Аморфные вещества определение, строение, общая характеристика, химические и физические свойства, отличия от твердых тел, способы и примеры применения

Аморфные тела: свойства, примеры веществ, сферы применения

В естественной среде твёрдые тела могут находиться в кристаллическом или аморфном состоянии. Присутствующие между ними различия связаны не только с базовыми свойствами, но и с физическими характеристиками. Все кристаллы обладают чётким порядком расположения имеющихся атомов. А вот для аморфных веществ несвойственна упорядоченная структура. Твёрдые объекты находятся в конденсированном состоянии. Свойства и примеры аморфных тел изучают в 8 классе на уроках физики.

  1. Краткое описание
  2. Базовые свойства
  3. Особенности стеклообразных веществ
  4. Полимеры и их использование
  5. Изотропность веществ

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:

  • 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:

  • 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.

Читайте также:
Химические свойства водорода общая характеристика, окислительно-восстановительные реакции с элементами, взаимодействие с соединениями, получение и применение

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.

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:

  • 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.

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.

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.

Читайте также:
Альдегиды - что это, применение, свойства, формула

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.

Аморфные тела

Средняя оценка: 4.3

Всего получено оценок: 229.

Средняя оценка: 4.3

Всего получено оценок: 229.

Твердые тела существуют в двух основных состояниях, отличающихся своим внутренним строением, что приводит различию их физических свойств. Это — кристаллическое и аморфное состояния твердых тел. Основным признаком кристаллов является строгий, повторяющийся порядок расположения атомов. Аморфные вещества (от греческого слова “аморфос” — бесформенный) не имеют упорядоченной, кристаллической структуры.

Структура аморфных тел

В телах, находящихся в аморфном состоянии, отсутствует четкий порядок расположения атомов. Существует только, так называемый ближний порядок, когда ближайшие атомы располагаются относительно упорядоченно. По своей структуре аморфные вещества похожи на жидкости.

Рис. 1. Внутреннее строение (решетка) кристаллического твердого тела и структура аморфного тела.

Аморфное состояние вещества, в отличие от кристаллического, не является устойчивым. По прошествии некоторого времени аморфное вещество постепенно переходит в кристаллическое. Правда, это время измеряется годами и десятилетиями.

В аморфном состоянии могут находиться и такие вещества, которые обычно имеют кристаллическую структуру. Например, кристалл кварца SiO2 если его расплавить (при температуре 1700 0 С), при охлаждении образует плавленый кварц, имеющий меньшую плотность, чем кристаллический, и обладающий свойствами одинаковыми по всем направлениям, притом сильно отличающимися от свойств кристаллического кварца.

Примеры аморфных тел

Аморфными являются огромное количество веществ. Вот только некоторые, хорошо известные вещества: парафин, воск, сургуч, эбонит, шоколад, канифоль, смола, стекло, плексиглас, каучук, стекло, различные пластмассы.

Рис. 2. Примеры аморфных веществ.

Свойства аморфных тел

В силу своего строения, в отличие от кристаллических тел, аморфные тела обладают следующими основными свойствами:

  • Аморфные вещества изотропны по всем направлениям. Это означает, что все физические свойства (тепловые, электрические, оптические, механические) аморфных тел оказываются абсолютно одинаковы независимо от направления.
  • Текучесть — это пример свойства этих тел, который визуально можно наблюдать в виде потеков на стекле, долго простоявшем в окне.
  • Отсутствие определенной температуры плавления.

Рис. 3. Графики перехода аморфного и кристаллического тел в жидкое состояние.

Есть вещества, обладающие одновременно свойствами и жидкости и кристалла, а именно текучестью и анизотропией. Такое состояние вещества называется жидкокристаллическим. В основном жидкими кристаллами являются органические вещества, молекулы которых имеют форму плоских пластин или нитевидную форму. Эти вещества являются основой для жидкокристаллических экранов телевизоров.

Что мы узнали?

