Amorf testek: jellemzők, leírás és tulajdonságok. Amorf szilárd anyagok

Nem minden szilárd anyag kristály. Sok amorf test létezik.

Az amorf testeknek nincs szigorú rendje az atomok elrendezésében. Csak a legközelebbi szomszédos atomok vannak valamilyen sorrendben elrendezve. De nincs szigorú irányultság ugyanazon szerkezeti elem minden irányában, ami az amorf testekben lévő kristályokra jellemző.

Gyakran ugyanaz az anyag megtalálható kristályos és amorf állapotban is. Például a kvarc SiO2 lehet kristályos vagy amorf formában (szilika). A kvarc kristályformája sematikusan ábrázolható szabályos hatszögek rácsaként. A kvarc amorf szerkezete is rácsszerű, de szabálytalan alakú. A hatszögekkel együtt ötszögeket és hétszögeket is tartalmaz.

1959-ben D. Bernal angol fizikus érdekes kísérleteket végzett: sok kis, azonos méretű gyurmagolyót vett, krétaporba forgatta és nagy golyóvá préselte. Ennek eredményeként a golyók poliéderekké deformálódtak. Kiderült, hogy ebben az esetben túlnyomórészt ötszögletű lapok alakultak ki, és a poliéderek átlagosan 13,3 lappal rendelkeztek. Tehát bizonyos rend van az amorf anyagokban.

Az amorf testek közé tartozik az üveg, gyanta, gyanta, cukorka stb. A kristályos anyagokkal ellentétben az amorf anyagok izotrópok, azaz mechanikai, optikai, elektromos és egyéb tulajdonságaik nem függenek az iránytól. Az amorf testeknek nincs rögzített olvadáspontja: az olvadás egy bizonyos hőmérsékleti tartományban megy végbe. Az amorf anyag szilárd halmazállapotból folyékony halmazállapotba való átmenete nem jár együtt a tulajdonságok hirtelen megváltozásával. Az amorf állapot fizikai modellje még nem készült.

Az amorf szilárd anyagok köztes helyet foglalnak el a kristályos szilárd anyagok és a folyadékok között. Atomjaik vagy molekuláik relatív sorrendben vannak elrendezve. A szilárd anyagok (kristályos és amorf) szerkezetének megértése lehetővé teszi a kívánt tulajdonságokkal rendelkező anyagok létrehozását.

Külső hatások hatására az amorf testek rugalmas tulajdonságokkal rendelkeznek, mint a szilárd anyagok, és folyékonyak, mint a folyadékok. Így rövid távú behatások (hatások) hatására szilárd testként viselkednek, és erős behatás hatására darabokra törnek. De nagyon hosszú expozícióval amorf testek áramlanak. Kövessünk egy darab gyantát, amely sima felületen fekszik. A gyanta fokozatosan szétterül rajta, és minél magasabb a gyanta hőmérséklete, ez annál gyorsabban történik.

Az alacsony hőmérsékletű amorf testek tulajdonságaikban hasonlítanak a szilárd testekre. Folyékonyságuk szinte nincs, de a hőmérséklet emelkedésével fokozatosan meglágyulnak, és tulajdonságaik egyre közelebb kerülnek a folyadékok tulajdonságaihoz. Ez azért történik, mert a hőmérséklet emelkedésével az atomok egyik pozícióból a másikba ugrása fokozatosan gyakoribbá válik. Az amorf testeknek a kristályos testekkel ellentétben nincs meghatározott testhőmérséklete.

A folyékony anyagot lehűtve nem mindig kristályosodik ki. bizonyos körülmények között nem egyensúlyi állapotú szilárd amorf (üveges) állapot alakulhat ki. Üveges állapotban lehetnek egyszerű anyagok (szén, foszfor, arzén, kén, szelén), oxidok (például bór, szilícium, foszfor), halogenidek, kalkogenidek, sok szerves polimer Ebben az állapotban az anyag stabil lehet hosszú ideig például néhány vulkáni üveg több millió éves. Az üvegszerű amorf állapotú anyag fizikai és kémiai tulajdonságai jelentősen eltérhetnek a kristályos anyag tulajdonságaitól. Például az üveges germánium-dioxid kémiailag aktívabb, mint a kristályos. A folyékony és szilárd amorf állapot tulajdonságainak különbségét a részecskék hőmozgásának jellege határozza meg: amorf állapotban a részecskék csak rezgő és forgó mozgásra képesek, de nem tudnak áthaladni az anyag vastagságán.

