Corpi amorfi
Sostanze amorfe (corpi)(da altro greco. ἀ "non-" e μορφή "tipo, forma") - uno stato condensato della materia, la cui struttura atomica ha un ordine a corto raggio e non ha un ordine a lungo raggio, caratteristico delle strutture cristalline. A differenza dei cristalli, stabile sostanze amorfe non si induriscono con la formazione di facce cristalline e, (se non fossero sotto il più forte effetto anisotropico - compressione o campo elettrico, per esempio) hanno proprietà isotrope, cioè non rilevano varie proprietà in direzioni diverse. E non hanno un punto di fusione specifico: con l'aumentare della temperatura, le sostanze stabilmente amorfe si ammorbidiscono gradualmente e al di sopra della temperatura di transizione vetrosa (T g) passano allo stato liquido. Sostanze con un'elevata velocità di cristallizzazione, generalmente aventi una struttura (poli-)cristallina, ma fortemente sottoraffreddate durante la solidificazione in uno stato amorfo, al successivo riscaldamento, poco prima della fusione, si ricristallizzano (allo stato solido con piccola selezione calore), e poi si sciolgono come un normale policristallino.
Ottenuto a alta velocità solidificazione (raffreddamento) di un liquido fuso o condensazione di vapori su un substrato raffreddato notevolmente al di sotto della temperatura di FUSIONE (non bollente!) (qualsiasi oggetto). Il rapporto tra la velocità di raffreddamento reale (dT/dt) e la velocità di cristallizzazione caratteristica determina la proporzione di policristalli nel volume amorfo. La velocità di cristallizzazione è un parametro di una sostanza che dipende debolmente dalla pressione e dalla temperatura (fortemente vicino al punto di fusione). E fortemente dipendente dalla complessità della composizione - per metalli dell'ordine di frazioni o decine di millisecondi; e per gli occhiali a temperatura ambiente - centinaia e migliaia di anni (vecchi occhiali e specchi diventano opachi).
Le proprietà elettriche e meccaniche delle sostanze amorfe sono più vicine a quelle dei cristalli singoli che dei policristalli a causa dell'assenza di transizioni intercristalline (confini) taglienti e fortemente contaminate da impurità con composizione chimica spesso completamente diversa.
Le proprietà non meccaniche degli stati semi-amorfi sono generalmente intermedie tra amorfo e cristallino e sono isotropiche. Tuttavia, l'assenza di transizioni intercristalline nette influisce notevolmente sulle proprietà elettriche e meccaniche, rendendole simili a quelle amorfe.
Sotto influenze esterne, le sostanze amorfe mostrano sia proprietà elastiche, come i solidi cristallini, sia fluidità, come un liquido. Quindi, con impatti a breve termine (impatti), si comportano come sostanze solide e, con un forte impatto, si rompono in pezzi. Ma con un'esposizione molto lunga (ad esempio, allungamento), scorrono sostanze amorfe. Ad esempio, anche la resina (o catrame, bitume) è una sostanza amorfa. Se lo frantumi in piccole parti e riempi il recipiente con la massa risultante, dopo un po 'la resina si fonderà in un tutt'uno e assumerà la forma di un recipiente.
A seconda delle proprietà elettriche, vengono divisi metalli amorfi, non metalli amorfi e semiconduttori amorfi.
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A differenza dei solidi cristallini, non esiste un ordine rigoroso nella disposizione delle particelle in un corpo amorfo.
Sebbene i solidi amorfi siano in grado di mantenere la loro forma, non hanno un reticolo cristallino. Una certa regolarità si osserva solo per molecole e atomi situati nelle vicinanze. Questo ordine è chiamato ordine a corto raggio . Non si ripete in tutte le direzioni e non si conserva su lunghe distanze, come nei corpi cristallini.
Esempi di corpi amorfi sono vetro, ambra, resina artificiale, cera, paraffina, plastilina, ecc.
Gli atomi nei corpi amorfi oscillano attorno a punti che si trovano casualmente. Pertanto, la struttura di questi corpi ricorda la struttura dei liquidi. Ma le particelle in esse contenute sono meno mobili. Il tempo della loro oscillazione attorno alla posizione di equilibrio è più lungo che nei liquidi. Anche i salti di atomi in un'altra posizione si verificano molto meno frequentemente.
Come si comportano i solidi cristallini quando vengono riscaldati? Cominciano a sciogliersi a un certo punto punto di fusione. E per qualche tempo sono contemporaneamente allo stato solido e liquido, finché tutta la sostanza non si scioglie.
