« Fysik - ?rskurs 10"

F?rutom fasta ?mnen som har en kristallin struktur, som k?nnetecknas av en strikt ordning i arrangemanget av atomer, finns det amorfa fasta ?mnen.

Amorfa kroppar har inte en strikt ordning i arrangemanget av atomer. Endast de n?rmaste atomerna-grannarna ?r ordnade i n?gon ordning. Men det finns ingen strikt upprepning i alla riktningar av samma strukturella element, som ?r karakteristiskt f?r kristaller, i amorfa kroppar. Enligt arrangemanget av atomer och deras beteende liknar amorfa kroppar v?tskor. Ofta kan samma substans vara i b?de kristallint och amorft tillst?nd.

Teoretiska studier leder till produktion av fasta ?mnen, vars egenskaper ?r ganska ovanliga. Det skulle vara om?jligt att f? tag p? s?dana organ genom f?rs?k och misstag. Skapandet av transistorer, som kommer att diskuteras senare, ?r ett levande exempel p? hur f?rst?elsen av fasta ?mnens struktur har lett till en revolution inom all radioteknik.

Att erh?lla material med specificerade mekaniska, magnetiska, elektriska och andra egenskaper ?r en av huvudriktningarna f?r modern fast tillst?ndsfysik.

Fasta ?mnen delas in i amorfa och kristallina, beroende p? deras molekyl?ra struktur och fysikaliska egenskaper.

Till skillnad fr?n kristaller bildar molekyler och atomer av amorfa fasta ?mnen inte ett gitter, och avst?ndet mellan dem varierar inom ett visst intervall av m?jliga avst?nd. Med andra ord, i kristaller ?r atomer eller molekyler inb?rdes arrangerade p? ett s?dant s?tt att den bildade strukturen kan upprepas genom hela kroppens volym, vilket kallas l?ngv?gsordning. N?r det g?ller amorfa kroppar bevaras strukturen av molekyler endast med avseende p? varje s?dan molekyl, en regelbundenhet observeras i f?rdelningen av endast n?rliggande molekyler - kortdistansordning. Ett illustrativt exempel visas nedan.

Amorfa kroppar inkluderar glas och andra ?mnen i glasartat tillst?nd, kolofonium, hartser, b?rnsten, t?tningsvax, bitumen, vax samt organiska ?mnen: gummi, l?der, cellulosa, polyeten, etc.

Egenskaper hos amorfa kroppar

Det speciella med strukturen hos amorfa fasta ?mnen ger dem individuella egenskaper:

1. Svagt uttryckt fluiditet ?r en av de mest v?lk?nda egenskaperna hos s?dana kroppar. Ett exempel skulle vara glasstrimmor som har st?tt i en f?nsterkarm l?nge.
2. Amorfa fasta ?mnen har ingen specifik sm?ltpunkt, eftersom ?verg?ngen till flytande tillst?nd under uppv?rmning sker gradvis, genom att kroppen mjukas upp. Av denna anledning till?mpas det s? kallade mjukningstemperaturintervallet p? s?dana kroppar.

1. P? grund av sin struktur ?r s?dana kroppar isotropa, det vill s?ga deras fysikaliska egenskaper beror inte p? valet av riktning.
2. Ett ?mne i amorft tillst?nd har mer intern energi ?n i kristallint tillst?nd. Av denna anledning kan amorfa kroppar sj?lvst?ndigt ?verg? till ett kristallint tillst?nd. Detta fenomen kan observeras som ett resultat av glasmoln ?ver tid.

glasartat tillst?nd

I naturen finns det v?tskor som ?r praktiskt taget om?jliga att omvandla till ett kristallint tillst?nd genom kylning, eftersom komplexiteten hos molekylerna av dessa ?mnen inte till?ter dem att bilda ett vanligt kristallgitter. Molekyler av vissa organiska polymerer tillh?r s?dana v?tskor.

Men med hj?lp av djup och snabb kylning kan n?stan vilket ?mne som helst g? in i ett glasartat tillst?nd. Detta ?r ett s?dant amorft tillst?nd som inte har ett tydligt kristallgitter, men kan delvis kristallisera, i skalan av sm? kluster. Detta tillst?nd av materia ?r metastabilt, det vill s?ga det bevaras under vissa erforderliga termodynamiska f?rh?llanden.

Med hj?lp av kylteknik vid en viss hastighet kommer ?mnet inte att hinna kristallisera, utan omvandlas till glas. Det vill s?ga, ju h?gre kylningshastighet materialet har, desto mindre sannolikt ?r det att det kristalliserar. S?, till exempel, f?r tillverkning av metallglas kr?vs en kylhastighet p? 100 000 - 1 000 000 Kelvin per sekund.

I naturen existerar materia i ett glasartat tillst?nd och uppst?r fr?n flytande vulkanisk magma, som, i samverkan med kallt vatten eller luft, svalnar snabbt. I det h?r fallet kallas ?mnet vulkaniskt glas. Du kan ocks? observera glaset som bildas som ett resultat av sm?ltningen av en fallande meteorit som interagerar med atmosf?ren - meteoritglas eller moldavit.

