Sammen med krystallinske faste stoffer finnes også amorfe faste stoffer. U amorfe kropper I motsetning til krystaller er det ingen streng rekkefølge i arrangementet av atomer. Bare de nærmeste atomene - naboer - er ordnet i en eller annen rekkefølge. Men
Det er ingen streng repeterbarhet i alle retninger av det samme strukturelle elementet, som er karakteristisk for krystaller, i amorfe legemer.
Ofte kan det samme stoffet finnes i både krystallinsk og amorf tilstand. For eksempel kan kvarts være i enten krystallinsk eller amorf form (silika). Den krystallinske formen av kvarts kan skjematisk representeres som et gitter av vanlige sekskanter(Fig. 77, a). Den amorfe strukturen til kvarts har også form av et gitter, men uregelmessig form. Sammen med sekskanter inneholder den femkanter og sekskanter (fig. 77, b).
Egenskaper til amorfe legemer. Alle amorfe legemer er isotrope: deres fysiske egenskaper det samme i alle retninger. Amorfe legemer inkluderer glass, mye plast, harpiks, kolofonium, sukkergodteri, etc.
På ytre påvirkninger amorfe legemer viser både elastiske egenskaper, som faste stoffer, og fluiditet, som væsker. Under kortvarige påvirkninger (påvirkninger) oppfører de seg som en solid kropp og brytes i stykker med kraftig påvirkning. Men på veldig lengre eksponering amorfe kropper flyter. For eksempel spres et stykke harpiks gradvis over en fast overflate. Atomer eller molekyler av amorfe legemer, som flytende molekyler, har Viss tid"stillesittende liv" er tiden for svingninger rundt likevektsposisjonen. Men i motsetning til væsker er denne tiden veldig lang. I denne forbindelse er amorfe legemer nær krystallinske, siden hopp av atomer fra en likevektsposisjon til en annen sjelden forekommer.
På lave temperaturer amorfe legemer ligner faste stoffer i sine egenskaper. De har nesten ingen fluiditet, men etter hvert som temperaturen stiger mykner de gradvis og egenskapene deres blir nærmere og nærmere væskenes egenskaper. Dette skjer fordi med økende temperatur blir hopp av atomer fra en posisjon gradvis hyppigere.
balanse til en annen. Nei en viss temperatur Amorfe legemer, i motsetning til krystallinske, smelter ikke.
Faststofffysikk. Alle egenskaper til faste stoffer (krystallinske og amorfe) kan forklares ut fra kunnskap om deres atom-molekylære struktur og bevegelseslovene til molekyler, atomer, ioner og elektroner som utgjør faste stoffer. Studier av egenskapene til faste stoffer kombineres til stort område moderne fysikk- faststofffysikk. Utviklingen av faststofffysikk stimuleres hovedsakelig av teknologiens behov. Omtrent halvparten av verdens fysikere jobber innen faststoff-fysikk. Selvfølgelig er prestasjoner på dette området utenkelig uten dyp kunnskap alle andre grener av fysikk.
1. Hvordan skiller krystallinske legemer seg fra amorfe? 2. Hva er anisotropi? 3. Gi eksempler på monokrystallinske, polykrystallinske og amorfe legemer. 4. Hvordan skiller kantdislokasjoner seg fra skruedislokasjoner?
I motsetning til krystallinske faste stoffer, er det ingen streng rekkefølge i arrangementet av partikler i et amorft fast stoff.
Selv om amorfe faste stoffer er i stand til å opprettholde sin form, krystallgitter Det har de ikke. Et visst mønster observeres bare for molekyler og atomer i nærheten. Denne ordren kalles lukke rekkefølge . Den gjentas ikke i alle retninger og lagres ikke i lange avstander som krystallinske legemer.
Eksempler på amorfe legemer er glass, rav, kunstharpiks, voks, parafin, plastelina, etc.
Funksjoner av amorfe kropper
Atomer i amorfe legemer vibrerer rundt punkter som er tilfeldig plassert. Derfor ligner strukturen til disse kroppene strukturen til væsker. Men partiklene i dem er mindre mobile. Tiden de svinger rundt likevektsposisjonen er lengre enn i væsker. Hopp av atomer til en annen posisjon forekommer også mye sjeldnere.
Hvordan oppfører krystallinske faste stoffer seg når de varmes opp? De begynner å smelte på en viss måte smeltepunkt. Og i noen tid er de samtidig i fast og flytende tilstand, til hele stoffet smelter.
Amorfe faste stoffer har ikke et spesifikt smeltepunkt . Ved oppvarming smelter de ikke, men mykner gradvis.
