Чудили ли сте се някога какви са мистериозните аморфни вещества? По структура те се различават както от твърди, така и от течни. Факт е, че такива тела са в специално кондензирано състояние, което има само близък ред. Примери за аморфни вещества са смола, стъкло, кехлибар, каучук, полиетилен, поливинилхлорид (любимите ни пластмасови прозорци), различни полимери и други. Това са твърди вещества, които нямат кристална решетка. Те включват също восък, различни лепила, ебонит и пластмаси.
Необичайни свойства на аморфните вещества
Фасетите не се образуват в аморфните тела по време на разделянето. Частиците са напълно произволни и са на близко разстояние една от друга. Те могат да бъдат както много гъсти, така и вискозни. Как се влияят от външни влияния? Под въздействието на различни температури телата стават течни, като течности, и в същото време доста еластични. В случай, че външното действие не продължава дълго, веществата с аморфна структура могат мощен ударразбийте на парчета. Продължителното влияние отвън води до факта, че те просто текат.
Опитайте малък експеримент със смола у дома. Поставете го върху твърда повърхност и ще забележите, че започва да тече плавно. Точно така, защото веществото! Скоростта зависи от температурните показатели. Ако е много висока, тогава смолата ще започне да се разпространява значително по-бързо.
Какво друго е характерно за такива тела? Те могат да приемат всякаква форма. Ако аморфни вещества под формата на малки частици се поставят в съд, например в кана, тогава те също ще приемат формата на съд. Те също са изотропни, т.е. проявяват едни и същи физични свойства във всички посоки.
Топене и преминаване в други състояния. Метал и стъкло
Аморфното състояние на веществото не предполага поддържане на определена температура. При ниски скорости телата замръзват, при високи скорости се топят. Между другото, степента на вискозитет на такива вещества също зависи от това. Ниската температура допринася за намаляване на вискозитета, високата, напротив, го увеличава.
За веществата от аморфен тип може да се разграничи още една характеристика - преходът към кристално състояние, освен това спонтанен. Защо се случва това? Вътрешната енергия в кристалното тяло е много по-малка, отколкото в аморфното. Можем да видим това на примера със стъклените изделия – с течение на времето стъклата се замъгляват.
Метално стъкло - какво е това? Металът може да се освободи от кристалната решетка по време на топенето, тоест веществото на аморфната структура може да стане стъкловидно. По време на втвърдяването при изкуствено охлаждане кристалната решетка се образува отново. Аморфният метал има просто невероятна устойчивост на корозия. Например, каросерията на автомобила, направена от него, няма да се нуждае от различни покрития, тъй като няма да бъде подложена на спонтанно разрушаване. Аморфното вещество е тяло, чиято атомна структура има безпрецедентна здравина, което означава, че аморфен метал може да се използва в абсолютно всеки индустриален сектор.
Кристалната структура на веществата
За да сте добре запознати с характеристиките на металите и да можете да работите с тях, трябва да имате познания за кристалната структура на определени вещества. Производството на метални изделия и областта на металургията не биха могли да получат такова развитие, ако хората не са имали определени познания за промените в структурата на сплавите, технологичните методи и експлоатационните характеристики.
Четири състояния на материята
Добре известно е, че има четири агрегатни състояния: твърдо, течно, газообразно и плазмено. Твърдите аморфни вещества също могат да бъдат кристални. При такава структура може да се наблюдава пространствена периодичност в подреждането на частиците. Тези частици в кристалите могат да извършват периодично движение. Във всички тела, които наблюдаваме в газообразно или течно състояние, може да се забележи движение на частици под формата на хаотичен безпорядък. Аморфните твърди вещества (например кондензирани метали: ебонит, стъклени продукти, смоли) могат да се нарекат течности от замръзнал тип, защото когато променят формата си, можете да забележите такива особеносткато вискозитет.
Разликата между аморфни тела от газове и течности
Проявите на пластичност, еластичност, втвърдяване по време на деформация са характерни за много тела. Кристалните и аморфните вещества имат тези характеристики в по-голяма степен, докато течностите и газовете не. Но от друга страна се вижда, че те допринасят за еластична промяна в обема.
Кристални и аморфни вещества. Механични и физични свойства
Какво представляват кристалните и аморфните вещества? Както бе споменато по-горе, тези тела могат да се нарекат аморфни, които имат огромен коефициент на вискозитет и при обикновена температура течливостта им е невъзможна. Но високата температура, напротив, им позволява да бъдат течни, като течност.
