Mit nevezünk amorf testeknek és mik a tulajdonságaik. Amorf anyagok

Emlékeznünk kell arra, hogy nem minden test létezik a Földön kristályos szerkezet. A szabály alóli kivételeket „amorf testeknek” nevezik. Miben különböznek? A fordítás alapján ezt a kifejezést- amorf - feltételezhető, hogy az ilyen anyagok alakjukban vagy megjelenésükben különböznek a többitől. Az úgynevezett kristályrács hiányáról beszélünk. Az éleket létrehozó hasítási folyamat nem következik be. Amorf testek abban is különböznek, hogy nem függenek környezet, és tulajdonságaik állandóak. Az ilyen anyagokat izotrópnak nevezik.

Az amorf testek rövid leírása

Tól től iskolai tanfolyam A fizikusok emlékezhetnek arra, hogy az amorf anyagok olyan szerkezettel rendelkeznek, amelyben az atomok kaotikus sorrendben helyezkednek el. Csak a szomszédos építményeknek lehet meghatározott helyük, ahol az ilyen elrendezés kényszerített. A kristályokkal való analógiát levonva azonban az amorf testeknek nincs szigorú molekulák és atomok sorrendje (a fizikában ezt a tulajdonságot „hosszú hatótávolságú rendnek” nevezik). A kutatás eredményeként kiderült, hogy ezek az anyagok szerkezetükben hasonlóak a folyadékokhoz.

Egyes testek (például szilícium-dioxid, amelynek képlete SiO 2) egyidejűleg lehetnek amorf állapotúak és kristályos szerkezetűek. A kvarc az első változatban szabálytalan rács szerkezetű, a másodikban szabályos hatszög.

1. számú ingatlan

Mint fentebb említettük, az amorf testeknek nincs kristályrácsa. Atomjaik és molekuláik rövid sorrendben helyezkednek el, ez lesz az első jellegzetes tulajdonsága ezeknek az anyagoknak.

2. számú ingatlan

Ezek a testek meg vannak fosztva a folyékonyságtól. Az anyagok második tulajdonságának jobb magyarázata érdekében ezt megtehetjük a viasz példáján. Nem titok, hogy ha vizet öntünk egy tölcsérbe, az egyszerűen kifolyik belőle. Ugyanez történik minden más folyékony anyaggal. De az amorf testek tulajdonságai nem teszik lehetővé számukra, hogy ilyen „trükköket” hajtsanak végre. Ha a viaszt egy tölcsérbe helyezzük, először szétterül a felületen, és csak ezután kezd kifolyni belőle. Ez annak a ténynek köszönhető, hogy az anyag molekulái egyik egyensúlyi helyzetből egy teljesen másikba ugranak, anélkül, hogy elsődleges helyük lenne.

3. számú ingatlan

Itt az ideje, hogy beszéljünk az olvadási folyamatról. Emlékeztetni kell arra, hogy az amorf anyagoknak nincs meghatározott hőmérséklete, amelyen az olvadás megkezdődik. A hőmérséklet emelkedésével a test fokozatosan lágyabbá válik, majd folyadékká válik. A fizikusok mindig nem a hőmérsékletre összpontosítanak ez a folyamat kezdett előfordulni, de a megfelelő olvadási hőmérséklet-tartományban.

4. számú ingatlan

Fentebb már volt szó róla. Az amorf testek izotrópok. Vagyis tulajdonságaik bármely irányban változatlanok, még akkor is, ha a tartózkodási feltételek eltérőek.

5. számú ingatlan

Legalább egyszer mindenki megfigyelte, hogy egy bizonyos idő elteltével az üveg zavarossá vált. Az amorf testek ezen tulajdonsága megnövekedett belső energiával jár (ez többszöröse a kristályokénak). Emiatt ezek az anyagok könnyen kristályos állapotba kerülhetnek.

Átmenet a kristályos állapotba

Egy bizonyos idő elteltével bármely amorf test kristályos állapotba kerül. Ez megfigyelhető az ember mindennapi életében. Például, ha több hónapig hagyja az édességet vagy a mézet, észreveheti, hogy mindkettő elvesztette átlátszóságát. Az átlagember azt mondja, hogy egyszerűen cukorbevonatú. Valóban, ha megtöri a testet, észreveszi a cukorkristályok jelenlétét.

