Карактеристики на структурата на аморфните тела. Аморфни тела

>>Физика: Аморфни тела

Не сите цврсти материи се кристали. Има многу аморфни тела. Како тие се разликуваат од кристалите?
Аморфните тела немаат строг редво распоредот на атомите. Само најблиските соседни атоми се распоредени по некој редослед. Но, не постои строга повторливост во сите правци на истиот структурен елемент, кој е карактеристичен за кристалите, во аморфните тела.
Во однос на распоредот на атомите и нивното однесување, аморфните тела се слични на течностите.
Често истата супстанција може да се најде и во кристална и во аморфна состојба. На пример, кварцот SiO 2 може да биде или во кристална или во аморфна форма (силика). Кристалната форма на кварцот може шематски да се претстави како решетка од правилни шестоаголници (Сл. 12.6, а). Аморфната структура на кварцот исто така има форма на решетка, но неправилна форма. Заедно со шестоаголници, содржи петаголници и седумаголници ( Сл. 12.6, б).
Својства на аморфни тела.Сите аморфни тела се изотропни, т.е. физички својстваисто во сите правци. Аморфните тела вклучуваат стакло, смола, колофон, шеќерни слатки итн.
На надворешни влијанијааморфните тела покажуваат и еластични својства, како цврсти материи, и флуидност, како течности. Така, при краткотрајни влијанија (влијанија) тие се однесуваат како цврсти тела и под силен удар се распаѓаат на парчиња. Но во многу долготрајна изложеносттечат аморфни тела. Можете да го видите ова сами ако сте трпеливи. Следете го парчето смола што лежи на тврда површина. Постепено смолата се шири над неа, и колку е повисока температурата на смолата, толку побрзо се случува тоа.
Атомите или молекулите на аморфните тела, како течните молекули, имаат одредено време„Седентарен живот“ - време на осцилации околу положбата на рамнотежа. Но, за разлика од течностите, ова време е многу долго.
Значи, за var т= 20°C Времето на „стабилен век“ е приближно 0,1 с. Во овој поглед, аморфните тела се блиску до кристалните, бидејќи скоковите на атомите од една позиција на рамнотежа во друга се случуваат релативно ретко.
Аморфни тела кај ниски температуринивните својства личат на цврсти материи. Тие речиси и да немаат флуидност, но како што температурата расте постепено омекнуваат и нивните својства стануваат сè поблиски до својствата на течностите. Ова се случува затоа што со зголемување на температурата, скоковите на атомите од една во друга рамнотежна позиција постепено стануваат почести. Одредена точка на топењеАморфните тела, за разлика од кристалните, не.
Течни кристали.Во природата, постојат супстанции кои истовремено ги поседуваат основните својства на кристал и течност, имено анизотропија и флуидност. Оваа состојба на материјата се нарекува течен кристал. Течните кристали се главно органска материја, чии молекули имаат форма на долга нишка или рамна плоча.
Да го разгледаме наједноставниот случај, кога течен кристал е формиран од молекули слични на нишки. Овие молекули се наоѓаат паралелно едни со други, но случајно се поместуваат, односно редот, за разлика од обичните кристали, постои само во една насока.
На термичко движењецентрите на овие молекули се движат случајно, но ориентацијата на молекулите не се менува и тие остануваат паралелни со себе. Строга молекуларна ориентација не постои низ целиот волумен на кристалот, туку во мали региони наречени домени. Прекршувањето и рефлексијата на светлината се јавуваат на границите на доменот, поради што течните кристали се непроѕирни. Меѓутоа, во слојот течен кристал, сместени помеѓу две тенки плочи, чие растојание е 0,01-0,1 mm, со паралелни вдлабнатини од 10-100 nm, сите молекули ќе бидат паралелни, а кристалот ќе стане проѕирен. Ако се примени електричен напон на некои области на течниот кристал, состојбата на течниот кристал се нарушува. Овие области стануваат непроѕирни и почнуваат да светат, додека областите без напнатост остануваат темни. Овој феномен се користи при создавање на телевизиски екрани со течни кристали. Треба да се напомене дека самиот екран се состои од огромен број елементи и електронско колоКонтролирањето на таков екран е исклучително тешко.
Физика на цврста состојба.Човештвото секогаш користело и ќе продолжи да користи цврсти материи. Но, ако претходно физиката на цврста состојба заостануваше зад развојот на технологијата заснована на директно искуство, сега ситуацијата е променета. Теоретско истражувањедоведуваат до создавање на цврсти материи чии својства се сосема невообичаени.
Би било невозможно да се добијат такви тела со обиди и грешки. Создавање на транзистори, за кои ќе разговарамепонатаму, - светол примеркако разбирањето на структурата на цврстите материи доведе до револуција во целата радио технологија.
Добивањето материјали со наведени механички, магнетни, електрични и други својства е една од главните насоки модерна физикацврсто тело. Приближно половина од светските физичари сега работат во оваа област на физиката.
Аморфните цврсти материи заземаат средна позиција помеѓу кристалните цврсти материи и течности. Нивните атоми или молекули се распоредени по релативен редослед. Разбирањето на структурата на цврстите материи (кристални и аморфни) ви овозможува да креирате материјали со посакуваните својства.

