Bir katı aşağıdakilerden biridir dört temel Maddenin sıvı, gaz ve plazma dışındaki halleri. Yapısal sağlamlık ve şekil veya hacimdeki değişikliklere karşı direnç ile karakterize edilir. Sıvıdan farklı olarak katı bir cisim akmaz veya içine konulduğu kabın şeklini almaz. Bir katı, bir gazın yaptığı gibi mevcut hacmin tamamını dolduracak şekilde genleşmez.
İçindeki atomlar katı gövde birbirine yakından bağlı, düğümlerde sıralı bir durumda kristal kafes(bunlar metaller, sıradan buz, şeker, tuz, elmastır) veya düzensiz düzenlenmişlerdir, kristal kafesin yapısında kesin bir tekrarlanabilirliğe sahip değildirler (bunlar pencere camı, reçine, mika veya plastik gibi amorf gövdelerdir).
Kristal cisimler
Kristalin katılar veya kristallerin kendine özgü bir özelliği vardır. dahili özellik- bir maddenin atomlarının, moleküllerinin veya iyonlarının belirli bir konumu işgal ettiği kristal kafes şeklindeki bir yapı.
Kristal kafes, kristallerde bir maddeyi diğerinden ayıran özel düz yüzeylerin varlığına yol açar. X ışınlarına maruz kaldığında her kristal kafes, maddeyi tanımlamak için kullanılabilecek karakteristik bir desen yayar. Kristallerin kenarları, bir maddeyi diğerinden ayıran belirli açılarda kesişir. Kristal bölünürse yeni yüzler orijinaliyle aynı açılarda kesişecektir.
Örneğin galen - galen, pirit - pirit, kuvars - kuvars. Kristal yüzleri galen (PbS) ve piritte (FeS 2) dik açılarda, kuvarsta ise diğer açılarda kesişir.
Kristallerin özellikleri
- sabit hacim;
- doğru geometrik şekil;
- anizotropi - kristalin yönünden mekanik, ışık, elektriksel ve termal özelliklerdeki fark;
- iyi tanımlanmış bir erime noktası, çünkü kristal kafesin düzenliliğine bağlıdır. Moleküller arası kuvvetler sağlam birlikte homojendirler ve her etkileşimi aynı anda kırmak için aynı miktarda termal enerji gerekir.
Amorf cisimler
Örnekler amorf cisimler Kristal kafes hücrelerinin katı bir yapısı ve tekrarlanabilirliği olmayanlar şunlardır: cam, reçine, Teflon, poliüretan, naftalin, polivinil klorür.
İki tane var karakteristik özellikler: izotropi ve belirli bir erime noktasının olmaması.
Amorf cisimlerin izotropisi, bir maddenin her yönde aynı fiziksel özellikleri olarak anlaşılmaktadır.
Amorf bir katıda, kristal kafesin komşu düğümlerine olan mesafe ve komşu düğümlerin sayısı malzeme boyunca değişir. Bu nedenle moleküller arası etkileşimleri kırmak için gereklidir. farklı miktar termal enerji. Buradan, amorf maddeler geniş bir sıcaklık aralığında yavaşça yumuşar ve net bir erime noktasına sahip değildir.
Amorf katıların bir özelliği de düşük sıcaklıklar katıların özelliklerine ve artan sıcaklıkla birlikte sıvıların özelliklerine sahiptirler.
EĞİTİM BAKANLIĞI
FİZİK 8. SINIF
Konuyla ilgili rapor:
“Amorf bedenler. Amorf cisimlerin erimesi.”
8. sınıf öğrencisi:
2009
Amorf cisimler.
Bir deney yapalım. Bir parça hamuru, bir stearin muma ve elektrikli bir şömineye ihtiyacımız olacak. Üzerine hamuru ve bir mum koyalım eşit mesafelerşömineden. Bir süre sonra stearinin bir kısmı eriyecek (sıvı hale gelecek) ve bir kısmı katı bir parça halinde kalacaktır. Aynı zamanda hamuru sadece biraz yumuşayacaktır. Bir süre sonra, tüm stearin eriyecek ve hamuru yavaş yavaş masanın yüzeyi boyunca "paslanacak" ve giderek daha fazla yumuşayacaktır.
Yani eritildiğinde yumuşamayan, fakat katı hal hemen sıvıya dönüşür. Bu tür cisimlerin erimesi sırasında, cismin henüz erimemiş (katı) kısmından sıvıyı ayırmak her zaman mümkündür. Bu bedenler kristal. Ayrıca ısıtıldığında yavaş yavaş yumuşayan ve giderek daha akışkan hale gelen katılar da vardır. Bu tür cisimler için sıvıya dönüştükleri (erime) sıcaklığı belirtmek imkansızdır. Bu bedenlere denir amorf.
