Va ricordato che non tutti i corpi che esistono sul pianeta Terra hanno una struttura cristallina. Le eccezioni alla regola sono chiamate "corpi amorfi". Come sono differenti? Sulla base della traduzione di questo termine - amorfo - si può presumere che tali sostanze differiscano dalle altre per forma o aspetto. Stiamo parlando dell'assenza del cosiddetto reticolo cristallino. Il processo di scissione, in cui compaiono i volti, non si verifica. I corpi amorfi differiscono anche in quanto non dipendono da ambiente, e le loro proprietà sono costanti. Tali sostanze sono chiamate isotrope.
Da corso scolastico i fisici possono ricordare che le sostanze amorfe hanno una struttura in cui gli atomi in esse contenuti sono disposti in modo caotico. Solo le strutture vicine possono avere un determinato luogo, dove tale disposizione è forzata. Tuttavia, tracciando un'analogia con i cristalli, i corpi amorfi non hanno un ordinamento rigoroso di molecole e atomi (in fisica, questa proprietà è chiamata "ordine a lungo raggio"). Come risultato della ricerca, è emerso che queste sostanze hanno una struttura simile ai liquidi.
Alcuni corpi (ad esempio, possiamo prendere il biossido di silicio, la cui formula è SiO 2) possono essere contemporaneamente in uno stato amorfo e avere una struttura cristallina. Il quarzo nella prima versione ha una struttura reticolare irregolare, nella seconda un esagono regolare.
Come accennato in precedenza, i corpi amorfi non hanno un reticolo cristallino. I loro atomi e molecole hanno un ordine di posizionamento a corto raggio, che sarà la prima proprietà distintiva di queste sostanze.
Questi corpi sono privi di fluidità. Per spiegare meglio la seconda proprietà delle sostanze, possiamo farlo usando l'esempio della cera. Non è un segreto che se versi acqua in un imbuto, ne uscirà semplicemente. Lo stesso sarà con qualsiasi altra sostanza fluida. E le proprietà dei corpi amorfi non consentono loro di fare tali "trucchi". Se la cera viene posta in un imbuto, si diffonderà prima sulla superficie e solo successivamente inizierà a drenare da essa. Ciò è dovuto al fatto che le molecole di una sostanza saltano da una posizione di equilibrio a un'altra completamente diversa senza avere una posizione principale.
È ora di parlare del processo di fusione. Va ricordato che le sostanze amorfe non hanno una temperatura specifica alla quale inizia la fusione. Man mano che il grado aumenta, il corpo diventa gradualmente più morbido e poi si trasforma in un liquido. I fisici si concentrano sempre non sulla temperatura alla quale questo processo ha avuto inizio, ma sul corrispondente intervallo di temperatura di fusione.
È già stato menzionato sopra. I corpi amorfi sono isotropi. Cioè, le loro proprietà in qualsiasi direzione rimangono invariate, anche se le condizioni di permanenza nei luoghi sono diverse.
Almeno una volta ogni persona ha osservato che dopo un certo periodo di tempo gli occhiali hanno cominciato a diventare torbidi. Questa proprietà dei corpi amorfi è associata ad una maggiore energia interna (è molte volte maggiore di quella dei cristalli). Per questo motivo, queste sostanze possono facilmente entrare in uno stato cristallino da sole.
Dopo un certo periodo di tempo, qualsiasi corpo amorfo passa in uno stato cristallino. Questo può essere osservato nella solita vita di una persona. Ad esempio, se lasci un lecca-lecca o un miele per diversi mesi, noterai che entrambi hanno perso la loro trasparenza. Una persona comune dirà che è solo zuccherata. Infatti, se rompi il corpo, puoi vedere la presenza di cristalli di zucchero.
Quindi, parlando di questo, è necessario chiarire che la trasformazione spontanea in un altro stato è dovuta al fatto che le sostanze amorfe sono instabili. Confrontandoli con i cristalli, si può capire che questi ultimi sono molte volte più "potenti". Il fatto può essere spiegato grazie alla teoria intermolecolare. Secondo lei, le molecole saltano costantemente da un posto all'altro, riempiendo così i vuoti. Nel tempo si forma un reticolo cristallino stabile.
Il processo di fusione dei corpi amorfi è il momento in cui, con un aumento della temperatura, tutti i legami tra gli atomi crollano. È allora che la sostanza si trasforma in un liquido. Se le condizioni di fusione sono tali che la pressione è la stessa per tutto il periodo, anche la temperatura deve essere fissata.
