprietățile lichidelor. Acest lucru se datorează faptului că, pe măsură ce temperatura crește, salturile atomilor dintr-o poziție de echilibru în alta devin treptat mai frecvente. Punct de topire definit corpurile amorfe, spre deosebire de cele cristaline, nu.
Cristale lichide.În natură, există substanțe care posedă simultan proprietățile de bază ale unui cristal și ale unui lichid, și anume anizotropia și fluiditatea. Această stare a materiei se numește cristal lichid... Cristalele lichide sunt în principal materie organică, ale căror molecule au o formă lungă ca un fir sau formă de plăci plate.
Să luăm în considerare cel mai simplu caz când un cristal lichid este format din molecule filamentoase. Aceste molecule sunt paralele între ele, dar deplasate aleatoriu, adică ordinea, spre deosebire de cristalele obișnuite, există doar într-o singură direcție.
În timpul mișcării termice, centrii acestor molecule se mișcă aleatoriu, dar orientarea moleculelor nu se schimbă și rămân paralele cu ele însele. Orientarea strictă a moleculelor nu există în întregul volum al cristalului, ci în regiuni mici numite domenii. Refracția și reflectarea luminii au loc la limita domeniului, astfel încât cristalele lichide sunt opace. Totuși, într-un strat de cristal lichid plasat între două plăci subțiri, distanța dintre care este de 0,01-0,1 mm, cu depresiuni paralele de 10-100 nm, toate moleculele vor fi paralele, iar cristalul va deveni transparent. Dacă se aplică o tensiune electrică unor părți ale cristalului lichid, atunci starea cristalului lichid este perturbată. Aceste zone devin opace și încep să strălucească, în timp ce zonele nestresate rămân întunecate. Acest fenomen este folosit pentru a crea ecrane TV LCD. Trebuie remarcat faptul că ecranul în sine este format dintr-un număr mare de elemente, iar circuitul de control electronic pentru un astfel de ecran este extrem de complex.
Fizica stării solide. Omenirea a folosit întotdeauna și va folosi solide. Dar dacă fizica stării solide mai devreme a rămas în urmă cu dezvoltarea tehnologiei bazate pe experiența directă, acum situația s-a schimbat. Cercetarea teoretică duce la crearea de solide, ale căror proprietăți sunt complet neobișnuite.
Ar fi imposibil să se obțină astfel de organisme prin încercare și eroare. Crearea tranzistoarelor, care va fi discutată mai târziu, este un exemplu viu al modului în care înțelegerea structurii solidelor a condus la o revoluție în toată ingineria radio.
Obținerea de materiale cu proprietăți mecanice, magnetice, electrice și de altă natură specificate este una dintre direcțiile principale ale fizicii moderne a stării solide. Aproximativ jumătate dintre fizicienii lumii lucrează acum în acest domeniu al fizicii.
Corpurile amorfe ocupă o poziție intermediară între solidele cristaline și lichidele. Atomii sau moleculele lor sunt aranjate în ordine relativă. Înțelegerea structurii solidelor (cristaline și amorfe) vă permite să creați materiale cu proprietățile dorite.

???
1. Care este diferența dintre corpurile amorfe și cele cristaline?
2. Dați exemple de corpuri amorfe.
3. Ar apărea profesia de suflare a sticlei dacă sticla ar fi un corp cristalin, și nu amorf?

G.Ya. Myakishev, B.B. Bukhovtsev, N.N. Sotsky, Fizica clasa a 10-a

Conținutul lecției schița lecției suport cadru prezentarea lecției metode accelerative tehnologii interactive Practică sarcini și exerciții ateliere de autotestare, instruiri, cazuri, misiuni acasă teme de discuție întrebări retorice de la elevi Ilustrații audio, clipuri video și multimedia fotografii, poze, diagrame, tabele, scheme umor, glume, glume, pilde cu benzi desenate, proverbe, cuvinte încrucișate, citate Suplimente rezumate articole jetoane pentru curioase fișe manuale manuale vocabular de bază și suplimentar al termenilor alții Îmbunătățirea manualelor și lecțiilorremedieri de erori în tutorial actualizarea unui fragment în manual elemente de inovare în lecție înlocuirea cunoștințelor învechite cu altele noi Doar pentru profesori lecții perfecte planul calendaristic pentru anul instrucțiuni agenda de discuții Lecții integrate

Dacă aveți corecturi sau sugestii pentru această lecție,

Solidele sunt împărțite în amorfe și cristaline, în funcție de structura lor moleculară și de proprietățile fizice.