Plasser et stykke plastelina nær varmeapparatet. Etter en tid vil den bli myk. Dette skjer ikke umiddelbart, men over en viss tidsperiode.
Siden egenskapene til amorfe legemer ligner egenskapene til væsker, regnes de som superkjølte væsker med svært høy viskositet (frosne væsker). På normale forhold de kan ikke flyte. Men når de varmes opp, forekommer hopp av atomer i dem oftere, viskositeten reduseres, og amorfe kropper mykner gradvis. Jo høyere temperatur, jo lavere viskositet, og gradvis blir den amorfe kroppen flytende.
Vanlig glass er en solid amorf kropp. Det oppnås ved å smelte silisiumoksid, brus og kalk. Ved å varme opp blandingen til 1400 o C får man en flytende glassaktig masse. Ved avkjøling flytende glass stivner ikke som krystallinske legemer, men forblir en væske, hvis viskositet øker og flyten avtar. Under normale forhold fremstår den for oss som en solid kropp. Men faktisk er det en væske som har enorm viskositet og fluiditet, så lav at den knapt kan skilles fra de mest ultrasensitive instrumentene.
Den amorfe tilstanden til et stoff er ustabil. Over tid går det gradvis fra en amorf tilstand til en krystallinsk tilstand. Denne prosessen i forskjellige stoffer passerer med i forskjellige hastigheter. Vi ser sukkerrør bli dekket av sukkerkrystaller. Dette tar ikke veldig mye tid.
Og for at det skal dannes krystaller i vanlig glass, må det gå mye tid. Under krystallisering mister glass sin styrke, gjennomsiktighet, blir uklart og blir sprøtt.
Isotropi av amorfe legemer
I krystallinske faste stoffer varierer fysiske egenskaper i forskjellige retninger. Men i amorfe kropper er de like i alle retninger. Dette fenomenet kalles isotropi .
Et amorft legeme leder elektrisitet og varme likt i alle retninger og bryter lys likt. Lyd beveger seg også likt i amorfe kropper i alle retninger.
Egenskapene til amorfe stoffer brukes i moderne teknologier. Spesiell interesse forårsake metalllegeringer som ikke har en krystallinsk struktur og tilhører amorfe faste stoffer. De kalles metall briller . Deres fysiske, mekaniske, elektriske og andre egenskaper skiller seg fra vanlige metaller til det bedre.
I medisin bruker de derfor amorfe legeringer hvis styrke overstiger titan. De brukes til å lage skruer eller plater som forbinder ødelagte bein. I motsetning til titanfester, går dette materialet gradvis i oppløsning og erstattes over tid av beinmateriale.
Høyfaste legeringer brukes til fremstilling av metallskjærende verktøy, beslag, fjærer og mekanismedeler.
En amorf legering med høy magnetisk permeabilitet er utviklet i Japan. Ved å bruke den i transformatorkjerner i stedet for strukturerte transformatorstålplater, kan virvelstrømstapene reduseres med 20 ganger.
Amorfe metaller har unike egenskaper. De kalles fremtidens materiale.
« Fysikk - 10. klasse"
I tillegg til faste stoffer som har krystallstruktur, som er preget i streng rekkefølge i arrangementet av atomer eksisterer amorfe faste stoffer.
Amorfe kropper har ikke en streng rekkefølge i arrangementet av atomer. Bare de nærmeste naboatomene er ordnet i en eller annen rekkefølge. Men det er ingen streng repeterbarhet i alle retninger av det samme strukturelle elementet, som er karakteristisk for krystaller, i amorfe legemer. Når det gjelder arrangementet av atomer og deres oppførsel, ligner amorfe kropper på væsker. Ofte kan det samme stoffet finnes i både krystallinsk og amorf tilstand.
Teoretisk forskning føre til produksjon av faste stoffer hvis egenskaper er helt uvanlige. Det ville være umulig å skaffe slike organer ved prøving og feiling. Opprettelsen av transistorer, som vil bli diskutert senere, - lysende eksempel hvordan forståelsen av strukturen til faste stoffer førte til en revolusjon innen all radioteknologi.
Å skaffe materialer med spesifiserte mekaniske, magnetiske, elektriske og andre egenskaper er en av hovedretningene i moderne faststofffysikk.
KUNNSKAPSDEPARTEMENTET
FYSIKK 8. KLASSE
Rapport om temaet:
«Amorfe kropper. Smelting av amorfe kropper."
Elev i 8. klasse:
2009
Amorfe kropper.
La oss gjøre et eksperiment. Vi trenger et stykke plastelina, et stearinlys og en elektrisk peis. La oss sette plastelina og et stearinlys på like avstander fra peisen. Etter en tid vil en del av stearinet smelte (bli flytende), og en del vil forbli i form av et fast stykke. I løpet av samme tid vil plasticine bare myke litt. Etter en tid vil all stearin smelte, og plasticinen vil gradvis "korrodere" langs overflaten av bordet, og myke mer og mer.