???
1. Како аморфните тела се разликуваат од кристалните тела?
2. Наведи примери за аморфни тела.
3. Дали професијата дувачки стакло би се појавила ако стаклото беше кристално цврсто, а не аморфно?

G.Ya.Myakishev, B.B.Bukhovtsev, N.N.Sotsky, физика 10-то одделение

Содржина на лекцијата белешки за лекцијаподдршка на рамка лекција презентација методи забрзување интерактивни технологии Вежбајте задачи и вежби работилници за самотестирање, обуки, случаи, потраги домашни задачи контроверзни прашања реторички прашањаод студенти Илустрации аудио, видео клипови и мултимедијафотографии, слики, графики, табели, дијаграми, хумор, анегдоти, шеги, стрипови, параболи, изреки, крстозбори, цитати Додатоци апстрактистатии трикови за љубопитните креветчиња учебници основни и дополнителен речник на поими друго Подобрување на учебниците и лекциитекорекција на грешки во учебникотажурирање фрагмент во учебник, елементи на иновација во лекцијата, замена на застарено знаење со нови Само за наставници совршени лекции календарски планза една година насокипрограми за дискусија Интегрирани лекции

Ако имате корекции или предлози за оваа лекција,

Дали некогаш сте се запрашале што се овие мистериозни аморфни супстанции? Тие се разликуваат по структура и од цврсти и од течности. Факт е дека таквите тела се во посебна кондензирана состојба, која има само низок дострел. Примери аморфни материи- смола, стакло, килибар, гума, полиетилен, поливинил хлорид (нашите омилени пластични прозорци), разни полимери и други. Тоа се цврсти материи кои немаат кристална решетка. Тука спаѓаат и восок за заптивање, разни лепила, тврда гума и пластика.

Невообичаени својства на аморфни супстанции

За време на расцепувањето, не се формираат рабови кај аморфните цврсти материи. Честичките се сосема случајни и се наоѓаат на одблискуеден на друг. Тие можат да бидат или многу дебели или вискозни. Како тие се под влијание на надворешни влијанија? Под влијание на различни температури, телата стануваат течни, како течности, а во исто време и прилично еластични. Во случаи кога надворешното влијание не трае долго, супстанциите со аморфна структура можат силен ударискрши на парчиња. Долгорочното влијание однадвор води до фактот дека тие едноставно течат.

Пробајте го дома мал експерименткористење на смола. Ставете го на тврда површина и ќе забележите дека почнува непречено да тече. Точно, тоа е суштина! Брзината зависи од температурата. Ако е многу висока, смолата ќе почне да се шири значително побрзо.

Што друго е карактеристично за таквите тела? Тие можат да имаат каква било форма. Ако аморфните материи во форма на мали честички се стават во сад, на пример, во бокал, тогаш тие исто така ќе го добијат обликот на садот. Тие се и изотропни, односно ги покажуваат истите физички својства во сите правци.

Топење и транзиција во други состојби. Метал и стакло

Аморфната состојба на супстанцијата не подразбира одржување на некоја специфична температура. При ниски вредности телата замрзнуваат, при високи се топат. Патем, од ова зависи и степенот на вискозност на таквите супстанции. Ниската температура промовира намалена вискозност, високата температура, напротив, ја зголемува.

