Какие свойства характерны только для аморфных тел перечислить
Аморфные тела (структура диоксида кремния)
Твердые тела разделяют на аморфные и кристаллические, в зависимости от их молекулярной структуры и физических свойств.
В отличие от кристаллов молекулы и атомы аморфных твердых тел не формируют решетку, а расстояние между ними колеблется в пределах некоторого интервала возможных расстояний. Иначе говоря, у кристаллов атомы или молекулы взаимно расположены таким образом, что формируемая структура может повторяться во всем объеме тела, что называется дальним порядком. В случае же с аморфными телами – сохраняется структура молекул лишь относительно каждой одной такой молекулы, наблюдается закономерность в распределении только соседних молекул – ближний порядок. Наглядный пример представлен ниже.
На рисунке слева (а) изображена решетка молекул кварца, а справа (б) расположение молекул кварцевого стекла, которое является аморфным телом.
К аморфным телам относится стекло и другие вещества в стеклообразном состоянии, канифоль, смолы, янтарь, сургуч, битум, воск, а также органические вещества: каучук, кожа, целлюлоза, полиэтилен и др.
Свойства аморфных тел
Особенность строения аморфных твердых тел придает им индивидуальные свойства:
- Слабо выраженная текучесть – одно из наиболее известных свойств таких тел. Примером будут потеки стекла, которое долгое время стоит в оконной раме.
- Аморфные твердые тела не обладают определенной температурой плавления, так как переход в состояние жидкости во время нагрева происходит постепенно, посредством размягчения тела. По этой причине к таким телам применяют так называемый температурный интервал размягчения.
График перехода аморфного тела в жидкое состояние изображен пунктирной линией (2), а график перехода обычного твердого тела в жидкое состояние – сплошной (1).
- В силу своей структуры такие тела являются изотропными, то есть их физические свойства не зависят от выбора направления.
- Вещество в аморфном состоянии обладает большей внутренней энергией, нежели в кристаллическом. По этой причине аморфные тела способны самостоятельно переходить в кристаллическое состояние. Данное явление можно наблюдать как результат помутнения стекол с течением времени.
Стеклообразное состояние
В природе существуют жидкости, которые практически невозможно перевести в кристаллическое состояние посредством охлаждения, так как сложность молекул этих веществ не позволяет им образовать регулярную кристаллическую решетку. К таким жидкостям относятся молекулы некоторых органических полимеров.
Материалы по теме
Однако, при помощи глубокого и быстрого охлаждения, практически любое вещество способно перейти в стеклообразное состояние. Это такое аморфное состояние, которое не имеет явной кристаллической решетки, но может частично кристаллизироваться, в масштабах малых кластеров. Данное состояние вещества является метастабильным, то есть сохраняется при некоторых требуемых термодинамических условиях.
При помощи технологии охлаждения с определенной скоростью вещество не будет успевать кристаллизоваться, и преобразуется в стекло. То есть чем выше скорость охлаждения материала, тем меньше вероятность его кристаллизации. Так, например, для изготовления металлических стекол потребуется скорость охлаждения, равная 100 000 – 1 000 000 Кельвин в секунду.
В природе вещество существует в стеклообразном состоянии возникает из жидкой вулканической магмы, которая, взаимодействуя с холодной водой или воздухом, быстро охлаждается. В данном случае вещество зовется вулканическим стеклом. Также можно наблюдать стекло, образованная в результате плавления падающего метеорита, взаимодействующего с атмосферой – метеоритное стекло или молдавит.
Молдавит, естественное стекло, образованное ударом метеорита, из Беседин, Богемия, Чехия.
Источник
Схема атомно-молекулярного строения кристаллов и аморфных тел
Амо́рфные вещества́ (тела́) (от др.-греч. ἀ «не-» + μορφή «вид, форма») — конденсированное состояние веществ, атомная структура которых имеет ближний порядок и не имеет дальнего порядка, характерного для кристаллических структур. В отличие от кристаллов, стабильно-аморфные вещества не затвердевают с образованием кристаллических граней, и, (если не были под сильным анизотропным воздействием — деформацией или электрическим полем, например) обладают изотропией свойств, то есть не обнаруживают различия свойств в разных направлениях.
