Свойства аморфных тел в физике


Твердые тела разделяют на аморфные и кристаллические, в зависимости от их молекулярной структуры и физических свойств.

В отличие от кристаллов молекулы и атомы амо.


083;ах некоторого интервала возможных расстояний. Иначе говоря, у кристаллов атомы или молекулы взаимно расположены таким образом, что формируемая структура может повторяться во всем объеме тела, что называется дальним порядком.
1042; случае же с аморфными телами – сохраняется структура молекул лишь относительно каждой одной такой молекулы, наблюдается закономерность в распределении только соседних молекул – ближний порядок. Наглядный пример представлен ниже.


К аморфным телам относится стекло и другие вещества в стеклообразном состоянии, канифоль, смолы, янтарь, сургуч, битум, воск, а также органические вещества: каучук, кожа, целлюлоза, полиэтилен и др.

Свойства аморфных тел


Особенность строения аморфных твердых тел придает им индивидуальные свойства:

  1. Слабо выраженная текучесть – одно из наиболее известных свойств таких тел. Примером будут потеки стекла, которое долгое время стоит в оконной раме.

  2. Аморфные твердые тела не обладают определенной температурой плавления, так как переход в состояние жидкости во время нагрева происходит постепенно, посредством размягчения тела. По этой причине к таким телам применяют так называемый температурный интервал размягчения.

  1. В силу своей структуры такие тела являются изотропными, то есть их физические свойства не зависят от выбора направления.
  2. Вещество в аморфном состоянии обладает большей внутренней энергией, нежели в кристаллическом.

    1055;о этой причине аморфные тела способны самостоятельно переходить в кристаллическое состояние. Данное явление можно наблюдать как результат помутнения стекол с течением времени.

Стеклообразное состояние

В природе существуют жидкости, кот .
;хлаждения, так как сложность молекул этих веществ не позволяет им образовать регулярную кристаллическую решетку. К таким жидкостям относятся молекулы некоторых органических полимеров.


Однако, при помощи глубокого и быстрого охлаждения, практически любое вещество способно перейти в стеклообразное состояние. Это такое аморфное состояние, которое не имеет явной кристаллической решетки, но может частично кристаллизироваться, в масштабах малых кластеров.
1044;анное состояние вещества является метастабильным, то есть сохраняется при некоторых требуемых термодинамических условиях.

При помощи технологии охлаждения с определенной скоростью вещество не будет успевать кристаллизоваться, и преобразуется в стекло. То есть чем выше скорость охлаждения материала, тем меньше вероятность его кристаллизации. Так, например, для изготовления металлических стекол потребуется скорость охлаждения, равная 100 000 – 1 000 000 Кельвин в секунду.

Свойства аморфных тел в физике

В природе вещество существует в стеклообразном состоянии возникает из жидкой вулканической магмы, которая, взаимодействуя с холодной водой или воздухом, быстро охлаждается. В данном случае вещество зовется вулканическим стеклом. Также можно наблюдать стекло, образованная в результате плавления падающего метеорита, взаимодействующего с атмосферой – метеоритное стекло или молдавит.

Источник: SpaceGid.com

Аморфные тела и их свойства

Общая характеристика аморфных тел. Аморфные тела: характеристика, описание и свойства
Подробности Категория: Молекулярно-кинетическая теория 16.11.2014 09:12 15326

В отличие от кристаллических твёрдых тел, в расположении частиц в аморфном теле нет строгого порядка.

Хотя аморфные твёрдые тела способны сохранять форму, кристаллической решётки у них нет. Некоторая закономерность наблюдается лишь для молекул и атомов, расположенных по соседству. Такой порядок называется ближним порядком. Он не повторяется по всем направлениям и не сохраняется на больших расстояниях, как у кристаллических тел.

Примеры аморфных тел – стекло, янтарь, искусственные смолы, воск, парафин, пластилин и др.

Особенности аморфных тел

Атомы в аморфных телах совершают колебания вокруг точек, которые расположены хаотично. Поэтому структура этих тел напоминает структуру жидкостей. Но частицы в них менее подвижны. Время их колебания вокруг положения равновесия больше, чем в жидкостях. Перескоки атомов в другое положение также происходят намного реже.

