« fizika - 10. razred

Pored ?vrstih materija koje imaju kristalnu strukturu, koju karakteri?e strogi red u rasporedu atoma, postoje i amorfne ?vrste materije.

Amorfna tijela nemaju strogi red u rasporedu atoma. Samo su najbli?i atomi-susjedi raspore?eni u nekom redoslijedu. Ali ne postoji striktno ponavljanje u svim pravcima istog strukturnog elementa, ?to je karakteristi?no za kristale, u amorfnim tijelima. Po rasporedu atoma i njihovom pona?anju, amorfna tijela su sli?na teku?inama. ?esto ista supstanca mo?e biti i u kristalnom i u amorfnom stanju.

Teorijske studije dovode do proizvodnje ?vrstih materija ?ija su svojstva prili?no neobi?na. Takva tijela bilo bi nemogu?e dobiti poku?ajem i gre?kom. Stvaranje tranzistora, o ?emu ?e biti rije?i kasnije, ?ivopisan je primjer kako je razumijevanje strukture ?vrstih tijela dovelo do revolucije u cijeloj radiotehnici.

Dobijanje materijala sa odre?enim mehani?kim, magnetskim, elektri?nim i drugim svojstvima jedan je od glavnih pravaca savremene fizike ?vrstog stanja.

?vrste tvari se dijele na amorfne i kristalne, ovisno o njihovoj molekularnoj strukturi i fizi?kim svojstvima.

Za razliku od kristala, molekule i atomi amorfnih ?vrstih tvari ne formiraju re?etku, a udaljenost izme?u njih varira unutar odre?enog raspona mogu?ih udaljenosti. Drugim rije?ima, u kristalima su atomi ili molekuli me?usobno raspore?eni na takav na?in da se formirana struktura mo?e ponoviti u cijelom volumenu tijela, ?to se naziva dalekose?nim redom. U slu?aju amorfnih tijela, struktura molekula je o?uvana samo u odnosu na svaki takav molekul, uo?ava se pravilnost u distribuciji samo susjednih molekula – red kratkog dometa. Dolje je prikazan ilustrativan primjer.

U amorfna tijela spadaju staklo i druge tvari u staklastom stanju, smola, smole, ?ilibar, pe?atni vosak, bitumen, vosak, kao i organske tvari: guma, ko?a, celuloza, polietilen itd.

Osobine amorfnih tijela

Posebnost strukture amorfnih ?vrstih materija daje im pojedina?na svojstva:

1. Slabo izra?ena fluidnost jedno je od najpoznatijih svojstava takvih tijela. Primjer bi bile staklene pruge koje su dugo stajale u okviru prozora.
2. Amorfne ?vrste materije nemaju odre?enu ta?ku topljenja, jer se prelazak u te?no stanje tokom zagrevanja odvija postepeno, omek?avanjem tela. Iz tog razloga se na takva tijela primjenjuje takozvani raspon temperature omek?avanja.

1. Takva tijela su po svojoj strukturi izotropna, odnosno njihova fizi?ka svojstva ne zavise od izbora pravca.
2. Supstanca u amorfnom stanju ima vi?e unutra?nje energije nego u kristalnom stanju. Iz tog razloga, amorfna tijela mogu samostalno prije?i u kristalno stanje. Ovaj fenomen se mo?e uo?iti kao rezultat zamu?enja stakla tokom vremena.

staklasto stanje

U prirodi postoje teku?ine koje je prakti?ki nemogu?e prevesti u kristalno stanje hla?enjem, jer im slo?enost molekula ovih tvari ne dozvoljava da formiraju pravilnu kristalnu re?etku. Takvim te?nostima pripadaju molekuli nekih organskih polimera.

Me?utim, uz pomo? dubokog i brzog hla?enja, gotovo svaka tvar mo?e pre?i u staklasto stanje. Ovo je tako amorfno stanje koje nema ?istu kristalnu re?etku, ali mo?e djelomi?no kristalizirati, na skali malih klastera. Ovo stanje materije je metastabilno, odnosno o?uvano je pod odre?enim potrebnim termodinami?kim uslovima.

Uz pomo? tehnologije hla?enja pri odre?enoj brzini, tvar ne?e imati vremena da se kristalizira, ve? ?e se pretvoriti u staklo. To jest, ?to je ve?a brzina hla?enja materijala, manja je vjerovatno?a da ?e kristalizirati. Tako, na primjer, za proizvodnju metalnih nao?ara potrebna je brzina hla?enja od 100.000 - 1.000.000 Kelvina u sekundi.

U prirodi materija postoji u staklastom stanju i nastaje iz te?ne vulkanske magme, koja se, u interakciji sa hladnom vodom ili vazduhom, brzo hladi. U ovom slu?aju, tvar se naziva vulkansko staklo. Tako?er mo?ete promatrati staklo nastalo kao rezultat topljenja padaju?eg meteorita koji je u interakciji s atmosferom - meteoritsko staklo ili moldavit.