In natura esistono corpi che hanno una struttura a cristalli liquidi. Di solito sono elencati materia organica, e le loro molecole hanno una forma filamentosa. I corpi su cui in questione, hanno le proprietà dei liquidi e dei cristalli, vale a dire fluidità e anisotropia.
In tali sostanze, le molecole sono parallele tra loro, tuttavia esiste una distanza non fissa tra loro. Sono costantemente in movimento, ma non sono inclini a cambiare orientamento, quindi sono costantemente in una posizione.
I metalli amorfi sono meglio conosciuti dall'uomo comune come occhiali metallici.
Nel 1940, gli scienziati iniziarono a parlare dell'esistenza di questi corpi. Anche allora si è saputo che i metalli ottenuti appositamente mediante deposizione sotto vuoto non avevano reticoli cristallini. E solo 20 anni dopo fu prodotto il primo bicchiere di questo tipo. attenzione speciale non ha causato scienziati; e solo dopo altri 10 anni iniziarono a parlarne i professionisti americani e giapponesi, e poi quelli coreani ed europei.
I metalli amorfi differiscono nella viscosità, abbastanza alto livello robustezza e resistenza alla corrosione.
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 quando vengono riscaldati? corpi cristallini? 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 ah passa con 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 direzioni diverse. 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.
I solidi sono caratterizzati dalla costanza di forma e volume e si dividono in cristallini e amorfi.
A ogni chimico, che è in uno stato cristallino, corrisponde a un certo cella di cristallo, che specifica le proprietà fisiche del cristallo.
Lo sapevate?
Molti anni fa a San Pietroburgo, in uno dei magazzini non riscaldati, c'erano grandi scorte di bottoni di peltro bianco lucido. E all'improvviso hanno cominciato a scurirsi, a perdere la loro lucentezza ea sbriciolarsi in polvere. In pochi giorni le montagne di bottoni si sono trasformate in un mucchio di polvere grigia. "Peste di stagno"- così hanno chiamato questa "malattia" della latta bianca.
E questo era solo un riarrangiamento dell'ordine degli atomi nei cristalli di stagno. Lo stagno, passando da una varietà bianca a una grigia, si sbriciola in polvere.
Sia lo stagno bianco che quello grigio sono cristalli di stagno, ma a basse temperature la loro struttura cristallina cambia e, di conseguenza, cambiano le proprietà fisiche della sostanza.
I cristalli possono avere forma diversa e delimitato da spigoli piatti.
In natura esistono:
un) cristalli singoli- si tratta di singoli cristalli omogenei aventi la forma di poligoni regolari e aventi un reticolo cristallino continuo
Monocristalli di sale:
b) policristalli- Questi sono corpi cristallini fusi da piccoli cristalli disposti in modo casuale.
La maggior parte dei solidi ha una struttura policristallina (metalli, pietre, sabbia, zucchero).
Policristalli di bismuto:
Anisotropia dei cristalli
Nei cristalli, c'è anisotropia- dipendenza delle proprietà fisiche (resistenza meccanica, conducibilità elettrica, conducibilità termica, rifrazione e assorbimento della luce, diffrazione, ecc.) dalla direzione all'interno del cristallo.
L'anisotropia si osserva principalmente nei cristalli singoli.
Nei policristalli (ad esempio, in un grande pezzo di metallo), l'anisotropia non appare nello stato normale.
I policristalli sono costituiti da un largo numero piccoli grani cristallini. Sebbene ciascuno di essi abbia anisotropia, ma a causa della casualità della loro disposizione, il corpo policristallino nel suo insieme perde la sua anisotropia.
Qualsiasi sostanza cristallina si scioglie e cristallizza in un tempo strettamente definito punto di fusione: ferro - a 1530 °, stagno - a 232 °, quarzo - a 1713 °, mercurio - a meno 38 °.
Le particelle possono disturbare l'ordine di disposizione in un cristallo solo se inizia a sciogliersi.
Finché c'è un ordine di particelle, c'è un reticolo cristallino, c'è un cristallo. La struttura delle particelle è stata disturbata - significa che il cristallo si è sciolto - si è trasformato in un liquido o è evaporato - si è trasformato in vapore.
I corpi amorfi non hanno un ordine rigoroso nella disposizione di atomi e molecole (vetro, resina, ambra, colofonia).
Nei corpi anfatici, c'è isotropia- le loro proprietà fisiche sono le stesse in tutte le direzioni.