За супстанции од аморфен тип, може да се разликува уште една карактеристика - премин во кристална состојба и спонтана. Зошто се случува ова? Внатрешната енергија во кристално тело е многу помала отколку во аморфното. Ова можеме да го забележиме во примерот на производи од стакло - со текот на времето, стаклото станува заматено.

Метално стакло - што е тоа? Металот може да се отстрани од кристалната решетка за време на топењето, односно супстанца со аморфна структура може да се направи стаклена. За време на зацврстувањето при вештачко ладење, повторно се формира кристалната решетка. Аморфниот метал има неверојатна отпорност на корозија. На пример, на каросеријата направена од него нема потреба од разни премази, бидејќи нема да биде предмет на спонтано уништување. Аморфна супстанција е тело атомска структуракој има невидена сила, што значи дека аморфниот метал може да се користи во апсолутно секој индустриски сектор.

Кристалната структура на супстанциите

За да имате добро разбирање за карактеристиките на металите и да можете да работите со нив, треба да имате знаење за кристална структураодредени супстанции. Производството на метални производи и полето на металургијата не би можеле толку да се развијат доколку луѓето немале одредени знаења за промените во структурата на легурите, технолошките техники и оперативните карактеристики.

Четири состојби на материјата

Општо познато е дека има четири состојба на агрегација: цврста, течна, гасовита, плазма. Аморфните цврсти материи можат да бидат и кристални. Со оваа структура може да се забележи просторна периодичност во распоредот на честичките. Овие честички во кристалите можат да работат периодично движење. Во сите тела што ги набљудуваме во гасовити или течна состојба, можете да забележите движење на честички во форма на хаотично нарушување. Аморфните цврсти материи (на пример, метали во кондензирана состојба: тврда гума, стаклени производи, смоли) може да се наречат замрзнати течности, бидејќи кога ќе ја променат формата, можете да забележите такви карактеристична особина, како вискозноста.

Разлика помеѓу аморфни тела и гасови и течности

Манифестациите на пластичност, еластичност и стврднување при деформација се карактеристични за многу тела. Кристални и аморфни материи во во поголема мераги имаат овие карактеристики, додека течностите и гасовите немаат такви својства. Но, можете да забележите дека тие придонесуваат за еластична промена на волуменот.

Кристални и аморфни материи. Механички и физички својства

Што се кристални и аморфни материи? Како што споменавме погоре, оние тела кои имаат огромен коефициент на вискозност може да се наречат аморфни, а нивната флуидност е невозможна на обични температури. И тука топлина, напротив, им овозможува да бидат течни, како течност.

Супстанциите изгледаат сосема поинакви кристален тип. Овие цврсти материи може да имаат своја точка на топење, во зависност од надворешен притисок. Добивањето кристали е можно ако течноста се излади. Доколку не преземете одредени мерки, ќе забележите дека во течна состојба, различни центрикристализација. Во областа околу овие центри, се јавува формирање солидна. Многу мали кристали почнуваат да се поврзуваат едни со други по случаен редослед и се добива таканаречен поликристал. Таквото тело е изотропно.

Карактеристики на супстанциите

Што ги одредува физичките и механички карактеристикител? Важностимаат атомски врски, како и тип кристална структура. Кристали јонски типсе карактеризира со јонски врски, што значи непречена транзиција од еден атом во друг. Во овој случај, се јавува формирање на позитивно и негативно наелектризирани честички. Јонска врскаможеме да гледаме едноставен пример- таквите карактеристики се карактеристични за различни оксиди и соли. Друга карактеристика на јонските кристали е ниската топлинска спроводливост, но неговите перформанси може значително да се зголемат кога се загреваат. На јазлите на кристалната решетка можете да видите разни молекули кои се одликуваат со силни атомски врски.

Многу минерали што ги наоѓаме низ природата имаат кристална структура. И аморфната состојба на материјата е исто така во природата чиста форма. Само во овој случај телото е нешто безоблично, но кристалите можат да добијат форма на прекрасни полиедрони со рамни рабови, а исто така да формираат нови цврсти тела со неверојатна убавина и чистота.

Што се кристали? Аморфно-кристална структура

Обликот на таквите тела е константен за одредено соединение. На пример, берил секогаш изгледа како хексагонална призма. Обидете се со мал експеримент. Земете мал кристал кујнска солкубен облик (топче) и ставете го во посебен раствор што е можно позаситен со иста кујнска сол. Со текот на времето, ќе забележите дека ова тело останало непроменето - повторно добило облик на коцка или топка, што е карактеристично за кристалите на кујнска сол.

