Точка на топене на аморфни тела. Кристални и аморфни тела

Твърдото вещество е едно от четири основнисъстояния на материята, различни от течност, газ и плазма. Характеризира се със структурна твърдост и устойчивост на промени във формата или обема. За разлика от течността, твърдият предмет не тече и не приема формата на съда, в който е поставен. Твърдото тяло не се разширява, за да запълни целия наличен обем, както прави газът.
Атоми в твърдо тялотясно свързани помежду си, са в подредено състояние във възли кристална решетка(това са метали, обикновен лед, захар, сол, диамант) или са подредени неправилно, нямат строга повторяемост в структурата на кристалната решетка (това са аморфни тела, като прозоречно стъкло, колофон, слюда или пластмаса).

Кристални тела

Кристалните твърди вещества или кристали имат отличителен характер вътрешна характеристика- структура под формата на кристална решетка, в която атоми, молекули или йони на веществото заемат определено положение.
Кристалната решетка води до наличието на специални плоски повърхности в кристалите, които отличават едно вещество от друго. Когато е изложена на рентгенови лъчи, всяка кристална решетка излъчва характерен модел, който може да се използва за идентифициране на веществото. Ръбовете на кристалите се пресичат под определени ъгли, които отличават едно вещество от друго. Ако кристалът е разделен, новите лица ще се пресичат под същите ъгли като оригинала.

Например галенит - галенит, пирит - пирит, кварц - кварц. Кристалните повърхности се пресичат под прав ъгъл в галенит (PbS) и пирит (FeS 2), под други ъгли в кварц.

Свойства на кристалите

постоянен обем;
правилна геометрична форма;
анизотропия - разликата в механичните, светлинните, електрическите и топлинните свойства от посоката в кристала;
добре дефинирана точка на топене, тъй като зависи от редовността на кристалната решетка. Задържане на междумолекулни сили твърдозаедно, са хомогенни и е необходимо същото количество топлинна енергия, за да се прекъсне всяко взаимодействие едновременно.

Аморфни тела

Примери аморфни телакоито нямат строга структура и повторяемост на клетките на кристалната решетка са: стъкло, смола, тефлон, полиуретан, нафталин, поливинилхлорид.

Имат две характерни свойства: изотропия и липса на специфична точка на топене.
Изотропията на аморфните тела се разбира като еднакви физични свойства на дадено вещество във всички посоки.
В аморфно твърдо вещество разстоянието до съседните възли на кристалната решетка и броят на съседните възли варира в целия материал. Следователно, за да се прекъснат междумолекулните взаимодействия, е необходимо различно количествотоплинна енергия. следователно аморфни веществаомекват бавно в широк температурен диапазон и нямат ясна точка на топене.
Особеност на аморфните тела е, че когато ниски температуриимат свойствата на твърди тела, а с повишаване на температурата - свойствата на течности.

МИНИСТЕРСТВО НА ОБРАЗОВАНИЕТО

ФИЗИКА 8 КЛАС

Доклад по темата:

„Аморфни тела. Топене на аморфни тела.

ученик от 8 клас:

2009

Аморфни тела.

Нека направим експеримент. Ще ни трябва парче пластилин, стеаринова свещ и електрическа камина. Да сложим пластелин и свещ равни разстоянияот камината. След известно време част от стеарина ще се стопи (стане течен), а част ще остане под формата на твърдо парче. През същото време пластилинът ще омекне само малко. След известно време целият стеарин ще се стопи и пластилинът постепенно ще „корозира“ по повърхността на масата, омекотявайки все повече и повече.

И така, има тела, които не се размекват при топене, а от твърдо състояниеведнага се превръща в течност. По време на топенето на такива тела винаги е възможно да се отдели течността от все още неразтопената (твърда) част на тялото. Тези тела са кристален.Има и твърди вещества, които при нагряване постепенно омекват и стават все по-течни. За такива тела е невъзможно да се посочи температурата, при която те се превръщат в течност (стопят). Тези тела се наричат аморфен.