Så, det er kropper som ikke mykner når de smeltes, men fra fast tilstand blir umiddelbart til væske. Under smeltingen av slike legemer er det alltid mulig å skille væsken fra den ennå ikke smeltede (faste) delen av legemet. Disse kroppene er krystallinsk. Det er også faste stoffer som ved oppvarming gradvis mykner og blir mer og mer flytende. For slike kropper er det umulig å angi temperaturen der de blir til væske (smelter). Disse kroppene kalles amorf.
La oss gjøre følgende eksperiment. Kast et stykke harpiks eller voks i en glasstrakt og la det stå i et varmt rom. Etter omtrent en måned vil det vise seg at voksen har tatt form av en trakt og til og med begynte å strømme ut av den i form av en "bekk" (fig. 1). I motsetning til krystaller, som holder seg nesten for alltid egen form, amorfe legemer viser fluiditet selv ved lave temperaturer. Derfor kan de betraktes som veldig tykke og viskøse væsker.
Strukturen til amorfe kropper. Forskning ved hjelp av et elektronmikroskop, samt bruk røntgenstråler indikerer at i amorfe legemer er det ingen streng rekkefølge i arrangementet av partiklene deres. Ta en titt, figur 2 viser arrangementet av partikler i krystallinsk kvarts, og den til høyre viser arrangementet av partikler i amorf kvarts. Disse stoffene består av de samme partiklene - molekyler av silisiumoksid SiO 2.
Den krystallinske tilstanden til kvarts oppnås hvis smeltet kvarts avkjøles sakte. Hvis avkjølingen av smelten er rask, vil ikke molekylene ha tid til å "stille seg" i ordnede rader, og resultatet vil være amorf kvarts.
Partikler av amorfe legemer oscillerer kontinuerlig og tilfeldig. De kan hoppe fra sted til sted oftere enn krystallpartikler. Dette forenkles også av det faktum at partiklene til amorfe kropper er plassert ulikt tett: det er tomrom mellom dem.
Krystallisering av amorfe legemer. Over tid (flere måneder, år) amorfe stoffer forvandles spontant til en krystallinsk tilstand. For eksempel vil sukkergodteri eller fersk honning som står alene på et varmt sted bli ugjennomsiktig etter noen måneder. De sier at honning og godteri er "godteri". Ved å knuse en sukkerstang eller øse opp honning med en skje, vil vi faktisk se sukkerkrystallene som har dannet seg.
Spontan krystallisering av amorfe legemer indikerer at den krystallinske tilstanden til et stoff er mer stabil enn den amorfe. Den intermolekylære teorien forklarer det på denne måten. Intermolekylære tiltreknings- og frastøtningskrefter får partikler i en amorf kropp til å hoppe fortrinnsvis til der det er tomrom. Som et resultat vises et mer ordnet arrangement av partikler enn før, det vil si at det dannes en polykrystall.
Smelting av amorfe legemer.
Når temperaturen øker, kommer energien til vibrasjonsbevegelsen til atomer inn solid kroppøker, og til slutt kommer et øyeblikk da bindingene mellom atomene begynner å brytes. I dette tilfellet blir det faste stoffet til en flytende tilstand. Denne overgangen kalles smelting. Ved et fast trykk skjer smelting ved en strengt definert temperatur.
Mengden varme som kreves for å omdanne en enhetsmasse av et stoff til en væske ved smeltepunktet kalles spesifikk varme smelting λ .
Å smelte et massestoff m det er nødvendig å bruke en mengde varme lik:
Q = λ m .
Prosessen med å smelte amorfe legemer skiller seg fra smelting av krystallinske legemer. Når temperaturen øker, mykner amorfe kropper gradvis og blir tyktflytende til de blir til væske. Amorfe legemer, i motsetning til krystaller, har ikke et spesifikt smeltepunkt. Temperaturen til amorfe legemer endres kontinuerlig. Dette skjer fordi i amorfe faste stoffer, som i væsker, kan molekyler bevege seg i forhold til hverandre. Ved oppvarming øker hastigheten, og avstanden mellom dem øker. Som et resultat blir kroppen mykere og mykere til den blir til væske. Når amorfe legemer størkner, synker også temperaturen kontinuerlig.
KUNNSKAPSDEPARTEMENTET
FYSIKK 8. KLASSE
Rapport om temaet:
«Amorfe kropper. Smelting av amorfe kropper."
Elev i 8. klasse:
2009
Amorfe kropper.