Aşağıdaki deneyi yapalım. Cam bir huniye bir parça reçine veya balmumu atın ve sıcak bir odada bırakın. Yaklaşık bir ay sonra balmumunun huni şeklini aldığı ve hatta bir "akarsu" şeklinde oradan akmaya başladığı ortaya çıkacaktır (Şekil 1). Neredeyse sonsuza kadar saklanan kristallerin aksine kendi formu Amorf cisimler düşük sıcaklıklarda bile akışkanlık gösterir. Bu nedenle çok kalın ve viskoz sıvılar olarak kabul edilebilirler.
Amorf cisimlerin yapısı. X ışınlarının yanı sıra elektron mikroskobu kullanılarak yapılan çalışmalar, amorf cisimlerde hiçbir şeyin bulunmadığını göstermektedir. sıkı düzen parçacıklarının düzenlenmesinde. Bir bakın, şekil 2 kristalin kuvarstaki parçacıkların dizilişini gösteriyor, sağdaki ise amorf kuvarstaki parçacıkların dizilişini gösteriyor. Bu maddeler aynı parçacıklardan oluşur - silikon oksit Si02 molekülleri.
Erimiş kuvarsın yavaşça soğutulması durumunda kuvarsın kristal durumu elde edilir. Eriyiğin soğuması hızlıysa, moleküllerin düzenli sıralar halinde "sıraya dizilmesi" için zamanları olmayacak ve sonuç amorf kuvars olacaktır.
Amorf cisimlerin parçacıkları sürekli ve rastgele salınım yapar. Bir yerden bir yere kristal parçacıklardan daha sık atlayabilirler. Bu aynı zamanda amorf cisimlerin parçacıklarının eşit olmayan bir yoğunlukta yerleştirilmesiyle de kolaylaştırılır: aralarında boşluklar vardır.
Amorf cisimlerin kristalleşmesi. Zamanla (birkaç ay, yıl), amorf maddeler kendiliğinden kristal bir duruma dönüşür. Örneğin sıcak bir yerde kendi başına bırakılan şekerlemeler veya taze bal, birkaç ay sonra opak hale gelecektir. Bal ve şekerin “şekerlenmiş” olduğunu söylüyorlar. Şeker kamışını kırdığımızda veya balı kaşıkla aldığımızda aslında oluşan şeker kristallerini göreceğiz.
Amorf cisimlerin kendiliğinden kristalleşmesi, bir maddenin kristal durumunun amorf olandan daha kararlı olduğunu gösterir. Moleküller arası teori bunu bu şekilde açıklıyor. Moleküller arası çekim ve itme kuvvetleri, amorf bir cismin parçacıklarının tercihen boşlukların olduğu yere sıçramasına neden olur. Sonuç olarak, daha önce olduğundan daha düzenli bir parçacık düzeni ortaya çıkar, yani bir polikristal oluşur.
Amorf cisimlerin erimesi.
Sıcaklık arttıkça katı bir maddedeki atomların titreşim hareketinin enerjisi artar ve sonunda atomlar arasındaki bağların kopmaya başladığı bir an gelir. Bu durumda katı sıvı hale geçer. Bu geçişe denir erime. Sabit bir basınçta, kesin olarak tanımlanmış bir sıcaklıkta erime meydana gelir.
Bir maddenin birim kütlesini erime noktasında sıvıya dönüştürmek için gereken ısı miktarına denir. özgül ısı erime λ .
Kütlesi olan bir maddeyi eritmek M aşağıdakilere eşit miktarda ısı harcamak gerekir:
S = λm .
Amorf cisimlerin erime süreci erimeden farklıdır kristal cisimler. Sıcaklık arttıkça amorf cisimler yavaş yavaş yumuşar ve sıvı hale gelinceye kadar viskoz hale gelir. Amorf cisimlerin kristallerin aksine belirli bir erime noktası yoktur. Amorf cisimlerin sıcaklığı sürekli değişir. Bunun nedeni, sıvılarda olduğu gibi amorf katılarda da moleküllerin birbirine göre hareket edebilmesidir. Isıtıldığında hızları artar ve aralarındaki mesafe artar. Sonuç olarak vücut sıvı hale gelinceye kadar giderek daha yumuşak hale gelir. Amorf cisimler katılaştığında sıcaklıkları da sürekli olarak düşer.
