Trang chủ Chúng ta phải nhớ rằng không phải tất cả các vật thể tồn tại trên hành tinh Trái đất đều có cấu trúc tinh thể . Các trường hợp ngoại lệ đối với quy tắc này được gọi là “cơ thể vô định hình”. Chúng khác nhau như thế nào? Dựa vào bản dịch thuật ngữ này - vô định hình - có thể cho rằng các chất đó khác với các chất khác về hình dạng hoặc hình dáng bên ngoài của chúng. Chúng ta đang nói về sự vắng mặt của cái gọi là mạng tinh thể . Quá trình phân tách tạo ra các cạnh không xảy ra. Các cơ thể vô định hình còn được phân biệt ở chỗ chúng không phụ thuộc vào môi trường
, và tính chất của chúng là hằng số. Những chất như vậy được gọi là đẳng hướng.
Mô tả ngắn gọn về vật thể vô định hình Từ khóa học Các nhà vật lý có thể nhớ rằng các chất vô định hình có cấu trúc trong đó các nguyên tử trong chúng được sắp xếp theo một trật tự hỗn loạn.Địa điểm cụ thể
chỉ có thể có các cấu trúc lân cận nơi buộc phải có sự sắp xếp như vậy. Tuy nhiên, tương tự với tinh thể, các vật thể vô định hình không có trật tự chặt chẽ về phân tử và nguyên tử (trong vật lý, tính chất này được gọi là “trật tự tầm xa”). Kết quả nghiên cứu cho thấy những chất này có cấu trúc tương tự như chất lỏng. Một số vật thể (ví dụ, chúng ta có thể lấy silicon dioxide, có công thức là SiO 2) có thể đồng thời ở trạng thái vô định hình và có cấu trúc tinh thể
. Thạch anh ở phiên bản đầu tiên có cấu trúc mạng không đều, ở phiên bản thứ hai - hình lục giác đều.
Bất động sản số 1 Như đã đề cập ở trên, vật thể vô định hình không có mạng tinh thể. Các nguyên tử và phân tử của chúng có trật tự sắp xếp ngắn, đây sẽ là vị trí đầu tiên tính năng đặc biệt
của các chất này.
Bất động sản số 2 Những cơ thể này bị thiếu tính lưu động. Để giải thích rõ hơn tính chất thứ hai của các chất, chúng ta có thể làm điều này bằng ví dụ về sáp. Không có gì bí mật rằng nếu bạn đổ nước vào phễu, nó sẽ tràn ra khỏi phễu. Điều tương tự cũng sẽ xảy ra với bất kỳ chất lỏng nào khác. Một thuộc tính cơ thể vô định hình
Họ không được phép làm những “thủ đoạn” như vậy. Nếu sáp được đặt trong một cái phễu, đầu tiên nó sẽ lan ra trên bề mặt và chỉ sau đó mới bắt đầu chảy ra khỏi nó. Điều này là do thực tế là các phân tử trong một chất nhảy từ vị trí cân bằng này sang vị trí cân bằng hoàn toàn khác mà không có vị trí chính.
Đã đến lúc nói về quá trình tan chảy. Cần nhớ rằng các chất vô định hình không có nhiệt độ cụ thể để bắt đầu nóng chảy. Khi nhiệt độ tăng lên, cơ thể dần trở nên mềm hơn rồi chuyển sang dạng lỏng. Các nhà vật lý luôn không tập trung vào nhiệt độ mà tại đó quá trình này bắt đầu xảy ra, nhưng ở khoảng nhiệt độ nóng chảy tương ứng.
Bất động sản số 4
Nó đã được đề cập ở trên. Cơ thể vô định hình là đẳng hướng. Nghĩa là, tài sản của họ theo bất kỳ hướng nào đều không thay đổi, ngay cả khi điều kiện lưu trú ở những nơi khác nhau.
Bất động sản số 5
Ít nhất một lần, mỗi người đều quan sát thấy rằng trong một khoảng thời gian nhất định, kính bắt đầu trở nên đục. Đặc tính này của vật thể vô định hình có liên quan đến sự gia tăng năng lượng bên trong (nó lớn hơn nhiều lần so với năng lượng của tinh thể). Bởi vì điều này, các chất này có thể dễ dàng chuyển sang trạng thái kết tinh.