Tehát, ha erről beszélünk, tisztázni kell, hogy a spontán átalakulás egy másik állapotba annak a ténynek köszönhető, hogy az amorf anyagok instabilak. A kristályokkal összehasonlítva megértheti, hogy az utóbbiak sokszor „erősebbek”. Ez a tény az intermolekuláris elmélettel magyarázható. Eszerint a molekulák folyamatosan ugrálnak egyik helyről a másikra, ezzel kitöltve az üregeket. Idővel stabil kristályrács képződik.

Amorf testek olvadása

Az amorf testek olvadási folyamata az a pillanat, amikor a hőmérséklet emelkedésével az atomok közötti összes kötés megsemmisül. Ekkor az anyag folyadékká alakul. Ha az olvadási körülmények olyanok, hogy a nyomás a teljes periódusban azonos, akkor a hőmérsékletet is rögzíteni kell.

Folyékony kristályok

A természetben vannak olyan testek, amelyeknek folyadékkristályos szerkezetük van. Általában a szerves anyagok listáján szerepelnek, és molekuláik fonalszerű alakúak. A testek, amelyekről arról beszélünk, folyadékok és kristályok tulajdonságaival rendelkeznek, nevezetesen a folyékonyság és az anizotrópia.

Az ilyen anyagokban a molekulák egymással párhuzamosan helyezkednek el, azonban nincs közöttük rögzített távolság. Állandóan mozognak, de nem hajlandók tájékozódást változtatni, ezért állandóan egy pozícióban vannak.

Amorf fémek

Az amorf fémek ismertebbek egy hétköznapi embernek fémüvegeknek nevezzük.

1940-ben a tudósok elkezdtek beszélni e testek létezéséről. Már akkor ismertté vált, hogy a speciálisan vákuumleválasztással előállított fémeknek nincs kristályrácsa. És csak 20 évvel később készült el az első ilyen típusú pohár. Speciális figyelem nem okozott tudósokat; és csak újabb 10 év múlva kezdtek róla beszélni amerikai és japán, majd koreai és európai szakemberek.

Az amorf fémekre jellemző a viszkozitás, elég magas szint szilárdság és korrózióállóság.

Az „amorf” kifejezést görögül szó szerint fordítják: „nem forma”, „nem forma”. Az ilyen anyagok nem rendelkeznek kristályos szerkezet, nem esnek át, hogy kristályos felületet képezzenek. Az amorf test általában izotróp, vagyis az fizikai tulajdonságok ne függjenek a külső hatás irányától.

Egy bizonyos idő (hónapok, hetek, napok) alatt az egyes amorf testek spontán módon kristályos állapotba tudnak átalakulni. Például megfigyelheti, hogy a méz vagy a cukorka egy idő után hogyan veszít átlátszóságából. Ilyen esetekben általában azt mondják, hogy a termékek „cukrozottak”. Ugyanakkor a kandírozott mézet kanállal felkanalazva, vagy cukornádat eltörve ténylegesen megfigyelhető a korábban a cukrászdában kialakult cukorkristályok. amorf forma.

Az anyagok ilyen spontán kristályosodása azt jelzi változó mértékben az államok stabilitása. Így az amorf test kevésbé stabil.

