Imara ni moja wapo nne za msingi majimbo ya vitu vingine isipokuwa kioevu, gesi na plasma. Inajulikana na ugumu wa muundo na upinzani wa mabadiliko katika sura au kiasi. Tofauti na kioevu, kitu kigumu haitoi au kuchukua sura ya chombo ambacho kimewekwa. Kizio hakipanuki ili kujaza ujazo wote unaopatikana kama gesi inavyofanya.
Atomi ndani mwili imara zimeunganishwa kwa karibu, ziko katika hali iliyoamriwa katika nodi kimiani kioo(hizi ni metali, barafu ya kawaida, sukari, chumvi, almasi), au zimepangwa kwa njia isiyo ya kawaida, hazina kurudiwa madhubuti katika muundo wa kimiani ya kioo (hizi ni miili ya amorphous, kama glasi ya dirisha, rosini, mica au plastiki).
Miili ya kioo
Yabisi za fuwele au fuwele zina tofauti kipengele cha ndani- muundo katika mfumo wa kimiani ya kioo ambayo atomi, molekuli au ioni za dutu huchukua nafasi fulani.
Lati ya kioo inaongoza kwa kuwepo kwa nyuso maalum za gorofa katika fuwele, ambazo hufautisha dutu moja kutoka kwa nyingine. Inapofunuliwa kwa X-rays, kila kimiani cha fuwele hutoa muundo wa tabia ambao unaweza kutumika kutambua dutu hii. Kingo za fuwele huingiliana kwa pembe fulani ambazo hutofautisha dutu moja kutoka kwa nyingine. Ikiwa fuwele imegawanyika, nyuso mpya zitaingiliana kwa pembe sawa na za awali.
Kwa mfano, galena - galena, pyrite - pyrite, quartz - quartz. Nyuso za fuwele huingiliana kwa pembe za kulia katika galena (PbS) na pyrite (FeS 2), na kwa pembe nyingine katika quartz.
Mali ya fuwele
- kiasi cha mara kwa mara;
- sura sahihi ya kijiometri;
- anisotropy - tofauti katika mali ya mitambo, mwanga, umeme na mafuta kutoka kwa mwelekeo katika kioo;
- kiwango cha kuyeyuka kilichoelezewa vizuri, kwani inategemea kawaida ya kimiani ya kioo. Nguvu za intermolecular kushikilia imara pamoja, ni sawa, na inachukua kiasi sawa cha nishati ya joto ili kuvunja kila mwingiliano kwa wakati mmoja.
Miili ya Amorphous
Mifano miili ya amofasi ambazo hazina muundo mkali na kurudiwa kwa seli za kimiani za kioo ni: kioo, resin, Teflon, polyurethane, naphthalene, kloridi ya polyvinyl.
Wana mbili sifa tabia: isotropi na ukosefu wa kiwango maalum cha kuyeyuka.
Isotropi ya miili ya amofasi inaeleweka kama sifa sawa za kimaumbile za dutu katika pande zote.
Katika mango ya amofasi, umbali wa nodi za jirani za kimiani ya kioo na idadi ya nodi za jirani hutofautiana katika nyenzo. Kwa hiyo, ili kuvunja mwingiliano wa intermolecular, inahitajika wingi tofauti nishati ya joto. Kwa hivyo, vitu vya amofasi lainisha polepole juu ya anuwai kubwa ya joto na usiwe na kiwango wazi cha kuyeyuka.
kipengele cha yabisi amofasi ni kwamba wakati joto la chini wana mali ya yabisi, na kwa kuongezeka kwa joto - mali ya vinywaji.
WIZARA YA ELIMU
FIZIA DARASA LA 8
Ripoti juu ya mada:
"Miili ya amofasi. Kuyeyuka kwa miili ya amofasi."
Mwanafunzi wa darasa la 8:
2009
Miili ya Amorphous.