Аморфные вещества не имеют определённой точки плавления: при повышении температуры стабильно-аморфные вещества постепенно размягчаются и выше температуры стеклования () переходят в жидкое состояние. Вещества, обычно имеющие (поли-)кристаллическую структуру, но сильно переохлаждённые при затвердевании, могут затвердевать в аморфном состоянии, которое при последующем нагреве или с течением времени переходит в кристаллическое (в твёрдом состоянии с небольшим выделением тепла).
Аморфное состояние многих веществ получается при высокой скорости затвердевания (остывания) жидкого расплава, или при конденсации паров на охлаждённую заметно ниже температуры плавления поверхность-подложку. Соотношение реальной скорости охлаждения () и характеристической скорости кристаллизации определяет долю поликристаллов в аморфном объёме. Скорость кристаллизации — параметр вещества, слабо зависящий от давления и от температуры около точки плавления и сильно зависящий от сложности состава.
У металлов и сплавов аморфное состояние формируется, как правило, если расплав охлаждается за время порядка сотни и тысячи лет[источник не указан 135 дней]; для стёкол достаточно намного меньшей скорости охлаждения — долей-десятков миллисекунд[источник не указан 135 дней].
Кварц () также имеет низкую скорость кристаллизации, поэтому отлитые из квацевого расплава изделия имеют аморфное строение. Природный кварц, имевший сотни и тысячи лет для кристаллизации при остывании земной коры или глубинных слоёв вблизи вулканов, имеет крупнокристаллическое строение, в отличие от вулканического стекла, застывшего на поверхности и поэтому аморфного.
Из обычных полимеров (пластмасс) только полиэтилен имеет заметную скорость кристаллизации при комнатной температуре — порядка двух лет для мягкого (ПВД) и нескольких лет (даже с добавками-замедлителями кристаллизации) для твёрдого (ПНД) — уже примерно наполовину кристаллизованного вида. Это одна из причин охрупчивания со временем изделий из полиэтилена, особенно при повышенной температуре.
К стабильно-аморфным веществам принадлежат стёкла (искусственные и вулканические), естественные и синтетические смолы, клеи, парафин, воск и др. Аморфные вещества могут находиться либо в стеклообразном состоянии (при низких температурах), либо в состоянии расплава (при высоких температурах). Аморфные вещества переходят в стеклообразное состояние при температурах заметно ниже температуры стеклования . При температурах намного выше аморфные вещества ведут себя как расплавы, то есть находятся в расплавленном состоянии. Вязкость аморфных материалов — непрерывная функция температуры: чем выше температура, тем ниже вязкость аморфного вещества.
Структура[править | править код]
Исследования показали, что структуры жидкостей и аморфных тел имеют много общего.
В аморфных и жидких телах наблюдается ближний порядок в упаковке частиц (атомов или молекул).
Также бывают промежуточные полуаморфные (полукристаллические) состояния.
Свойства[править | править код]
Все физические свойства аморфного и поликристаллического состояний одного и того же вещества, кроме плотности, заметно, иногда сильно отличаются.
Электрические и механические свойства аморфных веществ ближе к таковым для монокристаллов, чем для поликристаллов, из-за отсутствия резких и сильно загрязнённых примесями межкристаллических границ с зачастую абсолютно другим химическим составом. Немеханические свойства полуаморфных состояний обычно являются промежуточными между аморфными и кристаллическими и изотропны.
При внешних воздействиях аморфные вещества обнаруживают одновременно упругие свойства, подобно кристаллическим твёрдым веществам, и текучесть, подобно жидкости, поэтому моделируются в механике сплошных сред как вязкоупругие среды. Так, при кратковременных воздействиях (ударах) они ведут себя как твёрдые вещества и при сильном ударе раскалываются на куски. Но при очень продолжительном воздействии (например, растяжении) аморфные вещества текут. Такими аморфным веществом также является смола (или гудрон, битум). Если раздробить её на мелкие куски и получившейся сыпучей массой заполнить сосуд, то через некоторое время смола сольётся в единое целое и примет форму сосуда.