3. - поливинил хлорид, или добро познатите пластични ПВЦ прозорци. Отпорен е на пожари, бидејќи се смета дека е отпорен на пламен, има зголемена механичка сила и електрични изолациски својства.

4. Полиамид е супстанца со многу висока јачина и отпорност на абење. Се карактеризира со високи диелектрични карактеристики.

5. Плексиглас, или полиметил метакрилат. Можеме да го користиме во полето на електротехниката или да го користиме како материјал за конструкции.

6. Флуоропластика, или политетрафлуороетилен, е добро познат диелектрик кој не покажува својства на растворање во растворувачи од органско потекло. Широк температурен опсег и добар диелектрични својствадозволете да се користи како хидрофобен или анти-триење материјал.

7. Полистирен. Овој материјал не е под влијание на киселини. Тоа, како флуоропластика и полиамид, може да се смета за диелектрик. Многу издржлив во однос на механички удар. Полистирен се користи насекаде. На пример, добро се докажа како структурен и електричен изолационен материјал. Се користи во електротехниката и радиотехниката.

8. Веројатно најпознатиот полимер за нас е полиетилен. Материјалот е отпорен на удар агресивна средина, воопшто не дозволува да помине влагата. Ако пакувањето е направено од полиетилен, нема страв дека содржината ќе се влоши кога ќе биде изложена на силен дожд. Полиетилен е исто така диелектрик. Неговата примена е обемна. Од него се направени цевководни конструкции, разни електрични производи, изолационен филм, обвивки за телефонски и кабелски кабли. далноводи, делови за радио и друга опрема.

9. Поливинил хлорид е супстанција со висока содржина на полимер. Тој е синтетички и термопластичен. Има молекуларна структура која е асиметрична. Речиси е непропустлив за вода и се прави со пресување, печат и обликување. Поливинил хлоридот најчесто се користи во електроиндустријата. Врз основа на него, различни топлинско-изолациски црева и црева за хемиска заштита, батерии, изолациски чаури и дихтунзи, жици и кабли. ПВЦ е исто така одлична замена за штетното олово. Не може да се користи како високофреквентно коло во форма на диелектрик. И сето тоа затоа што во овој случај загубите на диелектрикот ќе бидат високи. Има висока спроводливост.

Цврстите материи се делат на аморфни и кристални, во зависност од нивната молекуларна структураи физички својства.

За разлика од кристалите, молекулите и атомите на аморфните цврсти материи не формираат решетка, а растојанието меѓу нив флуктуира во одреден опсег на можни растојанија. Со други зборови, во кристалите, атомите или молекулите меѓусебно се распоредени на таков начин што формираната структура може да се повтори низ целиот волумен на телото, што се нарекува ред со долг дострел. Во случај на аморфни тела, структурата на молекулите е зачувана само во однос на секоја таква молекула, се забележува шема во распределбата на само соседните молекули - редослед со краток опсег. Добар примерпретставени подолу.

Аморфните тела вклучуваат стакло и други материи во стаклена состојба, колофон, смоли, килибар, восок за заптивање, битумен, восок, како и органски материи: гума, кожа, целулоза, полиетилен итн.

Својства на аморфни тела

Структурните карактеристики на аморфните цврсти материи им даваат индивидуални својства:

1. Слабо изразената флуидност е една од најпознатите познати својстватаквите тела. Пример би биле стаклените капења, кои за долго времестои во рамката на прозорецот.
2. Аморфните цврсти материи немаат специфична точка на топење, бидејќи преминот во течна состојба за време на загревањето се случува постепено, преку омекнување на телото. Поради оваа причина, на таквите тела се применува таканаречениот температурен опсег на омекнување.

1. Поради нивната структура, таквите тела се изотропни, односно нивните физички својства не зависат од изборот на насоката.
2. Супстанција во аморфна состојба има поголема внатрешна енергија, отколку во кристален. Поради оваа причина, аморфните тела се способни самостојно да се трансформираат во кристална состојба. Овој феноменможе да се забележи како резултат на заматување на стаклото со текот на времето.