Как ведут себя при нагревании твёрдые кристаллические тела? Они начинают плавиться при определённой температуре плавления. И некоторое время одновременно находятся в твёрдом и жидком состоянии, пока не расплавится всё вещество.

У аморфных тел определённой температуры плавления нет. При нагревании они не плавятся, а постепенно размягчаются.

Положим кусок пластилина вблизи нагревательного прибора. Через какое-то время он станет мягким. Это происходит не мгновенно, а в течение некоторого интервала времени.

Так как свойства аморфных тел схожи со свойствами жидкостей, то их рассматривают как переохлаждённые жидкости с очень большой вязкостью (застывшие жидкости). При обычных условиях течь они не могут.

Но при нагревании перескоки атомов в них происходят чаще, уменьшается вязкость, и аморфные тела постепенно размягчаются.

Чем выше температура, тем меньше вязкость, и постепенно аморфное тело становится жидким.

Обычное стекло – твёрдое аморфное тело. Его получают, расплавляя оксид кремния, соду и известь. Нагрев смесь до 1400оС, получают жидкую стекловидную массу.

При охлаждении жидкое стекло не затвердевает, как кристаллические тела, а остаётся жидкостью, вязкость которой увеличивается, а текучесть уменьшается. При обычных условиях оно кажется нам твёрдым телом.

Но на самом деле это жидкость, которая имеет огромную вязкость и текучесть, настолько малую, что она едва различается самыми сверхчувствительными приборами.

Аморфное состоянием вещества неустойчиво. Со временем из аморфного состояния оно постепенно переходит в кристаллическое. Этот процесс в разных веществах проходит с разной скоростью. Мы видим, как покрываются кристаллами сахара леденцы. Для этого нужно не очень много времени.

А для того чтобы кристаллы образовались в обычном стекле, времени должно пройти немало. При кристаллизации стекло теряет свою прочность, прозрачность, мутнеет, становится хрупким.

Изотропность аморфных тел

В кристаллических твёрдых телах физические свойства различаются в разных направлениях. А в аморфных телах они по всем направлениям одинаковы. Это явление называют изотропностью.

Аморфное тело одинаково проводит электричество и теплоту по всем направлениям, одинаково преломляет свет. Звук также одинаково распространяются в аморфных телах по всем направлениям.

Свойства аморфных веществ используются в современных технологиях. Особый интерес вызывают металлические сплавы, которые не имеют кристаллической структуры и относятся к твёрдым аморфным телам. Их называют металлическими стёклами. Их физические, механические, электрические и другие свойства отличаются от аналогичных свойств обычных металлов в лучшую сторону.

Так, в медицине используют аморфные сплавы, прочность которых превышает прочность титана. Из них делают винты или пластины, которыми соединяют сломанные кости. В отличие от титановых деталей крепления этот материал постепенно распадается и со временем заменяется костным материалом.

Применяют высокопрочные сплавы при изготовлении металлорежущих инструментов, арматуры, пружин, деталей механизмов.

В Японии разработан аморфный сплав, обладающий высокой магнитной проницаемостью. Применив его в сердечниках трансформаторов вместо текстурованных листов трансформаторной стали, можно снизить потери на вихревых токах в 20 раз.

Аморфные металлы обладают уникальными свойствами. Их называют материалом будущего.

Источник: http://ency.info/materiya-i-dvigenie/molekulyarno-kineticheskaya-teoriya/359-amorfnye-tela-i-ikh-svo

Аморфный вид. Аморфные тела: характеристика, описание и свойства

Общая характеристика аморфных тел. Аморфные тела: характеристика, описание и свойства

Термин «аморфное» переводится с греческого буквально как «не вид», «не форма». Такие вещества не обладают кристаллической структурой, они не подвергаются расщеплению с формированием кристаллических граней. Как правило, аморфное тело изотропно, то есть его физические свойства не зависят от направления внешнего воздействия.

В течение определенного промежутка времени (месяцев, недель, дней) отдельные аморфные тела могут самопроизвольно переходить в кристаллическое состояние.

Так, например, можно наблюдать, как мед или сахарный леденец спустя некоторое время теряют прозрачность. В таких случаях обычно говорят, что продукты «засахарились».

При этом, зачерпнув засахарившийся мед ложкой или разломив леденец, можно действительно наблюдать сформировавшиеся кристаллики сахара, которые ранее существовали в аморфном виде.