Веществата от кристален тип изглеждат напълно различни. Тези твърди вещества могат да имат собствена точка на топене в зависимост от външното налягане. Получаването на кристали е възможно, ако течността се охлади. Ако не предприемете определени мерки, можете да забележите, че различни центрове на кристализация започват да се появяват в течно състояние. В областта около тези центрове се образува твърдо вещество. Много малки кристали започват да се комбинират помежду си в произволен ред и се получава така нареченият поликристал. Такова тяло е изотропно.
Характеристики на веществата
Какво определя физичните и механичните характеристики на телата? Атомните връзки са важни, както и типът на кристалната структура. Йонните кристали се характеризират с йонни връзки, което означава плавен преход от един атом към друг. В този случай се образуват положително и отрицателно заредени частици. Можем да наблюдаваме йонната връзка в прост пример - такива характеристики са характерни за различни оксиди и соли. Друга характеристика на йонните кристали е ниската проводимост на топлината, но неговата производителност може да се увеличи значително при нагряване. Във възлите на кристалната решетка можете да видите различни молекули, които се отличават със силна атомна връзка.
Много минерали, които намираме навсякъде в природата, имат кристална структура. А аморфното състояние на материята също е природата в нейния най-чист вид. Само в този случай тялото е нещо безформено, но кристалите могат да приемат формата на най-красивите полиедри с наличието на плоски лица, както и да образуват нови твърди тела с удивителна красота и чистота.
Какво представляват кристалите? Аморфно-кристална структура
Формата на такива тела е постоянна за конкретна връзка. Например берилът винаги изглежда като шестоъгълна призма. Направете малък експеримент. Вземете малък кристал кубична сол (топче) и го поставете в специален разтвор, възможно най-наситен със същата сол. С течение на времето ще забележите, че това тяло е останало непроменено - то отново е придобило формата на куб или топка, което е присъщо на солните кристали.
3. - поливинилхлорид, или така познатата пластмасова PVC дограма. Устойчив е на пожар, тъй като се счита за бавно горим, има повишена механична якост и електроизолационни свойства.
4. Полиамидът е вещество с много висока якост и устойчивост на износване. Има високи диелектрични характеристики.
5. Плексиглас или полиметилметакрилат. Можем да го използваме в областта на електротехниката или да го използваме като материал за конструкции.
6. Флуоропластът или политетрафлуоретиленът е добре известен диелектрик, който не показва свойствата на разтваряне в разтворители органичен произход. Широк температурен диапазон и добро диелектрични свойствапозволяват да се използва като хидрофобен или антифрикционен материал.
7. Полистирен. Този материал не се влияе от киселини. Той, подобно на флуоропласт и полиамид, може да се счита за диелектрик. Много издръжлив по отношение на механично въздействие. Полистиролът се използва навсякъде. Например, той се е доказал добре като конструктивен и електроизолационен материал. Използва се в електротехниката и радиотехниката.
8. Вероятно най-известният полимер за нас е полиетиленът. Материалът проявява устойчивост при излагане на агресивни среди, абсолютно не пропуска влагата. Ако опаковката е направена от полиетилен, не можете да се страхувате, че съдържанието ще се влоши под въздействието на силен дъжд. Полиетиленът също е диелектрик. Приложението му е обширно. От него се произвеждат тръбни конструкции, различни електрически продукти, изолационен филм, обвивки за кабели на телефонни и електропроводи, части за радио и друго оборудване.
9. PVC е високополимерно вещество. Той е синтетичен и термопластичен. Има структура от молекули, които са асиметрични. Почти не пропуска вода и се произвежда чрез пресоване с щамповане и формоване. Поливинилхлоридът се използва най-често в електротехническата индустрия. На негова основа се създават различни топлоизолационни маркучи и маркучи за химическа защита, батерии, изолационни ръкави и уплътнения, проводници и кабели. PVC също е отличен заместител на вредното олово. Не може да се използва като високочестотна верига под формата на диелектрик. И всичко това се дължи на факта, че в този случай диелектричните загуби ще бъдат високи. Има висока проводимост.
ФИЗИКА 8 КЛАС
Доклад по темата:
„Аморфни тела. Топене на аморфни тела.
ученик от 8 "б" клас:
2009
аморфни тела.