Sotto influenze esterne, esibiscono corpi amorfi contemporaneamente proprietà elastiche (all'impatto si rompono in pezzi come corpi solidi) e fluidità (at esposizione a lungo termine scorrono come liquidi).
In basse temperature i corpi amorfi nelle loro proprietà assomigliano a corpi solidi e quando alte temperature sono liquidi molto viscosi.
Corpi amorfi non hanno un punto di fusione specifico, e quindi la temperatura di cristallizzazione.
Quando riscaldati, si ammorbidiscono gradualmente.
I corpi amorfi occupano posizione intermedia tra solidi cristallini e liquidi.
La stessa sostanza Può essere trovato sia in forma cristallina che non cristallina.
In una fusione liquida di una sostanza, le particelle si muovono in modo completamente casuale.
Se, ad esempio, lo zucchero si scioglie, allora:
1. Se il fuso si solidifica lentamente, con calma, le particelle vengono raccolte in file uniformi e si formano i cristalli. Si ottiene così lo zucchero semolato o lo zucchero a zollette;
2. se il raffreddamento avviene molto rapidamente, le particelle non hanno il tempo di accumularsi in file regolari e il fuso si solidifica non cristallino. Quindi, se versi lo zucchero fuso in acqua fredda oppure su un piattino molto freddo si forma zucchero candito, zucchero non cristallino.
Meravigliosa!
Nel tempo una sostanza non cristallina può "rinascere", o, più precisamente, cristallizzarsi, le particelle in essa contenute si raccolgono in file regolari.
Solo il periodo per sostanze diverse è diverso: per lo zucchero è di diversi mesi e per una pietra è di milioni di anni.
Lascia riposare il lecca-lecca tranquillamente per due o tre mesi, sarà coperto da una crosta sciolta. Guardalo attraverso una lente d'ingrandimento: questi sono piccoli cristalli di zucchero. I cristalli iniziarono a crescere nello zucchero non cristallino. Aspetta ancora qualche mese e non solo la crosta, ma l'intero lecca-lecca si cristallizzerà.
Anche il nostro normale vetro per finestre può cristallizzare. Il vetro molto vecchio a volte diventa completamente torbido, perché in esso si forma una massa di piccoli cristalli opachi.
Nelle vetrerie a volte nella fornace si forma una “capra”, cioè un blocco di vetro cristallino. Questo cristallo è molto resistente: è più facile distruggere la fornace che farne fuori una "capra" ostinata.
Dopo averlo studiato, gli scienziati hanno creato un nuovo materiale di vetro molto resistente: il vetroceramica. Questo è un materiale vetroceramico ottenuto a seguito della cristallizzazione in massa del vetro.
Curioso!
Potrebbero esserci diverse forme di cristallo la stessa sostanza.
Ad esempio, il carbonio.
Grafiteè carbonio cristallino. La grafite viene utilizzata per creare steli di matita che lasciano un segno sulla carta quando vengono leggermente premuti. La struttura della grafite è stratificata. Gli strati di grafite scivolano facilmente, quindi i fiocchi di grafite si attaccano alla carta durante la scrittura.
Ma c'è un'altra forma di carbonio cristallino - diamante.
Il termine "amorfo" è tradotto dal greco letteralmente come "non una forma", "non una forma". Tali sostanze non hanno una struttura cristallina, non subiscono scissioni con formazione di facce cristalline. Di norma, un corpo amorfo è isotropo, cioè le sue proprietà fisiche non dipendono dalla direzione dell'influenza esterna.
Entro un certo periodo di tempo (mesi, settimane, giorni), i singoli corpi amorfi possono spontaneamente passare allo stato cristallino. Così, ad esempio, si può osservare come il miele o lo zucchero candito perdono la loro trasparenza dopo un po'. In tali casi, di solito si dice che i prodotti sono "canditi". Allo stesso tempo, raccogliendo il miele candito con un cucchiaio o rompendo un lecca-lecca, si possono davvero osservare i cristalli di zucchero formati, che prima esistevano in forma amorfa.
Tale cristallizzazione spontanea delle sostanze indica un diverso grado di stabilità degli stati. Pertanto, un corpo amorfo è meno stabile.
Non tutti i solidi sono cristalli. Ci sono molti corpi amorfi.
I corpi amorfi non hanno un ordine rigoroso nella disposizione degli atomi. Solo gli atomi più vicini - i vicini si trovano in un certo ordine. Ma non esiste un orientamento rigoroso in tutte le direzioni dello stesso elemento della struttura, che è caratteristico dei cristalli nei corpi amorfi.