Chuyển sang trạng thái kết tinh
Sau một thời gian nhất định, bất kỳ cơ thể vô định hình nào cũng chuyển sang trạng thái kết tinh. Điều này có thể được quan sát thấy ở cuộc sống bình thường người. Ví dụ: nếu bạn để kẹo hoặc mật ong trong vài tháng, bạn có thể nhận thấy rằng cả hai đều mất đi độ trong suốt. Người bình thường sẽ nói rằng chúng chỉ đơn giản là được bọc đường. Thật vậy, nếu đập vỡ cơ thể, bạn sẽ nhận thấy sự hiện diện của tinh thể đường.
Vì vậy, nói về điều này, cần làm rõ rằng sự chuyển đổi tự phát sang trạng thái khác là do chất vô định hình không ổn định. So sánh chúng với tinh thể, bạn có thể hiểu rằng tinh thể sau “mạnh hơn” gấp nhiều lần. Thực tế này có thể được giải thích bằng lý thuyết liên phân tử. Theo đó, các phân tử liên tục nhảy từ nơi này sang nơi khác, từ đó lấp đầy khoảng trống. Theo thời gian, một mạng tinh thể ổn định được hình thành.
Sự tan chảy của các cơ thể vô định hình
Quá trình tan chảy của các vật thể vô định hình là thời điểm khi nhiệt độ tăng lên, mọi liên kết giữa các nguyên tử bị phá hủy. Đây là khi chất chuyển thành chất lỏng. Nếu điều kiện nóng chảy sao cho áp suất là như nhau trong toàn bộ thời gian thì nhiệt độ cũng phải được cố định.
Tinh thể lỏng
Trong tự nhiên, có những vật thể có cấu trúc tinh thể lỏng. Theo quy định, chúng được bao gồm trong danh sách các chất hữu cơ và các phân tử của chúng có hình dạng giống như sợi chỉ. Các cơ quan về cái gì chúng ta đang nói về, có các tính chất của chất lỏng và tinh thể, đó là tính lưu động và tính dị hướng.
Trong các chất như vậy, các phân tử nằm song song với nhau, tuy nhiên giữa chúng không có khoảng cách cố định. Họ di chuyển liên tục nhưng không muốn thay đổi hướng nên luôn ở một vị trí.
Kim loại vô định hình
Kim loại vô định hình được biết đến nhiều hơn đến một người bình thường gọi là kính kim loại.
Trở lại năm 1940, các nhà khoa học bắt đầu nói về sự tồn tại của những vật thể này. Thậm chí sau đó người ta còn biết rằng các kim loại được tạo ra đặc biệt bằng phương pháp lắng đọng chân không không có mạng tinh thể. Và chỉ 20 năm sau, chiếc kính đầu tiên thuộc loại này mới được sản xuất. Đặc biệt chú ý nó không gây ra các nhà khoa học; và chỉ sau 10 năm nữa, các chuyên gia Mỹ, Nhật Bản, rồi Hàn Quốc và châu Âu mới bắt đầu nói về ông.
Kim loại vô định hình được đặc trưng bởi độ nhớt, khá cấp độ cao sức mạnh và khả năng chống ăn mòn.
Thuật ngữ “vô định hình” được dịch từ tiếng Hy Lạp theo nghĩa đen là “không phải một hình thức”, “không phải một hình thức”. Những chất như vậy không có cấu trúc tinh thể; chúng không trải qua quá trình phân tách để tạo thành các mặt tinh thể. Theo quy luật, một vật vô định hình là vật đẳng hướng, nghĩa là nó tính chất vật lý không phụ thuộc vào hướng tác động bên ngoài.