Spre deosebire de cristale, moleculele și atomii solidelor amorfe nu formează o rețea, iar distanța dintre ele fluctuează într-un anumit interval de distanțe posibile. Cu alte cuvinte, în cristale, atomii sau moleculele sunt aranjați reciproc în așa fel încât structura formată să se poată repeta pe întregul volum al corpului, ceea ce se numește ordine pe distanță lungă. În cazul corpurilor amorfe, structura moleculelor se păstrează doar în raport cu fiecare astfel de moleculă, observându-se o regularitate în distribuția doar a moleculelor învecinate - ordinul de scurtă durată. Un exemplu ilustrativ este prezentat mai jos.

Corpurile amorfe includ sticla și alte substanțe în stare sticloasă, colofoniu, rășini, chihlimbar, ceară de etanșare, bitum, ceară, precum și substanțe organice: cauciuc, piele, celuloză, polietilenă etc.

Proprietățile solidelor amorfe

Particularitatea structurii solidelor amorfe le conferă proprietăți individuale:

1. Fluiditatea slab pronunțată este una dintre cele mai cunoscute proprietăți ale unor astfel de corpuri. Un exemplu ar fi picăturile de sticlă care au stat mult timp în cadrul ferestrei.
2. Solidele amorfe nu au un punct de topire specific, deoarece trecerea la starea lichidă în timpul încălzirii are loc treptat, prin înmuierea corpului. Din acest motiv, unor astfel de corpuri se aplică așa-numitul interval de temperatură de înmuiere.

1. În virtutea structurii lor, astfel de corpuri sunt izotrope, adică proprietățile lor fizice nu depind de alegerea direcției.
2. O substanță în stare amorfă are o energie internă mai mare decât una cristalină. Din acest motiv, corpurile amorfe sunt capabile să se transforme independent într-o stare cristalină. Acest fenomen poate fi observată ca urmare a încețoșării sticlei în timp.

Stare sticloasa

Există lichide în natură care sunt practic imposibil de transformat într-o stare cristalină prin răcire, deoarece complexitatea moleculelor acestor substanțe nu le permite să formeze o rețea cristalină obișnuită. Aceste lichide includ molecule ale unor polimeri organici.

Cu toate acestea, cu ajutorul răcirii profunde și rapide, aproape orice substanță se poate transforma într-o stare sticloasă. Aceasta este o stare atât de amorfă care nu are un evident rețea cristalină, dar se poate cristaliza parțial, la scara unor grupuri mici. Această stare a materiei este metastabilă, adică rămâne în anumite condiții termodinamice necesare.

Cu ajutorul tehnologiei de răcire într-un anumit ritm, substanța nu va avea timp să se cristalizeze și este transformată în sticlă. Adică, cu cât viteza de răcire a materialului este mai mare, cu atât este mai puțin probabil să cristalizeze. De exemplu, pentru fabricarea sticlelor metalice, este necesară o viteză de răcire de 100.000 - 1.000.000 Kelvin pe secundă.

În natură, materia există în stare sticloasă și provine din magma vulcanică lichidă, care, interacționând cu apa rece sau aerul, se răcește rapid. În acest caz, substanța se numește sticlă vulcanică. De asemenea, puteți observa sticla formată ca urmare a topirii unui meteorit în cădere care interacționează cu atmosfera - sticla de meteorit sau moldavit.

Există mai multe stări de agregare în care se află toate corpurile și substanțele. Aceasta:

• lichid;
• plasmă;
• solid.

Dacă luăm în considerare totalitatea generală a planetei și spațiului, atunci majoritatea substanțele și corpurile sunt încă în stare de gaz și plasmă. Cu toate acestea, pe Pământ însuși, conținutul de particule solide este de asemenea semnificativ. Aici vom vorbi despre ele, după ce am aflat ce sunt solidele cristaline și amorfe.