Hebu tufanye jaribio. Tutahitaji kipande cha plastiki, mshumaa wa stearin na mahali pa moto ya umeme. Wacha tuweke plastiki na mshumaa umbali sawa kutoka mahali pa moto. Baada ya muda, sehemu ya stearin itayeyuka (kuwa kioevu), na sehemu itabaki katika fomu ya kipande kigumu. Wakati huo huo, plastiki itapunguza kidogo tu. Baada ya muda, stearin yote itayeyuka, na plastiki polepole "itatulia" kando ya uso wa meza, ikipunguza zaidi na zaidi.
Kwa hivyo, kuna miili ambayo haina laini wakati inayeyuka, lakini kutoka hali imara inageuka mara moja kuwa kioevu. Wakati wa kuyeyuka kwa miili kama hiyo, kila wakati inawezekana kutenganisha kioevu kutoka kwa sehemu ambayo haijayeyuka (imara) ya mwili. Miili hii ni fuwele. Pia kuna yabisi ambayo, inapokanzwa, polepole hupunguza na kuwa maji zaidi na zaidi. Kwa miili hiyo haiwezekani kuonyesha joto ambalo hugeuka kuwa kioevu (kuyeyuka). Miili hii inaitwa amofasi.
Hebu tufanye jaribio lifuatalo. Tupa kipande cha resin au wax kwenye funnel ya kioo na uiache kwenye chumba cha joto. Baada ya mwezi mmoja, itageuka kuwa nta imechukua sura ya funnel na hata ikaanza kutiririka kutoka humo kwa namna ya "mkondo" (Mchoro 1). Tofauti na fuwele, ambazo huhifadhi karibu milele fomu mwenyewe, miili ya amofasi huonyesha maji maji hata kwa joto la chini. Kwa hivyo, zinaweza kuzingatiwa kama vimiminika nene sana na viscous.
Muundo wa miili ya amorphous. Uchunguzi kwa kutumia darubini ya elektroni, pamoja na kutumia X-rays, unaonyesha kuwa katika miili ya amorphous hakuna amri kali katika mpangilio wa chembe zao. Angalia, takwimu ya 2 inaonyesha mpangilio wa chembe katika quartz ya fuwele, na moja ya kulia inaonyesha mpangilio wa chembe katika quartz ya amofasi. Dutu hizi zinajumuisha chembe sawa - molekuli za oksidi ya silicon SiO 2.
Hali ya fuwele ya quartz hupatikana ikiwa quartz iliyoyeyuka imepozwa polepole. Ikiwa baridi ya kuyeyuka ni ya haraka, basi molekuli hazitakuwa na wakati wa "kujipanga" kwa safu zilizopangwa, na matokeo yatakuwa quartz ya amorphous.
Chembe za miili ya amofasi huzunguka kwa mfululizo na nasibu. Wanaweza kuruka kutoka mahali hadi mahali mara nyingi zaidi kuliko chembe za fuwele. Hii pia inawezeshwa na ukweli kwamba chembe za miili ya amorphous ziko kwa usawa: kuna voids kati yao.
Crystallization ya miili ya amorphous. Baada ya muda (miezi kadhaa, miaka), vitu vya amofasi hubadilika kuwa hali ya fuwele. Kwa mfano, pipi za sukari au asali safi iliyoachwa peke yake mahali pa joto itakuwa opaque baada ya miezi michache. Wanasema kwamba asali na pipi ni "pipi". Kwa kuvunja pipi au kuchota asali kwa kijiko, kwa kweli tutaona fuwele za sukari ambazo zimeundwa.
Ukaushaji wa moja kwa moja wa miili ya amofasi huonyesha kuwa hali ya fuwele ya dutu ni thabiti zaidi kuliko ile ya amofasi. Nadharia ya intermolecular inaelezea hivi. Nguvu kati ya molekuli za kuvutia na kurudisha nyuma husababisha chembe za mwili wa amofasi kuruka kwa upendeleo mahali ambapo kuna utupu. Matokeo yake, mpangilio ulioagizwa zaidi wa chembe huonekana kuliko hapo awali, yaani, polycrystal huundwa.
