Et solid er en av de fire grunnleggende andre stoffer enn væske, gass og plasma. Den er preget av strukturell stivhet og motstand mot endringer i form eller volum. I motsetning til en væske, flyter ikke en fast gjenstand eller tar form av beholderen den er plassert i. Et fast stoff utvider seg ikke for å fylle hele det tilgjengelige volumet slik en gass gjør.
Atomer i solid kropp nært forbundet med hverandre, er i en ordnet tilstand i noder krystallgitter(disse er metaller, vanlig is, sukker, salt, diamant), eller er arrangert uregelmessig, har ikke streng repeterbarhet i strukturen til krystallgitteret (disse er amorfe legemer, som vindusglass, kolofonium, glimmer eller plast).
Krystallkropper
Krystallinske faste stoffer eller krystaller har et særpreg intern funksjon- en struktur i form av et krystallgitter der atomer, molekyler eller ioner av et stoff inntar en bestemt posisjon.
Krystallgitteret fører til eksistensen av spesielle flate flater i krystaller, som skiller ett stoff fra et annet. Når de utsettes for røntgenstråler, avgir hvert krystallgitter et karakteristisk mønster som kan brukes til å identifisere stoffet. Kantene på krystaller skjærer hverandre i visse vinkler som skiller ett stoff fra et annet. Hvis krystallen er delt, vil de nye flatene krysses i samme vinkler som originalen.
For eksempel, galena - galena, pyritt - pyritt, kvarts - kvarts. Krystallflatene skjærer hverandre i rette vinkler i galena (PbS) og pyritt (FeS 2), og i andre vinkler i kvarts.
Egenskaper til krystaller
- konstant volum;
- riktig geometrisk form;
- anisotropi - forskjellen i mekaniske, lette, elektriske og termiske egenskaper fra retningen i krystallen;
- et veldefinert smeltepunkt, siden det avhenger av regelmessigheten til krystallgitteret. Intermolekylære krefter holder fast sammen, er homogene, og det krever samme mengde termisk energi for å bryte hver interaksjon samtidig.
Amorfe kropper
Eksempler amorfe kropper som ikke har en streng struktur og repeterbarhet av krystallgitterceller er: glass, harpiks, teflon, polyuretan, naftalen, polyvinylklorid.
De har to karakteristiske egenskaper: isotropi og mangel på et spesifikt smeltepunkt.
Isotropi av amorfe legemer forstås som de samme fysiske egenskapene til et stoff i alle retninger.
I et amorft stoff varierer avstanden til nabonoder av krystallgitteret og antall nabonoder gjennom materialet. Derfor, for å bryte intermolekylære interaksjoner, er det nødvendig forskjellig mengde Termisk energi. Derfor, amorfe stoffer mykner sakte over et bredt temperaturområde og har ikke et klart smeltepunkt.
Et trekk ved amorfe faste stoffer er at når lave temperaturer de har egenskapene til faste stoffer, og med økende temperatur - egenskapene til væsker.
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 plasticinen 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. Studier ved bruk av et elektronmikroskop, samt bruk av røntgenstråler, indikerer at det i amorfe legemer ikke er noen streng rekkefølge i arrangementet av deres partikler. 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 av 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, øker energien til vibrasjonsbevegelsen til atomer i et fast stoff, 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 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.
Sammen med krystallinske faste stoffer finnes også amorfe faste stoffer. Amorfe kropper, i motsetning til krystaller, har ikke en 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 er det 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.
Ved lave temperaturer ligner amorfe legemer 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 væskens 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?
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 plasticinen 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 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.
I forrige avsnitt lærte vi at noen faste stoffer (for eksempel salt, kvarts, metaller og andre) er mono- eller polykrystaller. La oss nå bli kjent med amorfe kropper. De inntar en mellomposisjon mellom krystaller og væsker, så de kan ikke entydig kalles faste.
La oss gjøre et eksperiment. Vi trenger: et stykke plastelina, et stearinlys og en elektrisk varmeovn. La oss plassere plastelina og stearinlyset i like avstander fra varmeren. Snart vil en del av lyset smelte, en del vil forbli i formen fast, og plastelinen vil "gå halt". Etter en tid vil alt stearin smelte, og plasticinen vil gradvis "oppløses" og bli helt myk.
Som stearin er det andre krystallinske stoffer , som ikke mykner ved oppvarming, og under smelting kan du alltid se både væsken og den delen av kroppen som ennå ikke har smeltet. Dette er for eksempel alle metaller. Men det finnes også amorfe stoffer, som ved oppvarming gradvis mykner og blir mer og mer flytende, så det er umulig å indikere temperaturen der kroppen blir til væske (smelter).
Amorfe legemer ved enhver temperatur har flytbarhet. La oss bekrefte dette med erfaring. La oss kaste et stykke av et amorft stoff i en glasstrakt og la det stå i et varmt rom (på bildet - tjæreharpiks; asfalt er laget av det). Etter noen uker viser det seg at harpiksen tok form av en trakt og til og med begynte å strømme ut av den som en "jet". Det er en amorf kropp oppfører seg som en veldig tykk og viskøs væske.
Strukturen til amorfe kropper. Elektronmikroskopstudier og røntgenstråler viser at i amorfe legemer er det ingen streng rekkefølge i arrangementet av partiklene deres. I motsetning til krystaller, der det er lang rekkefølge bare i arrangementet av partikler, i strukturen til amorfe legemer lukke rekkefølge– en viss rekkefølge av partikkelarrangementet er kun bevart i nærheten av hver enkelt partikkel(se bilde). Toppen viser arrangementet av partikler i krystallinsk kvarts, bunnen viser den amorfe formen av kvarts. Disse stoffene består av de samme partiklene - molekyler av silisiumoksid SiO 2.
Som partikler i alle kropper, partikler av amorfe kropper svinger kontinuerlig og tilfeldig og kan oftere enn partikler av krystaller hoppe fra sted til sted. Dette forenkles av det faktum at partiklene til amorfe legemer er plassert ulikt tett, noen steder skaper relativt store hull. Dette er imidlertid ikke det samme som «ledige stillinger» i krystaller (se § 7).
Krystallisering av amorfe legemer. Over tid (uker, måneder), amorfe stoffer spontant forvandles til en krystallinsk tilstand. For eksempel blir sukkergodteri eller honning alene i flere måneder ugjennomsiktig. I dette tilfellet sies honning og godteri å være "godteri". Ved å bryte et slikt godteri eller øse opp slik honning med en skje, vil vi se dannelsen av sukkerkrystaller som tidligere eksisterte i en amorf tilstand.
Spontan krystallisering av amorfe legemer indikerer det Den krystallinske tilstanden til et stoff er mer stabil enn den amorfe. MKT forklarer det på denne måten. Tiltreknings- og frastøtningskreftene til "naboer" beveger partikler av en amorf kropp inn i situasjoner hvor potensiell energi minimal(se § 7-d). I dette tilfellet vises et mer ordnet arrangement av partikler, noe som betyr at uavhengig krystallisering oppstår.