>>Fizika: Amorf testek

Nem minden szilárd anyag kristály. Sok amorf test létezik. Miben különböznek a kristályoktól?
Az amorf testek nem rendelkeznek szigorú rend az atomok elrendezésében. Csak a legközelebbi szomszédos atomok vannak valamilyen sorrendben elrendezve. De nincs szigorú megismételhetőség ugyanazon szerkezeti elem minden irányban, ami a kristályokra jellemző, amorf testekben.
Az atomok elrendezését és viselkedését tekintve az amorf testek hasonlóak a folyadékokhoz.
Gyakran ugyanaz az anyag megtalálható kristályos és amorf állapotban is. Például a kvarc SiO 2 lehet kristályos vagy amorf formában (szilika). A kvarc kristályos formáját sematikusan a rácsként ábrázolhatjuk szabályos hatszögek (12.6. ábra, a). A kvarc amorf szerkezete is rács alakú, de szabálytalan alakú. A hatszögekkel együtt ötszögeket és hétszögeket is tartalmaz ( 12.6. ábra, b).
Az amorf testek tulajdonságai. Minden amorf test izotróp, azaz fizikai tulajdonságaik minden irányban azonosak. Az amorf testek közé tartozik az üveg, a gyanta, a gyanta, a cukorka stb.
Külső hatások hatására az amorf testek rugalmas tulajdonságokkal rendelkeznek, mint a szilárd anyagok, és folyékonyak, mint a folyadékok. Így rövid távú hatások (hatások) hatására szilárd testként viselkednek és mikor erős hatás darabokra oszlanak. De nagyon hosszú expozícióval amorf testek áramlanak. Ezt magad is láthatod, ha türelmes vagy. Kövesse a kemény felületen fekvő gyantadarabot. A gyanta fokozatosan szétterül rajta, és minél magasabb a gyanta hőmérséklete, ez annál gyorsabban történik.
Az amorf testek atomjai vagy molekulái, akárcsak a folyékony molekulák, rendelkeznek pontos idő « rendezett élet» az egyensúlyi helyzet körüli oszcilláció ideje. De a folyadékokkal ellentétben ez az idő nagyon hosszú.
Tehát a var at t= 20°C-on az „üledékes élettartam” körülbelül 0,1 s. Ebből a szempontból az amorf testek közel állnak a kristályos testekhez, mivel az atomok egyik egyensúlyi helyzetből a másikba ugrása viszonylag ritkán fordul elő.
Amorf testek at alacsony hőmérsékletek tulajdonságaik szilárd anyagokra emlékeztetnek. 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 egyensúlyi helyzetből a másikba való ugrása fokozatosan gyakoribbá válik. Bizonyos olvadáspont Az amorf testek a kristályos testekkel ellentétben nem.
Folyékony kristályok. A természetben vannak olyan anyagok, amelyek egyidejűleg rendelkeznek főbb tulajdonságait kristály és folyadék, nevezetesen anizotrópia és folyékonyság. Az anyagnak ezt az állapotát ún folyékony kristály. A folyadékkristályok főleg szerves anyag, amelynek molekulái hosszú fonalszerű alakúak vagy alakúak lapos tányérok.
Tekintsük a legegyszerűbb esetet, amikor a folyadékkristályt fonalszerű molekulák alkotják. Ezek a molekulák egymással párhuzamosan helyezkednek el, de véletlenszerűen eltolódnak, vagyis a rend a közönséges kristályokkal ellentétben csak egy irányban létezik.
Nál nél hőmozgás ezeknek a molekuláknak a központjai véletlenszerűen mozognak, de a molekulák orientációja nem változik, és párhuzamosak maradnak önmagukkal. Szigorú molekuláris orientáció nem létezik a kristály teljes térfogatában, hanem kis régiókban, amelyeket doméneknek nevezünk. A fénytörés és visszaverődés a tartomány határain történik, ezért a folyadékkristályok átlátszatlanok. A rétegben azonban folyékony kristály, két vékony lemez közé helyezve, amelyek közötti távolság 0,01-0,1 mm, párhuzamos 10-100 nm mélyedésekkel minden molekula párhuzamos lesz, és a kristály átlátszóvá válik. Ha elektromos feszültséget kapcsolunk a folyadékkristály egyes területeire, a folyadékkristály állapota megszakad. Ezek a területek átlátszatlanná válnak és világítani kezdenek, míg a feszültség nélküli területek sötétek maradnak. Ezt a jelenséget a folyadékkristályos televízió képernyők készítésénél használják. Meg kell jegyezni, hogy maga a képernyő hatalmas számú elemből és elektronikus áramkör Egy ilyen képernyő vezérlése rendkívül nehéz.
Szilárdtestfizika. Az emberiség mindig is használt és a jövőben is használni fog szilárd anyagokat. De ha korábban fizika szilárd halmazállapotú lemaradt a közvetlen tapasztalatokon alapuló technológiai fejlődéstől, a helyzet mára megváltozott. Elméleti kutatás teljesen szokatlan tulajdonságú szilárd anyagok keletkezéséhez vezet.
Próba és hiba útján lehetetlen lenne ilyen testületeket szerezni. A tranzisztorok létrehozása, amelyről később lesz szó, - ragyogó példa hogyan vezetett a szilárd testek szerkezetének megértése forradalomhoz az egész rádiótechnikában.
A meghatározott mechanikai, mágneses, elektromos és egyéb tulajdonságokkal rendelkező anyagok beszerzése az egyik fő irány modern fizika szilárd test. A világ fizikusainak megközelítőleg fele jelenleg ezen a területen dolgozik a fizika területén.
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.