Kuyeyuka kwa miili ya amorphous.
Kadiri halijoto inavyoongezeka, nishati ya mwendo wa mtetemo wa atomi katika imara huongezeka na, hatimaye, wakati unakuja wakati vifungo kati ya atomi huanza kuvunjika. Katika kesi hiyo, imara hugeuka kuwa hali ya kioevu. Mpito huu unaitwa kuyeyuka. Kwa shinikizo la kudumu, kuyeyuka hutokea kwa joto lililowekwa madhubuti.
Kiasi cha joto kinachohitajika ili kubadilisha misa ya kitengo cha dutu kuwa kioevu kwenye kiwango chake cha kuyeyuka huitwa joto maalum kuyeyuka λ .
Kuyeyusha dutu ya wingi m ni muhimu kutumia kiasi cha joto sawa na:
Q = λ m .
Mchakato wa kuyeyuka miili ya amofasi hutofautiana na kuyeyuka miili ya fuwele. Kadiri halijoto inavyoongezeka, miili ya amofasi hupungua polepole na kuwa mnato hadi inabadilika kuwa kioevu. Miili ya amofasi, tofauti na fuwele, haina kiwango maalum cha kuyeyuka. Joto la miili ya amorphous hubadilika mara kwa mara. Hii hufanyika kwa sababu katika vitu vikali vya amofasi, kama vile vimiminika, molekuli zinaweza kusonga kulingana na kila mmoja. Inapokanzwa, kasi yao huongezeka, na umbali kati yao huongezeka. Kama matokeo, mwili unakuwa laini na laini hadi inageuka kuwa kioevu. Wakati miili ya amorphous inaimarisha, joto lao pia hupungua kwa kuendelea.
Pamoja na mango ya fuwele, yabisi ya amofasi pia hupatikana. Miili ya amorphous, tofauti na fuwele, haina utaratibu mkali katika mpangilio wa atomi. Atomi za karibu tu - majirani - zimepangwa kwa mpangilio fulani. Lakini
Hakuna kurudia kwa ukali katika pande zote za kipengele sawa cha kimuundo, ambacho ni tabia ya fuwele, katika miili ya amorphous.
Mara nyingi dutu sawa inaweza kupatikana katika fuwele zote mbili na hali ya amofasi. Kwa mfano, quartz inaweza kuwa katika fomu ya fuwele au amofasi (silika). Aina ya fuwele ya quartz inaweza kuwakilishwa kimkakati kama kimiani cha hexagons za kawaida(Mchoro 77, a). Muundo wa amorphous wa quartz pia una fomu ya kimiani, lakini sura isiyo ya kawaida. Pamoja na hexagons, ina pentagoni na heptagoni (Mchoro 77, b).
Tabia za miili ya amorphous. Miili yote ya amorphous ni isotropic: yao mali za kimwili sawa katika pande zote. Miili ya amorphous ni pamoja na kioo, plastiki nyingi, resin, rosini, pipi ya sukari, nk.
Katika mvuto wa nje miili ya amofasi huonyesha sifa nyororo zote mbili, kama vile yabisi, na umajimaji, kama vimiminika. Chini ya athari za muda mfupi (athari), hutenda kama mwili dhabiti na, kwa athari kali, huvunjika vipande vipande. Lakini sana kuwepo hatarini kwa muda mrefu mtiririko wa miili ya amofasi. Kwa mfano, kipande cha resin hatua kwa hatua huenea juu ya uso imara. Atomi au molekuli za miili ya amofasi, kama molekuli za kioevu, zina muda fulani"maisha ya kukaa" ni wakati wa oscillations karibu na nafasi ya usawa. Lakini tofauti na vinywaji, wakati huu ni mrefu sana. Katika suala hili, miili ya amorphous iko karibu na ile ya fuwele, kwani kuruka kwa atomi kutoka nafasi moja ya usawa hadi nyingine hutokea mara chache.