Kristal katıların yanı sıra amorf katılar da bulunur. Amorf cisimler, kristallerden farklı olarak atomların dizilişinde kesin bir düzene sahip değildir. Yalnızca en yakın atomlar (komşular) belirli bir sıraya göre düzenlenir. Ancak
Amorf cisimlerde kristallerin özelliği olan aynı yapısal elemanın tüm yönlerde kesin bir tekrarlanabilirliği yoktur.
Çoğunlukla aynı madde hem kristal hem de kristal halinde bulunabilir. amorf durum. Örneğin kuvars kristal veya amorf formda (silika) olabilir. Kuvarsın kristal formu şematik olarak bir kafes olarak temsil edilebilir. düzenli altıgenler(Şekil 77, a). Kuvarsın amorf yapısı da kafes şeklindedir, ancak düzensiz şekil. Altıgenlerin yanı sıra beşgenler ve yedigenler içerir (Şekil 77, b).
Amorf cisimlerin özellikleri. Tüm amorf cisimler izotropiktir: fiziksel özellikler her yönde aynı. Amorf cisimler arasında cam, birçok plastik, reçine, reçine, şekerleme vb. bulunur.
Şu tarihte: dış etkiler Amorf cisimler hem katılar gibi elastik özellikler hem de sıvılar gibi akışkanlık sergilerler. Kısa süreli darbelerde (darbelerde) katı bir cisim gibi davranırlar ve güçlü bir darbe ile parçalara ayrılırlar. Ama çok uzun süreli maruziyet amorf cisimler akar. Örneğin, bir reçine parçası yavaş yavaş katı bir yüzeye yayılır. Sıvı moleküller gibi amorf cisimlerin atomları veya molekülleri belirli zaman“Hareketsiz yaşam” denge konumu etrafında salınımların olduğu zamandır. Fakat sıvıların aksine bu süre çok uzundur. Bu bakımdan amorf cisimler kristal cisimlere yakındır, çünkü atomların bir denge konumundan diğerine sıçraması nadiren meydana gelir.
Düşük sıcaklıklarda amorf cisimler özellikleri bakımından katılara benzer. Neredeyse hiç akışkanlıkları yoktur, ancak sıcaklık arttıkça yavaş yavaş yumuşarlar ve özellikleri giderek sıvıların özelliklerine yakın hale gelir. Bunun nedeni, artan sıcaklıkla birlikte atomların bir konumdan sıçramalarının giderek daha sık hale gelmesidir.
diğerine denge. HAYIR belirli sıcaklık Amorf cisimler, kristalin olanların aksine erimez.
Katı hal fiziği. Katıların tüm özellikleri (kristal ve amorf), atomik-moleküler yapıları ve katıları oluşturan moleküllerin, atomların, iyonların ve elektronların hareket yasaları bilgisine dayanarak açıklanabilir. Katıların özelliklerine ilişkin çalışmalar birleştirilir geniş alan modern fizik- katı hal fiziği. Katı hal fiziğinin gelişimi esas olarak teknolojinin ihtiyaçlarından kaynaklanmaktadır. Dünyadaki fizikçilerin yaklaşık yarısı katı hal fiziği alanında çalışmaktadır. Elbette bu alanda başarı olmadan düşünülemez. derin bilgi fiziğin diğer tüm dalları.
1. Kristal cisimlerin amorf cisimlerden farkı nedir? 2. Anizotropi nedir? 3. Tek kristalli, çok kristalli ve amorf cisimlere örnekler verin. 4. Kenar çıkıklarının vida çıkıklarından farkı nedir?
EĞİTİM BAKANLIĞI
FİZİK 8. SINIF
Konuyla ilgili rapor:
“Amorf bedenler. Amorf cisimlerin erimesi.”
8. sınıf öğrencisi:
2009
Amorf cisimler.
Bir deney yapalım. Bir parça hamuru, bir stearin muma ve elektrikli bir şömineye ihtiyacımız olacak. Hamuru ve mumu şömineden eşit mesafelere yerleştirelim. Bir süre sonra stearinin bir kısmı eriyecek (sıvı hale gelecek) ve bir kısmı katı bir parça halinde kalacaktır. Aynı zamanda hamuru sadece biraz yumuşayacaktır. Bir süre sonra, tüm stearin eriyecek ve hamuru yavaş yavaş masanın yüzeyi boyunca "paslanacak" ve giderek daha fazla yumuşayacaktır.