Trong một khoảng thời gian nhất định (tháng, tuần, ngày), các cơ thể vô định hình riêng lẻ có thể tự động chuyển sang trạng thái kết tinh. Ví dụ, bạn có thể quan sát thấy mật ong hoặc kẹo đường mất đi độ trong suốt như thế nào sau một thời gian. Trong những trường hợp như vậy, họ thường nói rằng sản phẩm là “kẹo”. Đồng thời, dùng thìa múc kẹo hoặc bẻ kẹo, bạn thực sự có thể quan sát thấy các tinh thể đường đã hình thành, trước đây tồn tại ở dạng vô định hình.
Sự kết tinh tự phát của các chất như vậy cho thấy mức độ khác nhau sự ổn định của các quốc gia. Vì vậy, một cơ thể vô định hình kém ổn định hơn.
Chất rắn được chia thành vô định hình và kết tinh tùy thuộc vào cấu trúc phân tử và tính chất vật lý.
Không giống như tinh thể, phân tử và nguyên tử là vô định hình chất rắn không tạo thành mạng tinh thể và khoảng cách giữa chúng dao động trong một phạm vi khoảng cách nhất định. Nói cách khác, trong tinh thể, các nguyên tử hoặc phân tử được sắp xếp lẫn nhau sao cho cấu trúc hình thành có thể được lặp lại trong toàn bộ thể tích của vật thể, được gọi là trật tự tầm xa. Trong trường hợp các vật thể vô định hình, cấu trúc của các phân tử chỉ được bảo toàn tương đối với từng phân tử đó, một mô hình được quan sát thấy trong sự phân bố chỉ của các phân tử lân cận - trật tự tầm ngắn. Một ví dụ tốt trình bày dưới đây.
Các vật thể vô định hình bao gồm thủy tinh và các chất khác ở trạng thái thủy tinh, nhựa thông, nhựa thông, hổ phách, sáp bịt kín, bitum, sáp và chất hữu cơ: cao su, da, cellulose, polyethylene, v.v.
Tính chất của cơ thể vô định hình
Các đặc điểm cấu trúc của chất rắn vô định hình mang lại cho chúng những tính chất riêng:
- Tính trôi chảy được thể hiện yếu là một trong những tính chất đã biết những cơ thể như vậy. Một ví dụ là giọt thủy tinh, trong một thời gian dàiđứng bên khung cửa sổ.
- Chất rắn vô định hình không có điểm nóng chảy cụ thể, vì quá trình chuyển sang trạng thái lỏng trong quá trình đun nóng xảy ra dần dần, thông qua quá trình làm mềm cơ thể. Vì lý do này, cái gọi là phạm vi nhiệt độ làm mềm được áp dụng cho các vật thể như vậy.
- Do cấu trúc của chúng, các vật thể như vậy có tính đẳng hướng, nghĩa là tính chất vật lý của chúng không phụ thuộc vào việc lựa chọn hướng.
- Chất ở trạng thái vô định hình có giá trị lớn hơn năng lượng bên trong, hơn ở dạng tinh thể. Vì lý do này, các vật thể vô định hình có thể chuyển đổi độc lập sang trạng thái kết tinh. Hiện tượng này có thể được quan sát do thủy tinh trở nên đục theo thời gian.
Trạng thái thủy tinh
Trong tự nhiên, có những chất lỏng thực tế không thể chuyển sang trạng thái tinh thể khi làm mát, vì tính phức tạp của các phân tử của những chất này không cho phép chúng tạo thành mạng tinh thể thông thường. Những chất lỏng như vậy bao gồm các phân tử của một số polyme hữu cơ.
Tuy nhiên, với sự giúp đỡ của sâu và làm mát nhanh, hầu hết mọi chất đều có thể chuyển sang trạng thái thủy tinh. Đây là những gì nó là trạng thái vô định hình, không có mạng tinh thể trong suốt, nhưng có thể kết tinh một phần ở quy mô các cụm nhỏ. Trạng thái vật chất này là siêu bền, nghĩa là nó tồn tại trong những điều kiện nhiệt động cần thiết nhất định.