Mechanikai terhelés vagy hőmérsékletváltozás hatására amorf testek kristályosodhatnak. Az anyagok reaktivitása amorf állapotban sokkal nagyobb, mint kristályos állapotban. Az amorf (a görög „amorphos” - alaktalan) anyagállapot fő jellemzője az atomi vagy molekuláris rács hiánya, vagyis a kristályos állapotra jellemző szerkezet háromdimenziós periodicitása.

Vannak olyan anyagok, amelyek csak szilárd formában, amorf állapotban létezhetnek. Ez a szabálytalan egységsorozatú polimerekre vonatkozik.

A szilárd anyagokat amorf és kristályosra osztják molekulaszerkezetüktől és fizikai tulajdonságaiktól függően.

A kristályokkal ellentétben az amorf szilárd anyagok molekulái és atomjai nem alkotnak rácsot, és a köztük lévő távolság a lehetséges távolságok bizonyos tartományán belül ingadozik. Más szóval, a kristályokban az atomok vagy molekulák úgy helyezkednek el kölcsönösen, hogy a kialakult szerkezet a test teljes térfogatában megismétlődhessen, amit nagy hatótávolságú rendnek nevezünk. Az amorf testek esetében a molekulák szerkezete csak az egyes ilyen molekulákhoz viszonyítva marad meg, csak a szomszédos molekulák eloszlásában figyelhető meg egy mintázat - rövid hatótávolságú. Az alábbiakban egy szemléltető példát mutatunk be.

Az amorf testek közé tartozik az üveg és egyéb üveges állapotú anyagok, gyanta, gyanta, borostyán, tömítőviasz, bitumen, viasz, valamint szerves anyagok: gumi, bőr, cellulóz, polietilén stb.

Az amorf testek tulajdonságai

Az amorf szilárd anyagok szerkezeti jellemzői egyedi tulajdonságokat adnak nekik:

1. A gyenge folyékonyság az ilyen testek egyik legismertebb tulajdonsága. Példa erre az üvegcseppek, amelyek hosszú ideje ülnek az ablakkeretben.
2. Az amorf szilárd anyagoknak nincs meghatározott olvadáspontja, mivel a melegítés során a folyékony halmazállapotba való átmenet fokozatosan, a test lágyulásával történik. Emiatt az ilyen testekre az úgynevezett lágyulási hőmérséklet-tartományt alkalmazzák.

1. Az ilyen testek szerkezetükből adódóan izotrópok, vagyis fizikai tulajdonságaik nem függnek az irányválasztástól.
2. Az amorf állapotú anyag belső energiája nagyobb, mint kristályos állapotban. Emiatt az amorf testek képesek önállóan kristályos állapotba átalakulni. Ez a jelenség annak eredményeként figyelhető meg, hogy az üveg idővel zavarossá válik.

Üveges állapot

A természetben vannak olyan folyadékok, amelyeket hűtéssel gyakorlatilag lehetetlen kristályos állapotba alakítani, mivel ezen anyagok molekuláinak összetettsége nem teszi lehetővé, hogy szabályos kristályrácsot képezzenek. Az ilyen folyadékok közé tartoznak bizonyos szerves polimerek molekulái.

Mély és gyors hűtés segítségével azonban szinte bármilyen anyag üveges állapotba kerülhet. Ez egy amorf állapot, amelynek nincs tiszta kristályrácsa, de kis klaszterek léptékében részben kristályosodhat. Ez az anyagállapot metastabil, azaz bizonyos szükséges termodinamikai körülmények között fennmarad.

A hűtési technológia bizonyos sebességgel történő alkalmazásával az anyagnak nincs ideje kristályosodni, és üveggé alakul. Vagyis minél nagyobb az anyag hűtési sebessége, annál kisebb a kristályosodás valószínűsége. Például fémüvegek gyártásához másodpercenként 100 000-1 000 000 Kelvin hűtési sebességre lesz szükség.