Итак, мы узнали, что из себя представляют твердые тела в аморфном состоянии. Структура этих веществ не имеет упорядоченного порядка размещения атомов. Физические свойства аморфных тел не зависят от направления воздействия и ориентации тела.

Аморфные вещества в природе, технике, быту

Содержание:

Предмет: Химия
Тип работы: Реферат
Язык: Русский
Дата добавления: 02.11.2019
  • Данный тип работы не является научным трудом, не является готовой работой!
  • Данный тип работы представляет собой готовый результат обработки, структурирования и форматирования собранной информации, предназначенной для использования в качестве источника материала для самостоятельной подготовки учебной работы.

Если вам тяжело разобраться в данной теме напишите мне в whatsapp разберём вашу тему, согласуем сроки и я вам помогу!

По этой ссылке вы сможете найти рефераты по химии на любые темы и посмотреть как они написаны:

Посмотрите похожие темы возможно они вам могут быть полезны:

Введение:

Вы когда-нибудь задумывались о том, что представляют собой загадочные аморфные вещества? По строению они отличаются и от твердых, и от жидких. Дело в том, что такие тела находятся в особом конденсированном состоянии, имеющем только ближний порядок. Примеры аморфных веществ – смола, стекло, янтарь, каучук, полиэтилен, поливинилхлорид (наши любимые пластиковые окна), различные полимеры и другие. Это твердые тела, у которых нет кристаллической решетки. Еще к ним можно отнести сургуч, различные клеи, эбонит и пластмассы.

Аморфные и кристаллические вещества

Жесткие тела могут существовать в двух принципиально разных состояниях, которые различаются по своей внутренней структуре и, соответственно, по своим свойствам. Это кристаллическое и аморфное состояние твердого тела с монокристаллом или просто кристаллом. В других случаях в организме много мелких кристаллов, которые фантастически слиты воедино, например, кусочек рафинированного сахара. Такие тела называются поликристаллическими.

Наличие естественных граней в монокристаллах приводит к выраженному различию физических свойств тела в разных направлениях. Это может относиться к механической прочности, тепловой и электрической проводимости, упругости и т. д. Но не все свойства всегда зависят от направления – кубический медный кристалл имеет одинаковую электропроводность во всех направлениях, но имеет разные эластичности.

В поликристаллах принято говорить о средних значениях физических величин, поскольку вдоль любого выбранного направления будут отдельные кристаллы, произвольно ориентированные внутри тела.

Второй тип твердого состояния твердого тела представляет собой аморфное состояние. В этом состоянии невозможно обнаружить даже небольшие области, в которых наблюдается зависимость физических свойств от направления. Некоторые вещества могут находиться в любом из этих двух состояний.

Например, если кристаллический кварц плавится (температура плавления около 1700 ° C), то при охлаждении он образует плавленый кварц с другими физическими свойствами, которые идентичны во всех направлениях. Аморфное состояние – это неустойчивое состояние твердого тела. Оставленные наедине со своими устройствами, они, как правило, со временем переходят в кристаллическую форму, хотя этот процесс может занять годы или даже десятилетия.

Необыкновенные свойства аморфных веществ

Во время расщепления лица не образуются в аморфных телах. Частицы абсолютно случайны и находятся на близком расстоянии друг от друга. Они могут быть очень толстыми или вязкими. Как на них влияют внешние воздействия? Под воздействием различных температур тела становятся текучими, как жидкости, и в то же время довольно эластичными. В том случае, когда внешнее воздействие не длится долго, вещества аморфной структуры могут мощно разрушаться. Долгосрочное влияние извне приводит к тому, что они просто текут.

Попробуйте небольшой эксперимент со смолой в домашних условиях. Положите его на твердую поверхность, и вы заметите, что он начинает плавно течь. Это верно, это аморфное вещество! Скорость зависит от температуры. Если оно очень высокое, смола начнет распространяться намного быстрее.

Что еще характерно для таких органов? Они могут принимать любую форму. Если аморфные вещества в форме мелких частиц помещают в сосуд, например, в кувшин, то они также примут форму сосуда. Они также изотропны, то есть проявляют одинаковые физические свойства во всех направлениях.