Kwa joto la chini, miili ya amorphous inafanana na mango katika mali zao. Karibu hawana maji, lakini joto linapoongezeka polepole hupungua na mali zao zinakuwa karibu na karibu na sifa za kioevu. Hii hufanyika kwa sababu kwa kuongezeka kwa joto, kuruka kwa atomi kutoka kwa nafasi moja polepole huwa mara kwa mara.
usawa kwa mwingine. Hapana joto fulani Miili ya amorphous, tofauti na ile ya fuwele, haiyeyuki.
Fizikia ya hali ngumu. Sifa zote za vitu vikali (fuwele na amofasi) zinaweza kuelezewa kwa msingi wa maarifa ya muundo wao wa atomiki-Masi na sheria za mwendo wa molekuli, atomi, ioni na elektroni zinazounda vitu vikali. Masomo ya mali ya yabisi ni pamoja katika eneo kubwa fizikia ya kisasa- fizikia ya hali dhabiti. Ukuzaji wa fizikia ya hali dhabiti huchochewa hasa na mahitaji ya teknolojia. Takriban nusu ya wanafizikia duniani wanafanya kazi katika fani ya fizikia ya hali dhabiti. Kwa kweli, mafanikio katika eneo hili hayawezi kufikiria bila maarifa ya kina matawi mengine yote ya fizikia.
1. Miili ya fuwele inatofautianaje na ile ya amofasi? 2. Anisotropy ni nini? 3. Toa mifano ya miili ya monocrystalline, polycrystalline na amorphous. 4. Je, utengano wa kingo unatofautianaje na utengano wa skrubu?
WIZARA YA ELIMU
FIZIA DARASA LA 8
Ripoti juu ya mada:
"Miili ya amofasi. Kuyeyuka kwa miili ya amofasi."
Mwanafunzi wa darasa la 8:
2009
Miili ya Amorphous.
Hebu tufanye jaribio. Tutahitaji kipande cha plastiki, mshumaa wa stearin na mahali pa moto ya umeme. Wacha tuweke plastiki na mshumaa kwa umbali sawa kutoka mahali pa moto. Baada ya muda, sehemu ya stearin itayeyuka (kuwa kioevu), na sehemu itabaki katika fomu ya kipande kigumu. Wakati huo huo, plastiki itapunguza kidogo tu. Baada ya muda, stearin yote itayeyuka, na plastiki "itatulia" polepole kwenye uso wa meza, ikipunguza zaidi na zaidi.
Kwa hivyo, kuna miili ambayo haina laini wakati inayeyuka, lakini hugeuka kutoka kwa hali ngumu mara moja hadi kioevu. Wakati wa kuyeyuka kwa miili kama hiyo, kila wakati inawezekana kutenganisha kioevu kutoka kwa sehemu ambayo haijayeyuka (imara) ya mwili. Miili hii ni fuwele. Pia kuna yabisi ambayo, inapokanzwa, polepole hupunguza na kuwa maji zaidi na zaidi. Kwa miili hiyo haiwezekani kuonyesha joto ambalo hugeuka kuwa kioevu (kuyeyuka). Miili hii inaitwa amofasi.
Hebu tufanye jaribio lifuatalo. Tupa kipande cha resin au wax kwenye funnel ya kioo na uiache kwenye chumba cha joto. Baada ya mwezi mmoja, itageuka kuwa nta imechukua sura ya funnel na hata ikaanza kutiririka kutoka humo kwa namna ya "mkondo" (Mchoro 1). Tofauti na fuwele, ambazo huhifadhi umbo lao karibu milele, miili ya amofasi huonyesha maji maji hata kwa joto la chini. Kwa hivyo, zinaweza kuzingatiwa kama vimiminika nene sana na viscous.
Muundo wa miili ya amorphous. Uchunguzi kwa kutumia darubini ya elektroni, pamoja na kutumia X-rays, zinaonyesha kuwa katika miili ya amorphous hakuna utaratibu mkali katika mpangilio wa chembe zao. Angalia, takwimu ya 2 inaonyesha mpangilio wa chembe katika quartz ya fuwele, na moja ya kulia inaonyesha mpangilio wa chembe katika quartz ya amofasi. Dutu hizi zinajumuisha chembe sawa - molekuli za oksidi ya silicon SiO 2.