Нека направим експеримент. Ще ни трябва парче пластилин, стеаринова свещ и електрическа камина. Поставете пластилин и свещ на равни разстояния от камината. След известно време част от стеарина ще се стопи (превърне в течност), а част ще остане под формата на твърдо парче. Пластилинът за същото време само ще омекне малко. След известно време целият стеарин ще се стопи и пластилинът постепенно ще се „коригира“ върху повърхността на масата, омекотявайки все повече и повече.
И така, има тела, които при стопяване не омекват, а от твърдо състояние веднага се превръщат в течност. По време на топенето на такива тела винаги е възможно да се отдели течността от все още неразтопената (твърда) част на тялото. Тези тела са кристален.Има и твърди вещества, които при нагряване постепенно омекват, стават все по-течни. За такива тела е невъзможно да се посочи температурата, при която те се превръщат в течност (стопят). Тези тела се наричат аморфен.
Нека направим следния експеримент. Нека хвърлим парче смола или восък в стъклена фуния и я оставим в топла стая. След около месец ще се окаже, че восъкът е приел формата на фуния и дори е започнал да изтича от нея под формата на "струя" (фиг. 1). За разлика от кристалите, които запазват формата си почти завинаги, аморфните тела са течни дори при ниски температури. Следователно те могат да се считат за много гъсти и вискозни течности.
Структурата на аморфните тела.Изследване с помощта на електронен микроскоп, както и използване рентгенови лъчипоказват, че в аморфните тела няма строг ред в подреждането на техните частици. Погледнете, фигура 2 показва разположението на частиците в кристален кварц, а вдясно - в аморфен кварц. Тези вещества се състоят от едни и същи частици - молекули силициев оксид SiO 2.
Кристалното състояние на кварца се получава, ако стопеният кварц се охлажда бавно. Ако охлаждането на стопилката е бързо, тогава молекулите няма да имат време да се "подредят" в подредени редове и ще се получи аморфен кварц.
Частиците на аморфните тела вибрират непрекъснато и хаотично. Те са по-склонни от частици от кристали да скачат от място на място. Това се улеснява от факта, че частиците на аморфните тела не са еднакво плътни: между тях има празнини.
Кристализация на аморфни тела.С течение на времето (няколко месеца, години) аморфните вещества спонтанно преминават в кристално състояние. Например захарни бонбони или пресен мед, оставени на топло място, стават непрозрачни след няколко месеца. Казват, че медът и бонбоните са "захаросани". Счупвайки близалка или загребвайки мед с лъжица, ние наистина виждаме получените захарни кристали.
Спонтанната кристализация на аморфни тела показва, че кристалното състояние на материята е по-стабилно от аморфното състояние. Междумолекулната теория го обяснява по този начин. Междумолекулните сили на привличане и отблъскване карат частиците на аморфно тяло да скачат предимно там, където има кухини. В резултат на това се получава по-подредено разположение на частиците от преди, тоест се образува поликристал.
Топене на аморфни тела.
С повишаването на температурата енергията на вибрационното движение на атомите в твърдо тялонараства и накрая идва момент, в който връзките между атомите започват да се разпадат. В този случай твърдото тяло преминава в течно състояние. Такъв преход се нарича топене.При фиксирано налягане топенето става при строго определена температура.
Количеството топлина, необходимо за превръщане на единица маса от вещество в течност при точката на топене, се нарича специфична топлина на топене λ .
Да се стопи вещество м необходимото количество топлина е:
Q = λ m .
Процесът на топене на аморфни тела се различава от топенето кристални тела. С повишаване на температурата аморфните тела постепенно омекват, стават вискозни, докато се превърнат в течност. Аморфни телаза разлика от кристалите, те нямат определена точка на топене. Температурата на аморфните тела в този случай се променя непрекъснато. Това е така, защото в аморфните твърди вещества, както и в течностите, молекулите могат да се движат една спрямо друга. При нагряване скоростта им се увеличава, разстоянието между тях се увеличава. В резултат на това тялото става все по-меко и по-меко, докато се превърне в течност. По време на втвърдяването на аморфните тела тяхната температура също намалява непрекъснато.
Когато температурата се понижи, течността може да замръзне, без да подрежда структурата. Веществото вече е вътре в твърдо състояние, но структурата му се доближава до структурата на течност - такива вещества се наричат аморфен (от гръцки " аморфос"- безформен)
Свойства на аморфните тела:
§ Основната характеристика е липсата на атомна или молекулна решетка, тоест триизмерната периодичност на структурата, характерна за кристалното състояние.