A természetben az anyag üveges állapotban létezik, és folyékony vulkáni magmából származik, amely hideg vízzel vagy levegővel kölcsönhatásba lépve gyorsan lehűl. Ebben az esetben az anyagot vulkáni üvegnek nevezik. Megfigyelheti az üveget is, amely a légkörrel kölcsönhatásba lépő lehulló meteorit - meteoritüveg vagy moldavit - olvadása következtében keletkezett.

Elgondolkozott már azon, hogy mik ezek a titokzatos amorf anyagok? Szerkezetükben különböznek mind a szilárd, mind a folyékony anyagoktól. Az a tény, hogy az ilyen testek speciális sűrített állapotban vannak, amelyek csak rövid hatótávolságúak. Az amorf anyagok például a gyanta, üveg, borostyán, gumi, polietilén, polivinil-klorid (kedvenc műanyag ablakaink), különféle polimerek és mások. Ezek olyan szilárd anyagok, amelyeknek nincs kristályrácsa. Ide tartozik még a tömítőviasz, különféle ragasztók, keménygumi és műanyagok.

Az amorf anyagok szokatlan tulajdonságai

A hasítás során az amorf szilárd anyagokban nem képződnek élek. A részecskék teljesen véletlenszerűek, és közeli távolságra helyezkednek el egymástól. Lehetnek nagyon vastagok vagy viszkózusak. Hogyan hatnak rájuk a külső hatások? A különböző hőmérsékletek hatására a testek folyékonyakká válnak, mint a folyadékok, és ugyanakkor meglehetősen rugalmasak. Azokban az esetekben, amikor a külső hatás nem tart sokáig, az amorf szerkezetű anyagok erőteljes becsapódással darabokra törhetnek. A kívülről jövő hosszú távú befolyás arra a tényre vezet, hogy egyszerűen áramlanak.

Próbáljon ki egy kis gyantás kísérletet otthon. Helyezze kemény felületre, és észre fogja venni, hogy simán folyni kezd. Így van, ez lényeg! A sebesség a hőmérsékleti értékektől függ. Ha nagyon magas, a gyanta észrevehetően gyorsabban terjed.

Mi jellemző még az ilyen testekre? Bármilyen formát ölthetnek. Ha kis részecskék formájában amorf anyagokat helyezünk egy edénybe, például egy kancsóba, akkor ezek is felveszik az edény alakját. Ezenkívül izotrópok, azaz minden irányban ugyanazokat a fizikai tulajdonságokat mutatják.

Olvadás és átmenet más állapotokba. Fém és üveg

Egy anyag amorf állapota nem jelenti azt, hogy semmilyen meghatározott hőmérsékletet kell fenntartani. Alacsony értékeknél a testek megfagynak, magas értékeknél megolvadnak. Egyébként ettől függ az ilyen anyagok viszkozitásának mértéke is. Az alacsony hőmérséklet csökkenti a viszkozitást, a magas hőmérséklet éppen ellenkezőleg, növeli azt.

Az amorf típusú anyagok esetében még egy jellemzőt lehet megkülönböztetni - a kristályos állapotba való átmenetet és a spontán állapotot. Miért történik ez? A kristályos test belső energiája sokkal kisebb, mint az amorf testben. Ezt az üvegtermékek példáján is észrevehetjük - idővel az üveg zavarossá válik.

Fémüveg - mi ez? A kristályrácsból az olvasztás során eltávolítható a fém, vagyis üvegessé tehető egy amorf szerkezetű anyag. A mesterséges hűtés során bekövetkező megszilárdulás során újra kialakul a kristályrács. Az amorf fém elképesztően ellenáll a korróziónak. Például egy belőle készült karosszéria nem igényel különféle bevonatokat, mivel nem lenne kitéve spontán tönkremenetelnek. Amorf anyagnak nevezzük azt a testet, amelynek atomszerkezete soha nem látott erősségű, ami azt jelenti, hogy az amorf fém bármilyen ipari szektorban felhasználható.

