Tính chất của cơ thể ở trạng thái vô định hình. “Thân thể vô định hình

Cùng với chất rắn kết tinh, chất rắn vô định hình cũng được tìm thấy. bạn cơ thể vô định hình Không giống như tinh thể, không có trật tự chặt chẽ nào trong việc sắp xếp các nguyên tử. Chỉ những nguyên tử gần nhất - những nguyên tử lân cận - mới được sắp xếp theo một thứ tự nào đó. Nhưng

Không có sự lặp lại nghiêm ngặt theo mọi hướng của cùng một thành phần cấu trúc, đặc trưng của tinh thể, trong các 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 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(Hình 77, a). Cấu trúc vô định hình của thạch anh cũng có dạng mạng tinh thể, nhưng hình dạng bất thường. Cùng với các hình lục giác, nó còn chứa các hình ngũ giác và hình bảy cạnh (Hình 77, b).

Tính chất của cơ thể vô định hình. Tất cả các vật thể vô định hình đều có tính đẳng hướng: chúng tính chất vật lý giống nhau ở mọi hướng. Các vật thể vô định hình bao gồm thủy tinh, nhiều loại nhựa, nhựa thông, nhựa thông, kẹo đường, v.v..

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. Dưới những tác động (tác động) ngắn hạn, chúng hoạt động như một khối rắn và khi va chạm mạnh sẽ vỡ ra thành từng mảnh. Nhưng vào lúc rất tiếp xúc lâu dài cơ thể vô định hình chảy. Ví dụ, một miếng nhựa dần dần trải ra trên một bề mặt rắn. Các nguyên tử hoặc phân tử của các chất vô định hình, giống như các phân tử chất lỏng, có thời gian nhất định“Cuộc sống tĩnh tại” là thời gian dao động xung quanh vị trí cân bằng. Nhưng không giống như chất lỏng, thời gian này rất dài. Về mặt này, các vật thể vô định hình gần giống với các vật thể kết tinh, vì sự nhảy vọt của các nguyên tử từ vị trí cân bằng này sang vị trí cân bằng khác hiếm khi xảy ra.

Tại nhiệt độ thấp vật thể vô định hình giống chất rắn về tính chất. 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 một vị trí dần dần trở nên thường xuyên hơn.

cân bằng với cái khác. KHÔNG nhiệt độ nhất định Các cơ thể vô định hình, không giống như các cơ thể kết tinh, không tan chảy.

Vật lý chất rắn. Tất cả các tính chất của chất rắn (tinh thể và vô định hình) có thể được giải thích dựa trên kiến thức về cấu trúc phân tử nguyên tử của chúng và các định luật chuyển động của phân tử, nguyên tử, ion và electron tạo nên chất rắn. Các nghiên cứu về tính chất của chất rắn được kết hợp thành diện tích lớn vật lý hiện đại- Vật lý chất rắn. Sự phát triển của vật lý chất rắn được kích thích chủ yếu bởi nhu cầu của công nghệ. Khoảng một nửa số nhà vật lý trên thế giới làm việc trong lĩnh vực vật lý chất rắn. Tất nhiên, những thành tựu trong lĩnh vực này là không thể tưởng tượng được nếu không có kiến thức sâu sắc tất cả các ngành vật lý khác.

1. Thể tinh thể khác với thể vô định hình như thế nào? 2. Bất đẳng hướng là gì? 3. Cho ví dụ về vật thể đơn tinh thể, đa tinh thể và vô định hình. 4. Trật khớp mép khác với trật khớp vít như thế nào?

Không giống như chất rắn kết tinh, không có trật tự chặt chẽ trong việc sắp xếp các hạt trong chất rắn vô định hình.

Mặc dù chất rắn vô định hình có khả năng duy trì hình dạng của chúng, mạng tinh thể họ không có. Một mô hình nhất định chỉ được quan sát thấy đối với các phân tử và nguyên tử nằm ở vùng lân cận. Lệnh này được gọi là đóng lệnh . Nó không được lặp lại theo mọi hướng và không được lưu trữ trong khoảng cách xa giống thể tinh thể.