Аморфное состояние вещества не подразумевает поддержания какой-либо конкретной температуры. По низким ставкам тела замерзают; на высоких уровнях они тают. Кстати, степень вязкости таких веществ также зависит от этого. Низкая температура способствует снижению вязкости, высокая, наоборот, увеличивает ее.

Для веществ аморфного типа можно выделить еще одну особенность – переход в кристаллическое состояние, причем спонтанное. Почему это происходит? Внутренняя энергия в кристаллическом теле намного меньше, чем в аморфном. Мы можем заметить это на примере изделий из стекла – со временем стекло становится мутным.

Металлическое стекло – что это? Металл может быть удален из кристаллической решетки во время плавления, то есть сделать вещество аморфной структуры стеклообразным. Во время затвердевания путем искусственного охлаждения кристаллическая решетка снова формируется. Аморфный металл обладает просто удивительной устойчивостью к коррозии. Например, кузов автомобиля, изготовленный из него, не будет нуждаться в различных покрытиях, поскольку он не будет подвергаться самопроизвольному разрушению. Аморфное вещество – это тело, чья атомная структура обладает беспрецедентной прочностью, что означает, что аморфный металл может быть использован абсолютно в любой промышленной промышленности.

Характеристики веществ

Важны атомные связи, а также тип кристаллической структуры. Кристаллы ионного типа характеризуются ионными связями, что означает плавный переход от одного атома к другому. В этом случае образуются положительно и отрицательно заряженные частицы. Мы можем наблюдать ионную связь на простом примере – такие характеристики присущи различным оксидам и солям. Другой особенностью ионных кристаллов является низкая теплопроводность, но ее производительность может заметно возрастать с нагревом. В узлах кристаллической решетки можно заметить различные молекулы, которые отличаются сильными атомными связями.

Многие минералы, которые мы находим повсюду в природе, имеют кристаллическую структуру. И аморфное состояние материи также является чистой природой. Только в этом случае тело является чем-то бесформенным, но кристаллы могут принимать форму красивых многогранников с плоскими гранями, а также формировать новые твердые тела удивительной красоты и чистоты.

Форма таких тел постоянна для конкретного соединения. Например, берилл всегда выглядит как шестиугольная призма. Сделай небольшой эксперимент. Возьмите небольшой кристалл кубической поваренной соли (миску) и поместите его в специальный раствор, максимально насыщенный той же поваренной солью. Со временем вы заметите, что это тело осталось неизменным – оно снова приняло форму куба или шара, которому присущи кристаллы хлорида натрия.

Аморфно-кристаллические вещества представляют собой тела, которые могут содержать как аморфную, так и кристаллическую фазы. Что влияет на свойства материалов такой структуры? В основном разные соотношения громкости и разные места по отношению друг к другу. Типичными примерами таких веществ являются материалы из керамики, фарфора, керамики. Из таблицы свойств материалов с аморфно-кристаллической структурой становится известно, что фарфор содержит максимальный процент стеклянной фазы. Показатели колеблются от 40-60 процентов. Мы увидим самое низкое содержание на примере каменного литья – менее 5 процентов. В то же время керамическая плитка будет иметь более высокое поглощение воды.

Аморфные вещества в быту, технике

Использование аморфных веществ наиболее активно осуществляется в области медицины. Например, быстро охлажденный металл активно используется в хирургии. Благодаря событиям, связанным с этим, многие люди получили возможность самостоятельно передвигаться после тяжелых травм. Дело в том, что вещество аморфной структуры является отличным биоматериалом для имплантации в кости. Полученные специальные винты, пластины, штифты, штифты вставляются в случае серьезных переломов. Ранее в хирургии для таких целей использовались сталь и титан. Только позже было замечено, что аморфные вещества очень медленно разлагаются в организме, и это удивительное свойство позволяет восстановить костную ткань. Впоследствии вещество заменяется костью.