I corpi amorfi non hanno un punto di fusione specifico. . Quando riscaldati, non si sciolgono, ma si ammorbidiscono gradualmente.
Metti un pezzo di plastilina vicino stufa. Dopo un po' diventerà morbido. Questo non avviene istantaneamente, ma per un periodo di tempo.
Poiché le proprietà dei corpi amorfi sono simili a quelle dei liquidi, sono considerati liquidi superraffreddati con una viscosità molto elevata (liquidi solidificati). In condizioni normali non possono fluire. Ma quando vengono riscaldati, i salti di atomi in essi si verificano più spesso, la viscosità diminuisce e i corpi amorfi si ammorbidiscono gradualmente. Maggiore è la temperatura, minore è la viscosità e gradualmente il corpo amorfo diventa liquido.
Il vetro ordinario è un solido corpo amorfo. Si ottiene fondendo ossido di silicio, soda e calce. Riscaldando la miscela a 1400 C circa, si ottiene una massa vitrea liquida. Durante il raffreddamento vetro liquido non si solidifica, come i corpi cristallini, ma rimane un liquido, la cui viscosità aumenta e la fluidità diminuisce. In condizioni ordinarie, ci appare come un corpo solido. Ma in realtà è un liquido che ha un'enorme viscosità e fluidità, così piccola che difficilmente può essere distinto dagli strumenti più sensibili.
Lo stato amorfo della materia è instabile. Nel tempo, da uno stato amorfo, si trasforma gradualmente in uno cristallino. Questo processo in diverse sostanze passa da allora velocità diversa. Vediamo come i cristalli di zucchero ricoprono le caramelle di zucchero. Questo non richiede molto tempo.
E affinché i cristalli si formino nel normale vetro, deve passare molto tempo. Durante la cristallizzazione, il vetro perde forza, trasparenza, diventa torbido e diventa fragile.
Nei solidi cristallini Proprietà fisiche differire in diverse direzioni. E nei corpi amorfi sono gli stessi in tutte le direzioni. Questo fenomeno è chiamato isotropia .
Un corpo amorfo conduce ugualmente elettricità e calore in tutte le direzioni e rifrange la luce allo stesso modo. Anche il suono si propaga equamente nei corpi amorfi in tutte le direzioni.
Le proprietà delle sostanze amorfe sono utilizzate in moderne tecnologie. Di particolare interesse sono le leghe metalliche che non hanno una struttura cristallina e sono solidi amorfi. Sono chiamati occhiali in metallo . Le loro proprietà fisiche, meccaniche, elettriche e di altro tipo differiscono in meglio dalle proprietà simili dei metalli convenzionali.
Quindi, in medicina vengono utilizzate leghe amorfe, la cui forza supera quella del titanio. Sono usati per realizzare viti o placche che collegano ossa rotte. A differenza degli elementi di fissaggio in titanio, questo materiale si disintegra gradualmente e nel tempo viene sostituito da materiale osseo.
Le leghe ad alta resistenza sono utilizzate nella produzione di utensili per il taglio dei metalli, raccordi, molle e parti di meccanismi.
In Giappone è stata sviluppata una lega amorfa ad alta permeabilità magnetica. Usandolo nei nuclei dei trasformatori anziché nelle lamiere di acciaio testurizzate dei trasformatori, le perdite di correnti parassite possono essere ridotte di un fattore 20.
I metalli amorfi hanno proprietà uniche. Sono chiamati il materiale del futuro.
La struttura dei corpi amorfi. Ricerca con microscopio elettronico e i raggi X indicano che nei corpi amorfi non c'è un ordine rigoroso nella disposizione delle loro particelle. A differenza dei cristalli, dove c'è ordine a lungo raggio nella disposizione delle particelle, nella struttura dei corpi amorfi ci sono chiudere l'ordine. Ciò significa che un certo ordine nella disposizione delle particelle viene preservato solo in prossimità di ogni singola particella (vedi figura).
La parte superiore della figura mostra la disposizione delle particelle nel quarzo cristallino, la parte inferiore mostra la disposizione delle particelle nella forma amorfa dell'esistenza del quarzo. Queste sostanze sono costituite dalle stesse particelle: molecole di ossido di silicio SiO2.
Come le particelle di qualsiasi corpo, le particelle di corpi amorfi vibrano continuamente e in modo casuale e più spesso di quanto le particelle di cristalli possano saltare da un posto all'altro. Ciò è facilitato dal fatto che le particelle dei corpi amorfi non sono ugualmente dense: in alcuni punti vi sono spazi relativamente ampi tra le loro particelle. Tuttavia, questo non è lo stesso di "posti vacanti" nei cristalli (vedi § 7-e).