В зависимости от электрических свойств, разделяют аморфные металлы, аморфные неметаллы и аморфные полупроводники.
Литература[править | править код]
- Скрышевский А. Ф. Структурный анализ жидкостей и аморфных тел. — 2-е изд., перераб. и доп.. — М.: Высшая школа, 1980. — С. 302-324. — 328 с.
- Шульц М. М., Мазурин О. В. Современное представление о строении стёкол и их свойствах. — Л.: Наука, 1988. — 200 с. — ISBN 5-02-024564-X.
См. также[править | править код]
- Опыт с капающим пеком
- Неньютоновская жидкость
Источник
Примеры таких веществ можно найти повсеместно, так как это одно из основных состояний, в которых может существовать материя. Слово «аморфный» происходит из древнегреческого языка и означает «бесформенный».
Свойства аморфных веществ
Отличием таких субстанций от веществ, имеющих кристаллическую структуру, является отсутствие строгого порядка нахождение атомов. Такая конструкция не является устойчивой и, постепенно видоизменяясь, имеет склонность к переходу в кристаллическую.
В сообщении на эту тему необходимо дать определение и кратко описать основные качества «бесформенных» тел.
Ведь именно выраженные отличия их от твердых субстанций и диктуют необходимость выделять их в отдельный класс.
От твёрдых тел они отличаются такими особыми качествами:
- Текучесть. Долго находящееся без движения аморфное тело способно менять свою конфигурацию. При этом вещество, из которого состоит тело, под действием силы тяжести перемещается в нижнюю его часть. Визуально такой эффект можно наблюдать в виде утолщения нижней части стекла, долго простоявшего вертикально в оконном проеме. Такой эффект связывают с тем, что вещество в виде потеков постепенно перемещается вниз.
- Изотропность. Этот термин означает, что физические свойства их абсолютно идентичны, независимо от их направленности. Здесь имеются в виду механические, электрические, оптические и тепловые свойства.
- Отсутствие постоянной температуры плавления. Переход из одной фазы в другую осуществляется постепенно. Это происходит в результате размягчения аморфного тела.
Разные состояния субстанций
В свою очередь, некоторые кристаллические тела способны при определенных условиях переходить в аморфное состояние, меняя в результате свои строение и физические свойства. В зависимости от состояния такие вещества могут относиться к разным классам (к какому именно — зависит от внешних условий).
В качестве примера можно выбрать кварц, представляющий собой оксид кремния, который приобретает аморфные свойства при нагревании до температуры 1700 градусов и плавлении. После охлаждения свойства вещества меняются: оно приобретает меньшую плотность, чем до нагревания, и отличается от кристаллического кварца по ряду других качеств.
Тела, способные находиться при разных условиях в твердом и аморфном состояниях, обладают в бесструктурном виде большей внутренней энергией, нежели в твёрдом. Именно это качество обусловливает закономерность, согласно которой они способны постепенно переходить в кристаллическое состояние («терять аморфность»).
В качестве примера такого феномена можно привести постепенное помутнение стекла по прошествии большого количества времени.
Изменение оптических свойств материала связано с тем, что внутри слоя появляются мелкие, невидимые глазу кристаллики, обладающие другими оптическими параметрами, отличающимися от прозрачной среды.
Примеры «бесформенных» тел
В докладе по физике на тему о таких веществах и их свойствах необходимо перечислить примеры таких субстанций.
К стабильно аморфным телам относят субстанции, которые не склонны твердеть с образованием кристаллических граней (в случае отсутствия выраженных анизотропных воздействий — высокого давления или электрического поля). К этой группе веществ относят:
- парафин;
- воск;
- сургуч;
- шоколад;
- стекло;
- смолу;
- плексиглас;
- каучук;
- разновидности пластика.