§ Аморфното състояние се характеризира с наличието само на близък ред. Структурите на аморфните вещества приличат на течности, но имат много по-малка течливост.
§ Аморфното състояние обикновено е нестабилно. Аморфното състояние има известна излишна вътрешна енергия, така че спонтанно преминава в кристалното състояние като по-стабилно. Поради това повечето вещества при нормални условия все още са в кристално състояние.
§ Под въздействието на механични натоварвания или при промяна на температурата аморфните тела могат кристализират.
§ Течливост(защото според някои теории аморфните тела се считат за свръхохладени течности). Това свойство може да бъде открито чрез внимателно изследване на прозорци, много стари къщи. Стъклата на прозорците в такива къщи са малко по-дебели отдолу, тъй като дълго време стъклото непрекъснато течеше надолу под въздействието на гравитацията. Сравнително наскоро се научи да получава в стъкловидно състояние на металите. За да направите това, металът се разтопява и след това се охлажда за много кратко време. Поради бързото охлаждане правилната кристална структура не се появява в метала, той става стъклен. Металните стъкла се характеризират с висока твърдост, устойчивост на износване и устойчивост на корозия.
§ Аморфни тела изотропен , тоест техните механични, оптични, електрически и други свойства не зависят от посоката.
§ В аморфни тела няма фиксирана точка на топене: топенето става в определен температурен диапазон. Преходът на аморфно вещество от твърдо в течно състояние не се придружава от рязка промяна на свойствата. Например: температурният диапазон на топене на силикатни стъкла е приблизително 200°C.
Все още не е създаден физически модел на аморфното състояние.
Реактивността на веществата в аморфно състояние е много по-висока, отколкото в кристално състояние.
Примери за аморфни вещества: естествено: мед, кехлибар, колофон, смола, битум;
изкуствен: стъкло, много оксиди, хидроксиди.
Има вещества, които в твърда форма могат да бъдат само в аморфно състояние. Отнася се за полимерис неправилна последователност от връзки.
В някои случаи едно и също вещество може да бъде в различни състояния, например: SiO 2 съществува в стъкловидно и в няколко кристални състояния; също S-сяра, има аморфна сяра и две кристални модификации (ромбична и моноклинна).
Повечето вещества в умерения климат на Земята са в твърдо състояние. Твърдите тела запазват не само формата, но и обема си.
Според характера на относителното разположение на частиците твърдите тела се разделят на три вида: кристални, аморфни и композитни.
аморфни тела.Като примери за аморфни тела могат да служат стъкло, различни втвърдени смоли (кехлибар), пластмаси и др.Ако аморфното тяло се нагрее, то постепенно се омекотява и преходът към течно състояние заема значителен температурен диапазон.
Сходството с течностите се обяснява с факта, че атомите и молекулите на аморфните тела, подобно на молекулите на течността, имат време на "установен живот". Няма специфична точка на топене, така че аморфните тела могат да се разглеждат като преохлаждане на течност с много висок вискозитет. Липсата на далечен ред в подреждането на атомите на аморфните тела води до факта, че веществото в аморфно състояние има по-ниска плътност, отколкото в кристално състояние.
Разстройството в подреждането на атомите на аморфните тела води до факта, че средното разстояние между атомите в различни посоки е еднакво, следователно те са изотропни, т.е. всички физични свойства (механични, оптични и т.н.) не зависят от посоката на външно влияние. Признак за аморфно тяло е неправилната форма на повърхността при счупване. След дълъг период от време телата, които случайно са аморфни, все още променят формата си под въздействието на гравитацията. По този начин те са като течности. С повишаване на температурата тази промяна във формата става по-бързо. Аморфното състояние е нестабилно, настъпва преход от аморфно състояние към кристално състояние. (Стъклото се размазва.)
кристални тела.При наличие на периодичност в подреждането на атомите (далечен ред) твърдото вещество е кристално.
Ако погледнете зърната сол с лупа или микроскоп, ще забележите, че те са ограничени от плоски лица. Наличието на такива лица е знак, че сте в кристално състояние.
Тяло, което е монокристал, се нарича монокристал. Повечето кристални тела се състоят от много произволно подредени малки кристали, които са израснали заедно. Такива тела се наричат поликристали. Бучка захар е поликристално тяло. кристали различни веществаимат разнообразни форми. Размерите на кристалите също варират. Размерите на кристалите от поликристален тип могат да се променят с времето. Малките железни кристали се превръщат в големи, този процес се ускорява от удари и сътресения, среща се в стоманени мостове, железопътни релси и др., от което здравината на конструкцията намалява с времето.