La oss gjøre et eksperiment. Vi trenger et stykke plastelina, et stearinlys og en elektrisk peis. La oss plassere plastelina og et stearinlys i like avstander fra peisen. Etter en tid vil en del av stearinet smelte (bli flytende), og en del vil forbli i form av et fast stykke. I løpet av samme tid vil plasticine bare myke litt. Etter en tid vil alt stearin smelte, og plasticinen vil gradvis "korrodere" langs overflaten av bordet, og myke mer og mer.
Så det er kropper som ikke mykner når de smeltes, men går fra en fast tilstand umiddelbart til en væske. Under smeltingen av slike legemer er det alltid mulig å skille væsken fra den ennå ikke smeltede (faste) delen av legemet. Disse kroppene er krystallinsk. Det er også faste stoffer som ved oppvarming gradvis mykner og blir mer og mer flytende. For slike kropper er det umulig å angi temperaturen der de blir til væske (smelter). Disse kroppene kalles amorf.
La oss gjøre følgende eksperiment. Kast et stykke harpiks eller voks i en glasstrakt og la det stå i et varmt rom. Etter omtrent en måned vil det vise seg at voksen har tatt form av en trakt og til og med begynte å strømme ut av den i form av en "bekk" (fig. 1). I motsetning til krystaller, som beholder sin egen form nesten for alltid, viser amorfe kropper flyt selv ved lave temperaturer. Derfor kan de betraktes som veldig tykke og viskøse væsker.
Strukturen til amorfe kropper. Studier som bruker et elektronmikroskop, så vel som ved bruk av røntgenstråler, indikerer at i amorfe kropper er det ingen streng rekkefølge i arrangementet av partiklene. Ta en titt, figur 2 viser arrangementet av partikler i krystallinsk kvarts, og den til høyre viser arrangementet av partikler i amorf kvarts. Disse stoffene består av de samme partiklene - molekyler av silisiumoksid SiO 2.
Den krystallinske tilstanden til kvarts oppnås hvis smeltet kvarts avkjøles sakte. Hvis avkjølingen av smelten er rask, vil ikke molekylene ha tid til å "stille seg" i ordnede rader, og resultatet vil være amorf kvarts.
Partikler av amorfe legemer oscillerer kontinuerlig og tilfeldig. De kan hoppe fra sted til sted oftere enn krystallpartikler. Dette forenkles også av det faktum at partiklene til amorfe kropper er plassert ulikt tett: det er tomrom mellom dem.
Krystallisering av amorfe legemer. Over tid (flere måneder, år) forvandles amorfe stoffer spontant til en krystallinsk tilstand. For eksempel vil sukkergodteri eller fersk honning som står alene på et varmt sted bli ugjennomsiktig etter noen måneder. De sier at honning og godteri er "godteri". Ved å knuse en sukkerstang eller øse opp honning med en skje, vil vi faktisk se sukkerkrystallene som har dannet seg.
Spontan krystallisering av amorfe legemer indikerer at den krystallinske tilstanden til et stoff er mer stabil enn den amorfe. Den intermolekylære teorien forklarer det på denne måten. Intermolekylære tiltreknings- og frastøtningskrefter får partikler i en amorf kropp til å hoppe fortrinnsvis til der det er tomrom. Som et resultat vises et mer ordnet arrangement av partikler enn før, det vil si at det dannes en polykrystall.
Smelting av amorfe legemer.
Når temperaturen øker, energi oscillerende bevegelse antall atomer i et fast stoff øker, og til slutt kommer et øyeblikk da bindingene mellom atomene begynner å bryte. I dette tilfellet går den faste kroppen inn flytende tilstand. Denne overgangen kalles smelting. Ved et fast trykk skjer smelting ved en strengt definert temperatur.
Mengden varme som kreves for å omdanne en enhetsmasse av et stoff til en væske ved smeltepunktet kalles den spesifikke fusjonsvarmen λ .
Å smelte et massestoff m det er nødvendig å bruke en mengde varme lik:
Q = λ m .
Prosessen med å smelte amorfe legemer skiller seg fra smelting av krystallinske legemer. Når temperaturen øker, mykner amorfe kropper gradvis og blir tyktflytende til de blir til væske. Amorfe legemer, i motsetning til krystaller, har ikke et spesifikt smeltepunkt. Temperaturen til amorfe legemer endres kontinuerlig. Dette skjer fordi i amorfe faste stoffer, som i væsker, kan molekyler bevege seg i forhold til hverandre. Ved oppvarming øker hastigheten, og avstanden mellom dem øker. Som et resultat blir kroppen mykere og mykere til den blir til væske. Når amorfe legemer størkner, synker også temperaturen kontinuerlig.