Несколько особняком стоит отдельный класс соединений, обладающих одновременно свойствами кристаллических структур и аморфных тел. Может показаться странным, но таким телам присущи и анизотропия, и текучесть. Такое состояние принято называть жидкокристаллическим.
Как правило, с точки зрения химической структуры, жидкокристаллические субстанции являются органическими соединениями, имеющими нитевидную или пластинообразную конфигурацию молекул.
Именно такие структуры, обладающие комбинированными свойствами, являются основой для жидкокристаллических экранов и нашли применение при производстве электронной техники. Этим же термином стала называться и техника, снабженная таким экраном.
Источник
Аморфные тела и их свойства
Подробности
Категория: Молекулярно-кинетическая теория
Опубликовано 16.11.2014 09:12
Просмотров: 16081
В отличие от кристаллических твёрдых тел, в расположении частиц в аморфном теле нет строгого порядка.
Хотя аморфные твёрдые тела способны сохранять форму, кристаллической решётки у них нет. Некоторая закономерность наблюдается лишь для молекул и атомов, расположенных по соседству. Такой порядок называется ближним порядком. Он не повторяется по всем направлениям и не сохраняется на больших расстояниях, как у кристаллических тел.
Примеры аморфных тел – стекло, янтарь, искусственные смолы, воск, парафин, пластилин и др.
Особенности аморфных тел
Атомы в аморфных телах совершают колебания вокруг точек, которые расположены хаотично. Поэтому структура этих тел напоминает структуру жидкостей. Но частицы в них менее подвижны. Время их колебания вокруг положения равновесия больше, чем в жидкостях. Перескоки атомов в другое положение также происходят намного реже.
Как ведут себя при нагревании твёрдые кристаллические тела? Они начинают плавиться при определённой температуре плавления. И некоторое время одновременно находятся в твёрдом и жидком состоянии, пока не расплавится всё вещество.
У аморфных тел определённой температуры плавления нет. При нагревании они не плавятся, а постепенно размягчаются.
Положим кусок пластилина вблизи нагревательного прибора. Через какое-то время он станет мягким. Это происходит не мгновенно, а в течение некоторого интервала времени.
Так как свойства аморфных тел схожи со свойствами жидкостей, то их рассматривают как переохлаждённые жидкости с очень большой вязкостью (застывшие жидкости). При обычных условиях течь они не могут. Но при нагревании перескоки атомов в них происходят чаще, уменьшается вязкость, и аморфные тела постепенно размягчаются. Чем выше температура, тем меньше вязкость, и постепенно аморфное тело становится жидким.
Обычное стекло – твёрдое аморфное тело. Его получают, расплавляя оксид кремния, соду и известь. Нагрев смесь до 1400оС, получают жидкую стекловидную массу. При охлаждении жидкое стекло не затвердевает, как кристаллические тела, а остаётся жидкостью, вязкость которой увеличивается, а текучесть уменьшается. При обычных условиях оно кажется нам твёрдым телом. Но на самом деле это жидкость, которая имеет огромную вязкость и текучесть, настолько малую, что она едва различается самыми сверхчувствительными приборами.
Аморфное состоянием вещества неустойчиво. Со временем из аморфного состояния оно постепенно переходит в кристаллическое. Этот процесс в разных веществах проходит с разной скоростью. Мы видим, как покрываются кристаллами сахара леденцы. Для этого нужно не очень много времени.
А для того чтобы кристаллы образовались в обычном стекле, времени должно пройти немало. При кристаллизации стекло теряет свою прочность, прозрачность, мутнеет, становится хрупким.
Изотропность аморфных тел
В кристаллических твёрдых телах физические свойства различаются в разных направлениях. А в аморфных телах они по всем направлениям одинаковы. Это явление называют изотропностью.
