Amorfné látky. Kryštalický a amorfný stav hmoty. Použitie amorfných látok

Premýšľali ste niekedy o tom, aké tajomné amorfné látky sú? V štruktúre sa líšia od pevných aj kvapalných. Faktom je, že takéto telesá sú v špeciálnom kondenzovanom stave, ktorý má len krátke vzdialenosti. Príklady amorfných látok - živice, sklo, jantáru, kaučuk, polyetylén, polyvinylchlorid (naše obľúbené plastové okná), rôzne polyméry a iné. Jedná sa o tuhé látky, ktoré nemajú krištáľovú mriežku. Stále im je možné nosiť tesniaci vosk, rôzne lepidlá, ebonit a plasty.

Nezvyčajné vlastnosti amorfných látok

Počas štiepenia v amorfných telesách nie sú tváre vytvorené. Častice sú úplne nepravidelné a sú v tesnej vzdialenosti od seba. Môžu byť buď hrubé alebo viskózne. Ako ovplyvňujú vonkajšie vplyvy? Pod vplyvom rôznych teplôt sa tela stávajú tekutinou, podobne ako kvapaliny, a zároveň sú celkom elastické. V prípade, že externý efekt netrvá dlho, látky amorfnej štruktúry sa môžu rozdeliť na kusy v silnom útoku. Dlhodobý vplyv z vonkajšej strany vedie k tomu, že jednoducho tečú.

Skúste malý experiment doma pomocou živice. Dajte ju na tvrdý povrch a zistíte, že začne plynúť hladko. To je pravda, je to amorfná látka! Rýchlosť závisí od teploty. Ak je veľmi vysoká, živica začne výrazne rýchlejšie.

Čo iné je typické pre takéto telá? Môžu mať akúkoľvek formu. Ak sa amorfné látky vo forme malých častíc umiestnia do nádoby, napríklad do džbánu, budú mať tiež formu nádoby. Sú tiež izotropné, to znamená, že vykazujú rovnaké fyzikálne vlastnosti vo všetkých smeroch.

Tavenie a prechod do iných štátov. Kov a sklo

Amorfný stav látky neznamená udržanie žiadnej konkrétnej teploty. Pri nízkych indexoch telo zmrzne, pri vysokých teplotách sa topí. Okrem toho závisí aj stupeň viskozity takýchto látok. Nízka teplota podporuje zníženú viskozitu, vysokú, naopak zvyšuje.

Pre látky amorfného typu je možné vyzdvihnúť ešte jeden prvok: prechod do kryštalického stavu a spontánne. Prečo sa to deje? Vnútorná energia v kryštalickom tele je oveľa menšia ako v amorfnej forme. Vidíme to na príklade sklenených výrobkov - časom sa sklo stáva zakaleným.

Kovové sklo - čo to je? Kov môže byť odstránený z kryštálovej mriežky počas tavenia, to znamená, aby sa látka amorfnej štruktúry sklovitá. Počas vytvrdzovania s umelým chladením sa opäť vytvorí kryštálová mriežka. Amorfný kov má jednoducho úžasnú odolnosť voči korózii. Napríklad karoséria vyrobená z nej by potrebovala rôzne povlaky, pretože by nebola vystavená spontánnej deštrukcii. Amorfná látka je telo, ktorého atómová štruktúra má bezprecedentnú silu, čo znamená, že amorfný kov môže byť použitý v absolútne ľubovoľnej priemyselnej vetve.

Kryštalická štruktúra látok

Aby sme dobre pochopili charakteristiky kovov a mohli s nimi pracovať, musíme mať vedomosti o kryštálovej štruktúre určitých látok. Výroba kovových výrobkov a metalurgický priemysel by sa nemohla vyvíjať, ak by ľudia nemali určité znalosti o zmenách v štruktúre zliatin, technologických metódach a výkonnostných charakteristikách.