???
1. Miben különböznek az amorf testek a kristályosoktól?
2. Mondjon példákat amorf testekre!
3. Megszületett volna az üvegfúvó szakma, ha az üveg kristályos szilárd anyag lett volna, nem pedig amorf?

G.Ja.Mjakisev, B.B.Buhovcev, N.N. Szockij, fizika 10. osztály

Az óra tartalma leckejegyzetek keretóra prezentációgyorsítási módszerek támogatása interaktív technológiák Gyakorlat feladatok és gyakorlatok önellenőrző műhelyek, tréningek, esetek, küldetések házi feladat vitatott kérdések szónoki kérdéseket diákoktól Illusztrációk audio, videoklippek és multimédia fényképek, képek, grafikák, táblázatok, diagramok, humor, anekdoták, viccek, képregények, példázatok, mondások, keresztrejtvények, idézetek Kiegészítők absztraktokat cikkek trükkök a kíváncsi kiságyak tankönyvek alap- és kiegészítő szótár egyéb Tankönyvek és leckék javításaa tankönyv hibáinak javítása egy töredék frissítése a tankönyvben, innováció elemei a leckében, az elavult ismeretek újakkal való helyettesítése Csak tanároknak tökéletes leckék naptári terv egy évre iránymutatásokat vitaprogramok Integrált leckék

Ha javításai vagy javaslatai vannak ehhez a leckéhez,

A szilárd anyagokat amorf és kristályosra osztják, attól függően, hogy milyenek molekuláris szerkezetés a fizikai tulajdonságok.

A kristályokkal ellentétben az amorf szilárd anyagok molekulái és atomjai nem alkotnak rácsot, és a köztük lévő távolság egy bizonyos tartományon belül ingadozik. lehetséges távolságok. 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. Jó példa alább bemutatjuk.

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 gyengén kifejezett folyékonyság az egyik leginkább ismert tulajdonságait olyan testek. Példa erre az üvegcseppek, amelyek hosszú ideje az ablakkeretben áll.
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 anyagnak nagyobb belső energia, mint a kristályosban. Emiatt az amorf testek képesek önállóan kristályos állapotba átalakulni. Ez a jelenség megfigyelhető az üveg idővel zavarossá válása következtében.

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 állapot egy anyag 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 kölcsönhatásba lép hideg víz vagy levegő, gyorsan lehűl. BAN BEN ebben az esetben az anyagot vulkáni üvegnek nevezik. Megfigyelheti a légkörrel kölcsönhatásba lépő lehulló meteorit - meteoritüveg vagy moldavit - olvadása eredményeként keletkező üveget is.

OKTATÁSI MINISZTÉRIUM

FIZIKA 8. ÉVFOLYAM

Beszámoló a témáról:

„Amorf testek. Amorf testek megolvadása."

8. osztályos tanuló:

2009

Amorf testek.

Végezzünk egy kísérletet. Szükségünk lesz egy darab gyurmára, egy sztearin gyertyára és egy elektromos kandallóra. Tegyünk rá gyurmát és gyertyát egyenlő távolságok a kandallóból. Egy idő után a sztearin egy része megolvad (folyékony lesz), egy része szilárd darab formájában marad. Ezalatt a gyurma csak egy kicsit lágyul. Egy idő után az összes sztearin megolvad, és a gyurma fokozatosan „korrodálódik” az asztal felületén, és egyre jobban lágyul.

Tehát vannak olyan testek, amelyek olvadáskor nem lágyulnak meg, hanem szilárd halmazállapotból azonnal folyékonyak lesznek. Az ilyen testek olvasztása során mindig lehetőség van a folyadék elválasztására a még fel nem olvadt (szilárd) testrésztől. Ezek a testek kristályos. Vannak olyan szilárd anyagok is, amelyek melegítés hatására fokozatosan megpuhulnak, és egyre folyékonyabbak lesznek. Az ilyen testek esetében lehetetlen megjelölni azt a hőmérsékletet, amelyen folyadékká (olvadékká) alakulnak. Ezeket a testeket ún amorf.

