Какие свойства присущие аморфным телам

Твердые тела разделяют на аморфные и кристаллические, в зависимости от их молекулярной структуры и физических свойств.

В отличие от кристаллов молекулы и атомы аморфных твердых тел не формируют решетку, а расстояние между ними колеблется в пределах некоторого интервала возможных расстояний. Иначе говоря, у кристаллов атомы или молекулы взаимно расположены таким образом, что формируемая структура может повторяться во всем объеме тела, что называется дальним порядком. В случае же с аморфными телами – сохраняется структура молекул лишь относительно каждой одной такой молекулы, наблюдается закономерность в распределении только соседних молекул – ближний порядок. Наглядный пример представлен ниже.

К аморфным телам относится стекло и другие вещества в стеклообразном состоянии, канифоль, смолы, янтарь, сургуч, битум, воск, а также органические вещества: каучук, кожа, целлюлоза, полиэтилен и др.

Свойства аморфных тел

Особенность строения аморфных твердых тел придает им индивидуальные свойства:

1. Слабо выраженная текучесть – одно из наиболее известных свойств таких тел. Примером будут потеки стекла, которое долгое время стоит в оконной раме.
2. Аморфные твердые тела не обладают определенной температурой плавления, так как переход в состояние жидкости во время нагрева происходит постепенно, посредством размягчения тела. По этой причине к таким телам применяют так называемый температурный интервал размягчения.

3. В силу своей структуры такие тела являются изотропными, то есть их физические свойства не зависят от выбора направления.
4. Вещество в аморфном состоянии обладает большей внутренней энергией, нежели в кристаллическом. По этой причине аморфные тела способны самостоятельно переходить в кристаллическое состояние. Данное явление можно наблюдать как результат помутнения стекол с течением времени.

Стеклообразное состояние

В природе существуют жидкости, которые практически невозможно перевести в кристаллическое состояние посредством охлаждения, так как сложность молекул этих веществ не позволяет им образовать регулярную кристаллическую решетку. К таким жидкостям относятся молекулы некоторых органических полимеров.

Однако, при помощи глубокого и быстрого охлаждения, практически любое вещество способно перейти в стеклообразное состояние. Это такое аморфное состояние, которое не имеет явной кристаллической решетки, но может частично кристаллизироваться, в масштабах малых кластеров. Данное состояние вещества является метастабильным, то есть сохраняется при некоторых требуемых термодинамических условиях.

При помощи технологии охлаждения с определенной скоростью вещество не будет успевать кристаллизоваться, и преобразуется в стекло. То есть чем выше скорость охлаждения материала, тем меньше вероятность его кристаллизации. Так, например, для изготовления металлических стекол потребуется скорость охлаждения, равная 100 000 – 1 000 000 Кельвин в секунду.

В природе вещество существует в стеклообразном состоянии возникает из жидкой вулканической магмы, которая, взаимодействуя с холодной водой или воздухом, быстро охлаждается. В данном случае вещество зовется вулканическим стеклом. Также можно наблюдать стекло, образованная в результате плавления падающего метеорита, взаимодействующего с атмосферой – метеоритное стекло или молдавит.

Нужно помнить, что не все тела, которые существуют на планете Земля, имеют кристаллическое строение. Исключения из правила получили название «аморфные тела». Чем же они отличаются? Исходя из перевода данного термина – аморфный – можно предположить о том, что такие вещества отличаются от других своей формой или видом. Речь идет об отсутствии так называемой кристаллической решетки. Процесс расщепления, при котором появляются грани, не происходит. Аморфные тела также отличаются тем, что не зависят от окружающей среды, и их свойства постоянны. Такие вещества называются изотропными.

Небольшая характеристика аморфных тел

Из школьного курса физики можно вспомнить то, что аморфные вещества имеют такое строение, при котором атомы в них расположены в хаотичном порядке. Определенное место могут иметь лишь структуры-соседи, где такое расположение является вынужденным. Но все же проводя аналогию с кристаллами, аморфные тела не обладают строгой упорядоченностью молекул и атомов (в физике такое свойство получило название «дальний порядок»). В результате исследований было выяснено, что по своей структуре данные вещества схожи с жидкостями.