Точная механика основана именно на точности, и поэтому ее так и называют. Особенно важную роль в этой отрасли, а также в метрологии играют ультраточные индикаторы измерительных приборов, которые могут быть достигнуты при использовании аморфных тел в приборах. Благодаря точным измерениям в институтах в области механики и физики проводятся лабораторные и научные исследования, получены новые лекарства и улучшены научные знания.

Другим примером использования аморфных веществ являются полимеры. Они могут медленно переходить из твердого состояния в жидкость, в то время как кристаллические полимеры характеризуются температурой плавления, а не температуры размягчения. Каково физическое состояние аморфных полимеров? Если вы обеспечите эти вещества низкой температурой, вы заметите, что они будут в стеклообразном состоянии и будут проявлять свойства твердых веществ. Постепенный нагрев помогает полимерам начать переходить в состояние повышенной упругости.

Аморфные вещества, примеры которых мы только что привели, интенсивно используются в промышленности. Сверхупругое состояние позволяет полимерам деформироваться так, как им нравится, но это состояние достигается благодаря повышенной гибкости звеньев и молекул. Дальнейшее повышение температуры приводит к тому, что полимер приобретает еще более упругие свойства. Он начинает переходить в особое жидкое и вязкое состояние.

Если вы оставите ситуацию без контроля и не предотвратите дальнейшее повышение температуры, полимер подвергнется разрушению, то есть разрушению. Вязкое состояние указывает на то, что все макромолекулярные единицы очень подвижны. Когда молекула полимера течет, единицы не только распрямляются, но и очень близко подходят друг к другу. Межмолекулярное воздействие превращает полимер в твердое вещество (каучук). Такой процесс называется механическим стеклованием. Полученное вещество используется для производства пленок и волокон.

На основе полимеров, полиамидов могут быть получены полиакрилонитрилы. Чтобы сделать полимерную пленку, нужно протолкнуть полимеры через фильеры, которые имеют щелевидное отверстие, и нанести на ленту. Таким образом, изготавливаются упаковочные материалы и ленточные основы. Полимеры также включают различные лаки (образующие пену в органическом растворителе), клеи и другие связующие материалы, композиты (полимерная основа с наполнителем) и пластмассы.

Аморфные вещества прочно укоренились в нашей жизни. Они используются везде.

Различные основы для изготовления лаков, клея, пластмассовых изделий (фенолформальдегидные смолы).

Эластомеры или синтетические каучуки.

Электроизоляционный материал – поливинилхлорид, или всем известные пластиковые окна из ПВХ. Он устойчив к пожарам, так как считается трудногорючим, обладает повышенной механической прочностью и электроизоляционными свойствами.

Полиамид – вещество с очень высокой прочностью, износостойкостью. Характеризуется высокими диэлектрическими характеристиками.

Оргстекло или полиметилметакрилат. Мы можем использовать его в области электротехники или в качестве материала для конструкций.

Фторопласт, или политетрафторэтилен, является известным диэлектриком, который не проявляет растворяющих свойств в растворителях органического происхождения. Широкий температурный диапазон и хорошие диэлектрические свойства позволяют использовать его в качестве гидрофобного или антифрикционного материала.

Полистирол. Этот материал не подвержен воздействию кислот. Его, как и фторопласт и полиамид, можно считать изолятором. Очень прочный в отношении механических нагрузок. Полистирол используется везде. Например, он хорошо зарекомендовал себя как конструкционный и электроизоляционный материал. Используется в электротехнике и радиотехнике.

Вероятно, самым известным полимером для нас является полиэтилен. Материал устойчив к воздействию агрессивных сред, абсолютно не пропускает влагу. Если упаковка изготовлена ​​из полиэтилена, вы можете не бояться, что ее содержимое испортится под воздействием сильного дождя. Полиэтилен также является диэлектриком. Его применение обширно. Из него изготавливаются трубные конструкции, различные электротехнические изделия, изоляционная пленка, оболочки для телефонных и силовых кабелей, детали для радио и другого оборудования.