Spesso la stessa sostanza può trovarsi sia allo stato cristallino che amorfo. Ad esempio, il quarzo SiO2 può essere sia in forma cristallina che amorfa (silice). La forma cristallina del quarzo può essere rappresentata schematicamente come un reticolo di esagoni regolari. Anche la struttura amorfa del quarzo ha la forma di un reticolo, ma forma irregolare. Insieme agli esagoni, contiene pentagoni ed ettagoni.
Nel 1959 condusse il fisico inglese D. Bernal esperienze interessanti: ha preso un sacco di palline di plastilina della stessa dimensione, le ha arrotolate in polvere di gesso e le ha pressate in una grande palla. Di conseguenza, le sfere sono state deformate in poliedri. Si è scoperto che in questo caso si sono formate prevalentemente facce pentagonali e i poliedri avevano una media di 13,3 facce. Quindi c'è sicuramente un certo ordine nelle sostanze amorfe.
I corpi amorfi includono vetro, resina, colofonia, zucchero candito, ecc. A differenza delle sostanze cristalline, le sostanze amorfe sono isotropiche, cioè le loro proprietà meccaniche, ottiche, elettriche e di altro tipo non dipendono dalla direzione. I corpi amorfi non hanno un punto di fusione fisso: la fusione avviene in un certo intervallo di temperatura. Transizione sostanza amorfa da stato solido in un liquido non è accompagnato da un brusco cambiamento delle proprietà. Un modello fisico dello stato amorfo non è stato ancora creato.
I corpi amorfi occupano una posizione intermedia tra solidi cristallini e liquidi. I loro atomi o molecole sono disposti in ordine relativo. Comprendere la struttura dei solidi (cristallini e amorfi) consente di creare materiali con le proprietà desiderate.
Sotto influenze esterne, i corpi amorfi mostrano sia proprietà elastiche, come i solidi, sia fluidità, come i liquidi. Quindi, con impatti a breve termine (impatti), si comportano come corpi solidi e, con un forte impatto, si rompono in pezzi. Ma con un'esposizione molto lunga, scorrono corpi amorfi. Seguiamo un pezzo di resina che giace su una superficie liscia. A poco a poco, la resina si diffonde su di essa e maggiore è la temperatura della resina, più velocemente ciò accade.
I corpi amorfi a basse temperature assomigliano a corpi solidi nelle loro proprietà. Non hanno quasi fluidità, ma con l'aumentare della temperatura si ammorbidiscono gradualmente e le loro proprietà si avvicinano sempre di più a quelle dei liquidi. Questo perché man mano che la temperatura sale, i salti degli atomi da una posizione all'altra diventano gradualmente più frequenti. I corpi amorfi, a differenza di quelli cristallini, non hanno una certa temperatura dei corpi.
Quando una sostanza liquida viene raffreddata, non sempre cristallizza. in determinate condizioni, può formarsi uno stato solido amorfo (vetroso) di non equilibrio. Lo stato vetroso può contenere sostanze semplici (carbonio, fosforo, arsenico, zolfo, selenio), ossidi (ad esempio boro, silicio, fosforo), alogenuri, calcogenuri, molti polimeri organici.In questo stato una sostanza può essere stabile per lungo periodo di tempo, ad esempio, alcuni vetri vulcanici hanno milioni di anni. Fisico e Proprietà chimiche le sostanze in uno stato amorfo vetroso possono differire in modo significativo dalle proprietà di una sostanza cristallina. Ad esempio, il biossido di germanio vetroso è chimicamente più attivo del cristallino. Le differenze nelle proprietà dello stato amorfo liquido e solido sono determinate dalla natura del moto termico delle particelle: nello stato amorfo, le particelle sono capaci solo di movimenti oscillatori e rotazionali, ma non possono muoversi nello spessore della sostanza.
Sotto l'azione di carichi meccanici o quando la temperatura cambia, i corpi amorfi possono cristallizzare. La reattività delle sostanze allo stato amorfo è molto più elevata che allo stato cristallino. caratteristica principale amorfo (dal greco "amorphos" - informe) stato della materia - l'assenza di un reticolo atomico o molecolare, cioè una periodicità tridimensionale della struttura caratteristica dello stato cristallino.
Ci sono sostanze che in forma solida possono essere solo in uno stato amorfo. Questo vale per i polimeri con una sequenza irregolare di unità.