Такая самопроизвольная кристаллизация веществ указывает на разную степень устойчивости состояний. Таким образом, аморфное тело менее устойчиво.

Наряду с кристаллическими твердыми телами встречаются аморфные твердые тела. У аморфных тел в отличие от кристаллов нет строгого порядка в расположении атомов. Только ближайшие атомы – соседи – располагаются в некотором порядке. Но

строгой повторяемости во всех направлениях одною того же элемента структуры, которая характерна для кристаллов, в аморфных телах нет.

Часто одно и то же вещество может находиться как в кристаллическом, так и в аморфном состоянии. Например, кварц может быть как в кристаллической, так и в аморфной форме (кремнезем).

Кристаллическую форму кварца схематически можно представить в виде решетки из правильных шестиугольников (рис. 77, а). Аморфная структура кварца также имеет вид решетки, но неправильной формы.

Наряду с шестиугольниками в ней встречаются пяти- и семиугольники (рис. 77, б).

Свойства аморфных тел. Все аморфные тела изотропны: их физические свойства одинаковы по всем направлениям. К аморфным телам принадлежат стекло, многие пластмассы, смола, канифоль, сахарный леденец и др.

При внешних воздействиях аморфные тела обнаруживают одновременно упругие свойства, подобно твердым телам, и текучесть, подобно жидкостям. При кратковременных воздействиях (ударах) они ведут себя как твердое тело и при сильном ударе раскалываются на куски. Но при очень продолжительном воздействии аморфные тела текут.

Так, например, кусок смолы постепенно растекается по твердой поверхности. Атомы или молекулы аморфных тел, подобно молекулам жидкости, имеют определенное время «оседлой жизни» время колебаний около положения равновесия. Но в отличие от жидкостей это время у них весьма велико.

В этом отношении аморфные тела близки к кристаллическим, так как перескоки атомов из одного положения равновесия в другое происходят редко.

При низких температурах аморфные тела по своим свойствам напоминают твердые тела. Текучестью они почти не обладают, но по мере повышения температуры постепенно размягчаются и их свойства все более и более приближаются к свойствам жидкостей. Это происходит потому, что с ростом температуры постепенно учащаются перескоки атомов из одного положения

равновесия в другое. Никакой определенной температуры плавления у аморфных тел, в отличие от кристаллических, нет.

Физика твердого тела. Все свойства твердых тел (кристаллических и аморфных) могут быть объяснены на основе знания их атомно-молекулярной структуры и законов движения молекул, атомов, ионов и электронов, слагающих твердые тела.

Исследования свойств твердых тел объединены в большой области современной физики – физики твердого тела. Развитие физики твердого тела стимулируется в основном потребностями техники. Приблизительно половина физиков мира работает в области физики твердого тела.

Разумеется, достижения в этой области немыслимы без глубоких знаний всех остальных разделов физики.

1. Чем отличаются кристаллические тела от аморфных? 2. Что такое анизотропия? 3. Приведите примеры монокристаллических, поликристал-лических и аморфных тел. 4. Чем отличаются краевые дислокации от винтовых?

Аморфные твердыетела по многим своим свойствам и главнымобразом по микроструктуре следуетрассматривать как сильно переохлажденныежидкости с очень высоким коэффициентомвязкости. Структура таких телхарактеризуется только ближним порядкомв расположении частиц.

Некоторые изтаких веществ вообще не способныкристаллизоваться: воск, сургуч, смолы.Другие при определённом режиме охлажденияобразуют кристаллические структуры,но в случае быстрого охлаждения роствязкость препятствует упорядочению врасположении частиц.

Вещество затвердеваетраньше, чем реализуется процесскристаллизации. Такие тела называютсястеклообразными: стекло, лёд. Процесскристаллизации в таком веществе можетпроизойти и после затвердевания(помутнение стёкол).
К аморфным относяти твёрдые органические вещества: резина,дерево, кожа, пластмассы, шерстяные,хлопковые и шёлковые волокна. Процессперехода таких веществ из жидкой фазыв твёрдую представлен на рис. – криваяI.

Аморфные телане имеют температуры затвердевания(плавления). На графике Т = f(t)имеется точка перегиба, которую называюттемпературой размягчения. Снижениетемпературы приводит к постепенномуросту вязкости.