Аморфное тело одинаково проводит электричество и теплоту по всем направлениям, одинаково преломляет свет. Звук также одинаково распространяются в аморфных телах по всем направлениям.
Свойства аморфных веществ используются в современных технологиях. Особый интерес вызывают металлические сплавы, которые не имеют кристаллической структуры и относятся к твёрдым аморфным телам. Их называют металлическими стёклами. Их физические, механические, электрические и другие свойства отличаются от аналогичных свойств обычных металлов в лучшую сторону.
Так, в медицине используют аморфные сплавы, прочность которых превышает прочность титана. Из них делают винты или пластины, которыми соединяют сломанные кости. В отличие от титановых деталей крепления этот материал постепенно распадается и со временем заменяется костным материалом.
Применяют высокопрочные сплавы при изготовлении металлорежущих инструментов, арматуры, пружин, деталей механизмов.
В Японии разработан аморфный сплав, обладающий высокой магнитной проницаемостью. Применив его в сердечниках трансформаторов вместо текстурованных листов трансформаторной стали, можно снизить потери на вихревых токах в 20 раз.
Аморфные металлы обладают уникальными свойствами. Их называют материалом будущего.
Источник
Простейшими свойствами твердых тел, по которым они отличаются от газов, является постоянство их формы и объема.
Твердые тела можно разделить на две группы, которые существенно отличаются по своим свойствам. Одну группу образуют кристаллические тела, другую – аморфные. В природе аморфные тела встречаются значительно реже по сравнению с кристаллическими. Некоторые вещества при одних условиях можно получить в аморфном состоянии, при других – в кристаллическом. Например, расплавлением кристаллов кварца и последующим их охлаждением можно легко добыть аморфное кварцевое стекло. Степень упорядоченности аморфного тела во многом зависит от технологии его образования.
В последнее время значительно возрос интерес к изучению аморфных тел, которые начали широко использовать в электронной технике, электронно-фотографии, печатном деле и тому подобное.
Заметим, что разделение твердых тел только на две группы – кристаллические и аморфные – недостаточно. Это следует уже хотя бы из факта существования таких состояний вещества, как жидкие кристаллы.
Особенности аморфных тел
Аморфные тела
Это твердые тела, которые не имеют строгого порядка в расположении частиц (атомов, молекул, ионов) и не образуют кристаллической решетки.
В кристаллических веществах проявляется строгий порядок расположения частиц, а в аморфных телах частицы расположены хаотично.
Примерами аморфных веществ является стекло, пластмасса, смола, канифоль, янтарь.
Некоторые вещества могут находиться как в аморфном, так и в кристаллическом состоянии. Например: сера.
Аморфные вещества образуются при быстром охлаждении расплавов, во время которого атомы не успевают занять правильные положения, или при конденсации из газа. Но со временем они могут кристаллизоваться, однако процесс кристаллизации при комнатных температурах может продолжаться много лет, веков, или даже тысячелетий.
Прочность аморфных веществ, как правило, ниже прочности кристаллических, поэтому для получения материалов повышенной прочности специально проводят кристаллизацию.
Аморфные вещества не имеют четко определенной температуры плавления. При нагревании они размягчаются превращаясь в вязкую жидкость.
Ближний и дальний порядок
Главной особенностью внутреннего строения кристаллических тел является так называемый дальний порядок, то есть строгая полная повторяемость элементов структуры (атома, атомной группы, молекулы, иона), определенный «узор» их в трех измерениях, который распространяется практически на бесконечное число периодов кристаллической решетки.
Для аморфных тел характерен только ближний порядок размещения элементов структуры, то есть определенное согласование размещения в пространстве соседних, близко расположенных частиц.
Одним из основных свойств кристаллических тел является анизотропия, т. е. зависимость физических свойств макроскопического однородного тела от направления. Анизотропия – один из важных последствий правильного порядка в размещении структурных частиц.
Аморфные тела – изотропные. Естественная изотропность их обусловлена отсутствием самовольной ориентации структурных частиц.
Тест по теме «Аморфные тела»
Источник