Štyri stavy hmoty

Je dobre známe, že existujú štyri stavy agregátov: tuhé, kvapalné, plynné, plazmatické. Pevné amorfné látky môžu byť tiež kryštalické. S touto štruktúrou je možné pozorovať priestorovú periodicitu pri usporiadaní častíc. Tieto častice v kryštáloch môžu vykonávať periodický pohyb. Vo všetkých telesách, ktoré pozorujeme v plynnom alebo kvapalnom stave, je možné pozorovať pohyb častíc vo forme chaotických porúch. Amorfné pevné látky (napríklad kovy v kondenzovanom stave: ebonit, sklenené výrobky, živice) sa môžu nazývať zmrazené kvapaliny, pretože majú charakteristickú vlastnosť, akou je viskozita pri zmene tvaru.

Rozdiel medzi amorfnými telesami z plynov a kvapalín

U mnohých telies sú prejavy plasticity, elasticity, vytvrdzovania počas deformácie. Kryštalické a amorfné látky majú viac z týchto vlastností, kým kvapaliny a plyny nemajú tieto vlastnosti. Ale môžete vidieť, že prispievajú k pružnej zmene objemu.

Kryštalické a amorfné látky. Mechanické a fyzikálne vlastnosti

Čo sú to kryštalické a amorfné látky? Ako bolo uvedené vyššie, tie telesá, ktoré majú obrovský koeficient viskozity, sa môžu nazývať amorfné a ich tekutosť nie je možná pri bežných teplotách. Ale vysoká teplota, naopak, im umožňuje, aby boli tekuté, ako kvapalina.

Absolútne iné sú látky kryštalického typu. Tieto tuhé látky môžu mať svoj bod topenia v závislosti od vonkajšieho tlaku. Výroba kryštálov je možná, ak sa kvapalina ochladí. Ak neprijmete určité opatrenia, môžete si všimnúť, že sa v kvapalnom stave začínajú objavovať rôzne kryštalizačné centrá. Oblasť okolo týchto centier vytvára solídny priestor. Veľmi malé kryštály sa začnú vzájomne zjednocovať neporušeným spôsobom a vytvára sa takzvaný polykryštál. Takéto telo je izotropné.

Charakteristika látok

Čo určuje fyzikálne a mechanické vlastnosti telies? Dôležité sú atómové väzby, ako aj typ kryštalickej štruktúry. Iónové kryštály sú charakterizované iónovými väzbami, čo znamená plynulý prechod z jedného atómu k druhému. V tomto prípade vznikajú pozitívne a negatívne nabité častice. Iónovú väzbu môžeme pozorovať jednoduchým príkladom - tieto vlastnosti sú vlastné rôznym oxidom a solí. Ďalším znakom iónových kryštálov je nízka vodivosť tepla, ale jeho hodnoty sa môžu pri zahrievaní výrazne zvýšiť. V uzloch krištáľovej mriežky je možné pozorovať rôzne molekuly, ktoré sa vyznačujú silnou atómovou väzbou.

Veľa minerálov, ktoré sa stretávame všade v prírode, majú kryštalickú štruktúru. A amorfný stav hmoty je tiež vo svojej čistej forme. Len v tomto prípade je telo niečo beztvaré, ale kryštály môžu mať podobu krásnej polyhedry s prítomnosťou plochých tvárí a tiež tvoria nové prekvapujúce krásy a čistoty pevných látok.

Čo sú to kryštály? Amorfná kryštalická štruktúra

Tvar takýchto telies je konštantný pre určité spojenie. Napríklad beryl vždy vyzerá ako hexagonálny hranol. Urobte malý experiment. Vezmite malú kryštalickú stolovú soľ v tvare kocky (guľu) a vložte ju do špeciálneho roztoku, ktorý je nasýtený, pokiaľ je to možné, s rovnakou stolovou soľou. V priebehu času si všimnete, že toto telo zostalo nezmenené - znova nadobudlo tvar kocky alebo gule, ktorá je neodmysliteľnou súčasťou kryštálov stolovej soli.