Sử dụng công nghệ làm lạnh ở tốc độ nhất định, chất đó sẽ không có thời gian kết tinh và chuyển thành thủy tinh. Nghĩa là, tốc độ làm nguội của vật liệu càng cao thì khả năng kết tinh càng ít. Ví dụ, để sản xuất kính kim loại, tốc độ làm nguội sẽ là 100.000 - 1.000.000 Kelvin mỗi giây.
Trong tự nhiên, chất này tồn tại ở trạng thái thủy tinh và phát sinh từ magma núi lửa lỏng, tương tác với nước lạnh hoặc không khí, nguội đi nhanh chóng. TRONG trong trường hợp này chất này được gọi là thủy tinh núi lửa. Bạn cũng có thể quan sát thủy tinh được hình thành do sự tan chảy của một thiên thạch rơi xuống tương tác với khí quyển - thủy tinh thiên thạch hoặc Moldavite.
« Vật lý - lớp 10"
Ngoài chất rắn có cấu trúc tinh thể, có đặc điểm là có trật tự chặt chẽ trong việc sắp xếp các nguyên tử, còn có chất rắn vô định hình.
Cơ thể vô định hình không có trật tự nghiêm ngặt trong sự sắp xếp của các nguyên tử. Chỉ các nguyên tử lân cận gần nhất được sắp xếp theo một thứ tự nào đó. Nhưng không có sự lặp lại chặt chẽ theo mọi hướng của cùng một thành phần cấu trúc, đặc trưng của tinh thể, trong các vật thể vô định hình. Về sự sắp xếp của các nguyên tử và hành vi của chúng, các vật thể vô định hình tương tự như chất lỏng. Thông thường, cùng một chất có thể được tìm thấy ở cả trạng thái tinh thể và vô định hình.
Nghiên cứu lý thuyết dẫn đến việc sản xuất các chất rắn có tính chất hoàn toàn khác thường. Sẽ không thể có được những cơ thể như vậy bằng cách thử và sai. Việc tạo ra các bóng bán dẫn, sẽ được thảo luận sau, - tấm gương sáng sự hiểu biết về cấu trúc của chất rắn đã dẫn đến một cuộc cách mạng trong mọi công nghệ vô tuyến như thế nào.
Thu được vật liệu có các đặc tính cơ, từ, điện và các đặc tính khác là một trong những hướng chính vật lý hiện đại cơ thể rắn chắc.
Không phải tất cả các chất rắn đều là tinh thể. Có rất nhiều cơ thể vô định hình.
Các vật thể vô định hình không có trật tự chặt chẽ trong việc sắp xếp các nguyên tử. Chỉ các nguyên tử lân cận gần nhất được sắp xếp theo một thứ tự nào đó. Nhưng không có tính định hướng chặt chẽ theo mọi hướng của cùng một thành phần cấu trúc, đặc trưng của tinh thể trong vật thể vô định hình.
Thông thường, cùng một chất có thể được tìm thấy ở cả trạng thái tinh thể và vô định hình. Ví dụ, thạch anh SiO2 có thể ở dạng tinh thể hoặc dạng vô định hình (silica). Dạng tinh thể của thạch anh có thể được biểu diễn dưới dạng mạng tinh thể hình lục giác đều. Cấu trúc vô định hình của thạch anh cũng có dạng mạng tinh thể, nhưng hình dạng bất thường. Cùng với hình lục giác, nó còn chứa các hình ngũ giác và hình bảy cạnh.
Năm 1959 nhà vật lý người Anh D. Bernal tiến hành thí nghiệm thú vị: Anh lấy nhiều quả bóng nhựa nhỏ có cùng kích thước, lăn chúng trong bột phấn và ép chúng thành một quả bóng lớn. Kết quả là các quả bóng bị biến dạng thành khối đa diện. Hóa ra trong trường hợp này chủ yếu là các mặt ngũ giác được hình thành và khối đa diện có trung bình 13,3 mặt. Vì vậy có một số thứ tự trong chất vô định hìnhồ chắc chắn là có.