Hali ya fuwele ya quartz hupatikana ikiwa quartz iliyoyeyuka imepozwa polepole. Ikiwa baridi ya kuyeyuka ni ya haraka, basi molekuli hazitakuwa na wakati wa "kujipanga" kwa safu zilizopangwa, na matokeo yatakuwa quartz ya amorphous.
Chembe za miili ya amofasi huzunguka kwa mfululizo na nasibu. Wanaweza kuruka kutoka mahali hadi mahali mara nyingi zaidi kuliko chembe za fuwele. Hii pia inawezeshwa na ukweli kwamba chembe za miili ya amorphous ziko kwa usawa: kuna voids kati yao.
Crystallization ya miili ya amorphous. Baada ya muda (miezi kadhaa, miaka), vitu vya amofasi hubadilika kuwa hali ya fuwele. Kwa mfano, pipi za sukari au asali safi iliyoachwa peke yake mahali pa joto itakuwa opaque baada ya miezi michache. Wanasema kwamba asali na pipi ni "pipi". Kwa kuvunja pipi au kuchota asali kwa kijiko, kwa kweli tutaona fuwele za sukari ambazo zimeundwa.
Ukaushaji wa moja kwa moja wa miili ya amofasi huonyesha kuwa hali ya fuwele ya dutu ni thabiti zaidi kuliko ile ya amofasi. Nadharia ya intermolecular inaelezea hivi. Nguvu kati ya molekuli za kuvutia na kurudisha nyuma husababisha chembe za mwili wa amofasi kuruka kwa upendeleo mahali ambapo kuna utupu. Matokeo yake, mpangilio ulioagizwa zaidi wa chembe huonekana kuliko hapo awali, yaani, polycrystal huundwa.
Kuyeyuka kwa miili ya amorphous.
Kadiri hali ya joto inavyoongezeka, nishati mwendo wa oscillatory ya atomi katika ongezeko imara na, hatimaye, wakati unakuja wakati vifungo kati ya atomi huanza kuvunja. Katika kesi hii, mwili imara huingia ndani hali ya kioevu. Mpito huu unaitwa kuyeyuka. Kwa shinikizo la kudumu, kuyeyuka hutokea kwa joto lililowekwa madhubuti.
Kiasi cha joto kinachohitajika ili kubadilisha ujazo wa kitengo cha dutu kuwa kioevu katika kiwango chake cha kuyeyuka huitwa joto maalum la muunganisho. λ .
Kuyeyusha dutu ya wingi m ni muhimu kutumia kiasi cha joto sawa na:
Q = λ m .
Mchakato wa kuyeyuka miili ya amofasi hutofautiana na kuyeyuka kwa miili ya fuwele. Kadiri halijoto inavyoongezeka, miili ya amofasi hupungua polepole na kuwa mnato hadi inabadilika kuwa kioevu. Miili ya amofasi, tofauti na fuwele, haina kiwango maalum cha kuyeyuka. Joto la miili ya amorphous hubadilika mara kwa mara. Hii hufanyika kwa sababu katika vitu vikali vya amofasi, kama vile vimiminika, molekuli zinaweza kusonga kulingana na kila mmoja. Inapokanzwa, kasi yao huongezeka, na umbali kati yao huongezeka. Kama matokeo, mwili unakuwa laini na laini hadi inageuka kuwa kioevu. Wakati miili ya amorphous inaimarisha, joto lao pia hupungua kwa kuendelea.
Katika aya iliyotangulia, tulijifunza kwamba baadhi ya vitu vikali (kwa mfano, chumvi, quartz, metali na wengine) ni mono- au polycrystals. Hebu tufahamiane sasa miili ya amofasi. Wanachukua nafasi ya kati kati ya fuwele na vimiminiko, hivyo hawawezi kuitwa bila utata.