Нека направим следния експеримент. Хвърлете парче смола или восък в стъклена фуния и я оставете на топло помещение. След около месец ще се окаже, че восъкът е приел формата на фуния и дори е започнал да изтича от нея под формата на „поток“ (фиг. 1). За разлика от кристалите, които се запазват почти завинаги собствена форма, аморфните тела показват течливост дори при ниски температури. Следователно те могат да се считат за много гъсти и вискозни течности.

Структурата на аморфните тела.Изследванията с помощта на електронен микроскоп, както и с помощта на рентгенови лъчи показват, че в аморфните тела няма строг редв подреждането на техните частици. Погледнете, фигура 2 показва разположението на частиците в кристалния кварц, а тази вдясно показва разположението на частиците в аморфния кварц. Тези вещества се състоят от едни и същи частици - молекули на силициев оксид SiO 2.

Кристалното състояние на кварца се получава, ако стопеният кварц се охлажда бавно. Ако охлаждането на стопилката е бързо, тогава молекулите няма да имат време да се „подредят“ в подредени редове и резултатът ще бъде аморфен кварц.

Частиците на аморфните тела осцилират непрекъснато и хаотично. Те могат да прескачат от място на място по-често от кристалните частици. Това се улеснява и от факта, че частиците на аморфните тела са разположени неравномерно плътно: между тях има празнини.

Кристализация на аморфни тела.С течение на времето (няколко месеца, години) аморфните вещества спонтанно преминават в кристално състояние. Например захарни бонбони или пресен мед, оставени на топло място, ще станат непрозрачни след няколко месеца. Казват, че медът и бонбоните са „захаросани“. Счупвайки захарна пръчица или загребвайки мед с лъжица, ние наистина ще видим образуваните захарни кристали.

Спонтанната кристализация на аморфни тела показва, че кристалното състояние на веществото е по-стабилно от аморфното. Междумолекулната теория го обяснява по този начин. Междумолекулните сили на привличане и отблъскване карат частиците на аморфно тяло да скачат предимно там, където има празнини. В резултат на това се появява по-подредено разположение на частиците от преди, т.е. образува се поликристал.

Топене на аморфни тела.

С повишаването на температурата енергията на вибрационното движение на атомите в твърдото тяло се увеличава и накрая настъпва момент, в който връзките между атомите започват да се разпадат. В този случай твърдото вещество преминава в течно състояние. Този преход се нарича топене.При фиксирано налягане топенето става при строго определена температура.

Количеството топлина, необходимо за превръщане на единица маса от вещество в течност при неговата точка на топене, се нарича специфична топлинатопене λ .

За да се стопи вещество с маса м е необходимо да се изразходва количество топлина, равно на:

Q = λ m .

Процесът на топене на аморфни тела се различава от топенето кристални тела. С повишаване на температурата аморфните тела постепенно омекват и стават вискозни, докато се превърнат в течност. Аморфните тела, за разлика от кристалите, нямат определена точка на топене. Температурата на аморфните тела се променя непрекъснато. Това се случва, защото в аморфните твърди вещества, както и в течностите, молекулите могат да се движат една спрямо друга. При нагряване скоростта им се увеличава, а разстоянието между тях се увеличава. В резултат на това тялото става все по-меко и по-меко, докато се превърне в течност. Когато аморфните тела се втвърдят, тяхната температура също намалява непрекъснато.

Наред с кристалните вещества се срещат и аморфни вещества. Аморфните тела, за разлика от кристалите, нямат строг ред в подреждането на атомите. Само най-близките атоми - съседи - са подредени в някакъв ред. Но

В аморфните тела няма строга повторяемост във всички посоки на един и същи структурен елемент, която е характерна за кристалите.

Често едно и също вещество може да се намери както в кристални, така и в аморфно състояние. Например кварцът може да бъде в кристална или аморфна форма (силициев диоксид). Кристалната форма на кварца може да бъде схематично представена като решетка от правилни шестоъгълници(Фиг. 77, а). Аморфната структура на кварца също има формата на решетка, но неправилна форма. Заедно с шестоъгълниците, той съдържа петоъгълници и седмоъгълници (фиг. 77, b).

Свойства на аморфните тела.Всички аморфни тела са изотропни: техните физически свойстваеднакво във всички посоки. Аморфните тела включват стъкло, много пластмаси, смола, колофон, захарни бонбони и др.