Полихлорвинил является высокополимерным веществом. Это синтетический и термопластичный. Он имеет структуру асимметричных молекул. Почти не пропускает воду и производится прессованием штамповкой и формовкой. Поливинилхлорид чаще всего используется в электротехнической промышленности. На его основе созданы различные теплоизоляционные шланги и шланги для химической защиты, аккумуляторные батареи, изоляционные гильзы и прокладки, провода и кабели. Поливинилхлорид также является отличным заменителем вредного свинца. Его нельзя использовать в качестве высокочастотных цепей в виде диэлектрика. И все благодаря тому, что в этом случае показатели диэлектрических потерь будут высокими. Обладает высокой проводимостью.

Заключение

Как известно, такие промышленные материалы, как керамогранит, керамическая плитка, каменное литье и керамика, являются аморфно-кристаллическими веществами, поскольку содержат в своем составе стекловидные фазы и одновременно кристаллы. Следует отметить, что свойства материалов не зависят от содержания в нем стеклянных фаз.

Хорошо известно, что существует четыре агрегатных состояния: твердое, жидкое, газообразное и плазменное. Аморфные твердые вещества также могут быть кристаллическими. При такой структуре может наблюдаться пространственная периодичность в расположении частиц. Эти частицы в кристаллах могут совершать периодические движения. Во всех телах, которые мы наблюдаем в газообразном или жидком состоянии, можно заметить движение частиц в виде хаотического беспорядка.

Аморфные твердые вещества (например, металлы в конденсированном состоянии: эбонит, изделия из стекла, смолы) можно назвать замороженными жидкостями, потому что, когда они меняют форму, вы можете заметить такую характерную особенность, как вязкость.

Присылайте задания в любое время дня и ночи в ➔

Официальный сайт Брильёновой Натальи Валерьевны преподавателя кафедры информатики и электроники Екатеринбургского государственного института.

Все авторские права на размещённые материалы сохранены за правообладателями этих материалов. Любое коммерческое и/или иное использование кроме предварительного ознакомления материалов сайта natalibrilenova.ru запрещено. Публикация и распространение размещённых материалов не преследует за собой коммерческой и/или любой другой выгоды.

Сайт предназначен для облегчения образовательного путешествия студентам очникам и заочникам по вопросам обучения . Наталья Брильёнова не предлагает и не оказывает товары и услуги.

Аморфные тела

  • Амо́рфные вещества́ (тела́) (от др.-греч. ἀ «не-» + μορφή «вид, форма») — конденсированное состояние веществ, атомная структура которых имеет ближний порядок и не имеет дальнего порядка, характерного для кристаллических структур. В отличие от кристаллов, стабильно-аморфные вещества не затвердевают с образованием кристаллических граней, и, (если не были под сильнейшим анизотропным воздействием — сжатием или электрическим полем, например) обладают изотропией свойств, то есть не обнаруживают различия свойств в разных направлениях. Аморфные вещества не имеют определённой точки плавления: при повышении температуры стабильно-аморфные вещества постепенно размягчаются и выше температуры стеклования (Tg) переходят в жидкое состояние. Вещества, обычно имеющие (поли-)кристаллическую структуру, но сильно переохлаждённые при затвердевании, могут затвердевать в аморфном состоянии, которое при последующем нагреве или с течением времени кристаллизуется (в твёрдом состоянии с небольшим выделением тепла).

Аморфное состояние многих веществ получается при высокой скорости затвердевания (остывания) жидкого расплава, или при конденсации паров на охлаждённую заметно ниже температуры плавления поверхность-подложку. Соотношение реальной скорости охлаждения (dT/dt) и характеристической скорости кристаллизации определяет долю поликристаллов в аморфном объёме. Скорость кристаллизации — параметр вещества, слабо зависящий от давления и от температуры (около точки плавления) и сильно зависящий от сложности состава. У металлов и сплавов аморфное состояние формируется, как правило, если расплав охлаждается за время порядка сотни и тысячи лет; для стёкол достаточно намного меньшей скорости охлаждения — долей-десятков миллисекунд . Кварц (SiO2) также имеет низкую скорость кристаллизации, поэтому отлитые из него изделия получаются аморфными. Однако природный кварц, имевший сотни и тысячи лет для кристаллизации при остывании земной коры или глубинных слоёв вулканов, имеет крупнокристаллическое строение, в отличие от вулканического стекла, застывшего на поверхности и поэтому аморфного.