Ví dụ về các vật thể vô định hình là thủy tinh, hổ phách, nhựa nhân tạo, sáp, parafin, chất dẻo, v.v.

Đặc điểm của cơ thể vô định hình

Các nguyên tử trong vật thể vô định hình dao động xung quanh các điểm nằm ngẫu nhiên. Do đó, cấu trúc của các vật thể này giống với cấu trúc của chất lỏng. Nhưng các hạt trong chúng ít di động hơn. Thời gian chúng dao động xung quanh vị trí cân bằng dài hơn trong chất lỏng. Việc nhảy của các nguyên tử sang vị trí khác cũng xảy ra ít thường xuyên hơn.

Chất rắn kết tinh hoạt động như thế nào khi đun nóng? Chúng bắt đầu tan chảy ở một mức nhất định điểm nóng chảy. Và trong một thời gian, chúng đồng thời ở trạng thái rắn và lỏng cho đến khi toàn bộ chất tan chảy.

Chất rắn vô định hình không có điểm nóng chảy cụ thể . Khi đun nóng, chúng không tan chảy mà mềm dần.

Đặt một miếng nhựa gần thiết bị sưởi ấm. Sau một thời gian nó sẽ trở nên mềm mại. Điều này không xảy ra ngay lập tức mà diễn ra trong một khoảng thời gian nhất định.

Vì tính chất của vật vô định hình tương tự như tính chất của chất lỏng nên chúng được coi là chất lỏng siêu lạnh có độ nhớt rất cao (chất lỏng đông lạnh). Tại điều kiện bình thường chúng không thể chảy được. Nhưng khi đun nóng, sự nhảy vọt của các nguyên tử trong chúng xảy ra thường xuyên hơn, độ nhớt giảm và các vật thể vô định hình dần mềm đi. Nhiệt độ càng cao, độ nhớt càng thấp và dần dần cơ thể vô định hình trở thành chất lỏng.

Thủy tinh thông thường là một cơ thể vô định hình rắn. Nó thu được bằng cách nấu chảy oxit silic, soda và vôi. Bằng cách đun nóng hỗn hợp đến 1400 o C, thu được khối thủy tinh lỏng. Khi làm mát thủy tinh lỏng không đông cứng như các vật thể tinh thể mà vẫn ở dạng lỏng, độ nhớt của chất này tăng lên và tính lưu động giảm đi. Trong điều kiện bình thường, nó xuất hiện với chúng ta như một vật thể rắn. Nhưng trên thực tế, nó là một chất lỏng có độ nhớt và tính lưu động rất lớn, thấp đến mức hầu như không thể phân biệt được bằng các dụng cụ siêu nhạy nhất.

Trạng thái vô định hình của một chất là không ổn định. Theo thời gian, nó dần chuyển từ trạng thái vô định hình sang trạng thái kết tinh. Quá trình này ở chất khác nhau vượt qua với ở tốc độ khác nhau. Chúng tôi thấy những cây kẹo được bao phủ bởi tinh thể đường. Việc này không mất nhiều thời gian.

Và để các tinh thể hình thành trong thủy tinh thông thường, phải mất rất nhiều thời gian. Trong quá trình kết tinh, thủy tinh mất đi độ bền, độ trong suốt, trở nên đục và giòn.

Tính đẳng hướng của vật thể vô định hình

Trong chất rắn kết tinh, tính chất vật lý thay đổi theo các hướng khác nhau. Nhưng ở những cơ thể vô định hình, chúng giống nhau về mọi hướng. Hiện tượng này được gọi là đẳng hướng .

Một vật vô định hình dẫn điện và nhiệt như nhau theo mọi hướng và khúc xạ ánh sáng như nhau. Âm thanh cũng truyền đi như nhau trong các vật thể vô định hình theo mọi hướng.

Tính chất của chất vô định hình được sử dụng trong công nghệ hiện đại. Sở thích đặc biệt tạo ra hợp kim kim loại không có cấu trúc tinh thể và thuộc chất rắn vô định hình. Họ được gọi kính kim loại . Các tính chất vật lý, cơ, điện và các tính chất khác của chúng tốt hơn so với các kim loại thông thường.