Yani eridiğinde yumuşamayan, katı halden hemen sıvıya dönüşen cisimler var. Bu tür cisimlerin erimesi sırasında, cismin henüz erimemiş (katı) kısmından sıvıyı ayırmak her zaman mümkündür. Bu bedenler kristal. Ayrıca ısıtıldığında yavaş yavaş yumuşayan ve giderek daha akışkan hale gelen katılar da vardır. Bu tür cisimler için sıvıya dönüştükleri (erime) sıcaklığı belirtmek imkansızdır. Bu bedenlere denir amorf.
Aşağıdaki deneyi yapalım. Cam bir huniye bir parça reçine veya balmumu atın ve sıcak bir odada bırakın. Yaklaşık bir ay sonra balmumunun huni şeklini aldığı ve hatta bir "akarsu" şeklinde oradan akmaya başladığı ortaya çıkacaktır (Şekil 1). Kendi şeklini neredeyse sonsuza kadar koruyan kristallerin aksine, amorf cisimler düşük sıcaklıklarda bile akışkanlık gösterir. Bu nedenle çok kalın ve viskoz sıvılar olarak kabul edilebilirler.
Amorf cisimlerin yapısı. X ışınlarının yanı sıra elektron mikroskobu kullanılarak yapılan çalışmalar, amorf cisimlerde parçacıkların düzenlenmesinde katı bir düzen olmadığını göstermektedir. Bir bakın, şekil 2 kristalin kuvarstaki parçacıkların dizilişini gösteriyor, sağdaki ise amorf kuvarstaki parçacıkların dizilişini gösteriyor. Bu maddeler aynı parçacıklardan oluşur - silikon oksit Si02 molekülleri.
Erimiş kuvarsın yavaşça soğutulması durumunda kuvarsın kristal durumu elde edilir. Eriyiğin soğuması hızlıysa, moleküllerin düzenli sıralar halinde "sıraya dizilmesi" için zamanları olmayacak ve sonuç amorf kuvars olacaktır.
Amorf cisimlerin parçacıkları sürekli ve rastgele salınım yapar. Kristal parçacıklardan daha sık bir yerden bir yere atlayabilirler. Bu aynı zamanda amorf cisimlerin parçacıklarının eşit olmayan bir yoğunlukta yerleştirilmesiyle de kolaylaştırılır: aralarında boşluklar vardır.
Amorf cisimlerin kristalleşmesi. Zamanla (birkaç ay, yıl), amorf maddeler kendiliğinden kristal bir duruma dönüşür. Örneğin sıcak bir yerde kendi başına bırakılan şekerlemeler veya taze bal, birkaç ay sonra opak hale gelecektir. Bal ve şekerin “şekerlenmiş” olduğunu söylüyorlar. Şeker kamışını kırdığımızda ya da kaşıkla balı aldığımızda aslında oluşan şeker kristallerini göreceğiz.
Amorf cisimlerin kendiliğinden kristalleşmesi, bir maddenin kristal durumunun amorf olandan daha kararlı olduğunu gösterir. Moleküller arası teori bunu bu şekilde açıklıyor. Moleküller arası çekim ve itme kuvvetleri, amorf bir cismin parçacıklarının tercihen boşlukların olduğu yere sıçramasına neden olur. Sonuç olarak, daha önce olduğundan daha düzenli bir parçacık düzeni ortaya çıkar, yani bir polikristal oluşur.
Amorf cisimlerin erimesi.
Sıcaklık arttıkça enerji salınım hareketi Bir katıdaki atom sayısı artar ve sonunda atomlar arasındaki bağların kopmaya başladığı bir an gelir. Bu durumda katı cisim içeri girer. sıvı hal. Bu geçişe denir erime. Sabit bir basınçta, kesin olarak tanımlanmış bir sıcaklıkta erime meydana gelir.
Bir maddenin birim kütlesini erime noktasında sıvıya dönüştürmek için gereken ısı miktarına özgül füzyon ısısı denir. λ .
Kütlesi olan bir maddeyi eritmek M aşağıdakilere eşit miktarda ısı harcamak gerekir:
S = λm .
Amorf cisimlerin eritilmesi süreci, kristalin cisimlerin eritilmesinden farklıdır. Sıcaklık arttıkça amorf cisimler yavaş yavaş yumuşar ve sıvı hale gelinceye kadar viskoz hale gelir. Amorf cisimlerin kristallerin aksine belirli bir erime noktası yoktur. Amorf cisimlerin sıcaklığı sürekli değişir. Bunun nedeni, sıvılarda olduğu gibi amorf katılarda da moleküllerin birbirine göre hareket edebilmesidir. Isıtıldığında hızları artar ve aralarındaki mesafe artar. Sonuç olarak vücut sıvı hale gelinceye kadar giderek daha yumuşak hale gelir. Amorf cisimler katılaştığında sıcaklıkları da sürekli olarak düşer.
