corpos amorfos
Substâncias amorfas (corpos)(de outro grego. ἀ "não-" e μορφή "tipo, forma") - um estado condensado da matéria, cuja estrutura atômica possui uma ordem de curto alcance e não possui uma ordem de longo alcance, característica das estruturas cristalinas. Ao contrário dos cristais, estável substâncias amorfas não endurecem com a formação de faces cristalinas, e, (se não estivessem sob o efeito anisotrópico mais forte - compressão ou campo elétrico, por exemplo) possuem propriedades isotrópicas, ou seja, não detectam várias propriedades dentro direções diferentes. E eles não têm um ponto de fusão específico: com o aumento da temperatura, substâncias amorfas de forma estável amolecem gradualmente e acima da temperatura de transição vítrea (T g) passam para o estado líquido. Substâncias com alta taxa de cristalização, geralmente com uma estrutura (poli-)cristalina, mas fortemente super-resfriadas após a solidificação em um estado amorfo, após aquecimento subsequente, pouco antes da fusão, elas recristalizam (em um estado sólido com pequena seleção calor) e, em seguida, derreter como policristalino comum.
Obtido em alta velocidade solidificação (resfriamento) de um líquido fundido ou condensação de vapores em um substrato resfriado visivelmente abaixo da temperatura de FUSÃO (sem ebulição!) (qualquer objeto). A relação entre a taxa de resfriamento real (dT/dt) e a taxa de cristalização característica determina a proporção de policristais no volume amorfo. A taxa de cristalização é um parâmetro de uma substância que depende fracamente da pressão e da temperatura (fortemente próxima do ponto de fusão). E fortemente dependente da complexidade da composição - para metais da ordem de frações ou dezenas de milissegundos; e para copos em temperatura ambiente - centenas e milhares de anos (vidros e espelhos velhos ficam turvos).
As propriedades elétricas e mecânicas das substâncias amorfas são mais próximas das dos monocristais do que dos policristais, devido à ausência de transições intercristalinas afiadas e altamente contaminadas com impurezas (fronteiras) com composição química muitas vezes completamente diferente.
As propriedades não mecânicas dos estados semi-amorfos são geralmente intermediárias entre amorfas e cristalinas, e são isotrópicas. No entanto, a ausência de transições intercristalinas nítidas afeta sensivelmente as propriedades elétricas e mecânicas, tornando-as semelhantes às amorfas.
Sob influências externas, substâncias amorfas exibem propriedades elásticas, como sólidos cristalinos, e fluidez, como um líquido. Assim, com impactos de curto prazo (impactos), eles se comportam como substâncias sólidas e, com um forte impacto, se partem. Mas com uma exposição muito longa (por exemplo, alongamento), as substâncias amorfas fluem. Por exemplo, resina (ou alcatrão, betume) também é uma substância amorfa. Se você esmagá-lo em pequenas partes e encher o recipiente com a massa resultante, depois de um tempo a resina se fundirá em um único todo e assumirá a forma de um recipiente.
Dependendo das propriedades elétricas, metais amorfos, não-metais amorfos e semicondutores amorfos são divididos.
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Ao contrário dos sólidos cristalinos, não há uma ordem estrita no arranjo das partículas em um corpo amorfo.
Embora os sólidos amorfos sejam capazes de manter sua forma, eles não possuem uma rede cristalina. Alguma regularidade é observada apenas para moléculas e átomos localizados na vizinhança. Esta ordem é chamada ordem de curto alcance . Não se repete em todas as direções e não se conserva a longas distâncias, como nos corpos cristalinos.
Exemplos de corpos amorfos são vidro, âmbar, resina artificial, cera, parafina, plasticina, etc.
Os átomos em corpos amorfos oscilam em torno de pontos localizados aleatoriamente. Portanto, a estrutura desses corpos se assemelha à estrutura dos líquidos. Mas as partículas neles são menos móveis. O tempo de sua oscilação em torno da posição de equilíbrio é maior do que nos líquidos. Saltos de átomos para outra posição também ocorrem com muito menos frequência.
Como os sólidos cristalinos se comportam quando aquecidos? Eles começam a derreter em um determinado ponto de fusão. E por algum tempo eles estão simultaneamente em estado sólido e líquido, até que toda a substância seja derretida.