Anyagok kristályszerkezete

Ahhoz, hogy jól megértsük a fémek jellemzőit és tudjunk velük dolgozni, ismernie kell bizonyos anyagok kristályszerkezetét. A fémtermékek gyártása és a kohászat területe nem fejlődhetett volna ennyire, ha az emberek nem rendelkeztek bizonyos ismeretekkel az ötvözetek szerkezetének, technológiai technikáinak és működési jellemzőinek változásairól.

Négy halmazállapot

Köztudott, hogy az aggregációnak négy állapota van: szilárd, folyékony, gáznemű, plazma. Az amorf szilárd anyagok kristályosak is lehetnek. Ezzel a szerkezettel a részecskék elrendezésében térbeli periodicitás figyelhető meg. Ezek a kristályokban lévő részecskék periodikus mozgást végezhetnek. Minden testben, amelyet gáz- vagy folyékony halmazállapotban figyelünk meg, észrevehetjük a részecskék mozgását kaotikus rendellenesség formájában. Az amorf szilárd anyagokat (például kondenzált állapotban lévő fémeket: keménygumi, üvegtermékek, gyanták) fagyott folyadékoknak nevezhetjük, mert amikor megváltoztatják alakjukat, észrevehető egy olyan jellemző tulajdonság, mint a viszkozitás.

Különbség amorf testek és gázok és folyadékok között

A plaszticitás, a rugalmasság és az alakváltozás során fellépő keményedés megnyilvánulásai sok testre jellemzőek. A kristályos és amorf anyagok nagyobb mértékben, míg a folyadékok és gázok nem rendelkeznek ilyen tulajdonságokkal. De észreveheti, hogy hozzájárulnak a térfogat rugalmas változásához.

Kristályos és amorf anyagok. Mechanikai és fizikai tulajdonságok

Mik azok a kristályos és amorf anyagok? Mint fentebb említettük, azokat a testeket, amelyeknek hatalmas viszkozitási együtthatója van, amorfnak nevezhetjük, és folyékonyságuk normál hőmérsékleten lehetetlen. De a magas hőmérséklet éppen ellenkezőleg, lehetővé teszi, hogy folyékonyak legyenek, mint egy folyadék.

A kristályos típusú anyagok teljesen különbözőnek tűnnek. Ezeknek a szilárd anyagoknak saját olvadáspontjuk lehet, a külső nyomástól függően. A folyadék lehűtésével kristályok keletkezhetnek. Ha nem tesz meg bizonyos intézkedéseket, észre fogja venni, hogy különféle kristályosodási központok kezdenek megjelenni folyékony állapotban. Ezeket a központokat körülvevő területen szilárd képződés lép fel. A nagyon kicsi kristályok véletlenszerű sorrendben kezdenek kapcsolódni egymással, és egy úgynevezett polikristály keletkezik. Az ilyen test izotróp.

Az anyagok jellemzői

Mi határozza meg a testek fizikai és mechanikai tulajdonságait? Az atomi kötések fontosak, csakúgy, mint a kristályszerkezet típusa. Az ionos kristályokat ionos kötések jellemzik, ami zökkenőmentes átmenetet jelent egyik atomról a másikra. Ebben az esetben pozitív és negatív töltésű részecskék képződnek. Az ionos kötést egy egyszerű példán figyelhetjük meg - ilyen jellemzők a különféle oxidokra és sókra jellemzőek. Az ionkristályok másik jellemzője az alacsony hővezető képesség, de teljesítménye hevítés hatására érezhetően megnőhet. A kristályrács csomópontjain különféle molekulák láthatók, amelyeket erős atomi kötések különböztetnek meg.

Sok ásványi anyag, amelyet a természetben találunk, kristályos szerkezetű. És az anyag amorf állapota a természet is a maga tiszta formájában. Csak ebben az esetben a test valami formátlan, de a kristályok gyönyörű poliéderek formáját ölthetik, lapos élekkel, és új, elképesztő szépségű és tisztaságú szilárd testeket is alkothatnak.