Vì vậy, trong y học, họ sử dụng hợp kim vô định hình có độ bền vượt trội hơn titan. Chúng được sử dụng để làm ốc vít hoặc tấm nối các xương gãy. Không giống như ốc vít titan, vật liệu này dần dần phân hủy và được thay thế theo thời gian bằng vật liệu xương.

Hợp kim có độ bền cao được sử dụng trong sản xuất dụng cụ cắt kim loại, phụ kiện, lò xo và các bộ phận cơ khí.

Một hợp kim vô định hình có tính thấm từ cao đã được phát triển ở Nhật Bản. Bằng cách sử dụng nó trong lõi máy biến áp thay vì các tấm thép máy biến áp có kết cấu, tổn thất dòng điện xoáy có thể giảm 20 lần.

Kim loại vô định hình có thuộc tính độc đáo. Chúng được gọi là vật liệu của tương lai.

« Vật lý - lớp 10"

Ngoài các chất rắn có cấu trúc tinh thể, được đặc trưng theo thứ tự nghiêm ngặt trong sự sắp xếp của các nguyên tử tồn tại chất rắn 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 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 tính chất cơ, từ, điện và các tính chất khác xác định là một trong những hướng chính của vật lý chất rắn hiện đại.

BỘ GIÁO DỤC

VẬT LÝ LỚP 8

Báo cáo chủ đề:

“Những cơ thể vô định hình. Sự tan chảy của những cơ thể vô định hình.”

học sinh lớp 8:

2009

Cơ thể vô định hình.

Hãy làm một thí nghiệm. Chúng ta sẽ cần một miếng nhựa dẻo, một cây nến stearine và một chiếc lò sưởi điện. Hãy đặt chất dẻo và một ngọn nến lên khoảng cách bằng nhau từ lò sưởi. Sau một thời gian, một phần stearin sẽ tan chảy (trở thành chất lỏng) và một phần sẽ ở dạng rắn. Trong thời gian đó, nhựa sẽ chỉ mềm đi một chút. Sau một thời gian, toàn bộ stearin sẽ tan chảy, và chất dẻo sẽ dần dần “ăn mòn” dọc theo bề mặt bàn, ngày càng mềm ra.

Vì vậy, có những vật không mềm ra khi tan chảy mà từ trạng thái rắn lập tức biến thành chất lỏng. Trong quá trình tan chảy của các vật thể như vậy, luôn có thể tách chất lỏng ra khỏi phần chưa tan chảy (rắn) của vật thể. Những cơ thể này là tinh thể. Ngoài ra còn có chất rắn khi đun nóng sẽ mềm dần và ngày càng trở nên lỏng hơn. Đối với những vật thể như vậy, không thể chỉ ra nhiệt độ mà chúng biến thành chất lỏng (tan chảy). Những cơ thể này được gọi là vô định hình.

Hãy làm thí nghiệm sau. Ném một miếng nhựa hoặc sáp vào phễu thủy tinh và để nó trong phòng ấm. Sau khoảng một tháng, sáp sẽ có hình phễu và thậm chí bắt đầu chảy ra khỏi nó dưới dạng “dòng” (Hình 1). Ngược lại với tinh thể, thứ có thể tồn tại gần như mãi mãi hình thức riêng, các vật thể vô định hình thể hiện tính lưu loát ngay cả ở nhiệt độ thấp. Vì vậy, chúng có thể được coi là chất lỏng rất dày và nhớt.

Cấu trúc của vật thể vô định hình. Nghiên cứu sử dụng kính hiển vi điện tử cũng như sử dụng tia X chỉ ra rằng trong các vật thể vô định hình không có trật tự chặt chẽ trong việc sắp xếp các hạt của chúng. Hãy nhìn xem, hình 2 cho thấy sự sắp xếp của các hạt trong thạch anh tinh thể, và hình bên phải cho thấy sự sắp xếp của các hạt trong thạch anh vô định hình. Những chất này bao gồm các hạt giống nhau - phân tử silicon oxit SiO 2.

Trạng thái tinh thể của thạch anh thu được nếu thạch anh nóng chảy được làm nguội chậm. Nếu quá trình tan chảy nguội đi nhanh chóng thì các phân tử sẽ không có thời gian để “xếp hàng” thành hàng có trật tự và kết quả sẽ là thạch anh vô định hình.