Стаклена состојба

Во природата, постојат течности кои практично е невозможно да се претворат во кристална состојба со ладење, бидејќи сложеноста на молекулите на овие супстанции не им дозволува да формираат редовна кристална решетка. Таквите течности вклучуваат молекули на некои органски полимери.

Меѓутоа, со помош на длабоки и брзо ладење, речиси секоја супстанција може да оди во стаклена состојба. Ова е аморфна состојба која нема јасна кристална решетка, но делумно може да се кристализира на скалата на мали кластери. Оваа состојба на материјата е метастабилна, односно опстојува под одредени потребни термодинамички услови.

Користејќи технологија за ладење со одредена брзина, супстанцијата нема да има време да се кристализира и ќе се претвори во стакло. Тоа е, колку е поголема стапката на ладење на материјалот, толку е помала веројатноста да се кристализира. На пример, за производство на метални очила, ќе биде потребна стапка на ладење од 100.000 - 1.000.000 Келвини во секунда.

Во природата, супстанцијата постои во стаклена состојба и произлегува од течна вулканска магма, која, во интеракција со ладна водаили воздух, брзо се лади. ВО во овој случајсупстанцијата се нарекува вулканско стакло. Можете исто така да го набљудувате стаклото формирано како резултат на топење на метеорит што паѓа во интеракција со атмосферата - метеоритско стакло или молдавит.

Заедно со кристалните цврсти материи, се среќаваат и аморфни цврсти материи. Аморфните тела, за разлика од кристалите, немаат строг редослед во распоредот на атомите. Само најблиските атоми - соседите - се распоредени по одреден редослед. Но

Не постои строга повторливост во сите правци на истиот структурен елемент, карактеристичен за кристалите, кај аморфните тела.

Често истата супстанција може да се најде и во кристална и во аморфна состојба. На пример, кварцот може да биде или во кристална или во аморфна форма (силика). Кристалната форма на кварц може шематски да се претстави како решетка од правилни шестоаголници (сл. 77, а). Аморфната структура на кварцот исто така има изглед на решетка, но со неправилна форма. Заедно со шестоаголници, содржи петаголници и седумаголници (сл. 77, б).

Својства на аморфни тела.Сите аморфни тела се изотропни: нивните физички својства се исти во сите правци. Аморфните тела вклучуваат стакло, многу пластика, смола, колофон, шеќерни слатки итн.

Под надворешни влијанија, аморфните тела покажуваат и еластични својства, како цврсти материи, и флуидност, како течности. При краткотрајни влијанија (влијанија) тие се однесуваат како цврсто тело и со силен удар се распаѓаат на парчиња. Но, со многу долга изложеност, течат аморфни тела. На пример, парче смола постепено се шири на цврста површина. Атомите или молекулите на аморфните тела, како молекулите на течноста, имаат одредено време на „сталожен век“, време на осцилации околу положбата на рамнотежа. Но, за разлика од течностите, ова време е многу долго. Во овој поглед, аморфните тела се блиску до кристалните, бидејќи ретко се случуваат скокови на атоми од една рамнотежна позиција во друга.

При ниски температури, аморфните тела по своите својства личат на цврсти тела. Тие речиси и да немаат флуидност, но како што температурата расте постепено омекнуваат и нивните својства стануваат сè поблиски до својствата на течностите. Ова се случува затоа што со зголемување на температурата, скоковите на атомите од една позиција постепено стануваат почести.

рамнотежа на друг. Не постои специфична точка на топење за аморфните тела, за разлика од кристалните.

Физика на цврста состојба.Сите својства на цврстите материи (кристални и аморфни) можат да се објаснат врз основа на знаењето за нивната атомско-молекуларна структура и законите за движење на молекулите, атомите, јоните и електроните што ги сочинуваат цврстите материи. Студиите за својствата на цврстите материи се комбинираат во голема површинамодерна физика - физика на цврста состојба. Развојот на физиката на цврста состојба е стимулиран главно од потребите на технологијата. Приближно половина од светските физичари работат на полето на физиката на цврста состојба. Се разбира, постигнувањата во оваа област се незамисливи без длабоко знаењесите други гранки на физиката.

1. Како се разликуваат? кристални телаод аморфни? 2. Што е анизотропија? 3. Наведи примери за монокристални, поликристални и аморфни тела. 4. Како се разликуваат дислокациите на рабовите од дислокациите на завртките?