Cristallizzazione di corpi amorfi. Nel tempo (settimane, mesi), alcuni corpi amorfi spontaneamente entrare in uno stato cristallino. Ad esempio, lo zucchero candito o il miele, lasciati soli per diversi mesi, diventano opachi. In questo caso si dice che il miele e le caramelle sono "canditi". Rompendo una caramella zuccherata o raccogliendo il miele con un cucchiaio, vediamo davvero i cristalli di zucchero formati, che prima esistevano in uno stato amorfo.
La cristallizzazione spontanea di corpi amorfi lo indica lo stato cristallino della materia è più stabile dello stato amorfo. MKT lo spiega in questo modo. Le forze repulsive dei "vicini" fanno sì che le particelle del corpo amorfo si spostino principalmente dove ci sono grandi lacune. Di conseguenza, si verifica una disposizione più ordinata delle particelle, cioè si verifica la cristallizzazione.
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CORPI AMORFI(Greco amorphos - informe) - corpi in cui le particelle composite elementari (atomi, ioni, molecole, i loro complessi) sono disposte casualmente nello spazio. Per distinguere i corpi amorfi da quelli cristallini (vedi Cristalli), viene utilizzata l'analisi di diffrazione dei raggi X (vedi). I corpi cristallini ai raggi X danno uno schema di diffrazione ben definito sotto forma di anelli, linee, punti e corpi amorfi danno un'immagine sfocata e irregolare.
I corpi amorfi hanno le seguenti caratteristiche: 1) in condizioni normali sono isotropi, cioè le loro proprietà (meccaniche, elettriche, chimiche, termiche e così via) sono le stesse in tutte le direzioni; 2) non hanno un punto di fusione specifico e all'aumentare della temperatura la maggior parte dei corpi amorfi, ammorbidendosi gradualmente, passa allo stato liquido. Pertanto, i corpi amorfi possono essere considerati liquidi super raffreddati che non hanno avuto il tempo di cristallizzare a causa di un forte aumento della viscosità (vedi) a causa di un aumento delle forze di interazione tra le singole molecole. Molte sostanze, a seconda dei metodi di preparazione, possono trovarsi in stati amorfi, intermedi o cristallini (proteine, zolfo, silice e così via). Tuttavia, ci sono sostanze che si trovano praticamente in uno solo di questi stati. Quindi, la maggior parte dei metalli, i sali sono in uno stato cristallino.
I corpi amorfi sono molto diffusi (vetro, resine naturali e artificiali, gomma, ecc.). artificiale materiali polimerici, che sono anche corpi amorfi, sono diventati indispensabili nella tecnologia, nella vita di tutti i giorni, nella medicina (vernici, vernici, plastiche per protesi, vari film polimerici).
Nella fauna selvatica, i corpi amorfi includono il citoplasma e la maggior parte degli elementi strutturali di cellule e tessuti, costituiti da biopolimeri - macromolecole a catena lunga: proteine, acidi nucleici, lipidi, carboidrati. Le molecole di biopolimeri interagiscono facilmente tra loro, dando aggregati (vedi Aggregazione) o sciami-coacervati (vedi Coacervazione). I corpi amorfi si trovano anche nelle cellule sotto forma di inclusioni, sostanze di riserva (amido, lipidi).
Una caratteristica dei polimeri che fanno parte dei corpi amorfi di oggetti biologici è la presenza, ad esempio, di limiti ristretti di zone fisico-chimiche di uno stato reversibile. quando la temperatura sale al di sopra di quella critica, la loro struttura e proprietà (coagulazione delle proteine) cambiano irreversibilmente.
I corpi amorfi formati da un numero di polimeri artificiali, a seconda della temperatura, possono trovarsi in tre stati: vetrosi, altamente elastici e liquidi (fluidi viscosi).
Le cellule di un organismo vivente sono caratterizzate da transizioni da uno stato liquido a uno stato altamente elastico a temperatura costante, ad esempio retrazione di un coagulo di sangue, contrazione muscolare (vedi). Nei sistemi biologici, i corpi amorfi svolgono un ruolo cruciale nel mantenimento del citoplasma stato stazionario. Il ruolo dei corpi amorfi nel mantenere la forma e la forza degli oggetti biologici è importante: il guscio di cellulosa delle cellule vegetali, i gusci di spore e batteri, la pelle degli animali e così via.