Corpuri cristaline și amorfe: un concept general

Toate solidele, corpurile, obiectele sunt împărțite în mod convențional în:

• cristalin;
• amorf.

Diferența dintre ele este uriașă, deoarece subdiviziunea se bazează pe semnele structurii și proprietățile manifestate. Pe scurt, acele substanțe și corpuri care au un anumit tip de rețea cristalină spațială, adică au capacitatea de a se schimba într-o anumită direcție, dar nu în toate (anizotropie), sunt numite solide cristaline.

Dacă caracterizăm compuși amorfi, atunci primul lor semn este capacitatea de a se schimba caracteristici fiziceîn toate direcţiile în acelaşi timp. Aceasta se numește izotropie.

Structura, proprietățile corpurilor cristaline și amorfe sunt complet diferite. În timp ce primele au o structură clar limitată, constând din particule ordonate în spațiu, celor din urmă le lipsește orice ordine.

Proprietățile solidelor

Corpurile cristaline și amorfe, totuși, aparțin unui singur grup de solide, ceea ce înseamnă că au toate caracteristicile unei anumite stări de agregare. Adică, proprietățile comune pentru ei vor fi următoarele:

1. Mecanic - elasticitate, duritate, capacitate de deformare.
2. Termic - temperaturi de fierbere și de topire, coeficient de dilatare termică.
3. Electrice și magnetice - conductivitate termică și electrică.

Astfel, statele luate în considerare au toate aceste caracteristici. Numai că ei se vor manifesta în corpuri amorfe oarecum diferit decât în ​​cele cristaline.

Proprietățile mecanice și electrice sunt proprietăți importante pentru scopuri industriale. Capacitatea de a se recupera după deformare sau, dimpotrivă, de a se prăbuși și de a măcina este o caracteristică importantă. De asemenea, un rol important îl joacă faptul dacă o substanță poate conduce un curent electric sau nu este capabilă de el.

Structură cristalină

Dacă descrii structura corpurilor cristaline și amorfe, atunci în primul rând ar trebui să indicați tipul de particule care le compun. În cazul cristalelor, acestea pot fi ioni, atomi, atom-ioni (în metale), molecule (rar).

În general, aceste structuri sunt caracterizate prin prezența unei rețele spațiale strict ordonate, care se formează ca urmare a aranjamentului particulelor care formează substanța. Dacă reprezentați structura unui cristal la figurat, obțineți ceva de genul acesta: atomii (sau alte particule) sunt localizați unul față de celălalt la anumite distanțe, astfel încât rezultatul este o celulă unitară ideală a viitoarei rețele cristaline. Apoi această celulă se repetă de multe ori și așa se formează structura generală.

Caracteristica principală este că proprietățile fizice ale unor astfel de structuri se schimbă în paralel, dar nu în toate direcțiile. Acest fenomen se numește anizotropie. Adică, dacă acționați asupra unei părți a cristalului, atunci este posibil ca cealaltă parte să nu reacționeze la ea. Deci, puteți măcina o jumătate de bucată sare de masă, însă, al doilea va rămâne intact.

Tipuri de cristale

Se obișnuiește să se desemneze două tipuri de cristale. Primul este structurile monocristaline, adică atunci când rețeaua în sine este 1. Corpurile cristaline și amorfe în acest caz au proprietăți complet diferite. Într-adevăr, un singur cristal este caracterizat de anizotropie pură. Este cea mai mică structură, cea mai elementară.

Dacă cristalele simple se repetă de mai multe ori și sunt combinate într-un singur întreg, atunci este vorba despre policristal. Atunci nu vorbim despre anizotropie, deoarece orientarea celulelor unitare încalcă structura generală ordonată. În acest sens, policristalele și corpurile amorfe sunt apropiate unele de altele în proprietățile lor fizice.

Metale și aliajele lor

Corpurile cristaline și amorfe sunt foarte apropiate unul de celălalt. Acest lucru poate fi ușor verificat luând ca exemplu metalele și aliajele acestora. Prin ele însele, sunt solide în condiții normale. Cu toate acestea, la o anumită temperatură, ele încep să se topească și, până la cristalizarea completă, vor rămâne în starea unei mase întinse, groasă, vâscoasă. Și aceasta este deja starea amorfă a corpului.