Mik azok a kristályok? Amorf-kristályos szerkezet

Az ilyen testek alakja egy adott vegyület esetében állandó. Például a berill mindig úgy néz ki, mint egy hatszögletű prizma. Próbálj meg egy kis kísérletet. Vegyünk egy kis kocka alakú konyhasókristályt (golyót), és tegyük egy speciális, ugyanazzal az asztali sóval telített oldatba. Idővel észre fogod venni, hogy ez a test változatlan maradt - ismét elnyerte a konyhasó kristályaira jellemző kocka vagy golyó alakját.

3. - polivinil-klorid, vagy a jól ismert műanyag PVC ablakok. Tűzálló, mivel égésgátlónak számít, fokozott mechanikai szilárdsággal és elektromos szigetelő tulajdonságokkal rendelkezik.

4. A poliamid nagyon nagy szilárdságú és kopásálló anyag. Magas dielektromos jellemzők jellemzik.

5. Plexiüveg vagy polimetil-metakrilát. Felhasználhatjuk az elektrotechnika területén, vagy felhasználhatjuk szerkezetek anyagaként.

6. A fluorplasztikus vagy politetrafluor-etilén egy jól ismert dielektrikum, amely nem mutat oldódási tulajdonságokat szerves eredetű oldószerekben. Széles hőmérsékleti tartománya és jó dielektromos tulajdonságai lehetővé teszik hidrofób vagy súrlódásgátló anyagként történő alkalmazását.

7. Polisztirol. Ezt az anyagot nem befolyásolják savak. A fluor-műanyaghoz és a poliamidhoz hasonlóan dielektrikumnak tekinthető. Nagyon ellenálló a mechanikai igénybevétellel szemben. Polisztirol mindenhol használatos. Például szerkezeti és elektromos szigetelőanyagként jól bevált. Elektromos és rádiótechnikában használják.

8. Számunkra talán a leghíresebb polimer a polietilén. Az anyag ellenáll az agresszív környezetnek, teljesen át nem ereszti a nedvességet. Ha a csomagolás polietilénből készült, nem kell félni attól, hogy heves esőzés hatására a tartalom megromlik. A polietilén szintén dielektrikum. Alkalmazása kiterjedt. Csőszerkezetek, különféle elektromos termékek, szigetelő fólia, telefon- és elektromos vezetékek burkolatainak, rádió- és egyéb berendezések alkatrészeinek készítésére szolgál.

9. A polivinil-klorid nagy polimertartalmú anyag. Szintetikus és hőre lágyuló. Aszimmetrikus molekulaszerkezettel rendelkezik. Szinte vízát nem eresztő, sajtolással, bélyegzéssel és fröccsöntéssel készül. A polivinil-kloridot leggyakrabban az elektromos iparban használják. Ennek alapján különféle hőszigetelő tömlők és vegyvédelmi tömlők, akkumulátor bankok, szigetelő hüvelyek és tömítések, vezetékek és kábelek készülnek. A PVC kiválóan helyettesíti a káros ólmot is. Nem használható nagyfrekvenciás áramkörként dielektrikum formájában. És mindez azért, mert ebben az esetben a dielektromos veszteségek magasak lesznek. Magas vezetőképességgel rendelkezik.

Az amorf szilárd anyagok számos tulajdonságukban és főleg mikroszerkezetükben erősen túlhűtött, nagyon magas viszkozitási együtthatójú folyadékoknak tekintendők. Az ilyen testek szerkezetét csak a részecskék elrendezésének rövid hatótávolságú rendezettsége jellemzi. Ezen anyagok egy része egyáltalán nem képes kristályosodni: viasz, tömítőviasz, gyanták. Mások bizonyos hűtési rendszer mellett kristályos szerkezeteket hoznak létre, de gyors hűtés esetén a viszkozitás növekedése megakadályozza a részecskék elrendeződését. Az anyag a kristályosodási folyamat előtt megkeményedik. Az ilyen testeket üvegszerűnek nevezik: üveg, jég. Az ilyen anyagban a kristályosodási folyamat megszilárdulás után is bekövetkezhet (üveg zavarosság). Az amorf anyagok közé tartoznak a szilárd szerves anyagok is: gumi, fa, bőr, műanyagok, gyapjú, pamut és selyemszálak. Az ilyen anyagok folyékony fázisból szilárd fázisba való átmenetét az ábra mutatja. – I. görbe.