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Ti sei mai chiesto cosa sono le misteriose sostanze amorfe? Nella struttura, differiscono sia dal solido che dal liquido. Il fatto è che tali corpi si trovano in uno speciale stato condensato, che ha solo un ordine a corto raggio. Esempi di sostanze amorfe sono resina, vetro, ambra, gomma, polietilene, cloruro di polivinile (il nostro preferito finestre di plastica), vari polimeri e altri. esso corpi solidi chi non ha reticolo cristallino. Comprendono anche ceralacca, collanti vari, ebanite e plastiche.
Le sfaccettature non si formano nei corpi amorfi durante la scissione. Le particelle sono completamente disordinate e sono accese distanza ravvicinata l'uno all'altro. Possono essere sia molto spessi che viscosi. Come sono influenzati dalle influenze esterne? Sotto l'influenza temperature diverse i corpi diventano fluidi, come liquidi, e allo stesso tempo abbastanza elastici. Nel caso in cui l'impatto esterno non duri a lungo, le sostanze di una struttura amorfa possono rompersi con un potente colpo. L'influenza prolungata dall'esterno porta al fatto che scorrono semplicemente.
Prova un piccolo esperimento con la resina a casa. Appoggialo su una superficie dura e noterai che inizia a scorrere dolcemente. Esatto, perché la sostanza! La velocità dipende dagli indicatori di temperatura. Se è molto alto, la resina inizierà a diffondersi notevolmente più velocemente.
Cos'altro è caratteristico di tali corpi? Possono assumere qualsiasi forma. Se sostanze amorfe sotto forma di piccole particelle vengono poste in un recipiente, ad esempio in una brocca, assumeranno anche la forma di un recipiente. Sono anche isotropi, cioè mostrano le stesse proprietà fisiche in tutte le direzioni.
Lo stato amorfo di una sostanza non implica il mantenimento di una particolare temperatura. A velocità basse, i corpi si congelano, a velocità elevate si sciolgono. A proposito, anche il grado di viscosità di tali sostanze dipende da questo. Bassa temperatura contribuisce a ridurre la viscosità, alta, al contrario, la aumenta.
Per le sostanze di tipo amorfo si può distinguere un'altra caratteristica: il passaggio allo stato cristallino, inoltre, spontaneo. Perché sta succedendo? energia interna dentro corpo cristallino molto meno che nell'amorfo. Possiamo vederlo nell'esempio dei prodotti in vetro: nel tempo, gli occhiali diventano torbidi.
Vetro metallico: che cos'è? Il metallo può essere liberato dal reticolo cristallino durante la fusione, cioè la sostanza della struttura amorfa può essere resa vetrosa. Durante la solidificazione sotto raffreddamento artificiale, il reticolo cristallino si forma nuovamente. Il metallo amorfo ha una resistenza alla corrosione semplicemente incredibile. Ad esempio, una carrozzeria realizzata con esso non avrebbe bisogno di vari rivestimenti, poiché non sarebbe soggetta a distruzione spontanea. Una sostanza amorfa è un corpo la cui struttura atomica ha una forza senza precedenti, il che significa che un metallo amorfo potrebbe essere utilizzato in qualsiasi settore industriale.
Per conoscere bene le caratteristiche dei metalli ed essere in grado di lavorare con essi, è necessario conoscere la struttura cristallina di determinate sostanze. La produzione di prodotti in metallo e il campo della metallurgia non avrebbero potuto ottenere un tale sviluppo se le persone non avessero una certa conoscenza dei cambiamenti nella struttura delle leghe, dei metodi tecnologici e delle caratteristiche operative.
È risaputo che sono quattro stato di aggregazione: solido, liquido, gassoso, plasma. Le sostanze solide amorfe possono anche essere cristalline. Con una tale struttura si può osservare la periodicità spaziale nella disposizione delle particelle. Queste particelle nei cristalli possono eseguire movimenti periodici. In tutti i corpi che osserviamo allo stato gassoso o liquido, si può notare il movimento delle particelle sotto forma di un disordine caotico. I solidi amorfi (ad esempio, metalli condensati: ebanite, prodotti in vetro, resine) possono essere chiamati liquidi di tipo congelato, perché quando cambiano forma, puoi notare tale caratteristica come la viscosità.
Manifestazioni di plasticità, elasticità, indurimento durante la deformazione sono caratteristiche di molti corpi. Le sostanze cristalline e amorfe hanno queste caratteristiche in misura maggiore, mentre liquidi e gas no. Ma d'altra parte, si può vedere che contribuiscono a un cambiamento elastico di volume.
Cosa sono le sostanze cristalline e amorfe? Come accennato in precedenza, si possono chiamare quei corpi amorfi che hanno un enorme coefficiente di viscosità ea temperatura ordinaria la loro fluidità è impossibile. Ma calore, al contrario, permette loro di essere fluidi, come un liquido.