Amorfné kryštalické látky sú také telesá, ktoré môžu obsahovať ako amorfnú tak aj kryštalickú fázu. Čo ovplyvňuje vlastnosti materiálov takejto štruktúry? Hlavne rozdielny objemový pomer a rozdielne umiestnenie vzhľadom na seba. Bežné príklady takýchto látok sú materiály vyrobené z keramiky, porcelánu, sitalu. Z tabuľky vlastností materiálov s amorfnou kryštalickou štruktúrou je známe, že porcelán obsahuje maximálne percento sklenenej fázy. Indikátory sa pohybujú v rozmedzí 40-60 percent. Najnižší obsah, ktorý vidíme na príklade odlievania kameňa - menej ako 5 percent. Zároveň bude vyššia absorpcia vody na keramickej dlaždici.

Ako je známe, také priemyselné materiály ako porcelán, keramická dlažba, kamenné odliatky a sital sú amorfné kryštalické látky, pretože obsahujú sklovité fázy a súčasne kryštály v ich zložení. Treba poznamenať, že vlastnosti materiálov nezávisia od obsahu sklených fáz v ňom.

Amorfné kovy

Použitie amorfných látok sa najčastejšie uskutočňuje v oblasti medicíny. Napríklad rýchlo ochladený kov sa aktívne používa v chirurgii. Vďaka súvisiacemu vývoju sa mnohí ľudia mohli po ťažkých úrazoch pohybovať nezávisle. Ide o to, že látka amorfnej štruktúry je výborným biomateriálom na implantáciu do kostí. Získané špeciálne skrutky, dosky, kolíky, čapy sa zavádzajú do ťažkých zlomenín. Predtým, chirurgický zákrok na také účely použil oceľ a titán. Iba neskôr bolo zistené, že amorfné látky sa v tele rozpúšťajú veľmi pomaly a táto prekvapujúca vlastnosť umožňuje regeneráciu kostných tkanív. Následne sa látka nahradí kosťou.

Aplikácia amorfných látok v metrológii a mechanike presnosti

Presná mechanika je presne založená na presnosti a preto sa nazýva. Obzvlášť dôležitou úlohou v tomto odvetví, ako aj v metrológii je použitie veľmi presných ukazovateľov meracích prístrojov, čo nám umožňuje dosiahnuť použitie amorfných telies v zariadeniach. Vďaka presným meraniam sa vykonáva laboratórny a vedecký výskum v ústavoch v oblasti mechaniky a fyziky, získavajú sa nové prípravy, zlepšujú sa vedecké poznatky.

polyméry

Ďalším príkladom použitia amorfných látok sú polyméry. Môžu pomaly prechádzať z pevného stavu na kvapalinu, zatiaľ čo kryštalické polyméry majú teplotu topenia a nie teplotu mäknutia. Aký je fyzikálny stav amorfných polymérov? Ak dáte tieto látky na nízku teplotu, môžete vidieť, že budú v sklovitom stave a vykazujú vlastnosti pevných látok. Postupné zahrievanie prispieva k tomu, že polyméry začínajú prechádzať do stavu so zvýšenou elasticitou.

Amorfné látky, ktorých príklady sme práve uviedli, sa intenzívne využívajú v priemysle. Superelastický stav umožňuje ľubovoľne deformovať polyméry, ale tento stav je dosiahnutý vďaka zvýšenej flexibilite väzieb a molekúl. Ďalšie zvýšenie indexov teploty vedie k skutočnosti, že polymér získava ešte viac elastické vlastnosti. Začína sa pohybovať do špeciálneho tekutého a viskózneho stavu.