Izraz "amorfan" s gr?kog se doslovno prevodi kao "nije oblik", "nije oblik". Takve tvari nemaju kristalnu strukturu, ne podlije?u cijepanju s formiranjem kristalnih lica. Po pravilu, amorfno tijelo je izotropno, odnosno njegova fizi?ka svojstva ne ovise o smjeru vanjskog utjecaja.

U odre?enom vremenskom periodu (meseci, nedelje, dani) pojedina?na amorfna tela mogu spontano pre?i u kristalno stanje. Tako se, na primjer, mo?e primijetiti kako med ili ?e?erni bomboni nakon nekog vremena gube svoju prozirnost. U takvim slu?ajevima obi?no se ka?e da su proizvodi "kandirani". Istovremeno, hvataju?i kandirani med ka?ikom ili lome?i bombon, zaista se mogu posmatrati formirani kristali ?e?era, koji su ranije postojali u amorfnom obliku.

Ovakva spontana kristalizacija supstanci ukazuje na razli?it stepen stabilnosti stanja. Dakle, amorfno tijelo je manje stabilno.

AMORPNA TIJELA(gr?. amorfos - bezobli?an) - tijela u kojima su elementarne sastavne ?estice (atomi, ioni, molekuli, njihovi kompleksi) nasumi?no raspore?eni u prostoru. Za razlikovanje amorfnih tijela od kristalnih (vidi Kristali), koristi se analiza difrakcije rendgenskih zraka (vidi). Kristalna tijela na rendgenskim zracima daju dobro definiran uzorak difrakcije u obliku prstenova, linija, mrlja, a amorfna tijela daju mutnu nepravilnu sliku.

Amorfna tela imaju slede?e karakteristike: 1) u normalnim uslovima su izotropna, odnosno njihova svojstva (mehani?ka, elektri?na, hemijska, termi?ka i tako dalje) su ista u svim pravcima; 2) nemaju odre?enu ta?ku topljenja, a kako temperatura raste, ve?ina amorfnih tijela, postepeno omek?avaju?i, prelazi u te?no stanje. Stoga se amorfna tijela mogu smatrati prehla?enim teku?inama koje nisu imale vremena da se kristaliziraju zbog naglog pove?anja viskoznosti (vidi) zbog pove?anja sila interakcije izme?u pojedina?nih molekula. Mnoge tvari, ovisno o na?inu pripreme, mogu biti u amorfnom, srednjem ili kristalnom stanju (proteini, sumpor, silicijum itd.). Me?utim, postoje supstance koje su prakti?no u samo jednom od ovih stanja. Dakle, ve?ina metala, soli je u kristalnom stanju.

Amorfna tijela su ?iroko rasprostranjena (staklo, prirodne i umjetne smole, guma i dr.). Umjetni polimerni materijali, koji su ujedno i amorfna tijela, postali su nezamjenjivi u tehnici, svakodnevnom ?ivotu i medicini (lakovi, boje, plastike za protetiku, razne polimerne folije).

U divljim ?ivotinjama amorfna tijela uklju?uju citoplazmu i ve?inu strukturnih elemenata stanica i tkiva, koji se sastoje od biopolimera - dugolan?anih makromolekula: proteina, nukleinskih kiselina, lipida, ugljikohidrata. Molekuli biopolimera lako stupaju u interakciju jedni s drugima, daju?i agregate (vidi Agregacija) ili rojeve-koacervate (vidi Koacervacija). Amorfna tijela se tako?er nalaze u ?elijama u obliku inkluzija, rezervnih supstanci (?krob, lipidi).

Karakteristika polimera koji su dio amorfnih tijela biolo?kih objekata je prisustvo uskih granica fizi?ko-hemijskih zona reverzibilnog stanja, na primjer. kada temperatura poraste iznad kriti?ne, njihova struktura i svojstva (koagulacija proteina) se nepovratno mijenjaju.

Amorfna tijela formirana od niza umjetnih polimera, ovisno o temperaturi, mogu biti u tri stanja: staklasto, visokoelasti?no i teku?e (viskozno-te?no).

?elije ?ivog organizma karakteriziraju prijelazi iz teku?eg u visoko elasti?no stanje pri konstantnoj temperaturi, na primjer, povla?enje krvnog ugru?ka, kontrakcija mi?i?a (vidi). U biolo?kim sistemima, amorfna tijela igraju odlu?uju?u ulogu u odr?avanju citoplazme u stacionarnom stanju. Va?na je uloga amorfnih tijela u odr?avanju oblika i ?vrsto?e biolo?kih objekata: celulozne ljuske biljnih stanica, ljuske spora i bakterija, ko?e ?ivotinja itd.

Bibliografija: Bresler S. E. i Yerusalimsky B. L. Fizika i hemija makromolekula, M.-L., 1965; Kitaygorodsky A. I. Analiza difrakcije rendgenskih zraka finokristalnih i amorfnih tijela, M.-L., 1952; on je. Red i nered u svijetu atoma, M., 1966; Kobeko P. P. Amorfne supstance, M.-L., 1952; Setlow R. i Pollard E. Molekularna biofizika, trans. sa engleskog, M., 1964.