Az amorf testeknek nincs megszilárdulási (olvadási) hőmérsékletük. A T = f(t) grafikonon van egy inflexiós pont, amit lágyulási hőmérsékletnek nevezünk. A hőmérséklet csökkenése a viszkozitás fokozatos növekedéséhez vezet. A szilárd halmazállapotba való átmenet ilyen jellege azt okozza, hogy az amorf anyagokban nincs fajlagos olvadási hő. A fordított átmenet, amikor hőt szolgáltatunk, egyenletes lágyulás következik be folyékony állapotba.

KRISTÁLYOS SZILÁRD ANYAGOK.

A kristályok mikroszerkezetének jellemző sajátossága belső elektromos mezőik térbeli periodicitása és a kristályképző részecskék - atomok, ionok és molekulák elrendeződésének megismételhetősége (nagy hatótávolságú sorrend). A részecskék meghatározott sorrendben váltakoznak egyenes vonalak mentén, amelyeket csomóvonalaknak nevezünk. A kristály bármely lapos szakaszában két egymást metsző ilyen vonalrendszer alkot egy teljesen azonos paralelogrammát, amely szorosan, hézagok nélkül fedi le a metszetsíkot. A térben az ilyen vonalak három nem egysíkú rendszerének metszéspontja egy térhálót alkot, amely a kristályt teljesen egyforma paralelepipedonok halmazára osztja. A kristályrácsot alkotó egyenesek metszéspontjait csomópontoknak nevezzük. A csomópontok közötti távolságokat egy bizonyos irányban transzlációnak vagy rácsperiódusnak nevezzük. A három nem egysíkú fordításra épített paralelepipedont egységcellának vagy rácsismételhetőségű paralelepipedusnak nevezzük. A kristályrácsok legfontosabb geometriai tulajdonsága a részecskék elrendezésének szimmetriája bizonyos irányok és síkok tekintetében. Emiatt bár többféle módon is lehet egy adott kristályszerkezethez egységcellát kiválasztani, azt úgy választjuk meg, hogy az illeszkedjen a rács szimmetriájához.

A kristályos szilárd anyagok két csoportra oszthatók: egykristályokra és polikristályokra. Az egykristályok esetében egyetlen kristályrács figyelhető meg az egész testben. És bár az azonos típusú egykristályok külső alakja eltérő lehet, a megfelelő lapok közötti szögek mindig azonosak lesznek. Az egykristályok jellemző tulajdonsága a mechanikai, termikus, elektromos, optikai és egyéb tulajdonságok anizotrópiája.

Az egykristályok gyakran természetes állapotukban találhatók meg a természetben. Például a legtöbb ásvány kristály, smaragd, rubin. Jelenleg termelési célokra sok egykristályt termesztenek mesterségesen oldatokból és olvadékokból - rubinokból, germániumból, szilíciumból, gallium-arzenidből.

Ugyanaz a kémiai elem több, geometriailag eltérő kristályszerkezetet alkothat. Ezt a jelenséget polimorfizmusnak nevezzük. Például szén - grafit és gyémánt; jég öt módosítás stb.

A kristályos testeknél általában nem jelenik meg a megfelelő külső fazettás és a tulajdonságok anizotrópiája. Ennek az az oka, hogy a kristályos szilárd anyagok általában sok véletlenszerűen orientált kis kristályból állnak. Az ilyen szilárd anyagokat polikristályosnak nevezik. Ez a kristályosodási mechanizmusnak köszönhető: a folyamathoz szükséges feltételek elérésekor a kezdeti fázisban sok helyen egyszerre jelennek meg a kristályosodási centrumok. A születő kristályok egymáshoz képest teljesen véletlenszerűen helyezkednek el és orientálódnak. Emiatt a folyamat végén szilárd anyagot kapunk olvasztott kis kristályok - krisztallitok - konglomerátum formájában.