Из обычных полимеров (пластмасс) только самый простой (полиэтилен) имеет заметную скорость кристаллизации при комнатной температуре — порядка двух лет для мягкого (ПВД) и нескольких лет (даже с добавками-замедлителями) для твёрдого (ПНД) — уже примерно наполовину кристаллизованного вида. Это одна из причин недолговечности изделий из полиэтилена.

К стабильно-аморфным веществам принадлежат стекла (искусственные и вулканические), естественные и искусственные смолы, клеи, парафин, воск и др. Аморфные вещества могут находиться либо в стеклообразном состоянии (при низких температурах), либо в состоянии расплава (при высоких температурах). Аморфные вещества переходят в стеклообразное состояние при температурах заметно ниже температуры стеклования Tg. При температурах намного выше Tg аморфные вещества ведут себя как расплавы, то есть находятся в расплавленном состоянии. Вязкость аморфных материалов — непрерывная функция температуры: чем выше температура, тем ниже вязкость аморфного вещества.

Связанные понятия

Упоминания в литературе

Связанные понятия (продолжение)

Кристалл — вспомогательный геометрический образ, вводимый для анализа строения кристалла. Решётка имеет сходство с канвой или сеткой, что даёт основание называть точки решётки узлами. Решёткой является совокупность точек, которые возникают из отдельной произвольно выбранной точки кристалла под действием группы трансляции. Это расположение замечательно тем, что относительно каждой точки все остальные расположены совершенно одинаково. Применение к решётке в целом любой из присущих ей трансляций приводит.

Углерод — вещество с самым большим числом аллотропических модификаций (более 9 обнаруженных на данный момент).

Твёрдые растворы — фазы переменного состава, в которых атомы различных элементов расположены в общей кристаллической решётке.

Диагра́мма фа́зового равнове́сия (диаграмма состоя́ния) желе́зо—углеро́д (иногда эту диаграмму называют «диаграмма железо—цементит») — графическое отображение фазового состояния сплавов железа с углеродом в зависимости от их химического состава и температуры.

Аморфные тела

Амо́рфные вещества́ (тела́) (от др.-греч. ἀ «не-» и μορφή «вид, форма») — конденсированное состояние вещества, атомарная структура которых имеет ближний порядок и не имеет дальнего порядка, характерного для кристаллических структур. В отличие от кристаллов стабильно-аморфные вещества не затвердевают с образованием кристаллических граней, и, (если не были под сильнейшим анизотропным воздействием — сжатием или электрическим полем, например) обладают изотропией свойств, то есть не обнаруживают различных свойств в разных направлениях. И не имеют определённой точки плавления: при повышении температуры стабильно-аморфные вещества постепенно размягчаются и выше температуры стеклования (Tg) переходят в жидкое состояние. Вещества с высокой скоростью кристаллизации, обычно имеющие (поли-)кристаллических структуру, но сильно переохлаждённые при затвердевании в аморфное состояние, при последующем нагреве незадолго до плавления рекристаллизуются (в твёрдом состоянии с небольшим выделением тепла), а затем плавятся как обычные поликристаллические.

Получаются при высокой скорости затвердевания(остывания) жидкого расплава или конденсацией паров на охлаждённую заметно ниже температуры ПЛАВЛЕНИЯ(не кипения!) подложку(любой предмет). Соотношение реальной скорости охлаждения (dT/dt) и характеристической скорости кристаллизации определяет долю поликристаллов в аморфном объёме. Скорость кристаллизации — параметр вещества, слабо зависящий от давления и от температуры (около точки плавления — сильно). И сильно зависящий от сложности состава — для металлов порядка долей-десятков миллисекунд; а для стёкол при комнатной температуре — сотни и тысячи лет (старые стёкла и зеркала мутнеют).