Os corpos amorfos não têm um ponto de fusão específico. . Quando aquecidos, eles não derretem, mas amolecem gradualmente.
Coloque um pedaço de plasticina perto aquecedor. Depois de um tempo ficará macio. Isso não acontece instantaneamente, mas ao longo de um período de tempo.
Como as propriedades dos corpos amorfos são semelhantes às dos líquidos, eles são considerados líquidos super-resfriados com viscosidade muito alta (líquidos solidificados). No condições normais eles não podem fluir. Mas quando aquecidos, os saltos de átomos ocorrem com mais frequência, a viscosidade diminui e os corpos amorfos amolecem gradualmente. Quanto maior a temperatura, menor a viscosidade e gradualmente o corpo amorfo torna-se líquido.
O vidro comum é um corpo sólido e amorfo. É obtido pela fusão de óxido de silício, soda e cal. Aquecendo a mistura a cerca de 1400 C, obtém-se uma massa vítrea líquida. Ao esfriar vidro líquido não solidifica, como os corpos cristalinos, mas permanece um líquido, cuja viscosidade aumenta e a fluidez diminui. Em condições normais, ele nos parece um corpo sólido. Mas na verdade é um líquido de enorme viscosidade e fluidez, tão pequeno que dificilmente pode ser distinguido pelos instrumentos mais ultrassensíveis.
O estado amorfo da matéria é instável. Com o tempo, de um estado amorfo, gradualmente se transforma em cristalino. Este processo em substâncias diferentes passa desde velocidade diferente. Vemos como os cristais de açúcar cobrem os doces de açúcar. Isso não leva muito tempo.
E para que os cristais se formem no vidro comum, deve passar muito tempo. Durante a cristalização, o vidro perde sua resistência, transparência, torna-se turvo e quebradiço.
Em sólidos cristalinos propriedades físicas diferem em diferentes direções. E em corpos amorfos eles são os mesmos em todas as direções. Este fenômeno é chamado isotropia .
Um corpo amorfo conduz igualmente eletricidade e calor em todas as direções e refrata a luz igualmente. O som também se propaga igualmente em corpos amorfos em todas as direções.
As propriedades das substâncias amorfas são usadas em tecnologias modernas. De particular interesse são as ligas metálicas que não possuem estrutura cristalina e são sólidos amorfos. Eles são chamados óculos de metal . Suas propriedades físicas, mecânicas, elétricas e outras diferem para melhor das propriedades similares dos metais convencionais.
Assim, na medicina, são utilizadas ligas amorfas, cuja resistência supera a do titânio. Eles são usados para fazer parafusos ou placas que conectam ossos quebrados. Ao contrário dos fixadores de titânio, este material se desintegra gradualmente e é substituído por material ósseo ao longo do tempo.
As ligas de alta resistência são usadas na fabricação de ferramentas de corte de metal, conexões, molas e peças de mecanismos.
Uma liga amorfa com alta permeabilidade magnética foi desenvolvida no Japão. Ao usá-lo em núcleos de transformadores em vez de chapas de aço de transformadores texturizadas, as perdas por correntes parasitas podem ser reduzidas em um fator de 20.
Os metais amorfos têm propriedades únicas. Eles são chamados de material do futuro.
A estrutura dos corpos amorfos. Pesquisa com microscópio eletrônico e os raios X indicam que em corpos amorfos não há uma ordem estrita no arranjo de suas partículas. Ao contrário dos cristais, onde há ordem de longo alcance no arranjo das partículas, na estrutura dos corpos amorfos existem ordem fechada. Isso significa que uma certa ordem no arranjo das partículas é preservada apenas perto de cada partícula individual (veja a figura).
A parte superior da figura mostra a disposição das partículas no quartzo cristalino, a parte inferior mostra a disposição das partículas na forma amorfa da existência do quartzo. Essas substâncias consistem nas mesmas partículas - moléculas de óxido de silício SiO2.
Como as partículas de qualquer corpo, partículas de corpos amorfos vibram contínua e aleatoriamente e com mais frequência do que partículas de cristais podem pular de um lugar para outro. Isso é facilitado pelo fato de que as partículas dos corpos amorfos não são igualmente densas - em alguns lugares existem lacunas relativamente grandes entre suas partículas. No entanto, isso não é o mesmo que "vagas" em cristais (ver § 7-e).