Такой характер переходав твёрдое состояние, обуславливаетотсутствие у аморфных веществ удельнойтеплоты плавления. Обратный переход,когда теплота подводится, происходитплавное размягчение до состоянияжидкости.

КРИСТАЛЛИЧЕСКИЕ ТВЕРДЫЕ ТЕЛА.

Характернойособенностью микроструктуры кристалловявляется пространственная периодичностьих внутренних электрических полей иповторяемость в расположениикристаллообразующих частиц – атомов,ионов и молекул (дальний порядок). Частицычередуются в определенном порядке вдольпрямых линий, которые называютсяузловыми.

В любом плоском сечениикристалла две пересекающихся системытаких линий образуют совокупностьсовершенно одинаковых параллелограммов,которые плотно, без зазоров покрываютплоскость сечения.

В пространствепересечение трех некомпланарных системтаких линий образует пространственнуюсетку, которая разбивает кристалл насовокупность совершенно одинаковыхпараллелепипедов. Точки пересечениялиний, образующих кристаллическуюрешетку называются узлами.

Расстояниямежду узлами вдоль какого-то направления называется трансляциями или периодамирешетки. Параллелепипед, построенныйна трех некомпланарных трансляцияхназывается элементарной ячейкой илипараллелепипедом повторяемости решетки.

Важнейшим геометрическим свойствомкристаллических решеток являетсясимметрия в расположении частиц поотношению к определенным направлениями плоскостям. По этой причине, хотя исуществует несколько способов выбораэлементарной ячейки, для даннойкристаллической структуры, выбираютее так, чтобы она соответствоваласимметрии решетки.
Кристаллическиетела можно разделить на две группы:монокристаллы и поликристаллы. Длямонокристаллов наблюдается единаякристаллическая решетка в объеме всеготела.

И хотя внешняя форма монокристалловодного вида может быть разной, углымежду соответствующими гранями будутвсегда одинаковыми.

Характернойособенностью монокристаллов являетсяанизотропия механических, тепловых,электрических, оптических и др. свойств.

Монокристаллынередко встречаются в естественномсостоянии в природе. Например, большинствоминералов – хрусталь, изумруды, рубины.В настоящее время в производственныхцелях многие монокристаллы выращиваютискусственно из растворов и расплавов- рубины, германий, кремний, арсенидгалия.

Одини тот же химический элемент можетобразовать несколько, отличающихся погеометрии, кристаллических структур.Это явление получило название -полиморфизма. Например, углерод – графити алмаз; лед пять модификаций и др.

Правильнаявнешняя огранка и анизотропия свойств,как правило, не проявляются длякристаллических тел. Это объясняетсятем, что кристаллические твердые телаобычно состоят из множества беспорядочноориентированных мелких кристалликов.Такие твердые тела называютсяполикристаллическими.

Связано это смеханизмом кристаллизации: при достижениинеобходимых для этого процесса условий,очаги кристаллизации одновременновозникают во множестве мест исходнойфазы. Зародившиеся кристаллы расположеныи ориентированы друг по отношению кдругу совершенно произвольно.

По этойпричине по окончании процесса мы получаемтвердое тело в виде конгломератасросшихся мелких кристалликов –кристаллитов.

Сэнергетической точки зрения различиемежду кристаллическими и аморфнымитвердыми телами хорошо прослеживаютсяв процессе отвердевания и плавления.Кристаллические тела имеют точкуплавления – температуру, когда веществоустойчиво существует в двух фазах –твёрдой и жидкой (рис. кривая 2).

Переходмолекулы твердого тела в жидкостьозначает, что она приобретает дополнительнотри степени свободы поступательногодвижения. Т.о. единица массы веществапри Т пл. вжидкой фазе имеет большую внутреннююэнергию, чем такая же масса в твердойфазе. Кроме того, меняется расстояниемежду частицами.