За разлика од кристалните цврсти материи, не постои строг редослед во распоредот на честичките во аморфната цврстина.

Иако аморфните цврсти материи се способни да ја задржат својата форма, кристална решеткаНемаат. Одредена шема е забележана само за молекули и атоми лоцирани во близина. Овој ред се нарекува затворете ред . Не се повторува во сите правци и не се складира во долги растојанија, како кристални тела.

Примери за аморфни тела се стакло, килибар, вештачки смоли, восок, парафин, пластелин итн.

Карактеристики на аморфни тела

Атомите во аморфните тела вибрираат околу случајно лоцирани точки. Затоа, структурата на овие тела наликува на структурата на течности. Но, честичките во нив се помалку подвижни. Времето кога тие осцилираат околу положбата на рамнотежа е подолго отколку во течностите. Скоковите на атомите на друга позиција исто така се случуваат многу поретко.

Како се однесуваат кристалните цврсти материи кога се загреваат? Тие почнуваат да се топат на одредено време точка на топење. И некое време тие се истовремено во цврста и течна состојба, додека целата супстанција не се стопи.

Во аморфни тела одредена температуранема топење . Кога се загреваат не се топат, туку постепено омекнуваат.

Ставете парче пластелин во близина на уредот за греење. По некое време ќе стане меко. Ова не се случува веднаш, туку во одреден временски период.

Бидејќи својствата на аморфните тела се слични на својствата на течностите, тие се сметаат за суперладни течности со многу висок вискозитет (замрзнати течности). На нормални условитие не можат да протекуваат. Но, кога се загреваат, почесто се појавуваат скокови на атоми во нив, вискозноста се намалува, а аморфните тела постепено омекнуваат. Колку е поголема температурата, толку е помал вискозноста и постепено аморфното тело станува течно.

Обичното стакло е цврсто аморфно тело. Се добива со топење на силициум оксид, сода и вар. Со загревање на смесата на 1400 o C се добива течна стаклена маса. При ладење течно стаклоне се зацврстува како кристални тела, туку останува течност, чија вискозност се зголемува, а флуидноста се намалува. Во нормални услови ни се појавува како цврсто тело. Но, всушност тоа е течност која има огромна вискозност и флуидност, толку мала што едвај може да се разликува со најултрачувствителните инструменти.

Аморфната состојба на супстанцијата е нестабилна. Со текот на времето од аморфна состојбапостепено се претвора во кристален облик. Овој процес во различни супстанциипоминува со со различни брзини. Гледаме бонбони како се покриваат со кристали од шеќер. Ова не одзема многу време.

А за да се формираат кристали во обично стакло, мора да помине многу време. За време на кристализацијата, стаклото ја губи својата сила, проѕирност, станува заматено и станува кршливо.

Изотропија на аморфни тела

Во кристално цврсти материифизичките својства варираат во различни насоки. Но, кај аморфните тела тие се исти во сите правци. Овој феномен се нарекува изотропија .

Аморфното тело спроведува струја и топлина подеднакво во сите правци и подеднакво ја прекршува светлината. Звукот исто така патува подеднакво во аморфните тела во сите правци.

Својствата на аморфните супстанции се користат во модерни технологии. Посебен интереспредизвикуваат метални легури кои немаат кристална структура и припаѓаат на аморфни цврсти материи. Тие се нарекуваат метални очила . Нивните физички, механички, електрични и други својства се разликуваат на подобро од оние на обичните метали.

Така, во медицината се користат аморфни легури, чија јачина ја надминува јачината на титаниумот. Тие се користат за правење завртки или плочи кои ги поврзуваат скршените коски. За разлика од титаниумските сврзувачки елементи, овој материјал постепено се распаѓа и со текот на времето се заменува со коскена материја.

Легурите со висока цврстина се користат во производството на алати за сечење метал, фитинзи, пружини и делови од механизмот.

Во Јапонија е развиена аморфна легура со висока магнетна пропустливост. Користејќи го во јадрата на трансформаторот наместо текстурираните трансформаторски челични лимови, загубите на вртложни струи може да се намалат за 20 пати.

Аморфните метали имаат уникатни својства. Тие се нарекуваат материјал на иднината.