Cristalização de corpos amorfos. Ao longo do tempo (semanas, meses), alguns corpos amorfos espontaneamente entrar em um estado cristalino. Por exemplo, açúcar doce ou mel, deixados sozinhos por vários meses, tornam-se opacos. Nesse caso, dizem que o mel e os doces são "cristalizados". Quebrando um doce açucarado ou pegando mel com uma colher, vemos realmente os cristais de açúcar formados, que antes existiam em estado amorfo.
A cristalização espontânea de corpos amorfos indica que o estado cristalino da matéria é mais estável do que o estado amorfo. MKT explica desta forma. As forças repulsivas dos "vizinhos" fazem com que as partículas do corpo amorfo se desloquem principalmente para onde existem grandes vãos. Como resultado, ocorre um arranjo mais ordenado das partículas, ou seja, ocorre a cristalização.
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CORPOS AMORFOS(grego amorfos - sem forma) - corpos nos quais partículas compostas elementares (átomos, íons, moléculas, seus complexos) são dispostas aleatoriamente no espaço. Para distinguir corpos amorfos de corpos cristalinos (ver Cristais), a análise de difração de raios-X é usada (ver). Corpos cristalinos em raios-x dão um padrão de difração bem definido na forma de anéis, linhas, manchas e corpos amorfos dão uma imagem irregular borrada.
Os corpos amorfos apresentam as seguintes características: 1) em condições normais, são isotrópicos, ou seja, suas propriedades (mecânicas, elétricas, químicas, térmicas, etc.) são as mesmas em todas as direções; 2) não possuem um ponto de fusão específico e, à medida que a temperatura aumenta, a maioria dos corpos amorfos, amolecendo gradativamente, passa para o estado líquido. Portanto, corpos amorfos podem ser considerados líquidos super-resfriados que não tiveram tempo de cristalizar devido a um aumento acentuado na viscosidade (ver) devido a um aumento nas forças de interação entre moléculas individuais. Muitas substâncias, dependendo dos métodos de preparação, podem estar em estados amorfos, intermediários ou cristalinos (proteínas, enxofre, sílica e assim por diante). No entanto, existem substâncias que estão praticamente em apenas um desses estados. Assim, a maioria dos metais, sais estão em estado cristalino.
Corpos amorfos são comuns (vidro, resinas naturais e artificiais, borracha e assim por diante). artificial materiais poliméricos, que também são corpos amorfos, tornaram-se indispensáveis na tecnologia, no dia a dia, na medicina (vernizes, tintas, plásticos para próteses, diversos filmes poliméricos).
Na vida selvagem, os corpos amorfos incluem o citoplasma e a maioria dos elementos estruturais das células e tecidos, constituídos por biopolímeros - macromoléculas de cadeia longa: proteínas, ácidos nucléicos, lipídios, carboidratos. Moléculas de biopolímeros interagem facilmente entre si, dando origem a agregados (ver Agregação) ou enxames-coacervados (ver Coacervação). Corpos amorfos também são encontrados em células na forma de inclusões, substâncias de reserva (amido, lipídios).
Uma característica dos polímeros que fazem parte dos corpos amorfos de objetos biológicos é a presença de limites estreitos de zonas físico-químicas de estado reversível, por exemplo. quando a temperatura sobe acima da crítica, sua estrutura e propriedades (coagulação de proteínas) mudam irreversivelmente.
Corpos amorfos formados por vários polímeros artificiais, dependendo da temperatura, podem estar em três estados: vítreo, altamente elástico e líquido (fluido viscoso).
As células de um organismo vivo são caracterizadas por transições de um estado líquido para um estado altamente elástico a uma temperatura constante, por exemplo, retração de um coágulo sanguíneo, contração muscular (ver). Em sistemas biológicos, os corpos amorfos desempenham um papel crucial na manutenção do citoplasma em curso estável. O papel dos corpos amorfos na manutenção da forma e força dos objetos biológicos é importante: a casca de celulose das células vegetais, as cascas de esporos e bactérias, a pele dos animais e assim por diante.