Termen "amorf" ?vers?tts fr?n grekiska bokstavligen som "inte en form", "inte en form". S?dana ?mnen har inte en kristallin struktur, de genomg?r inte splittring med bildandet av kristallina ytor. Som regel ?r en amorf kropp isotropisk, det vill s?ga dess fysiska egenskaper beror inte p? riktningen f?r yttre p?verkan.

Inom en viss tidsperiod (m?nader, veckor, dagar) kan individuella amorfa kroppar spontant ?verg? till ett kristallint tillst?nd. S? man kan till exempel observera hur honung eller sockergodis tappar sin transparens efter ett tag. I s?dana fall brukar man s?ga att produkterna ?r "kanderade". Samtidigt kan man, n?r man ?ser upp kanderad honung med en sked eller bryter en klubba, verkligen observera de bildade sockerkristallerna, som tidigare fanns i amorf form.

S?dan spontan kristallisation av substanser indikerar en annan grad av stabilitet hos tillst?nden. S?ledes ?r en amorf kropp mindre stabil.

AMORF KROPP(grekiska amorfos - forml?s) - kroppar d?r element?ra kompositpartiklar (atomer, joner, molekyler, deras komplex) ?r slumpm?ssigt arrangerade i rymden. F?r att skilja amorfa kroppar fr?n kristallina (se Kristaller) anv?nds r?ntgendiffraktionsanalys (se). Kristallina kroppar p? r?ntgenstr?lar ger ett v?ldefinierat diffraktionsm?nster i form av ringar, linjer, fl?ckar och amorfa kroppar ger en suddig oregelbunden bild.

Amorfa kroppar har f?ljande egenskaper: 1) under normala f?rh?llanden ?r de isotropa, det vill s?ga deras egenskaper (mekaniska, elektriska, kemiska, termiska, och s? vidare) ?r desamma i alla riktningar; 2) inte har en specifik sm?ltpunkt, och n?r temperaturen stiger, ?verg?r de flesta amorfa kroppar, som gradvis mjuknar, till ett flytande tillst?nd. D?rf?r kan amorfa kroppar betraktas som underkylda v?tskor som inte hann kristallisera p? grund av en kraftig ?kning av viskositeten (se) p? grund av en ?kning av krafterna f?r interaktion mellan enskilda molekyler. M?nga ?mnen, beroende p? framst?llningsmetoderna, kan vara i amorfa, mellanliggande eller kristallina tillst?nd (proteiner, svavel, kiseldioxid, och s? vidare). Det finns dock ?mnen som praktiskt taget bara finns i ett av dessa tillst?nd. S?, de flesta metaller, salter ?r i ett kristallint tillst?nd.

Amorfa kroppar ?r utbredda (glas, naturliga och konstgjorda hartser, gummi och s? vidare). Konstgjorda polymermaterial, som ocks? ?r amorfa kroppar, har blivit oumb?rliga inom teknik, vardag och medicin (lacker, f?rger, plaster f?r proteser, olika polymerfilmer).

I vilda djur inkluderar amorfa kroppar cytoplasman och de flesta av de strukturella elementen i celler och v?vnader, best?ende av biopolymerer - l?ngkedjiga makromolekyler: proteiner, nukleinsyror, lipider, kolhydrater. Molekyler av biopolymerer interagerar l?tt med varandra och ger aggregat (se Aggregation) eller sv?rm-koacervater (se Coacervation). Amorfa kroppar finns ocks? i celler i form av inneslutningar, reserv?mnen (st?rkelse, lipider).

Ett s?rdrag hos polymerer som ?r en del av de amorfa kropparna av biologiska f?rem?l ?r f?rekomsten av smala gr?nser f?r fysikalisk-kemiska zoner i ett reversibelt tillst?nd, till exempel. n?r temperaturen stiger ?ver den kritiska f?r?ndras deras struktur och egenskaper (koagulering av proteiner) irreversibelt.

Amorfa kroppar bildade av ett antal konstgjorda polymerer, beroende p? temperaturen, kan vara i tre tillst?nd: glasartade, mycket elastiska och flytande (visk?s v?tska).

Cellerna i en levande organism k?nnetecknas av ?verg?ngar fr?n ett flytande till ett mycket elastiskt tillst?nd vid en konstant temperatur, till exempel tillbakadragning av en blodpropp, muskelkontraktion (se). I biologiska system spelar amorfa kroppar en avg?rande roll f?r att bibeh?lla cytoplasman i ett station?rt tillst?nd. Amorfa kroppars roll f?r att bibeh?lla formen och styrkan hos biologiska f?rem?l ?r viktig: v?xtcellers cellulosaskal, skal av sporer och bakterier, djurhud och s? vidare.

Bibliografi: Bresler S.E. och Yerusalimsky B.L. Physics and chemistry of macromolecules, M.-L., 1965; Kitaygorodsky A. I. R?ntgendiffraktionsanalys av finkristallina och amorfa kroppar, M.-L., 1952; han ?r. Ordning och oordning i atomernas v?rld, M., 1966; Kobeko P. P. Amorphous substanser, M.-L., 1952; Setlow R. och Pollard E. Molecular biophysics, trans. fr?n engelska, M., 1964.