[attention type=green]
Поэтому в целомколичество теплоты необходимое дляпревращения единицы массы кристаллическоговещества в жидкость будет:
[/attention]

λ= (U ж -U кр) + P(V ж -V кр),

гдеλ – удельная теплота плавления(кристаллизации), (U ж -U кр)– разность внутренних энергий жидкойи кристаллической фаз, Р – внешнеедавление, (V ж -V кр)– разность удельных объемов. Согласноуравнению Клапейрона – Клаузиусатемпература плавления зависит отдавления:

Видно,что если (V ж -V кр)>0, то>0, т.е. с ростом давления температураплавления повышается. Если же объемвещества при плавлении уменьшается(V ж -V кр)

Источник: https://KaraokeRox.ru/amorfnyi-vid-amorfnye-tela-harakteristika-opisanie-i.html

Аморфные тела свойства. Аморфные тела: характеристика, описание и свойства

Общая характеристика аморфных тел. Аморфные тела: характеристика, описание и свойства

Термин «аморфное» переводится с греческого буквально как «не вид», «не форма». Такие вещества не обладают кристаллической структурой, они не подвергаются расщеплению с формированием кристаллических граней. Как правило, аморфное тело изотропно, то есть его физические свойства не зависят от направления внешнего воздействия.

В течение определенного промежутка времени (месяцев, недель, дней) отдельные аморфные тела могут самопроизвольно переходить в кристаллическое состояние.

Так, например, можно наблюдать, как мед или сахарный леденец спустя некоторое время теряют прозрачность. В таких случаях обычно говорят, что продукты «засахарились».

При этом, зачерпнув засахарившийся мед ложкой или разломив леденец, можно действительно наблюдать сформировавшиеся кристаллики сахара, которые ранее существовали в аморфном виде.

Такая самопроизвольная кристаллизация веществ указывает на разную степень устойчивости состояний. Таким образом, аморфное тело менее устойчиво.

«Физика – 10 класс»

Кроме твёрдых тел, имеющих кристаллическую структуру, которая характеризуется строгим порядком в расположении атомов, существуют аморфные твёрдые тела.

У аморфных тел нет строгого порядка в расположении атомов. Только ближайшие атомы-соседи располагаются в некотором порядке.

Но строгой повторяемости по всем направлениям одного и того же элемента структуры, которая характерна для кристаллов, в аморфных телах нет. По расположению атомов и по их поведению аморфные тела аналогичны жидкостям.

Часто одно и то же вещество может находиться как в кристаллическом, так и в аморфном состоянии.

Теоретические исследования приводят к получению твёрдых тел, свойства которых совершенно необычны. Получить такие тела методом проб и ошибок было бы невозможно. Создание транзисторов, о которых пойдёт речь в дальнейшем, – яркий пример того, как понимание структуры твёрдых тел привело к революции во всей радиотехнике.

Получение материалов с заданными механическими, магнитными, электрическими и другими свойствами – одно из основных направлений современной физики твёрдого тела.

Аморфные твердыетела по многим своим свойствам и главнымобразом по микроструктуре следуетрассматривать как сильно переохлажденныежидкости с очень высоким коэффициентомвязкости. Структура таких телхарактеризуется только ближним порядкомв расположении частиц.

Некоторые изтаких веществ вообще не способныкристаллизоваться: воск, сургуч, смолы.Другие при определённом режиме охлажденияобразуют кристаллические структуры,но в случае быстрого охлаждения роствязкость препятствует упорядочению врасположении частиц.

Вещество затвердеваетраньше, чем реализуется процесскристаллизации. Такие тела называютсястеклообразными: стекло, лёд. Процесскристаллизации в таком веществе можетпроизойти и после затвердевания(помутнение стёкол).
К аморфным относяти твёрдые органические вещества: резина,дерево, кожа, пластмассы, шерстяные,хлопковые и шёлковые волокна. Процессперехода таких веществ из жидкой фазыв твёрдую представлен на рис. – криваяI.

Аморфные телане имеют температуры затвердевания(плавления). На графике Т = f(t)имеется точка перегиба, которую называюттемпературой размягчения. Снижениетемпературы приводит к постепенномуросту вязкости.

Такой характер переходав твёрдое состояние, обуславливаетотсутствие у аморфных веществ удельнойтеплоты плавления. Обратный переход,когда теплота подводится, происходитплавное размягчение до состоянияжидкости.

КРИСТАЛЛИЧЕСКИЕ ТВЕРДЫЕ ТЕЛА.

Характернойособенностью микроструктуры кристалловявляется пространственная периодичностьих внутренних электрических полей иповторяемость в расположениикристаллообразующих частиц – атомов,ионов и молекул (дальний порядок). Частицычередуются в определенном порядке вдольпрямых линий, которые называютсяузловыми.