Hebu tufanye jaribio. Tutahitaji: kipande cha plastiki, mshumaa wa stearin na hita ya umeme. Wacha tuweke plastiki na mshumaa kwa umbali sawa kutoka kwa hita. Hivi karibuni sehemu ya mshumaa itayeyuka, sehemu itabaki katika fomu imara, na plastiki "italegea." Baada ya muda, stearin yote itayeyuka, na plastiki polepole "itafuta", kuwa laini kabisa.
Kama stearin, kuna wengine vitu vya fuwele , ambayo haina laini wakati inapokanzwa, na wakati wa kuyeyuka unaweza daima kuona kioevu na sehemu ya mwili ambayo bado haijayeyuka. Hii, kwa mfano, ni metali zote. Lakini pia wapo vitu vya amofasi, ambayo inapokanzwa polepole hupunguza na kuwa maji zaidi na zaidi, hivyo haiwezekani kuonyesha hali ya joto ambayo mwili hugeuka kuwa kioevu (huyeyuka).
Miili ya amofasi kwa joto lolote ina majimaji. Hebu tuthibitishe hili kwa uzoefu. Hebu tupe kipande cha dutu ya amorphous kwenye funnel ya kioo na kuiacha kwenye chumba cha joto (katika picha - resin ya tar; lami hufanywa kutoka humo). Baada ya wiki chache, zinageuka kuwa resin ilichukua sura ya funeli na hata ikaanza kutiririka kutoka kwake kama "ndege." Hiyo ni mwili wa amofasi hufanya kama kioevu kinene sana na chenye mnato.
Muundo wa miili ya amorphous. Masomo ya darubini ya elektroni na eksirei onyesha kwamba katika miili ya amofasi hakuna utaratibu mkali katika mpangilio wa chembe zao. Tofauti na fuwele, ambapo kuna utaratibu wa masafa marefu katika mpangilio wa chembe, katika muundo wa miili ya amorphous, tu utaratibu wa karibu- mpangilio fulani wa mpangilio wa chembe huhifadhiwa tu karibu na kila chembe ya mtu binafsi(tazama picha). Juu inaonyesha mpangilio wa chembe katika quartz ya fuwele, chini inaonyesha fomu ya amorphous ya quartz. Dutu hizi zinajumuisha chembe sawa - molekuli za oksidi ya silicon SiO 2.
Kama chembe za miili yoyote, chembe za miili ya amofasi hubadilika-badilika mfululizo na nasibu na, mara nyingi zaidi kuliko chembe za fuwele, zinaweza kuruka kutoka mahali hadi mahali. Hii inawezeshwa na ukweli kwamba chembe za miili ya amofasi ziko kwa usawa, katika maeneo mengine huunda kiasi. mapungufu makubwa. Hata hivyo, hii si sawa na "nafasi" katika fuwele (tazama § 7).
Crystallization ya miili ya amorphous. Baada ya muda (wiki, miezi), vitu vya amorphous kwa hiari kubadilisha katika hali ya fuwele. Kwa mfano, pipi za sukari au asali iliyoachwa peke yake kwa miezi kadhaa huwa opaque. Katika kesi hii, asali na pipi inasemekana kuwa "pipi". Kwa kuvunja pipi kama hiyo au kunyonya asali kama hiyo na kijiko, tutaona uundaji wa fuwele za sukari ambazo hapo awali zilikuwepo katika hali ya amorphous.
Ukaushaji wa hiari wa miili ya amofasi unaonyesha hilo Hali ya fuwele ya dutu ni thabiti zaidi kuliko ile ya amofasi. MKT inaeleza hivi. Nguvu za kuvutia na kukataa "majirani" husogeza chembe za mwili wa amofasi katika hali ambapo nishati inayowezekana Ndogo(tazama § 7-d). Katika kesi hii, mpangilio ulioagizwa zaidi wa chembe huonekana, ambayo ina maana kwamba crystallization ya kujitegemea hutokea.