Energetikai szempontból a kristályos és az amorf szilárd anyagok közötti különbség jól látható a megszilárdulás és az olvadás folyamatában. A kristályos testeknek olvadáspontjuk van – az a hőmérséklet, amikor egy anyag két fázisban – szilárd és folyékony – stabilan létezik (2. ábra). Egy szilárd molekula folyadékká való átalakulása azt jelenti, hogy további három szabadsági fokot szerez a transzlációs mozgásból. Hogy. anyag tömegegysége T pl. folyékony fázisban nagyobb belső energiája van, mint azonos tömegű szilárd fázisban. Ezenkívül a részecskék közötti távolság is változik. Ezért általában a kristályos anyag egységnyi tömegének folyadékká alakításához szükséges hőmennyiség:

λ = (U f -U cr) + P (V f -V cr),

ahol λ az olvadás (kristályosodás) fajhője, (U l -U cr) a folyadék és a kristályos fázis belső energiáinak különbsége, P a külső nyomás, (V l -V cr) konkrét kötetek. A Clapeyron-Clausius egyenlet szerint az olvadási hőmérséklet függ a nyomástól:

Látható, hogy ha (V f -V cr)> 0, akkor > 0, azaz A nyomás növekedésével az olvadáspont növekszik. Ha egy anyag térfogata az olvadás során csökken (V f -V cr)< 0 (вода, висмут), то рост давления приводит к понижению Т пл.

Az amorf testeknek nincs olvadási hője. A melegítés a hőmozgás sebességének fokozatos növekedéséhez és a viszkozitás csökkenéséhez vezet. A folyamatgrafikonon (ábra) van egy inflexiós pont, amelyet hagyományosan lágyulási hőmérsékletnek neveznek.

SZILÁRD ANYAGOK TERMÉLIS TULAJDONSÁGAI

A kristályokban az erős kölcsönhatás miatti hőmozgást csak a kristályrács csomópontjai közelében lévő részecskék rezgései korlátozzák. Ezeknek a kilengéseknek az amplitúdója általában nem éri el a 10 -11 m-t, azaz. csak 5-7%-a a rácsperiódusnak a megfelelő irány mentén. Ezeknek a rezgéseknek a természete nagyon összetett, mivel az oszcilláló részecske és az összes szomszédos kölcsönhatás erői határozzák meg.

A hőmérséklet emelkedése a részecskék mozgási energiájának növekedését jelenti. Ez viszont a részecskék rezgésének amplitúdójának növekedését jelenti, és megmagyarázza a kristályos szilárd anyagok hevítés közbeni tágulását.

l t = l 0 (1 + αt 0),

Ahol l t és l 0 – a test lineáris méretei t 0 és 0 0 C hőmérsékleten, α – lineáris tágulási együttható. Szilárd anyagok esetén α 10 -5 – 10 -6 K -1 nagyságrendű. A lineáris tágulás következtében a test térfogata megnő:

V t = V 0 (1 + βt 0),

itt β a térfogattágulási együttható. β = 3α izotróp tágulás esetén. A monokristályos testek anizotrop lévén három különböző α értékkel rendelkeznek.

Minden rezgő részecskének három szabadságfoka van az oszcilláló mozgásban. Figyelembe véve, hogy a részecskéknek a kinetikus energián kívül potenciális energiájuk is van, a szilárd testek részecskéinek egy szabadságfokához ε = kT energiát kell rendelni. A vakond belső energiájára vonatkozóan a következőket kapjuk:

U μ = 3N A kT = 3RT,

és moláris hőkapacitásra:

Azok. A kémiailag egyszerű kristályos testek moláris hőkapacitása azonos és nem függ a hőmérséklettől. Ez a Dulong-Petit törvény.

Amint a kísérlet kimutatta, ez a törvény szobahőmérséklettől kezdve elég jól teljesül. A Dulong-Petit törvénytől való eltérések magyarázatát alacsony hőmérsékleten Einstein és Debye adta meg a hőkapacitás kvantumelméletében. Kimutatták, hogy az egy szabadsági fokra jutó energia nem állandó érték, hanem függ a hőmérséklettől és az oszcillációs frekvenciától.