Ak necháte situáciu nekontrolovanú a nebránite ďalšiemu zvýšeniu teploty, polymér prekoná zničenie, to znamená zničenie. Viskózny stav ukazuje, že všetky väzby makromolekuly sú veľmi mobilné. Keď molekula polyméru prúdi, spojenia sa nielen narovnávajú, ale aj silne konvergujú navzájom. Intermolekulárny účinok premieňa polymér na pevnú látku (gumu). Tento proces sa nazýva mechanický sklený prechod. Získaná látka sa používa na výrobu filmov a vlákien.

Na základe polymérov je možné získať polyamidy, polyakrylonitrily. Na výrobu polymérneho filmu je potrebné polyméry stlačiť cez zvlákňovacie trysky, ktoré majú štrbinu podobnú štrbinu a aplikujú na pásku. Týmto spôsobom sa vyrábajú obalové materiály a podložky pre magnetické pásky. Medzi polyméry patria tiež rôzne laky (vytvárajúce pena v organickom rozpúšťadle), lepidlá a iné upevňovacie materiály, kompozity (polymérna základňa s plnivom), plasty.

Oblasti použitia polymérov

Tento druh amorfných látok je pevne stanovený v našich životoch. Používajú sa všade. Zahŕňajú:

1. Rôzne podklady na výrobu lakov, lepidiel, plastových výrobkov (fenolformaldehydové živice).

2. Elastoméry alebo syntetické kaučuky.

3. Elektroizolačný materiál - polyvinylchlorid alebo všetky známe plastové okná z PVC. Je odolný proti požiarom, pretože je považovaný za odolný proti ohňu, má zvýšenú mechanickú pevnosť a elektrické izolačné vlastnosti.

4. Polyamid - látka s veľmi vysokou pevnosťou, odolná voči opotrebovaniu. Má vysoké dielektrické vlastnosti.

5. plexisklo alebo polymetylmetakrylát. Môžeme ho použiť v oblasti elektrotechniky alebo použiť ako materiál pre konštrukcie.

6. Fluóroplast alebo polytetrafluóretylén je známy dielektrikum, ktoré nevykazuje rozpúšťacie vlastnosti v rozpúšťadlách organického pôvodu. Rozsiahly rozsah teplôt a dobré dielektrické vlastnosti umožňujú použitie ako hydrofóbny alebo protiprúdový materiál.

7. Polystyrén. Tento materiál nie je ovplyvnený kyselinami. Rovnako ako fluoroplast a polyamid sa môže považovať za dielektrikum. Veľmi odolné mechanickému namáhaniu. Polystyrén sa používa univerzálne. Napríklad sa osvedčil ako štrukturálny a elektrický izolačný materiál. Používa sa v elektrotechnickom a rádiotechnickom priemysle.

8. Pravdepodobne najznámejším polymérom pre nás je polyetylén. Materiál vykazuje stabilitu pod vplyvom agresívneho prostredia, absolútne neprechádza vlhkosťou. Ak je obal vyrobený z polyetylénu, nemôžete sa obávať, že sa obsah bude zhoršovať pod vplyvom silného dažďa. Polyetylén je tiež dielektrikum. Jeho aplikácia je rozsiahla. Vyrába rúrkové konštrukcie, rôzne elektrické výrobky, izolačné fólie, puzdrá pre telefónne a elektrické vodiče, diely pre rozhlasové a iné zariadenia.

9. Polyvinylchlorid je vysoko polymérna látka. Je syntetický a termoplastický. Má molekulárnu štruktúru, ktorá je asymetrická. Takmer neprechádza voda a je vyrobená lisovaním razením a lisovaním. Polyvinylchlorid sa najčastejšie používa v elektrotechnickom priemysle. Je založená na vytvorení rôznych tepelnoizolačných hadíc a hadíc na chemickú ochranu, batériové banky, izolačné objímky a tesnenia, drôty a káble. Polyvinylchlorid je tiež výbornou náhražkou škodlivého olova. Nemôže sa používať ako vysokofrekvenčné obvody vo forme dielektrika. A to všetko preto, že v tomto prípade dielektrické straty budú vysoké. Má vysokú vodivosť.