При външни влиянияаморфните тела проявяват както еластични свойства, като твърди вещества, така и течливост, като течности. При краткотрайни въздействия (въздействия) те се държат като твърдо тяло и при силен удар се разпадат на парчета. Но при много продължително излаганетекат аморфни тела. Например, парче смола постепенно се разпространява върху твърда повърхност. Атомите или молекулите на аморфните тела, подобно на течните молекули, имат определено време„заседнал живот“ е времето на колебания около равновесното положение. Но за разлика от течностите, това време е много дълго. В това отношение аморфните тела са близки до кристалните, тъй като рядко се случват скокове на атоми от едно равновесно положение в друго.

При ниски температури аморфните тела наподобяват свойствата си на твърди тела. Те почти нямат течливост, но с повишаване на температурата постепенно омекват и свойствата им все повече се доближават до свойствата на течностите. Това се случва, защото с повишаване на температурата скоковете на атомите от една позиция постепенно стават по-чести.

баланс към друг. не определена температураАморфните тела, за разлика от кристалните, не се топят.

Физика на твърдото тяло.Всички свойства на твърдите тела (кристални и аморфни) могат да бъдат обяснени въз основа на познаването на тяхната атомно-молекулна структура и законите на движение на молекулите, атомите, йоните и електроните, които изграждат твърдите тела. Изследванията на свойствата на твърдите тела са комбинирани в голяма площ съвременна физика- физика на твърдото тяло. Развитието на физиката на твърдото тяло се стимулира главно от нуждите на технологиите. Приблизително половината от физиците в света работят в областта на физиката на твърдото тяло. Разбира се, постиженията в тази област са немислими без дълбоко знаниевсички други клонове на физиката.

1. Как кристалните тела се различават от аморфните? 2. Какво е анизотропия? 3. Дайте примери за монокристални, поликристални и аморфни тела. 4. По какво се различават ръбовите дислокации от винтовите?

МИНИСТЕРСТВО НА ОБРАЗОВАНИЕТО

ФИЗИКА 8 КЛАС

Доклад по темата:

„Аморфни тела. Топене на аморфни тела.

ученик от 8 клас:

2009

Аморфни тела.

Нека направим експеримент. Ще ни трябва парче пластилин, стеаринова свещ и електрическа камина. Нека поставим пластилин и свещ на еднакво разстояние от камината. След известно време част от стеарина ще се стопи (стане течен), а част ще остане под формата на твърдо парче. През същото време пластилинът ще омекне само малко. След известно време целият стеарин ще се стопи и пластилинът постепенно ще „корозира“ по повърхността на масата, омекотявайки все повече и повече.

И така, има тела, които не се омекотяват при стопяване, а веднага се превръщат от твърдо състояние в течност. По време на топенето на такива тела винаги е възможно да се отдели течността от все още неразтопената (твърда) част на тялото. Тези тела са кристален.Има и твърди вещества, които при нагряване постепенно омекват и стават все по-течни. За такива тела е невъзможно да се посочи температурата, при която те се превръщат в течност (стопят). Тези тела се наричат аморфен.

Нека направим следния експеримент. Хвърлете парче смола или восък в стъклена фуния и я оставете на топло помещение. След около месец ще се окаже, че восъкът е приел формата на фуния и дори е започнал да изтича от нея под формата на „поток“ (фиг. 1). За разлика от кристалите, които запазват собствената си форма почти завинаги, аморфните тела показват течливост дори при ниски температури. Следователно те могат да се считат за много гъсти и вискозни течности.

Структурата на аморфните тела.Изследванията с помощта на електронен микроскоп, както и с помощта на рентгенови лъчи показват, че в аморфните тела няма строг ред в подреждането на техните частици. Погледнете, фигура 2 показва разположението на частиците в кристалния кварц, а тази вдясно показва разположението на частиците в аморфния кварц. Тези вещества се състоят от едни и същи частици - молекули на силициев оксид SiO 2.

Топене на аморфни тела.

С повишаване на температурата енергията трептящо движениена атомите в твърдо вещество се увеличава и накрая идва момент, когато връзките между атомите започват да се разкъсват. В този случай твърдото тяло влиза течно състояние. Този преход се нарича топене.При фиксирано налягане топенето става при строго определена температура.