Các vật thể vô định hình bao gồm thủy tinh, nhựa, nhựa thông, kẹo đường, v.v. Không giống như các chất kết tinh, các chất vô định hình có tính đẳng hướng, nghĩa là các tính chất cơ, quang, điện và các tính chất khác của chúng không phụ thuộc vào hướng. Các vật thể vô định hình không có điểm nóng chảy cố định: sự nóng chảy xảy ra ở một khoảng nhiệt độ nhất định. Sự chuyển chất vô định hình từ trạng thái rắn thành chất lỏng không kèm theo sự thay đổi đột ngột về tính chất. Mô hình vật lý trạng thái vô định hình vẫn chưa được tạo ra.
Chất rắn vô định hình chiếm vị trí trung gian giữa chất rắn kết tinh và chất lỏng. Các nguyên tử hoặc phân tử của chúng được sắp xếp theo thứ tự tương đối. Hiểu cấu trúc của chất rắn (tinh thể và vô định hình) cho phép bạn tạo ra các vật liệu có đặc tính mong muốn.
Tại ảnh hưởng bên ngoài các vật thể vô định hình thể hiện cả tính chất đàn hồi như chất rắn và tính lưu động như chất lỏng. Như vậy, dưới những tác động (tác động) ngắn hạn, chúng hành xử như những vật thể rắn và dưới tác động mạnh sẽ vỡ ra thành từng mảnh. Nhưng vào lúc rất tiếp xúc lâu dài cơ thể vô định hình chảy. Chúng ta hãy đi theo một miếng nhựa nằm trên một bề mặt nhẵn. Dần dần nhựa lan ra khắp nó, và nhiệt độ của nhựa càng cao thì điều này xảy ra càng nhanh.
Cơ thể vô định hình ở nhiệt độ thấp tính chất của chúng giống như chất rắn. Chúng hầu như không có tính lưu động, nhưng khi nhiệt độ tăng lên, chúng mềm dần và tính chất của chúng ngày càng gần với tính chất của chất lỏng. Điều này xảy ra vì khi nhiệt độ tăng lên, sự nhảy vọt của các nguyên tử từ vị trí này sang vị trí khác dần dần trở nên thường xuyên hơn. Nhiệt độ nhất định Cơ thể vô định hình, không giống như cơ thể kết tinh, không có cơ thể.
Khi làm mát chất lỏng sự kết tinh không phải lúc nào cũng xảy ra. trong những điều kiện nhất định, trạng thái vô định hình rắn (thủy tinh) không cân bằng có thể hình thành. Ở trạng thái thủy tinh, chúng có thể chất đơn giản(cacbon, phốt pho, asen, lưu huỳnh, selen), oxit (ví dụ: boron, silicon, phốt pho), halogenua, chalcogenide, nhiều polyme hữu cơ ở trạng thái này, ví dụ, chất này có thể ổn định trong một thời gian dài. , tuổi của một số kính núi lửa được tính bằng hàng triệu năm. Thể chất và tính chất hóa học các chất ở trạng thái vô định hình thủy tinh có thể khác biệt đáng kể so với tính chất của chất kết tinh. Ví dụ, germani dioxide thủy tinh có hoạt tính hóa học mạnh hơn tinh thể. Sự khác biệt về tính chất của trạng thái vô định hình lỏng và rắn được xác định bởi tính chất chuyển động nhiệt hạt: ở trạng thái vô định hình, các hạt chỉ có khả năng dao động và chuyển động quay, nhưng không thể di chuyển trong vật chất.
Dưới tác động của tải trọng cơ học hoặc thay đổi nhiệt độ, các vật thể vô định hình có thể kết tinh. khả năng phản ứng các chất ở trạng thái vô định hình cao hơn đáng kể so với ở trạng thái kết tinh. Biển hiệu chính trạng thái vô định hình (từ tiếng Hy Lạp "vô định hình" - vô dạng) của vật chất - sự vắng mặt của mạng nguyên tử hoặc phân tử, nghĩa là tính tuần hoàn ba chiều của đặc điểm cấu trúc của trạng thái tinh thể.
Có những chất chỉ có thể tồn tại ở dạng rắn ở trạng thái vô định hình. Điều này đề cập đến các polyme có trình tự đơn vị không đều.