Önceki paragrafta bazı katıların (örneğin tuz, kuvars, metaller ve diğerleri) tek veya çok kristalli olduğunu öğrendik. Şimdi tanışalım amorf cisimler. Kristaller ve sıvılar arasında bir ara pozisyonda bulunurlar, bu nedenle açıkça katı olarak adlandırılamazlar.
Bir deney yapalım. İhtiyacımız olacak: bir parça hamuru, bir stearin mumu ve bir elektrikli ısıtıcı. Hamuru ve mumu ısıtıcıdan eşit mesafelere yerleştirelim. Yakında mumun bir kısmı eriyecek, bir kısmı formda kalacak sağlam ve hamuru "gevşekleşecek". Bir süre sonra tüm stearin eriyecek ve hamuru yavaş yavaş "çözülecek" ve tamamen yumuşak hale gelecektir.
Stearin gibi başkaları da var kristal maddeler ısıtıldığında yumuşamayan ve erime sırasında her zaman hem sıvıyı hem de vücudun henüz erimemiş kısmını görebilirsiniz.Örneğin bunların tamamı metaldir. Ama aynı zamanda var amorf maddelerısıtıldığında yavaş yavaş yumuşar ve giderek daha akışkan hale gelir, bu nedenle vücudun sıvıya dönüştüğü (eridiği) sıcaklığı belirtmek imkansızdır.
Amorf cisimler herhangi bir sıcaklıkta akışkanlık. Bunu tecrübeyle teyit edelim. Bir parça amorf maddeyi cam bir huniye atalım ve sıcak bir odada bırakalım (resimde - katran reçinesi; asfalt ondan yapılmıştır). Birkaç hafta sonra reçinenin huni şeklini aldığı ve hatta "jet" gibi oradan akmaya başladığı ortaya çıktı. yani amorf bir cisim çok kalın ve viskoz bir sıvı gibi davranır.
Amorf cisimlerin yapısı. Elektron mikroskobu çalışmaları ve röntgen amorf cisimlerde parçacıkların düzenlenmesinde kesin bir düzen olmadığını gösterir. Kristallerin aksine, orada uzun menzilli düzen parçacıkların düzenlenmesinde, amorf cisimlerin yapısında, yalnızca emri kapat– parçacıkların dizilişinin belirli bir düzeni yalnızca her bir parçacığın yakınında korunur(resme bakın). Üst kısım kristal kuvars içindeki parçacıkların dizilişini, alt kısım ise kuvarsın amorf formunu gösterir. Bu maddeler aynı parçacıklardan oluşur - silikon oksit Si02 molekülleri.
Herhangi bir cismin parçacıkları gibi, Amorf cisimlerin parçacıkları sürekli ve rastgele dalgalanır ve kristal parçacıklarından daha sıklıkla bir yerden bir yere sıçrayabilir. Bu, amorf cisimlerin parçacıklarının eşit olmayan bir şekilde yoğun bir şekilde yerleştirilmesi, bazı yerlerde göreceli olarak yaratılmasıyla kolaylaştırılmıştır. büyük boşluklar. Ancak bu, kristallerdeki “boşluklar” ile aynı şey değildir (bkz. § 7.).
Amorf cisimlerin kristalleşmesi. Zamanla (haftalar, aylar), amorf maddeler kendiliğinden kristal bir duruma dönüşür. Örneğin, birkaç ay boyunca kendi başına bırakılan şekerlemeler veya bal, opak hale gelir. Bu durumda bal ve şekere “şekerlenmiş” denir. Böyle bir şekeri kırarak veya böyle bir balı kaşıkla toplayarak, daha önce amorf halde bulunan şeker kristallerinin oluşumunu göreceğiz.
Amorf cisimlerin kendiliğinden kristalleşmesi şunu gösterir: Bir maddenin kristal hali, amorf halinden daha kararlıdır. MKT bunu şöyle açıklıyor. "Komşuların" çekim ve itme kuvvetleri amorf bir cismin parçacıklarını hareket ettirir olduğu durumlara potansiyel enerji asgari(bkz. § 7-d). Bu durumda, parçacıkların daha düzenli bir düzeni ortaya çıkar, bu da bağımsız kristalleşmenin meydana geldiği anlamına gelir.