Толкова много тела са еднакви химичен съставв кристално състояние в зависимост от условията могат да съществуват в две или повече разновидности. Това свойство се нарича полиморфизъм. Ледът има до десет модификации. Полиморфизъм на въглерод - графит и диамант.
Съществено свойство на монокристала е анизотропията - несходството на неговите свойства (електрически, механични и др.) В различни посоки.
Поликристалните тела са изотропни, т.е. проявяват еднакви свойства във всички посоки. Това се обяснява с факта, че кристалите, които изграждат поликристално тяло, са произволно ориентирани един спрямо друг. В резултат нито една от посоките не се различава от останалите.
Създадени са композитни материали, чиито механични свойства превъзхождат естествените материали. Композитни материали (композити)се състои от матрица и пълнители. Като матрица се използват полимерни, метални, въглеродни или керамични материали. Пълнителите могат да се състоят от мустаци, влакна или тел. По-специално, композитните материали включват стоманобетон и железен графит.
Стоманобетонът е един от основните видове строителни материали. Представлява комбинация от бетон и стоманена армировка.
Железният графит е керамично-метален материал, състоящ се от желязо (95-98%) и графит (2-5%). От него се правят лагери, втулки за различни възли на машини и механизми.
Фибростъклото също е композитен материал, който е смес от стъклени влакна и втвърдена смола.
Човешките и животинските кости са съставен материал, състоящ се от два напълно различни компонента: колаген и минерална материя.
Твърдото тяло е едно от четирите основни състояния на материята, с изключение на течност, газ и плазма. Характеризира се със структурна твърдост и устойчивост на промени във формата или обема. За разлика от течността, твърдият предмет не тече и не приема формата на съда, в който е поставен. Твърдото тяло не се разширява, за да запълни наличния си обем, както прави газът.
Атомите в твърдото тяло са тясно свързани помежду си, са в подредено състояние във възлите на кристалната решетка (това са метали, обикновен лед, захар, сол, диамант) или са подредени неправилно, нямат стриктна повторяемост в структура на кристалната решетка (това са аморфни тела, като прозоречно стъкло, колофон, слюда или пластмаса).
Кристални тела
Кристалните твърди вещества или кристали имат отличителна вътрешна характеристика - структура под формата на кристална решетка, в която атоми, молекули или йони на веществото заемат определено положение.
Кристалната решетка води до съществуването на специални плоски повърхности в кристалите, които отличават едно вещество от друго. Когато е изложена на рентгенови лъчи, всяка кристална решетка излъчва характерен модел, който може да се използва за идентифициране на вещество. Лицата на кристалите се пресичат под определени ъгли, които отличават едно вещество от друго. Ако кристалът е разделен, тогава новите лица ще се пресичат под същите ъгли като оригиналния.
Например галенит - галенит, пирит - пирит, кварц - кварц. Кристалните повърхности се пресичат под прав ъгъл в галенит (PbS) и пирит (FeS 2), под други ъгли в кварц.
Свойства на кристала
- постоянен обем;
- правилна геометрична форма;
- анизотропия - разликата в механичните, светлинните, електрическите и топлинните свойства от посоката в кристала;
- добре дефинирана точка на топене, тъй като зависи от редовността на кристалната решетка. Междумолекулните сили, които държат твърдото тяло заедно, са еднакви и е необходимо едно и също количество топлинна енергия, за да се прекъсне всяко взаимодействие по едно и също време.
Аморфни тела
Примери за аморфни тела, които нямат строга структура и повторяемост на клетките на кристалната решетка са: стъкло, смола, тефлон, полиуретан, нафталин, поливинилхлорид.
Те имат две характерни свойства: изотропност и липса на определена точка на топене.
Изотропността на аморфните тела се разбира като еднаквост физични свойствавещества във всички посоки.
В аморфно твърдо вещество разстоянието до съседните възли на кристалната решетка и броят на съседните възли варира в целия материал. Следователно, за да се прекъснат междумолекулните взаимодействия, е необходимо различно количество топлинна енергия. Следователно аморфните вещества се размекват бавно в широк температурен диапазон и нямат ясна точка на топене.
Характеристика на аморфния твърди веществае, че при ниски температури имат свойствата на твърди вещества, а с повишаване на температурата – свойствата на течности.