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Você já se perguntou o que são as misteriosas substâncias amorfas? Na estrutura, eles diferem tanto do sólido quanto do líquido. O fato é que tais corpos estão em um estado condensado especial, que possui apenas uma ordem de curto alcance. Exemplos de substâncias amorfas são resina, vidro, âmbar, borracha, polietileno, cloreto de polivinila (nosso janelas de plástico), vários polímeros e outros. isto corpos sólidos quem não tem estrutura de cristal. Eles também incluem lacre, vários adesivos, ebonite e plásticos.
As facetas não são formadas em corpos amorfos durante a divisão. As partículas estão completamente desordenadas e estão em queima-roupa um ao outro. Eles podem ser muito espessos e viscosos. Como eles são afetados por influências externas? Sob a influência temperaturas diferentes os corpos tornam-se fluidos, como líquidos, e ao mesmo tempo bastante elásticos. No caso em que o impacto externo não dura muito, as substâncias de uma estrutura amorfa podem se despedaçar com um golpe poderoso. A influência prolongada de fora leva ao fato de que eles simplesmente fluem.
Faça uma pequena experiência com resina em casa. Coloque-o sobre uma superfície dura e você notará que começa a fluir suavemente. Isso mesmo, porque a substância! A velocidade depende dos indicadores de temperatura. Se for muito alto, a resina começará a se espalhar visivelmente mais rápido.
O que mais é característico de tais corpos? Eles podem assumir qualquer forma. Se substâncias amorfas na forma de pequenas partículas forem colocadas em um recipiente, por exemplo, em uma jarra, elas também assumirão a forma de um recipiente. Eles também são isotrópicos, ou seja, exibem as mesmas propriedades físicas em todas as direções.
O estado amorfo de uma substância não implica a manutenção de nenhuma temperatura particular. Em taxas baixas, os corpos congelam, em taxas altas, eles derretem. A propósito, o grau de viscosidade de tais substâncias também depende disso. Temperatura baixa contribui para reduzir a viscosidade, alta, pelo contrário, aumenta-a.
Para substâncias do tipo amorfo, mais uma característica pode ser distinguida - a transição para o estado cristalino, aliás, espontâneo. Por que isso está acontecendo? energia interna em corpo cristalino muito menos do que no amorfo. Podemos ver isso no exemplo dos produtos de vidro - com o tempo, os vidros ficam turvos.
Vidro metálico - o que é isso? O metal pode se livrar da rede cristalina durante a fusão, ou seja, a substância da estrutura amorfa pode se tornar vítrea. Durante a solidificação sob resfriamento artificial, a rede cristalina é formada novamente. O metal amorfo tem uma resistência simplesmente incrível à corrosão. Por exemplo, uma carroceria feita a partir dele não precisaria de vários revestimentos, pois não estaria sujeita à destruição espontânea. Uma substância amorfa é um corpo cuja estrutura atômica tem força sem precedentes, o que significa que um metal amorfo pode ser usado em absolutamente qualquer setor industrial.
Para conhecer bem as características dos metais e poder trabalhar com eles, você precisa ter conhecimento sobre a estrutura cristalina de certas substâncias. A produção de produtos metálicos e o campo da metalurgia não teriam conseguido tal desenvolvimento se as pessoas não tivessem certo conhecimento sobre as mudanças na estrutura das ligas, métodos tecnológicos e características operacionais.
Sabe-se que existem quatro estado de agregação: sólido, líquido, gasoso, plasma. Substâncias sólidas amorfas também podem ser cristalinas. Com tal estrutura, a periodicidade espacial no arranjo das partículas pode ser observada. Essas partículas em cristais podem realizar movimentos periódicos. Em todos os corpos que observamos no estado gasoso ou líquido, nota-se o movimento das partículas em forma de desordem caótica. Sólidos amorfos (por exemplo, metais condensados: ebonite, produtos de vidro, resinas) podem ser chamados de líquidos do tipo congelado, porque quando eles mudam de forma, você pode notar tais característica como a viscosidade.
Manifestações de plasticidade, elasticidade e endurecimento durante a deformação são características de muitos corpos. Substâncias cristalinas e amorfas têm essas características em maior extensão, enquanto líquidos e gases não. Mas, por outro lado, pode-se ver que eles contribuem para uma variação elástica de volume.
O que são substâncias cristalinas e amorfas? Como mencionado acima, esses corpos podem ser chamados de amorfos que possuem um enorme coeficiente de viscosidade e, em temperatura normal, sua fluidez é impossível. Mas aquecer, pelo contrário, permite que sejam fluidos, como um líquido.