В любом плоском сечениикристалла две пересекающихся системытаких линий образуют совокупностьсовершенно одинаковых параллелограммов,которые плотно, без зазоров покрываютплоскость сечения.

В пространствепересечение трех некомпланарных системтаких линий образует пространственнуюсетку, которая разбивает кристалл насовокупность совершенно одинаковыхпараллелепипедов. Точки пересечениялиний, образующих кристаллическуюрешетку называются узлами.

Расстояниямежду узлами вдоль какого-то направления называется трансляциями или периодамирешетки. Параллелепипед, построенныйна трех некомпланарных трансляцияхназывается элементарной ячейкой илипараллелепипедом повторяемости решетки.

Важнейшим геометрическим свойствомкристаллических решеток являетсясимметрия в расположении частиц поотношению к определенным направлениями плоскостям. По этой причине, хотя исуществует несколько способов выбораэлементарной ячейки, для даннойкристаллической структуры, выбираютее так, чтобы она соответствоваласимметрии решетки.
Кристаллическиетела можно разделить на две группы:монокристаллы и поликристаллы. Длямонокристаллов наблюдается единаякристаллическая решетка в объеме всеготела.

И хотя внешняя форма монокристалловодного вида может быть разной, углымежду соответствующими гранями будутвсегда одинаковыми.

Характернойособенностью монокристаллов являетсяанизотропия механических, тепловых,электрических, оптических и др. свойств.

Монокристаллынередко встречаются в естественномсостоянии в природе. Например, большинствоминералов – хрусталь, изумруды, рубины.В настоящее время в производственныхцелях многие монокристаллы выращиваютискусственно из растворов и расплавов- рубины, германий, кремний, арсенидгалия.

Одини тот же химический элемент можетобразовать несколько, отличающихся погеометрии, кристаллических структур.Это явление получило название -полиморфизма. Например, углерод – графити алмаз; лед пять модификаций и др.

Правильнаявнешняя огранка и анизотропия свойств,как правило, не проявляются длякристаллических тел. Это объясняетсятем, что кристаллические твердые телаобычно состоят из множества беспорядочноориентированных мелких кристалликов.Такие твердые тела называютсяполикристаллическими.

Связано это смеханизмом кристаллизации: при достижениинеобходимых для этого процесса условий,очаги кристаллизации одновременновозникают во множестве мест исходнойфазы. Зародившиеся кристаллы расположеныи ориентированы друг по отношению кдругу совершенно произвольно.

По этойпричине по окончании процесса мы получаемтвердое тело в виде конгломератасросшихся мелких кристалликов –кристаллитов.

Сэнергетической точки зрения различиемежду кристаллическими и аморфнымитвердыми телами хорошо прослеживаютсяв процессе отвердевания и плавления.Кристаллические тела имеют точкуплавления – температуру, когда веществоустойчиво существует в двух фазах –твёрдой и жидкой (рис. кривая 2).

Переходмолекулы твердого тела в жидкостьозначает, что она приобретает дополнительнотри степени свободы поступательногодвижения. Т.о. единица массы веществапри Т пл. вжидкой фазе имеет большую внутреннююэнергию, чем такая же масса в твердойфазе. Кроме того, меняется расстояниемежду частицами.

[attention type=green]
Поэтому в целомколичество теплоты необходимое дляпревращения единицы массы кристаллическоговещества в жидкость будет:
[/attention]

λ= (U ж -U кр) + P(V ж -V кр),

гдеλ – удельная теплота плавления(кристаллизации), (U ж -U кр)– разность внутренних энергий жидкойи кристаллической фаз, Р – внешнеедавление, (V ж -V кр)– разность удельных объемов. Согласноуравнению Клапейрона – Клаузиусатемпература плавления зависит отдавления:

Видно,что если (V ж -V кр)>0, то>0, т.е. с ростом давления температураплавления повышается. Если же объемвещества при плавлении уменьшается(V ж -V кр)

Источник: https://rsrub.ru/parapet-kryshi---chto-eto-takoe-foto/amorfnye-tela-svoistva-amorfnye-tela-harakteristika-opisanie-i-svoistva.html

Источник: zdoropro.ru

Краткое описание

Хаотичный принцип размещения атомов свойственен тем телам, которые пребывают в аморфном (конденсированном) состоянии. Это влияет на итоговые физические и химические характеристики твёрдых материалов. В научной среде часто встречаются ситуации, когда все присутствующие атомы расположены максимально упорядоченно. По характеристикам аморфные вещества больше напоминают жидкости. Но определённые различия присутствуют.