Các hạt của vật thể vô định hình dao động liên tục và ngẫu nhiên. Chúng có thể nhảy từ nơi này sang nơi khác thường xuyên hơn các hạt tinh thể. Điều này cũng được tạo điều kiện thuận lợi bởi thực tế là các hạt của vật thể vô định hình có mật độ không đồng đều: giữa chúng có những khoảng trống.

Sự kết tinh của các cơ thể vô định hình. Theo thời gian (vài tháng, nhiều năm) chất vô định hình tự nhiên chuyển sang trạng thái kết tinh. Ví dụ, kẹo đường hoặc mật ong tươi để ở nơi ấm áp sẽ trở nên đục sau vài tháng. Họ nói rằng mật ong và kẹo là “kẹo”. Bằng cách bẻ một cây kẹo hoặc dùng thìa múc mật ong, chúng ta sẽ thấy các tinh thể đường đã hình thành.

Sự kết tinh tự phát của các thể vô định hình cho thấy trạng thái kết tinh của một chất ổn định hơn trạng thái vô định hình. Lý thuyết liên phân tử giải thích nó theo cách này. Lực hút và lực đẩy giữa các phân tử làm cho các hạt của vật thể vô định hình nhảy tốt hơn đến nơi có khoảng trống. Kết quả là sự sắp xếp các hạt có trật tự hơn trước, tức là hình thành một đa tinh thể.

Sự tan chảy của các cơ thể vô định hình.

Khi nhiệt độ tăng, năng lượng dao động của các nguyên tử trong cơ thể rắn chắc tăng lên và cuối cùng đến một thời điểm khi liên kết giữa các nguyên tử bắt đầu bị phá vỡ. Trong trường hợp này, chất rắn chuyển sang trạng thái lỏng. Quá trình chuyển đổi này được gọi là tan chảy.Ở áp suất cố định, sự nóng chảy xảy ra ở nhiệt độ được xác định nghiêm ngặt.

Lượng nhiệt cần thiết để chuyển một đơn vị khối lượng của một chất thành chất lỏng tại điểm nóng chảy của nó được gọi là nhiệt dung riêng tan chảy λ .

Làm tan chảy một chất có khối lượng tôi cần tiêu hao một lượng nhiệt bằng:

Q = λm .

Quá trình tan chảy các vật thể vô định hình khác với sự tan chảy của các vật thể tinh thể. Khi nhiệt độ tăng lên, các vật thể vô định hình dần mềm đi và trở nên nhớt cho đến khi chuyển sang dạng lỏng. Các vật thể vô định hình, không giống như tinh thể, không có điểm nóng chảy cụ thể. Nhiệt độ của vật vô định hình thay đổi liên tục. Điều này xảy ra vì ở dạng vô định hình chất rắn, giống như chất lỏng, các phân tử có thể chuyển động tương đối với nhau. Khi được làm nóng, tốc độ của chúng tăng lên và khoảng cách giữa chúng tăng lên. Kết quả là cơ thể ngày càng mềm hơn cho đến khi chuyển thành chất lỏng. Khi các vật thể vô định hình đông đặc lại thì nhiệt độ của chúng cũng giảm liên tục.

BỘ GIÁO DỤC

VẬT LÝ LỚP 8

Báo cáo chủ đề:

“Những cơ thể vô định hình. Sự tan chảy của những cơ thể vô định hình.”

học sinh lớp 8:

2009

Cơ thể vô định hình.

Hãy làm một thí nghiệm. Chúng ta sẽ cần một miếng nhựa dẻo, một cây nến stearine và một chiếc lò sưởi điện. Hãy đặt nhựa dẻo và một cây nến ở những khoảng cách bằng nhau tính từ lò sưởi. Sau một thời gian, một phần stearin sẽ tan chảy (trở thành chất lỏng) và một phần sẽ ở dạng rắn. Trong thời gian đó, nhựa sẽ chỉ mềm đi một chút. Sau một thời gian, toàn bộ stearin sẽ tan chảy, và chất dẻo sẽ dần dần “ăn mòn” dọc theo bề mặt bàn, ngày càng mềm ra.