Substâncias do tipo cristalino parecem ser completamente diferentes. Esses sólidos podem ter seu próprio ponto de fusão, dependendo da pressão externa. A obtenção de cristais é possível se o líquido for resfriado. Se você não tomar certas medidas, poderá notar que vários centros de cristalização começam a aparecer no estado líquido. Na área ao redor desses centros, ocorre a formação sólido. Cristais muito pequenos começam a se combinar uns com os outros em uma ordem aleatória, e um chamado policristal é obtido. Tal corpo é isotrópico.
O que determina as características físicas e mecânicas dos corpos? Importância têm ligações atômicas, bem como um tipo de estrutura cristalina. Os cristais iônicos são caracterizados por ligações iônicas, o que significa uma transição suave de um átomo para outro. Neste caso, a formação de partículas carregadas positivamente e negativamente. Podemos observar a ligação iônica em um exemplo simples - tais características são características de vários óxidos e sais. Outra característica dos cristais iônicos é a baixa condutividade do calor, mas seu desempenho pode aumentar acentuadamente quando aquecido. Nos nós da rede cristalina, você pode ver várias moléculas que se distinguem por uma forte ligação atômica.
Muitos minerais que encontramos em toda a natureza têm uma estrutura cristalina. E o estado amorfo da matéria é também a natureza em sua forma mais pura. Só que neste caso o corpo é algo sem forma, mas os cristais podem assumir a forma dos mais belos poliedros com a presença de faces planas, bem como formar novos corpos sólidos de incrível beleza e pureza.
A forma de tais corpos é constante para uma conexão particular. Por exemplo, o berilo sempre se parece com um prisma hexagonal. Faça um pequeno experimento. Pegue um pequeno cristal de sal cúbico (bola) e coloque-o em uma solução especial o mais saturada possível com o mesmo sal. Com o tempo, você notará que esse corpo permaneceu inalterado - ele voltou a adquirir a forma de um cubo ou bola, inerente aos cristais de sal.
3. - policloreto de vinila, ou as conhecidas janelas plásticas de PVC. É resistente ao fogo, por ser considerado de combustão lenta, possui elevada resistência mecânica e propriedades isolantes elétricas.
4. A poliamida é uma substância com alta resistência e resistência ao desgaste. Possui altas características dielétricas.
5. Plexiglass ou polimetilmetacrilato. Podemos usá-lo no campo da engenharia elétrica ou usá-lo como material para estruturas.
6. O fluoroplasto, ou politetrafluoretileno, é um conhecido dielétrico que não apresenta propriedades de dissolução em solventes de origem orgânica. Uma ampla faixa de temperatura e boas propriedades dielétricas permitem que seja usado como um material hidrofóbico ou antifricção.
7. Poliestireno. Este material não é afetado por ácidos. Ele, como o fluoroplástico e a poliamida, pode ser considerado um dielétrico. Muito durável em relação ao impacto mecânico. O poliestireno é usado em todos os lugares. Por exemplo, provou-se bem como um material isolante estrutural e elétrico. É usado em engenharia elétrica e de rádio.
8. Provavelmente o polímero mais famoso para nós é o polietileno. O material apresenta resistência quando exposto a ambientes agressivos, não permite absolutamente a passagem de umidade. Se a embalagem for de polietileno, você não pode ter medo de que o conteúdo se deteriore sob a influência de chuva forte. O polietileno também é um dielétrico. Sua aplicação é extensa. A partir dele são feitas estruturas de tubos, diversos produtos elétricos, filme isolante, bainhas para cabos de linhas telefônicas e de energia, peças para rádio e outros equipamentos.
9. O PVC é uma substância altamente polimérica. É sintético e termoplástico. Tem uma estrutura de moléculas que são assimétricas. Quase não passa água e é feito por prensagem com estampagem e por moldagem. O cloreto de polivinila é usado com mais frequência na indústria elétrica. Com base nele, várias mangueiras de isolamento térmico e mangueiras para proteção química, bancos de baterias, mangas e juntas isolantes, fios e cabos. O PVC também é um excelente substituto para o chumbo nocivo. Não pode ser usado como um circuito de alta frequência na forma de um dielétrico. E tudo devido ao fato de que neste caso as perdas dielétricas serão altas. Tem alta condutividade.