В конденсированном состоянии вещества не являются устойчивыми. Под воздействием различных факторов твёрдое тело может быть подвергнуто изменениям. По истечении большого промежутка времени конденсированное вещество может перейти в кристаллическое состояние. Но для этого должен пройти не один год.

Если в школьном докладе нужно описать аморфность, тогда нужно учесть, что этот термин характеризует особое состояние вещества, когда в его строении отсутствует всякая правильность. Дополнительно можно привести пример, где именно в быту используются конденсированные тела:

Сазарные леденцы

  • Сахарный леденец.
  • Шоколад.
  • Жемчуг.
  • Жевательные резинки.
  • Швейные булавки.

К аморфным телам можно отнести множество веществ, которые активно используются человечеством. Например: пластмассы, стекло, парафин, каучук, эбонит.

При определённых условиях в аморфное состояние могут переходить даже те вещества, которые чаще всего обладают кристаллической структурой. К примеру, SiO2 может быть расплавлен под воздействием температуры +1700 °C. После охлаждения будет образован плавленый кварц, который обладает гораздо меньшей плотностью, нежели кристаллическое вещество. Эти явления подробно изучают на уроках физики.

Базовые свойства

Все твёрдые тела без кристаллической структуры обладают похожими характеристиками, что связано с их принципом строения. Наибольшее значение имеют следующие свойства:

Показатель текучести вещества

  • По принципу направления вещества в конденсированном состоянии являются изотропными. Это значит, что все анализируемые свойства будут абсолютно одинаковыми.
  • Нет чёткой температуры, при которой материал начинает плавиться. Переход веществ в жидкое состояние происходит постепенно, так как всё зависит от того, как скоро твёрдое тело приобретёт более размягчённую структуру.
  • Показатель текучести. Этим свойством наделены вещества, которые человек может визуально наблюдать в виде потёков на старом стекле.
  • Любое вещество в аморфном состоянии обладает гораздо большей внутренней энергией, чем в обычном кристалле. Такое свойство твёрдых тел имеет огромное значение в промышленности. Аморфные тела могут переходить в кристаллическое состояние. Например, помутнение стекла в результате многолетней эксплуатации. Этот эффект связан с образованием микроскопических кристаллов, которые обладают совершенно другими оптическими характеристиками, чем аморфная среда.

В естественных условиях существуют вещества, которые одновременно могут обладать свойствами кристаллов и жидкостей. Если тело пребывает именно в таком состоянии, тогда оно будет являться жидкокристаллическим. Чаще всего к этой категории относятся различные вещества органического происхождения. В этом случае молекулы представлены в виде пластин. Они также могут иметь нитевидную форму.

Особенности стеклообразных веществ

В естественной среде можно встретить такие жидкости, которые даже в лабораторных условиях невозможно преобразовать в кристаллы посредством постепенного снижения температуры. Это связано с тем, что сложный принцип строения молекул препятствует образованию регулярной кристаллической решётки. К этой категории можно отнести молекулы некоторых полимеров органического происхождения.

Если попробовать задействовать ускоренное и максимально глубокое охлаждение, тогда можно будет практически любое вещество перевести в стеклообразное состояние. Явная кристаллическая решётка будет отсутствовать, но тело может частично кристаллизироваться (в рамках микроскопических кристаллов). Но это аморфное состояние является метастабильным, из-за чего может сохраняться только при условии создания оптимальных термодинамических условий.

Технология быстрого и глубокого охлаждения отличается тем, что задействованное вещество просто не будет успевать кристаллизироваться, из-за чего преобразуется в стекло. Это значит, что чем выше скорость снижения температуры материала, тем меньше вероятность его кристаллизации. В качестве примера можно рассмотреть принцип серийного изготовления металлических стёкол. Для получения качественного товара скорость охлаждения материала находится в пределах от 100 тыс. до 1 млн К/сек.

Вулканическое стекло

Из жидкой вулканической магмы возникает вещество, которое в природе может существовать в стеклообразном состоянии. Натуральный материал взаимодействует с холодной водой либо воздухом и быстро охлаждается. Речь касается вулканического стекла.