Prin urmare, strict vorbind, practic fiecare substanță cristalină poate deveni amorfă în anumite condiții. La fel ca și acesta din urmă, în timpul cristalizării, devine un solid cu o structură spațială ordonată.

Metalele pot avea diferite tipuri de structuri spațiale, dintre care cele mai cunoscute și studiate sunt următoarele:

1. Cubic simplu.
2. Centrat pe față.
3. Centrat pe corp.

Structura cristalină poate fi bazată pe o prismă sau o piramidă, iar partea sa principală este reprezentată de:

• triunghi;
• paralelogram;
• pătrat;
• hexagon.

O substanță cu o rețea cubică regulată simplă posedă proprietăți de izotropie ideale.

Conceptul de amorfozitate

Este destul de ușor să distingem în exterior corpurile cristaline și amorfe. La urma urmei, acestea din urmă pot fi adesea confundate cu lichide vâscoase. Structura unei substanțe amorfe se bazează și pe ioni, atomi, molecule. Cu toate acestea, ele nu formează o structură strictă ordonată și, prin urmare, proprietățile lor se schimbă în toate direcțiile. Adică sunt izotrope.

Particulele sunt aranjate haotic, aleatoriu. Doar uneori pot forma mici loci, care încă nu afectează proprietățile generale manifestate.

Proprietățile unor corpuri similare

Sunt identice cu cele ale cristalelor. Diferențele sunt doar în indicatori pentru fiecare organism specific. Deci, de exemplu, se pot distinge următorii parametri caracteristici ai corpurilor amorfe:

• elasticitate;
• densitate;
• viscozitate;
• ductilitate;
• conductivitate și semiconductivitate.

Puteți găsi adesea stări limită ale conexiunilor. Corpurile cristaline și amorfe pot deveni semiamorfe.

Interesantă este și acea trăsătură a statului în cauză, care se manifestă cu un impact extern puternic. Deci, dacă un corp amorf este supus unui impact sau deformare ascuțită, atunci se poate comporta ca un policrist și se poate împărți în bucăți mici. Cu toate acestea, dacă acordați timp acestor părți, atunci în curând ele se vor alătura și vor intra într-o stare fluidă vâscoasă.

O stare dată de compuși nu are o temperatură specifică la care are loc o tranziție de fază. Acest proces este foarte prelungit, uneori chiar și zeci de ani (de exemplu, descompunerea polietilenei de joasă presiune).

Exemple de substanțe amorfe

Există multe exemple de astfel de substanțe. Să desemnăm unele dintre cele mai descriptive și comune.

1. Ciocolata este o substanță amorfă tipică.
2. Rășini, inclusiv rășini fenol-formaldehidă, toate materialele plastice.
3. Chihlimbar.
4. Sticlă de orice compoziție.
5. Bitum.
6. Gudron.
7. Ceară și altele.

Un corp amorf se formează ca urmare a cristalizării foarte lente, adică a creșterii vâscozității unei soluții cu o scădere a temperaturii. Este adesea dificil să numim astfel de substanțe solide; este mai probabil să fie numite lichide vâscoase groase.

Acei compuși care nu cristalizează deloc în timpul solidificării au o stare specială. Se numesc ochelari, iar statul este sticlos.

Substanțe sticloase

Proprietățile corpurilor cristaline și amorfe sunt similare, după cum am aflat, datorită unei origini comune și a unei singure naturi interne. Dar uneori o stare specială de substanțe, numită sticloasă, este considerată separat de acestea. Este o soluție minerală omogenă care se cristalizează și se solidifică fără formarea de rețele spațiale. Adică rămâne întotdeauna izotrop în ceea ce privește schimbarea proprietăților.

De exemplu, sticla obișnuită pentru fereastră nu are un punct de topire exact. Pur și simplu, cu o creștere a acestui indicator, se topește încet, se înmoaie și se transformă într-o stare lichidă. Dacă impactul este oprit, atunci va avea loc procesul opus și va începe solidificarea, dar fără cristalizare.

Astfel de substanțe sunt foarte apreciate, sticla este astăzi unul dintre cele mai răspândite și solicitate materiale de construcție din întreaga lume.