Le sostanze del tipo cristallino sembrano essere completamente diverse. Questi solidi possono avere il proprio punto di fusione a seconda della pressione esterna. Ottenere cristalli è possibile se il liquido viene raffreddato. Se non prendi determinate misure, puoi notare che vari centri di cristallizzazione iniziano ad apparire allo stato liquido. Nell'area circostante questi centri si verifica la formazione solido. Cristalli molto piccoli iniziano a combinarsi tra loro in un ordine casuale e si ottiene un cosiddetto policristallo. Un tale corpo è isotropo.
Cosa determina le caratteristiche fisiche e meccaniche dei corpi? Importanza hanno legami atomici e un tipo di struttura cristallina. I cristalli ionici sono caratterizzati da legami ionici, il che significa una transizione graduale da un atomo all'altro. In questo caso, la formazione di particelle caricate positivamente e negativamente. Possiamo osservare il legame ionico in un semplice esempio: tali caratteristiche sono caratteristiche di vari ossidi e sali. Un'altra caratteristica dei cristalli ionici è la bassa conduttività del calore, ma le sue prestazioni possono aumentare notevolmente se riscaldate. Ai nodi del reticolo cristallino si possono vedere varie molecole che si distinguono per un forte legame atomico.
Molti minerali che troviamo ovunque in natura hanno una struttura cristallina. E lo stato amorfo della materia è anche la natura nella sua forma più pura. Solo in questo caso il corpo è qualcosa di informe, ma i cristalli possono assumere la forma dei più bei poliedri con la presenza di facce piane, così come formare nuovi corpi solidi di stupefacente bellezza e purezza.
La forma di tali corpi è costante per una particolare connessione. Ad esempio, il berillo sembra sempre un prisma esagonale. Fai un piccolo esperimento. Prendi un piccolo cristallo di sale cubico (palla) e mettilo in una soluzione speciale il più satura possibile con lo stesso sale. Nel tempo, noterai che questo corpo è rimasto invariato: ha nuovamente acquisito la forma di un cubo o di una palla, che è inerente ai cristalli di sale.
3. - cloruro di polivinile, ovvero le ben note finestre in plastica PVC. È resistente al fuoco, poiché è considerato a combustione lenta, ha una maggiore resistenza meccanica e proprietà di isolamento elettrico.
4. La poliammide è una sostanza ad altissima resistenza e resistenza all'usura. Ha elevate caratteristiche dielettriche.
5. Plexiglass o polimetilmetacrilato. Possiamo usarlo nel campo dell'ingegneria elettrica o usarlo come materiale per le strutture.
6. Il fluoroplasto, o politetrafluoroetilene, è un noto dielettrico che non mostra proprietà di dissoluzione in solventi di origine organica. Un ampio intervallo di temperature e buone proprietà dielettriche ne consentono l'utilizzo come materiale idrofobo o antifrizione.
7. Polistirolo. Questo materiale non è influenzato dagli acidi. Come il fluoroplastico e la poliammide, può essere considerato un dielettrico. Molto durevole per quanto riguarda l'impatto meccanico. Il polistirene è usato ovunque. Ad esempio, si è dimostrato efficace come materiale isolante strutturale ed elettrico. È utilizzato nell'ingegneria elettrica e radio.
8. Probabilmente il polimero più famoso per noi è il polietilene. Il materiale mostra resistenza se esposto ad ambienti aggressivi, non lascia assolutamente passare l'umidità. Se l'imballaggio è in polietilene, non si può temere che il contenuto si deteriori sotto l'influenza di forti piogge. Il polietilene è anche un dielettrico. La sua applicazione è ampia. Ne derivano strutture di tubi, vari prodotti elettrici, pellicole isolanti, guaine per cavi di linee telefoniche ed elettriche, parti per radio e altre apparecchiature.
9. Il PVC è una sostanza ad alto contenuto di polimeri. È sintetico e termoplastico. Ha una struttura di molecole che sono asimmetriche. Quasi non passa l'acqua ed è realizzato mediante pressatura con stampaggio e stampaggio. Il cloruro di polivinile è usato più spesso nell'industria elettrica. Sulla base di esso, vari tubi e tubi termoisolanti per protezione chimica, banchi batterie, guaine isolanti e guarnizioni, fili e cavi. Il PVC è anche un ottimo sostituto del piombo nocivo. Non può essere utilizzato come circuito ad alta frequenza sotto forma di dielettrico. E tutto per il fatto che in questo caso le perdite dielettriche saranno elevate. Ha un'alta conduttività.