Végezzük el a következő kísérletet. Dobjon egy darab gyantát vagy viaszt egy üvegtölcsérbe, és hagyja meleg szobában. Körülbelül egy hónap múlva kiderül, hogy a viasz tölcsér alakot öltött, sőt „patakként” kezdett kifolyni belőle (1. ábra). A kristályokkal ellentétben, amelyek szinte örökre megőrzik saját alakjukat, az amorf testek még alacsony hőmérsékleten is folyékonyak. Ezért nagyon sűrű és viszkózus folyadékoknak tekinthetők.

Az amorf testek szerkezete. Kutatás segítségével elektron mikroszkóp, valamint a röntgensugarak segítségével jelzik, hogy az amorf testekben nincs szigorú rend a részecskéik elrendezésében. Vessen egy pillantást, a 2. ábra a részecskék elrendezését mutatja a kristályos kvarcban, a jobb oldali pedig az amorf kvarc részecskéinek elrendezését. Ezek az anyagok ugyanazokból a részecskékből állnak - szilícium-oxid SiO 2 molekulákból.

Kristályos állapot kvarcot akkor kapunk, ha az olvadt kvarcot lassan lehűtjük. Ha az olvadék lehűlése gyors, akkor a molekuláknak nem lesz idejük rendezett sorokba „sorakozni”, és az eredmény amorf kvarc lesz.

Az amorf testek részecskéi folyamatosan és véletlenszerűen oszcillálnak. Gyakrabban tudnak egyik helyről a másikra ugrani, mint a kristályrészecskék. Ezt az is elősegíti, hogy az amorf testek részecskéi egyenlőtlenül sűrűn helyezkednek el: üregek vannak közöttük.

Amorf testek kristályosítása. Idővel (több hónap, év) az amorf anyagok spontán átalakulnak kristályos állapotba. Például a meleg helyen magára hagyott cukorka vagy friss méz néhány hónap múlva átlátszatlanná válik. Azt mondják, hogy a méz és a cukorka „cukrozott”. Egy cukornádat törve vagy kanállal felszívva a mézet, valóban látni fogjuk a kialakult cukorkristályokat.

Az amorf testek spontán kristályosodása azt jelzi, hogy egy anyag kristályos állapota stabilabb, mint az amorfé. Az intermolekuláris elmélet ezt így magyarázza. Az intermolekuláris vonzás és taszítás hatására az amorf test részecskéi elsősorban oda ugranak, ahol üregek vannak. Ennek eredményeként a részecskék korábbinál rendezettebb elrendezése jelenik meg, azaz polikristály keletkezik.

Amorf testek olvadása.

A hőmérséklet emelkedésével az atomok rezgésmozgásának energiája bekerül szilárd test növekszik, és végül eljön egy pillanat, amikor az atomok közötti kötések megszakadnak. Ebben az esetben a szilárd anyag folyékony halmazállapotúvá válik. Ezt az átmenetet ún olvasztó. Rögzített nyomáson az olvadás szigorúan meghatározott hőmérsékleten megy végbe.

Azt a hőmennyiséget, amely egy anyag egységnyi tömegének olvadáspontján folyadékká alakításához szükséges, fajlagos olvadási hőnek nevezzük. λ .

Megolvasztani egy tömegű anyagot m annyi hőt kell felhasználni, mint:

Q = λ m .

Az amorf testek olvasztásának folyamata különbözik a kristályos testek olvadásától. A hőmérséklet emelkedésével az amorf testek fokozatosan meglágyulnak és viszkózussá válnak, amíg folyadékká nem alakulnak. Az amorf testek a kristályokkal ellentétben nem rendelkeznek meghatározott olvadásponttal. Az amorf testek hőmérséklete folyamatosan változik. Ez azért történik, mert amorf szilárd anyagok, mint a folyadékokban, a molekulák egymáshoz képest mozoghatnak. Fűtéskor a sebességük növekszik, és nő a köztük lévő távolság. Ennek eredményeként a test egyre lágyabbá válik, amíg folyadékká nem válik. Az amorf testek megszilárdulásakor a hőmérsékletük is folyamatosan csökken.

Előző cikk: Mekkora a fénysebesség Következő cikk: Harmonikus rezgések Az oszcillációs frekvencia fizikai képlete