Vì vậy, có những vật thể không mềm ra khi tan chảy mà chuyển từ trạng thái rắn ngay thành chất lỏng. Trong quá trình tan chảy của các vật thể như vậy, luôn có thể tách chất lỏng ra khỏi phần chưa tan chảy (rắn) của vật thể. Những cơ thể này là tinh thể. Ngoài ra còn có chất rắn khi đun nóng sẽ mềm dần và ngày càng trở nên lỏng hơn. Đối với những vật thể như vậy, không thể chỉ ra nhiệt độ mà chúng biến thành chất lỏng (tan chảy). Những cơ thể này được gọi là vô định hình.

Hãy làm thí nghiệm sau. Ném một miếng nhựa hoặc sáp vào phễu thủy tinh và để nó trong phòng ấm. Sau khoảng một tháng, sáp sẽ có hình phễu và thậm chí bắt đầu chảy ra khỏi nó dưới dạng “dòng” (Hình 1). Ngược lại với các tinh thể, hầu như giữ được hình dạng riêng của chúng mãi mãi, các vật thể vô định hình thể hiện tính lưu động ngay cả ở nhiệt độ thấp. Vì vậy, chúng có thể được coi là chất lỏng rất dày và nhớt.

Cấu trúc của vật thể vô định hình. Các nghiên cứu sử dụng kính hiển vi điện tử cũng như sử dụng tia X chỉ ra rằng trong các vật thể vô định hình không có trật tự chặt chẽ trong việc sắp xếp các hạt của chúng. Hãy nhìn xem, hình 2 cho thấy sự sắp xếp của các hạt trong thạch anh tinh thể, và hình bên phải cho thấy sự sắp xếp của các hạt trong thạch anh vô định hình. Những chất này bao gồm các hạt giống nhau - phân tử silicon oxit SiO 2.

Sự kết tinh của các cơ thể vô định hình. Theo thời gian (vài tháng, nhiều năm), các chất vô định hình tự động chuyển sang trạng thái kết tinh. Ví dụ, kẹo đường hoặc mật ong tươi để ở nơi ấm áp sẽ trở nên đục sau vài tháng. Họ nói rằng mật ong và kẹo là “kẹo”. Bằng cách bẻ một cây kẹo hoặc dùng thìa múc mật ong, chúng ta sẽ thấy các tinh thể đường đã hình thành.

Sự tan chảy của các cơ thể vô định hình.

Khi nhiệt độ tăng, năng lượng chuyển động dao động số nguyên tử trong chất rắn tăng lên và cuối cùng đến lúc liên kết giữa các nguyên tử bắt đầu bị phá vỡ. Trong trường hợp này, vật rắn đi vào trạng thái lỏng. Quá trình chuyển đổi này được gọi là tan chảy.Ở áp suất cố định, sự nóng chảy xảy ra ở nhiệt độ được xác định nghiêm ngặt.

Lượng nhiệt cần thiết để chuyển một đơn vị khối lượng của một chất thành chất lỏng tại điểm nóng chảy của nó được gọi là nhiệt dung riêng của phản ứng tổng hợp. λ .

Làm tan chảy một chất có khối lượng tôi cần tiêu hao một lượng nhiệt bằng:

Q = λm .

Quá trình tan chảy các vật thể vô định hình khác với sự tan chảy của các vật thể tinh thể. Khi nhiệt độ tăng lên, các vật thể vô định hình dần mềm đi và trở nên nhớt cho đến khi chuyển sang dạng lỏng. Các vật thể vô định hình, không giống như tinh thể, không có điểm nóng chảy cụ thể. Nhiệt độ của vật vô định hình thay đổi liên tục. Điều này xảy ra vì trong chất rắn vô định hình, cũng như trong chất lỏng, các phân tử có thể chuyển động tương đối với nhau. Khi được làm nóng, tốc độ của chúng tăng lên và khoảng cách giữa chúng tăng lên. Kết quả là cơ thể ngày càng mềm hơn cho đến khi chuyển thành chất lỏng. Khi các vật thể vô định hình đông đặc lại thì nhiệt độ của chúng cũng giảm liên tục.