Количеството топлина, необходимо за превръщане на единица маса от вещество в течност при неговата точка на топене, се нарича специфична топлина на топене λ .

За да се стопи вещество с маса м е необходимо да се изразходва количество топлина, равно на:

Q = λ m .

Процесът на топене на аморфни тела се различава от топенето на кристални тела. С повишаване на температурата аморфните тела постепенно омекват и стават вискозни, докато се превърнат в течност. Аморфните тела, за разлика от кристалите, нямат определена точка на топене. Температурата на аморфните тела се променя непрекъснато. Това се случва, защото в аморфните твърди тела, както и в течностите, молекулите могат да се движат една спрямо друга. При нагряване скоростта им се увеличава, а разстоянието между тях се увеличава. В резултат на това тялото става все по-меко и по-меко, докато се превърне в течност. Когато аморфните тела се втвърдят, тяхната температура също намалява непрекъснато.

В предишния параграф научихме, че някои твърди вещества (например сол, кварц, метали и други) са моно- или поликристали. Нека сега да се запознаем с аморфни тела. Те заемат междинно положение между кристалите и течностите, така че не могат да бъдат еднозначно наречени твърди.

Нека направим експеримент. Ще ни трябват: парче пластилин, стеаринова свещ и електрически нагревател. Нека поставим пластилина и свещта на еднакво разстояние от нагревателя. Скоро част от свещта ще се стопи, част ще остане във формата твърдои пластилинът ще „отпусне“. След известно време целият стеарин ще се стопи и пластилинът постепенно ще се „разтвори“, ставайки напълно мек.

Като стеарин има и други кристални вещества , които не се размекват при нагряване, а при топенето винаги се вижда както течността, така и частта от тялото, която още не се е разтопила.Това, например, са всички метали. Но също така има аморфни вещества, които при нагряване постепенно омекват и стават все по-течни, поради което е невъзможно да се посочи температурата, при която тялото се превръща в течност (топи се).

Аморфните тела при всяка температура имат течливост. Нека потвърдим това с опит. Нека хвърлим парче аморфно вещество в стъклена фуния и го оставим в топла стая (на снимката - катранена смола; от нея се прави асфалт). След няколко седмици се оказва, че смолата е придобила формата на фуния и дори е започнала да изтича от нея като „струя“. това е аморфното тяло се държи като много гъста и вискозна течност.

Структурата на аморфните тела.Изследвания с електронен микроскоп и рентгенови лъчипоказват, че в аморфните тела няма строг ред в подреждането на техните частици. За разлика от кристалите, където има дълга поръчкасамо в подреждането на частиците, в структурата на аморфните тела затворете поръчката– определен ред на подреждането на частиците се запазва само в близост до всяка отделна частица(виж снимката). Горната част показва разположението на частиците в кристалния кварц, долната показва аморфната форма на кварца. Тези вещества се състоят от едни и същи частици - молекули на силициев оксид SiO 2.

Като частиците на всяко тяло, частиците на аморфните тела се колебаят непрекъснато и произволно и по-често от частиците на кристалите могат да прескачат от място на място.Това се улеснява от факта, че частиците на аморфните тела са разположени неравномерно плътно, на места създавайки относително големи пропуски. Това обаче не е същото като „свободни места“ в кристалите (вижте § 7).

Кристализация на аморфни тела.С течение на времето (седмици, месеци), аморфни вещества спонтанносе превръщат в кристално състояние. Например захарни бонбони или мед, оставени няколко месеца, стават непрозрачни. В този случай се казва, че медът и бонбоните са „захаросани“. Счупвайки такъв бонбон или загребвайки такъв мед с лъжица, ще видим образуването на захарни кристали, които преди са съществували в аморфно състояние.

Това показва спонтанната кристализация на аморфни тела Кристалното състояние на веществото е по-стабилно от аморфното. MKT го обяснява по следния начин. Силите на привличане и отблъскване на „съседите“ движат частици от аморфно тяло в ситуации, в които потенциална енергияминимален(вижте § 7-d). В този случай се появява по-подредено разположение на частиците, което означава, че възниква независима кристализация.