Не менее интересное вещество образуется в результате плавления падающего метеорита. Под воздействием внешних факторов формируется полудрагоценный камень — молдавит.

Полимеры и их использование

В качестве примера применения аморфных веществ можно рассмотреть полимеры. Их особенность в том, что даже твёрдые тела могут при создании подходящих условий постепенно перейти в жидкость. Если эти вещества подвергнуть замораживанию, тогда можно будет заметить, что они примут стеклообразную форму и проявят все характеристики твёрдых полимеров. Тела станут эластичными из-за поэтапного нагрева.

Такого вида аморфные вещества получили большой спрос в повседневной жизни человека. Полимеры активно используют в различных отраслях:

Пластиковые окна из ПВХ

  • Серийное производство электроизоляционных материалов. Например, поливинилхлорид или известные каждому пластиковые окна из ПВХ. Эти материалы характеризуются повышенной устойчивостью к возгоранию, так как являются трудногорючими. Поливинилхлорид обладает отличными электроизоляционными свойствами, а также повышенной механической прочностью.
  • Синтетические каучуки и эластомеры.
  • Полиамиды. Изготавливаемые пластмассы обладают повышенной прочностью и стойкостью к преждевременному износу. Доступность и высокое качество этих материалов используется в машиностроении, авиационной и текстильной промышленностях, а также в традиционной медицине.
  • Самым известным и востребованным полимером является полиэтилен. Этот материал устойчив к негативному воздействию окружающей среды, не пропускает влагу. Если упаковка товара изготовлена из полиэтилена, тогда можно не беспокоиться, что содержимое будет испорчено в результате намокания. Это аморфное тело является хорошим диэлектриком. Из полиэтилена на серийном уровне изготавливают трубные конструкции, электрические детали, изоляционную плёнку, элементы для радиоаппаратуры.
  • Полистирол. Этот материал получил большой спрос благодаря тому, что он противостоит агрессивному воздействию кислот. Полистирол обладает высокой прочностью в отношении механического воздействия. Он зарекомендовал себя как надёжный электроизоляционный и конструкционный материал. Чаще всего применяется в радио- и электротехнике.

Материал Полистирол

Не менее востребованным является полихлорвинил, который практически не пропускает воду и получил большой спрос в электрической промышленности. На основе этого материала изготавливают аккумуляторные банки, теплоизоляционные шланги, провода и кабели.

Изотропность веществ

В кристаллических телах все физические свойства имеют равное направление. В аморфных веществах ситуация кардинально противоположная. Именно это явление называется изотропностью. Аморфное тело по-разному проводит теплоту и электричество по всем имеющимся направлениям. Если речь идет о звуке, то он тоже будет распространяться неравномерно. Эти свойства аморфных тел активно применяются в современных технологиях.

Металлические стёкла

Наибольший спрос в производстве получили сплавы металлов, не обладающие кристаллической структурой. Их принято называть металлическими стёклами (материал образуется при сверхбыстром охлаждении расплава, что снижает вероятность кристаллизации). Такой подход используется на серийном уровне. Все электрические, механические и другие свойства существенно превосходят характеристики обычных металлов.

В медицинской отрасли большой спрос получили аморфные сплавы, так как показатель их прочности существенно превосходит параметры титана. Из этого материала изготавливают различные пластины и винты, которые необходимы для соединения сломанных костей. В отличие от титановых деталей аморфные сплавы постепенно распадаются и со временем успешно заменяются костным материалом. Такое лечение является менее травматичным для пациента.

Высококачественные аморфные сплавы получили спрос в серийном производстве арматуры, металлорежущих инструментов, различных пружин и деталей сложных механизмов. Эти товары отличаются не только своей надёжностью, но и долговечностью.

В Японии специалисты смогли разработать уникальный сплав, который хорошо пропускает магнитные волны. Этот материал используют для изготовления сердечников трансформаторов вместо привычных текстурованных листов, что позволяет снизить в 20 раз потери на вихревых токах. Учёные пришли к выводу, что аморфные сплавы обладают уникальными свойствами, благодаря которым можно сделать ещё не одно интересное открытие.

Источник: na5.club


You May Also Like

About the Author: admind

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте, как обрабатываются ваши данные комментариев.