Кварц (SiO2) также имеет низкую скорость кристаллизации, поэтому отлитые из него изделия получаются аморфными. Однако природный кварц, имевший сотни и тысячи лет для кристаллизации при остывании земной коры или глубинных слоев вулканов, имеет крупнокристаллическое строение, в отличие от вулканического стекла, застывшего на поверхности.

Из обычных полимеров (пластмасс) только (самый простейший) полиэтилен имеет заметную скорость кристаллизации – порядка двух лет для мягкого (ПНД) и нескольких лет (даже с добавками-замедлителями) для твёрдого (ПВД — уже примерно наполовину кристаллизованного) видов. Это одна из причин недолговечности изделий из полиэтилена.

К стабильно-аморфным веществам принадлежат стекла (искусственные и вулканические), естественные и искусственные смолы, клеи, парафин, воск и др. Аморфные вещества могут находиться либо в стеклообразном состоянии (при низких температурах), либо в состоянии расплава (при высоких температурах). Аморфные вещества переходят в стеклообразное состояние при температурах заметно ниже температуры стеклования Tg. При температурах намного выше Tg аморфные вещества ведут себя как расплавы, то есть находятся в расплавленном состоянии(если не разлагаются от перегрева и не сгорают, конечно). Вязкость аморфных материалов — непрерывная функция температуры: чем выше температура, тем ниже вязкость аморфного вещества.

Структура

Исследования показали, что структуры жидкостей и аморфных тел имеют много общего. В аморфных и жидких телах наблюдается ближний порядок в упаковке частиц (атомов или молекул). По этой причине принято считать аморфные тела очень густыми/вязкими (застывшими) жидкостями.

Также бывают промежуточные полуаморфные (полукристаллические) состояния.

Свойства

Все физические свойства аморфного и поликристаллического состояний одного и того же вещества заметно (иногда сильно) отличаются (кроме плотности).

Электрические и механические свойства аморфных веществ ближе к таковым для монокристаллов, чем для поликристаллов из-за отсутствия резких и сильно загрязнённых примесями межкристаллических переходов(границ) с зачастую абсолютно другим химическим составом.

Немеханические свойства полуаморфных состояний обычно являются промежуточными между аморфным и кристаллическим и изотропны. Однако отсутствие резких межкристаллических переходов заметно влияет на электрические и механические свойства, делая их похожими на аморфные.

При внешних воздействиях аморфные вещества обнаруживают одновременно упругие свойства, подобно кристаллическим твердым веществам, и текучесть, подобно жидкости. Так, при кратковременных воздействиях (ударах) они ведут себя как твёрдые вещества и при сильном ударе раскалываются на куски. Но при очень продолжительном воздействии (например растяжении) аморфные вещества текут. Например, аморфным веществом также является смола (или гудрон, битум). Если раздробить её на мелкие части и получившейся массой заполнить сосуд, то через некоторое время смола сольётся в единое целое и примет форму сосуда.

В зависимости от электрических свойств, разделяют аморфные металлы, аморфные неметаллы, и аморфные полупроводники.

Аморфные вещества – характеристика, свойства и примеры

Примеры таких веществ можно найти повсеместно, так как это одно из основных состояний, в которых может существовать материя. Слово «аморфный» происходит из древнегреческого языка и означает «бесформенный».

Свойства аморфных веществ

Отличием таких субстанций от веществ, имеющих кристаллическую структуру, является отсутствие строгого порядка нахождение атомов. Такая конструкция не является устойчивой и, постепенно видоизменяясь, имеет склонность к переходу в кристаллическую.

В сообщении на эту тему необходимо дать определение и кратко описать основные качества «бесформенных» тел.

Ведь именно выраженные отличия их от твердых субстанций и диктуют необходимость выделять их в отдельный класс.