IGAZI KRISTÁLYOK. KRISTÁLYOK HIBÁI

A valódi kristályoknak számos megsértése van az ideális szerkezetben, amelyeket kristályhibáknak nevezünk:

a) ponthibák –

Schottky-hibák (részecskék által nem foglalt egységek);

Frenkel-hibák (részecskék elmozdulása csomópontokból internódiumokba);

szennyeződések (bevitt idegen atomok);

b) lineáris - él és csavar diszlokációk. Rendszertelenül lokális

sty a részecskék elrendezésében

az egyes atomsíkok befejezetlensége miatt

vagy fejlődésük sorrendjének szabálytalansága miatt;

c) sík – kristályok közötti határvonalak, lineáris diszlokációk sorai.

A kristályos szilárd anyagok mellett amorf szilárd anyagok is találhatók. Az amorf testek, a kristályokkal ellentétben, nem rendelkeznek szigorú renddel az atomok elrendezésében. Csak a legközelebbi atomok - szomszédok - vannak elrendezve valamilyen sorrendben. De

Ugyanazon szerkezeti elemnek nincs minden irányban szigorú ismételhetősége, ami a kristályokra jellemző, az amorf testekben.

Gyakran ugyanaz az anyag megtalálható kristályos és amorf állapotban is. Például a kvarc lehet kristályos vagy amorf formában (szilícium-dioxid). A kvarc kristályos formája sematikusan ábrázolható szabályos hatszögekből álló rácsként (77. ábra, a). A kvarc amorf szerkezete is rácsszerű, de szabálytalan alakú. A hatszögekkel együtt ötszöget és hétszöget tartalmaz (77. kép, b).

Az amorf testek tulajdonságai. Minden amorf test izotróp: fizikai tulajdonságaik minden irányban azonosak. Az amorf testek közé tartozik az üveg, sok műanyag, gyanta, gyanta, cukorka stb.

Külső hatások hatására az amorf testek rugalmas tulajdonságokkal rendelkeznek, mint a szilárd anyagok, és folyékonyak, mint a folyadékok. Rövid távú behatások (hatások) hatására szilárd testként viselkednek, és erős behatás hatására darabokra törnek. De nagyon hosszú expozícióval amorf testek áramlanak. Például egy darab gyanta fokozatosan szétterül egy szilárd felületen. Az amorf testek atomjainak vagy molekuláinak, akárcsak a folyadék molekuláinak, van egy bizonyos „letelepedett élettartama”, az egyensúlyi helyzet körüli oszcillációk ideje. De a folyadékokkal ellentétben ez az idő nagyon hosszú. Ebből a szempontból az amorf testek közel állnak a kristályos testekhez, mivel az atomok egyik egyensúlyi helyzetből a másikba ugrása ritkán fordul elő.

Alacsony hőmérsékleten az amorf testek tulajdonságaikban hasonlítanak a szilárd testekre. Folyékonyságuk szinte nincs, de a hőmérséklet emelkedésével fokozatosan meglágyulnak, és tulajdonságaik egyre jobban közelítenek a folyadékok tulajdonságaihoz. Ez azért történik, mert a hőmérséklet növekedésével az atomok egyik pozícióból történő kiugrása fokozatosan gyakoribbá válik.

egyensúlyt a másikkal. Az amorf testeknek nincs specifikus olvadáspontja, ellentétben a kristályos testekkel.

Szilárdtestfizika. A szilárd anyagok minden tulajdonsága (kristályos és amorf) megmagyarázható atomi-molekuláris szerkezetük, valamint a szilárd anyagokat alkotó molekulák, atomok, ionok és elektronok mozgási törvényeinek ismerete alapján. A szilárd testek tulajdonságainak tanulmányozása a modern fizika nagy területén - a szilárdtestfizikában - egyesül. A szilárdtestfizika fejlődését elsősorban a technológiai igények ösztönzik. A világ fizikusainak megközelítőleg fele a szilárdtestfizika területén dolgozik. Természetesen ezen a területen az eredmények elképzelhetetlenek a fizika összes többi ágának mélyreható ismerete nélkül.

1. Miben különböznek a kristályos testek az amorf testektől? 2. Mi az anizotrópia? 3. Mondjon példát monokristályos, polikristályos és amorf testekre! 4. Miben különböznek a peremi diszlokációk a csavaros diszlokációktól?