Некоторые тела (в качестве примера можно взять диоксид кремния, чья формула SiO2) могут одновременно находиться в аморфном состоянии и иметь кристаллическую структуру. Кварц в первом варианте обладает структурой неправильной решетки, во втором – правильного шестиугольника.

Свойство №1

Как уже говорилось выше, аморфные тела не обладают кристаллической решеткой. Их атомы и молекулы имеют ближний порядок размещения, что и будет первым отличительным свойством данных веществ.

Свойство №2

Текучестью данные тела обделены. Для того чтобы лучше объяснить второе свойство веществ, можно сделать это на примере воска. Ни для кого не секрет, что если налить воду в воронку, то она просто выльется из нее. То же самое будет и с любыми другими текучими веществами. А свойства аморфных тел не позволяют им проделывать такие «трюки». Если воск поместить в воронку, то он предварительно растечется по поверхности и лишь потом начнет стекать с нее. Это связано с тем, что молекулы в веществе перескакивают из одного положения равновесия в абсолютно другое, не имея основного местоположения.

Свойство №3

Пора поговорить о процессе плавления. Следует запомнить тот факт, что аморфные вещества не имеют определенной температуры, при которой начинается плавление. Во время поднятия градуса тело постепенно становится мягче и затем превращается в жидкость. Физики всегда делают упор не на температуре, при которой данный процесс начал происходить, а на соответствующем температурном интервале плавления.

Свойство №4

О нем уже было сказано выше. Аморфные тела изотропны. То есть их свойства в любом направлении неизменны, даже если условия пребывания в местах различны.

Свойство №5

Хоть раз каждый человек наблюдал, что с течением определенного промежутка времени стекла начинали мутнеть. Это свойство аморфных тел связно с повышенной внутренней энергией (она в разы больше, чем у кристаллов). Из-за этого данные вещества спокойно сами могут перейти в кристаллическое состояние.

Переход к кристаллическому состоянию

Спустя определенный промежуток времени любое аморфное тело переходит в кристаллическое состояние. Это можно наблюдать в привычной жизни человека. Например, если оставить леденец или мед на несколько месяцев, то можно заметить, что они оба потеряли свою прозрачность. Обычный человек скажет, что они просто засахарились. И правда, если разломать тело, то можно заметить наличие кристаллов сахара.

Итак, говоря об этом, необходимо уточнить, что самопроизвольное превращение в другое состояние связано с тем, что аморфные вещества неустойчивы. Сравнивая их с кристаллами, можно понять, что последние в разы «мощнее». Объяснить факт можно благодаря межмолекулярной теории. Согласно ей, молекулы постоянно перескакивают с одного места на другое, тем самым заполняя пустоты. Со временем образуется устойчивая кристаллическая решетка.

Плавление аморфных тел

Процессом плавления аморфных тел называется момент, когда с поднятием температуры все связи между атомами рушатся. Именно тогда вещество превращается в жидкость. Если условия плавления таковы, что давление одинаково на протяжении всего периода, то температура также должна быть фиксированной.

Жидкие кристаллы

В природе существуют тела, которые имеют жидкокристаллическую структуру. Как правило, они входят в перечень органических веществ, а их молекулы обладают нитевидной формой. Тела, о которых идет речь, обладают свойствами жидкостей и кристаллов, а именно текучестью и анизотропией.

В таких веществах молекулы располагаются параллельно друг другу, однако, между ними нефиксируемое расстояние. Они движутся постоянно, но ориентацию менять несклонны, поэтому постоянно находятся в одном положении.

Аморфные металлы

Аморфные металлы больше известны обычному человеку под названием металлические стекла.

Еще в 1940 году ученые заговорили о существовании данных тел. Уже тогда стало известно, что специально полученные вакуумным напылением металлы, не имели кристаллических решеток. И лишь через 20 лет было произведено первое стекло такого типа. Особого внимания у ученых оно не вызвало; и только спустя еще 10 лет о нем заговорили американские и японские профессионалы, а потом уже корейские и европейские.

Аморфные металлы отличаются вязкостью, достаточно высоким уровнем прочности и стойкостью к коррозии.

Примеры таких веществ можно найти повсеместно, так как это одно из основных состояний, в которых может существовать материя. Слово «аморфный» происходит из древнегреческого языка и означает «бесформенный».

Свойства аморфных веществ

Отличием таких субстанций от веществ, имеющих кристаллическую структуру, является отсутствие строгого порядка нахождение атомов. Такая конструкция не является устойчивой и, постепенно видоизменяясь, имеет склонность к переходу в кристаллическую.

В сообщении на эту тему необходимо дать определение и кратко описать основные качества «бесформенных» тел.

Ведь именно выраженные отличия их от твердых субстанций и диктуют необходимость выделять их в отдельный класс.

От твёрдых тел они отличаются такими особыми качествами:

• Текучесть. Долго находящееся без движения аморфное тело способно менять свою конфигурацию. При этом вещество, из которого состоит тело, под действием силы тяжести перемещается в нижнюю его часть. Визуально такой эффект можно наблюдать в виде утолщения нижней части стекла, долго простоявшего вертикально в оконном проеме. Такой эффект связывают с тем, что вещество в виде потеков постепенно перемещается вниз.
• Изотропность. Этот термин означает, что физические свойства их абсолютно идентичны, независимо от их направленности. Здесь имеются в виду механические, электрические, оптические и тепловые свойства.
• Отсутствие постоянной температуры плавления. Переход из одной фазы в другую осуществляется постепенно. Это происходит в результате размягчения аморфного тела.

Разные состояния субстанций

В свою очередь, некоторые кристаллические тела способны при определенных условиях переходить в аморфное состояние, меняя в результате свои строение и физические свойства. В зависимости от состояния такие вещества могут относиться к разным классам (к какому именно — зависит от внешних условий).

В качестве примера можно выбрать кварц, представляющий собой оксид кремния, который приобретает аморфные свойства при нагревании до температуры 1700 градусов и плавлении. После охлаждения свойства вещества меняются: оно приобретает меньшую плотность, чем до нагревания, и отличается от кристаллического кварца по ряду других качеств.

Тела, способные находиться при разных условиях в твердом и аморфном состояниях, обладают в бесструктурном виде большей внутренней энергией, нежели в твёрдом. Именно это качество обусловливает закономерность, согласно которой они способны постепенно переходить в кристаллическое состояние («терять аморфность»).

В качестве примера такого феномена можно привести постепенное помутнение стекла по прошествии большого количества времени.

Изменение оптических свойств материала связано с тем, что внутри слоя появляются мелкие, невидимые глазу кристаллики, обладающие другими оптическими параметрами, отличающимися от прозрачной среды.

Примеры «бесформенных» тел

В докладе по физике на тему о таких веществах и их свойствах необходимо перечислить примеры таких субстанций.

К стабильно аморфным телам относят субстанции, которые не склонны твердеть с образованием кристаллических граней (в случае отсутствия выраженных анизотропных воздействий — высокого давления или электрического поля). К этой группе веществ относят:

• парафин;
• воск;
• сургуч;
• шоколад;
• стекло;
• смолу;
• плексиглас;
• каучук;
• разновидности пластика.

Несколько особняком стоит отдельный класс соединений, обладающих одновременно свойствами кристаллических структур и аморфных тел. Может показаться странным, но таким телам присущи и анизотропия, и текучесть. Такое состояние принято называть жидкокристаллическим.

Как правило, с точки зрения химической структуры, жидкокристаллические субстанции являются органическими соединениями, имеющими нитевидную или пластинообразную конфигурацию молекул.

Именно такие структуры, обладающие комбинированными свойствами, являются основой для жидкокристаллических экранов и нашли применение при производстве электронной техники. Этим же термином стала называться и техника, снабженная таким экраном.