От твёрдых тел они отличаются такими особыми качествами:

  • Текучесть. Долго находящееся без движения аморфное тело способно менять свою конфигурацию. При этом вещество, из которого состоит тело, под действием силы тяжести перемещается в нижнюю его часть. Визуально такой эффект можно наблюдать в виде утолщения нижней части стекла, долго простоявшего вертикально в оконном проеме. Такой эффект связывают с тем, что вещество в виде потеков постепенно перемещается вниз.
  • Изотропность. Этот термин означает, что физические свойства их абсолютно идентичны, независимо от их направленности. Здесь имеются в виду механические, электрические, оптические и тепловые свойства.
  • Отсутствие постоянной температуры плавления. Переход из одной фазы в другую осуществляется постепенно. Это происходит в результате размягчения аморфного тела.

Разные состояния субстанций

В свою очередь, некоторые кристаллические тела способны при определенных условиях переходить в аморфное состояние, меняя в результате свои строение и физические свойства. В зависимости от состояния такие вещества могут относиться к разным классам (к какому именно — зависит от внешних условий).

В качестве примера можно выбрать кварц, представляющий собой оксид кремния, который приобретает аморфные свойства при нагревании до температуры 1700 градусов и плавлении. После охлаждения свойства вещества меняются: оно приобретает меньшую плотность, чем до нагревания, и отличается от кристаллического кварца по ряду других качеств.

Тела, способные находиться при разных условиях в твердом и аморфном состояниях, обладают в бесструктурном виде большей внутренней энергией, нежели в твёрдом. Именно это качество обусловливает закономерность, согласно которой они способны постепенно переходить в кристаллическое состояние («терять аморфность»).

В качестве примера такого феномена можно привести постепенное помутнение стекла по прошествии большого количества времени.

Изменение оптических свойств материала связано с тем, что внутри слоя появляются мелкие, невидимые глазу кристаллики, обладающие другими оптическими параметрами, отличающимися от прозрачной среды.

Примеры «бесформенных» тел

В докладе по физике на тему о таких веществах и их свойствах необходимо перечислить примеры таких субстанций.

К стабильно аморфным телам относят субстанции, которые не склонны твердеть с образованием кристаллических граней (в случае отсутствия выраженных анизотропных воздействий — высокого давления или электрического поля). К этой группе веществ относят:

  • парафин;
  • воск;
  • сургуч;
  • шоколад;
  • стекло;
  • смолу;
  • плексиглас;
  • каучук;
  • разновидности пластика.

Несколько особняком стоит отдельный класс соединений, обладающих одновременно свойствами кристаллических структур и аморфных тел. Может показаться странным, но таким телам присущи и анизотропия, и текучесть. Такое состояние принято называть жидкокристаллическим.

Как правило, с точки зрения химической структуры, жидкокристаллические субстанции являются органическими соединениями, имеющими нитевидную или пластинообразную конфигурацию молекул.

Именно такие структуры, обладающие комбинированными свойствами, являются основой для жидкокристаллических экранов и нашли применение при производстве электронной техники. Этим же термином стала называться и техника, снабженная таким экраном.

Аморфные тела

Аморфные тела (структура диоксида кремния)

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

В отличие от кристаллов молекулы и атомы аморфных твердых тел не формируют решетку, а расстояние между ними колеблется в пределах 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. В 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.

На рисунке слева (а) изображена решетка молекул кварца, а справа (б) расположение молекул кварцевого стекла, которое является аморфным телом.

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.

График перехода аморфного тела в жидкое состояние изображен пунктирной линией (2), а график перехода обычного твердого тела в жидкое состояние – сплошной (1).

  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. По 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, которые практически невозможно перевести в кристаллическое состояние посредством охлаждения, так как сложность молекул этих веществ не позволяет им образовать регулярную кристаллическую решетку. К таким жидкостям относятся молекулы некоторых органических полимеров.

Материалы по теме

Жидкие кристаллы

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. Данное 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.

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.

Молдавит, естественное стекло, образованное ударом метеорита, из Беседин, Богемия, Чехия.

Рейтинг
( Пока оценок нет )
Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: