Za razliku od kristalnih ?vrstih materija, ne postoji strogi red u rasporedu ?estica u amorfnoj ?vrstoj materiji.

Iako amorfne ?vrste tvari mogu zadr?ati svoj oblik, one nemaju kristalnu re?etku. Odre?eni obrazac se uo?ava samo za molekule i atome koji se nalaze u blizini. Ova naredba se zove zatvori red . Ne ponavlja se u svim smjerovima i ne opstaje na velikim udaljenostima, kao kod kristalnih tijela.

Primjeri amorfnih tijela su staklo, ?ilibar, umjetne smole, vosak, parafin, plastelin itd.

Osobine amorfnih tijela

Atomi u amorfnim tijelima vibriraju oko ta?aka koje su nasumi?no locirane. Stoga struktura ovih tijela podsje?a na strukturu teku?ina. Ali ?estice u njima su manje pokretne. Vrijeme kada osciliraju oko ravnote?nog polo?aja je du?e nego u teku?inama. Skokovi atoma na drugu poziciju tako?er se de?avaju mnogo rje?e.

Kako se kristalne ?vrste materije pona?aju kada se zagreju? Po?inju da se tope na odre?enom ta?ka topljenja. I neko vrijeme su istovremeno u ?vrstom i teku?em stanju, dok se cijela tvar ne otopi.

Amorfne ?vrste materije nemaju odre?enu ta?ku topljenja . Kada se zagreju, ne tope se, ve? postepeno omek?aju.

Stavite komad plastelina blizu ure?aja za grijanje. Nakon nekog vremena postat ?e mekana. To se ne de?ava odmah, ve? u odre?enom vremenskom periodu.

Budu?i da su svojstva amorfnih tijela sli?na svojstvima teku?ina, smatraju se prehla?enim teku?inama vrlo visokog viskoziteta (zamrznute teku?ine). U normalnim uslovima ne mogu da te?e. Ali kada se zagrijavaju, skokovi atoma u njima se ?e??e javljaju, viskoznost se smanjuje, a amorfna tijela postupno omek?aju. ?to je temperatura vi?a, to je ni?i viskozitet i postepeno amorfno tijelo postaje te?no.

Obi?no staklo je ?vrsto amorfno tijelo. Dobija se topljenjem silicijum oksida, sode i vapna. Zagrevanjem sme?e na 1400 o C dobija se te?na staklasta masa. Kada se ohladi, te?no staklo se ne stvrdnjava kao kristalna tijela, ve? ostaje teku?ina, ?iji se viskozitet pove?ava, a fluidnost smanjuje. U normalnim uslovima nam se ?ini kao ?vrsto telo. Ali u stvari, to je te?nost koja ima ogroman viskozitet i fluidnost, toliko nisku da se jedva mo?e razlikovati od najosetljivijih instrumenata.

Amorfno stanje supstance je nestabilno. Vremenom se postepeno pretvara iz amorfnog u kristalno stanje. Ovaj proces se odvija razli?itom brzinom u razli?itim supstancama. Vidimo ?tapi?e bombona kako se prekrivaju kristalima ?e?era. Ovo ne oduzima mnogo vremena.

A da bi se kristali formirali u obi?nom staklu, mora pro?i dosta vremena. Tokom kristalizacije staklo gubi snagu, prozirnost, postaje mutno i postaje krto.

Izotropija amorfnih tijela

U kristalnim ?vrstim tvarima, fizi?ka svojstva variraju u razli?itim smjerovima. Ali u amorfnim tijelima oni su isti u svim smjerovima. Ovaj fenomen se zove izotropija .

Amorfno tijelo provodi elektricitet i toplinu jednako u svim smjerovima i podjednako lomi svjetlost. Zvuk tako?er putuje jednako u amorfnim tijelima u svim smjerovima.

Svojstva amorfnih supstanci koriste se u modernim tehnologijama. Od posebnog interesa su legure metala koje nemaju kristalnu strukturu i pripadaju amorfnim ?vrstim materijama. Oni se nazivaju metalne ?a?e . Njihova fizi?ka, mehani?ka, elektri?na i druga svojstva se bolje razlikuju od obi?nih metala.

Tako se u medicini koriste amorfne legure ?ija je ?vrsto?a ve?a od titanijuma. Koriste se za izradu vijaka ili plo?a koje spajaju slomljene kosti. Za razliku od titanijumskih zatvara?a, ovaj materijal se postupno raspada i vremenom ga zamjenjuje ko?tani materijal.

Legure visoke ?vrsto?e koriste se u proizvodnji alata za rezanje metala, okova, opruga i dijelova mehanizama.

U Japanu je razvijena amorfna legura visoke magnetne permeabilnosti. Upotrebom u jezgri transformatora umjesto teksturiranih transformatorskih ?eli?nih limova, gubici vrtlo?nih struja mogu se smanjiti za 20 puta.

Amorfni metali imaju jedinstvena svojstva. Nazivaju se materijalom budu?nosti.

FIZIKA 8. RAZRED

Izvje?taj na temu:

“Amorfna tijela. Topljenje amorfnih tela.”

U?enik 8. razreda:

2009

Amorfna tela.

Hajde da napravimo eksperiment. Trebat ?e nam komad plastelina, stearinska svije?a i elektri?ni kamin. Postavimo plastelin i svije?u na jednake udaljenosti od kamina. Nakon nekog vremena dio stearina ?e se otopiti (postati teku?i), a dio ?e ostati u obliku ?vrstog komada. U isto vrijeme, plastelin ?e samo malo omek?ati. Nakon nekog vremena sav stearin ?e se otopiti, a plastelin ?e postupno "korodirati" du? povr?ine stola, sve vi?e i vi?e omek?avaju?i.

Dakle, postoje tijela koja pri topljenju ne omek?aju, ve? se iz ?vrstog stanja odmah pretvaraju u teku?inu. Prilikom topljenja takvih tijela uvijek je mogu?e odvojiti teku?inu od jo? neotopljenog (?vrstog) dijela tijela. Ova tijela jesu kristalno. Postoje i ?vrste materije koje, kada se zagreju, postepeno omek?aju i postaju sve te?nije. Za takva tijela je nemogu?e nazna?iti temperaturu na kojoj se pretvaraju u teku?inu (topi se). Ova tijela se zovu amorfna.

Hajde da uradimo slede?i eksperiment. Komad smole ili voska bacite u stakleni lijevak i ostavite u toploj prostoriji. Nakon otprilike mjesec dana, ispostavit ?e se da je vosak poprimio oblik lijevka i da je ?ak po?eo da te?e iz njega u obliku "potoka" (slika 1). Za razliku od kristala, koji gotovo zauvijek zadr?avaju svoj oblik, amorfna tijela pokazuju fluidnost ?ak i na niskim temperaturama. Stoga se mogu smatrati vrlo gustim i viskoznim teku?inama.

Struktura amorfnih tijela. Istra?ivanja pomo?u elektronskog mikroskopa, kao i pomo?u rendgenskih zraka, pokazuju da u amorfnim tijelima ne postoji strogi red u rasporedu njihovih ?estica. Pogledajte, slika 2 prikazuje raspored ?estica u kristalnom kvarcu, a ona desno prikazuje raspored ?estica u amorfnom kvarcu. Ove supstance se sastoje od istih ?estica - molekula silicijum oksida SiO 2.

Kristalno stanje kvarca se posti?e ako se rastopljeni kvarc polako hladi. Ako je hla?enje taline brzo, tada molekuli ne?e imati vremena da se "pore?aju" u uredne redove, a rezultat ?e biti amorfni kvarc.

?estice amorfnih tijela osciliraju kontinuirano i nasumi?no. Mogu skakati s mjesta na mjesto ?e??e od kristalnih ?estica. To je tako?er olak?ano ?injenicom da su ?estice amorfnih tijela smje?tene nejednako gusto: izme?u njih postoje praznine.

Kristalizacija amorfnih tijela. Vremenom (nekoliko mjeseci, godina) amorfne tvari spontano prelaze u kristalno stanje. Na primjer, ?e?erne bombone ili svje?i med ostavljeni na toplom mjestu postat ?e neprozirni nakon nekoliko mjeseci. Ka?u da su med i slatki?i „u?e?ereni“. Razbijanjem slatki?a ili ?li?icom grabimo med, zapravo ?emo vidjeti kristale ?e?era koji su se formirali.

Spontana kristalizacija amorfnih tijela ukazuje da je kristalno stanje tvari stabilnije od amorfnog. Intermolekularna teorija to obja?njava na ovaj na?in. Intermolekularne sile privla?enja i odbijanja uzrokuju da ?estice amorfnog tijela ska?u prvenstveno tamo gdje postoje praznine. Kao rezultat, pojavljuje se ure?eniji raspored ?estica nego prije, odnosno formira se polikristal.

Topljenje amorfnih tijela.

Kako temperatura raste, energija vibracijskog kretanja atoma u ?vrstoj tvari se pove?ava i, kona?no, dolazi trenutak kada veze izme?u atoma po?nu pucati. U tom slu?aju, ?vrsta tvar prelazi u te?no stanje. Ova tranzicija se zove topljenje. Pri fiksnom pritisku, topljenje se odvija na strogo odre?enoj temperaturi.

Koli?ina topline potrebna za pretvaranje jedinice mase tvari u teku?inu na njenoj ta?ki naziva se specifi?na toplina fuzije l .

Da se otopi supstanca mase m potrebno je potro?iti koli?inu topline jednaku:

Q = l m .

Proces topljenja amorfnih tijela razlikuje se od topljenja kristalnih tijela. Kako temperatura raste, amorfna tijela postepeno omek?aju i postaju viskozna dok ne pre?u u teku?inu. Amorfna tijela, za razliku od kristala, nemaju odre?enu ta?ku topljenja. Temperatura amorfnih tijela se kontinuirano mijenja. To se doga?a zato ?to se u amorfnim ?vrstim tvarima, kao iu teku?inama, molekule mogu kretati jedna u odnosu na drugu. Kada se zagriju, njihova brzina se pove?ava, a udaljenost izme?u njih se pove?ava. Kao rezultat, tijelo postaje sve mek?e i mek?e dok se ne pretvori u teku?inu. Kada se amorfna tijela stvrdnu, njihova temperatura tako?er kontinuirano opada.

Prisustvo odre?ene ta?ke topljenja je va?na karakteristika kristalnih supstanci. Po ovoj osobini se lako mogu razlikovati od amorfnih tijela, koja se tako?er klasificiraju kao ?vrsta tijela. To uklju?uje, posebno, staklo, vrlo viskozne smole i plastiku.

Amorfne supstance (za razliku od kristalnih) nemaju odre?enu ta?ku topljenja - ne tope se, ve? omek?avaju. Kada se zagrije, komad stakla, na primjer, prvo postaje mekan od tvrdog, lako se mo?e saviti ili rastegnuti; na vi?oj temperaturi, komad po?inje mijenjati svoj oblik pod utjecajem vlastite gravitacije. Kako se zagrije, gusta viskozna masa poprima oblik posude u kojoj le?i. Ova masa je prvo gusta, poput meda, zatim poput kisele pavlake, da bi na kraju postala skoro ista te?nost niske viskoznosti kao voda. Me?utim, ovdje je nemogu?e nazna?iti odre?enu temperaturu prijelaza ?vrste tvari u teku?inu, jer ona ne postoji.

Razlozi za to le?e u fundamentalnoj razlici u strukturi amorfnih tijela od strukture kristalnih. Atomi u amorfnim tijelima su raspore?eni nasumi?no. Amorfna tijela po svojoj strukturi ne sadr?e teku?ine. LS6 u ?vrstom staklu atomi su raspore?eni nasumi?no. To zna?i da pove?anje temperature stakla samo pove?ava opseg vibracija njegovih molekula, daju?i im postepeno sve ve?u slobodu kretanja. Stoga staklo omek?ava postupno i ne pokazuje o?tar prijelaz "?vrsto-teku?e", karakteristi?an za prijelaz sa rasporeda molekula po strogom redu u neure?eni.

Toplota topljenja

Toplota fuzije je koli?ina toplote koja se mora predati supstanciji pri konstantnom pritisku i konstantnoj temperaturi jednakoj ta?ki topljenja da bi se ona potpuno prevela iz ?vrstog kristalnog stanja u te?nost.

Toplota fuzije jednaka je koli?ini toplote koja se osloba?a tokom kristalizacije supstance iz te?nog stanja.

Tokom topljenja, sva toplota dovedena u supstancu ide na pove?anje potencijalne energije njenih molekula. Kineti?ka energija se ne mijenja jer se topljenje odvija na konstantnoj temperaturi.

Eksperimentalnim prou?avanjem topljenja razli?itih supstanci iste mase mo?e se uo?iti da su potrebne razli?ite koli?ine toplote da bi se one pretvorile u te?nost. Na primjer, da biste otopili jedan kilogram leda, potrebno je potro?iti 332 J energije, a da biste otopili 1 kg olova - 25 kJ.

Fizi?ka veli?ina koja pokazuje koliko toplote mora biti preneseno kristalnom tijelu te?ine 1 kg da bi se potpuno pre?lo u teku?e stanje na ta?ki taljenja naziva se specifi?na toplina fuzije.

Specifi?na toplina fuzije mjeri se u d?ulima po kilogramu (J/kg) i ozna?ava se gr?kim slovom X (lambda).

Specifi?na toplota kristalizacije jednaka je specifi?noj toploti fuzije, jer se tokom kristalizacije osloba?a ista koli?ina toplote koja se apsorbuje tokom topljenja. Tako, na primjer, kada se voda te?ine 1 kg zamrzne, osloba?a se istih 332 J energije koja je potrebna da se ista masa leda pretvori u vodu.

Da bismo prona?li koli?inu topline koja je potrebna da se otopi kristalno tijelo proizvoljne mase, ili toplina fuzije, specifi?na toplina fuzije ovog tijela mora se pomno?iti s njegovom masom:

Koli?ina topline koju tijelo osloba?a smatra se negativnom. Stoga, pri izra?unavanju koli?ine topline koja se osloba?a tijekom kristalizacije tvari mase m, treba koristiti istu formulu, ali sa predznakom minus.

Ve?ina supstanci u umjerenoj klimi na Zemlji je u ?vrstom stanju. ?vrste tvari zadr?avaju ne samo svoj oblik, ve? i volumen.

Na osnovu prirode relativnog rasporeda ?estica, ?vrste materije se dele na tri tipa: kristalne, amorfne i kompozitne.

Amorfna tela. Primjeri amorfnih tijela uklju?uju staklo, razne o?vrsnute smole (?ilibar), plastiku, itd. Ako se amorfno tijelo zagrije, ono postepeno omek?ava, a prijelaz u te?no stanje zauzima zna?ajan temperaturni raspon.

Sli?nost sa te?nostima obja?njava se ?injenicom da atomi i molekuli amorfnih tela, kao i molekuli te?nosti, imaju „ure?en ?ivot“. Ne postoji odre?ena ta?ka topljenja, tako da se amorfna tela mogu smatrati prehla?enim te?nostima sa veoma visokim viskozitetom. Odsustvo reda dugog dometa u rasporedu atoma amorfnih tijela dovodi do ?injenice da tvar u amorfnom stanju ima manju gusto?u nego u kristalnom stanju.

Poreme?aj u rasporedu atoma amorfnih tijela dovodi do toga da je prosje?na udaljenost izme?u atoma u razli?itim smjerovima ista, dakle oni su izotropni, odnosno sva fizi?ka svojstva (mehani?ka, opti?ka itd.) ne zavise od pravac spolja?njeg uticaja. Znak amorfnog tijela je nepravilan oblik povr?ine kada je slomljena. Amorfna tijela nakon du?eg vremenskog perioda i dalje mijenjaju svoj oblik pod utjecajem gravitacije. Zbog toga izgledaju kao te?nosti. Kako temperatura raste, ova promjena oblika se doga?a br?e. Amorfno stanje je nestabilno; (Staklo postaje mutno.)

Kristalna tijela. Ako postoji periodi?nost u rasporedu atoma (redak dugog dometa), ?vrsta supstanca je kristalna.

Ako zrnca soli pregledate pove?alom ili mikroskopom, primijetit ?ete da su ograni?ena ravnim rubovima. Prisustvo takvih lica je znak da se nalazi u kristalnom stanju.

Tijelo koje je jedan kristal naziva se monokristal. Ve?ina kristalnih tijela sastoji se od mnogo nasumi?no lociranih malih kristala koji su srasli. Takva tijela se nazivaju polikristali. Komad ?e?era je polikristalno tijelo. Kristali razli?itih supstanci imaju razli?ite oblike. Veli?ine kristala su tako?er razli?ite. Veli?ine polikristalnih kristala mogu se mijenjati tokom vremena. Mali kristali ?eljeza pretvaraju se u velike, ovaj proces se ubrzava udarima i udarcima, javlja se u ?eli?nim mostovima, ?eljezni?kim ?inama itd., zbog ?ega se ?vrsto?a konstrukcije vremenom smanjuje.

Vrlo mnogo tijela istog hemijskog sastava u kristalnom stanju, ovisno o uvjetima, mo?e postojati u dvije ili vi?e varijanti. Ovo svojstvo se naziva polimorfizam. Ice ima do deset poznatih modifikacija. Polimorfizam ugljika - grafit i dijamant.

Bitno svojstvo jednog kristala je anizotropija – razli?itost njegovih svojstava (elektri?nih, mehani?kih, itd.) u razli?itim smjerovima.

Polikristalna tijela su izotropna, odnosno pokazuju ista svojstva u svim smjerovima. To se obja?njava ?injenicom da su kristali koji ?ine polikristalno tijelo nasumi?no orijentirani jedan prema drugom. Kao rezultat toga, nijedan od pravaca se ne razlikuje od ostalih.

Stvoreni su kompozitni materijali ?ija su mehani?ka svojstva superiornija od prirodnih materijala. kompozitni materijali (kompoziti) sastoje se od matrice i punila. Kao matrica koriste se polimerni, metalni, karbonski ili kerami?ki materijali. Punila se mogu sastojati od brkova, vlakana ili ?ica. Konkretno, kompozitni materijali uklju?uju armirani beton i ferografit.

Armirani beton je jedna od glavnih vrsta gra?evinskih materijala. To je kombinacija betonske i ?eli?ne armature.

Gvo??e-grafit je metal-kerami?ki materijal koji se sastoji od gvo??a (95-98%) i grafita (2-5%). Od njega se izra?uju le?ajevi i ?ahure za razne komponente i mehanizme ma?ina.

Stakloplastika je tako?er kompozitni materijal, koji je mje?avina staklenih vlakana i stvrdnute smole.

Ljudske i ?ivotinjske kosti su kompozitni materijal koji se sastoji od dvije potpuno razli?ite komponente: kolagena i mineralne tvari.

?vrsto tijelo je stanje agregacije tvari koje karakterizira konstantnost oblika i priroda kretanja atoma, koji vr?e male vibracije oko ravnote?nih polo?aja.

Kristalna tijela. ?vrsto tijelo u normalnim uvjetima je te?ko sabiti ili rastegnuti. Da bi ?vrste materije dale ?eljeni oblik ili volumen u pogonima i fabrikama, obra?uju se na posebnim ma?inama: tokarilicama, blanjalicama i brusilicama.

U nedostatku vanjskih utjecaja, ?vrsto tijelo zadr?ava svoj oblik i volumen.

To se obja?njava ?injenicom da je privla?enje izme?u atoma (ili molekula) ve?e od privla?enja teku?ina (a posebno plinova). Dovoljno je zadr?ati atome blizu njihovih ravnote?nih polo?aja.

Molekuli ili atomi ve?ine ?vrstih materija, kao ?to su led, so, dijamant i metali, raspore?eni su odre?enim redosledom. Takve ?vrste supstance nazivaju se kristalnim. Iako su ?estice ovih tijela u pokretu, ova kretanja predstavljaju oscilacije oko odre?enih ta?aka (ravnote?ni polo?aji). ?estice se ne mogu udaljiti od ovih ta?aka, tako da ?vrsta materija zadr?ava svoj oblik i zapreminu.

Osim toga, za razliku od teku?ina, ravnote?ne to?ke atoma ili jona ?vrste tvari, koje su povezane, nalaze se na vrhovima pravilne prostorne re?etke, koja se naziva kristalna re?etka.

Polo?aji ravnote?e u odnosu na koje nastaju termi?ke vibracije ?estica nazivaju se ?vorovi kristalne re?etke.

Monokristal je ?vrsto tijelo ?ije ?estice formiraju monokristalnu re?etku (single kristal).

Anizotropija monokristala. Jedno od glavnih svojstava monokristala, po ?emu se razlikuju od teku?ina i plinova, je anizotropija njihovih fizi?kih svojstava. Anizotropija se odnosi na ovisnost fizi?kih svojstava o smjeru u kristalu. Anizotropna su mehani?ka svojstva (na primjer, poznato je da se liskun lako lju?ti u jednom smjeru, a vrlo te?ko u okomitom smjeru), elektri?na svojstva (elektri?na provodljivost mnogih kristala ovisi o smjeru), opti?ka svojstva (fenomen dvolomnost i dikroizam - anizotropija apsorpcije pa je, na primjer, jedan kristal turmalina "obojen" u razli?ite boje - zelenu i sme?u, ovisno s koje strane ga gledate;

Polikristal je ?vrsta materija koja se sastoji od nasumi?no orijentisanih monokristala. Ve?ina ?vrstih materija sa kojima se bavimo u svakodnevnom ?ivotu su polikristalne - so, ?e?er, razni metalni proizvodi. Nasumi?na orijentacija spojenih mikrokristala od kojih se sastoje dovodi do nestanka anizotropije svojstava.

Amorfna tela. Pored kristalnih tela, amorfna tela se tako?e klasifikuju kao ?vrsta tela. Amorfan na gr?kom zna?i „bezobli?an“.

Amorfna tijela su ?vrsta tijela koja se odlikuju neure?enim rasporedom ?estica u prostoru.

U tim tijelima molekuli (ili atomi) vibriraju oko nasumi?no lociranih ta?aka i, poput molekula teku?ine, imaju odre?eno vrijeme ?ivota. Ali, za razliku od te?nosti, ovo vreme je veoma dugo.

Amorfna tijela uklju?uju staklo, ?ilibar, razne druge smole i plastiku. Iako na sobnoj temperaturi ova tijela zadr?avaju svoj oblik, ali kako temperatura raste postepeno omek?aju i po?inju te?i poput teku?ina: amorfna tijela nemaju odre?enu temperaturu topljenja.

Po tome se razlikuju od kristalnih tijela, koja s porastom temperature ne prelaze postepeno, ve? naglo, u te?no stanje (na vrlo specifi?noj temperaturi - ta?ki topljenja).

Sva amorfna tijela su izotropna, odnosno imaju ista fizi?ka svojstva u razli?itim smjerovima. Kada su u udaru, pona?aju se kao ?vrsta tijela – cijepaju se, a ako su izlo?ena jako dugo, teku.

Trenutno postoje mnoge tvari u amorfnom stanju dobivene umjetno, na primjer, amorfni i staklasti poluvodi?i, magnetni materijali, pa ?ak i metali.