Czy kiedykolwiek zastanawiałeś się, czym są te tajemnicze amorficzne substancje? W strukturze różnią się zarówno od ciał stałych, jak i płynnych. Faktem jest, że takie ciała są w specjalnym stanie skondensowanym, który ma tylko krótki zasięg. Przykładami substancji amorficznych są żywica, szkło, bursztyn, guma, polietylen, polichlorek winylu (nasze ulubione plastikowe okna), różne polimery i inne. Są to ciała stałe, które nie mają sieci krystalicznej. Zawierają również wosk uszczelniający, różne kleje, ebonit i tworzywa sztuczne.
Niezwykłe właściwości substancji amorficznych
Podczas podziału twarze nie tworzą się w ciałach amorficznych. Cząstki są całkowicie losowe i znajdują się w bliskiej odległości od siebie. Mogą być zarówno bardzo grube, jak i lepkie. Jak wpływają na nie wpływy zewnętrzne? Pod wpływem różnych temperatur ciała stają się płynne, jak płyny, a jednocześnie dość elastyczne. W przypadku, gdy zewnętrzne uderzenie nie trwa długo, substancje o amorficznej strukturze mogą z silnym uderzeniem rozbić się na kawałki. długiwpływy zewnętrzne powodują, że po prostu płyną.
Wypróbuj mały eksperyment z żywicą w domu. Połóż go na twardej powierzchni, a zauważysz, że zaczyna płynnie płynąć. Zgadza się, to substancja amorficzna! Prędkość zależy od wskaźników temperatury. Jeśli jest bardzo wysoki, żywica zacznie się znacznie szybciej rozprzestrzeniać.
Co jeszcze jest typowe dla takich ciał? Mogą przybrać dowolną formę. Jeżeli substancje amorficzne w postaci drobnych cząstek zostaną umieszczone w naczyniu, na przykład w dzbanku, to również przyjmą formę naczynia. Są również izotropowe, to znaczy wykazują te same właściwości fizyczne we wszystkich kierunkach.
Topienie i przejście do innych stanów. Metal i szkło
Amorficzny stan materii nie oznacza utrzymywania określonej temperatury. Przy niskich szybkościach ciała zamarzają, przy wysokich topią się. Nawiasem mówiąc, od tego zależy również stopień lepkości takich substancji. Niskie temperatury przyczyniają się do zmniejszenia lepkości, wysokie temperatury wręcz ją zwiększają.
Dla substancji typu amorficznego można wyróżnić jeszcze jedną cechę - przejście do stanu krystalicznego i spontaniczne. Dlaczego to się dzieje? Energia wewnętrzna w ciele krystalicznym jest znacznie mniejsza niż w ciele amorficznym. Widać to na przykładzie wyrobów szklanych – z biegiem czasu kieliszki mętnieją.
Metalowe szkło - co to jest? Metal można usunąć z sieci krystalicznej wpodczas topienia, czyli zeszklenia substancji o strukturze amorficznej. Podczas krzepnięcia przy sztucznym chłodzeniu ponownie tworzy się sieć krystaliczna. Metal amorficzny ma po prostu niesamowitą odporność na korozję. Na przykład wykonana z niego karoseria nie wymagałaby różnych powłok, ponieważ nie podlegałaby samoistnemu zniszczeniu. Substancja amorficzna to ciało, którego struktura atomowa ma niespotykaną siłę, co oznacza, że metal amorficzny może być stosowany w absolutnie każdym sektorze przemysłu.
Struktura krystaliczna substancji
Aby dobrze poznać właściwości metali i móc z nimi pracować, musisz znać strukturę krystaliczną niektórych substancji. Produkcja wyrobów metalowych i dziedzina metalurgii nie byłaby w stanie osiągnąć takiego rozwoju, gdyby ludzie nie mieli pewnej wiedzy o zmianach w strukturze stopów, metodach technologicznych i cechach operacyjnych.
Cztery stany skupienia
Dobrze wiadomo, że istnieją cztery stany skupienia: stały, ciekły, gazowy i plazmowy. Substancje amorficzne w stanie stałym mogą być również krystaliczne. Przy takiej strukturze można zaobserwować przestrzenną periodyczność w ułożeniu cząstek. Te cząsteczki w kryształach mogą wykonywać ruch okresowy. We wszystkich ciałach, które obserwujemy w stanie gazowym lub ciekłym, można zauważyć ruch cząstek w postaci chaotycznego nieładu. Bezpostaciowe ciała stałe (takie jak metale wstan skondensowany: ebonit, wyroby szklane, żywice) można nazwać cieczami typu mrożonego, ponieważ przy zmianie kształtu można zauważyć tak charakterystyczną cechę jak lepkość.
Różnica między ciałami amorficznymi z gazów i cieczy
Przejawy plastyczności, sprężystości, twardnienia podczas deformacji są charakterystyczne dla wielu ciał. Substancje krystaliczne i amorficzne mają te cechy w większym stopniu, podczas gdy ciecze i gazy nie. Ale z drugiej strony widać, że przyczyniają się do elastycznej zmiany objętości.
Substancje krystaliczne i amorficzne. Właściwości mechaniczne i fizyczne
Co to są substancje krystaliczne i amorficzne? Jak wspomniano powyżej, amorficzne można nazwać ciałami, które mają ogromny współczynnik lepkości, aw zwykłej temperaturze ich płynność jest niemożliwa. Wręcz przeciwnie, wysoka temperatura sprawia, że są płynne, jak ciecz.
Substancje typu kryształów wydają się być zupełnie inne. Te ciała stałe mogą mieć własną temperaturę topnienia w zależności od ciśnienia zewnętrznego. Uzyskanie kryształów jest możliwe, jeśli ciecz zostanie schłodzona. Jeśli nie podejmiesz pewnych działań, możesz zauważyć, że w stanie ciekłym zaczynają pojawiać się różne centra krystalizacji. W obszarze otaczającym te ośrodki następuje tworzenie się ciała stałego. Bardzo małe kryształy zaczynają się łączyć ze sobą w losowej kolejności i powstaje tak zwany polikryształ. Takie ciało jestizotropowy.
Charakterystyka substancji
Co decyduje o fizycznych i mechanicznych właściwościach ciał? Wiązania atomowe są ważne, podobnie jak rodzaj struktury krystalicznej. Kryształy jonowe charakteryzują się wiązaniami jonowymi, co oznacza płynne przejście od jednego atomu do drugiego. W tym przypadku powstawanie cząstek naładowanych dodatnio i ujemnie. Wiązanie jonowe możemy zaobserwować na prostym przykładzie - taką charakterystyką charakteryzują się różne tlenki i sole. Inną cechą kryształów jonowych jest niska przewodność ciepła, ale jej działanie może znacznie wzrosnąć po podgrzaniu. W węzłach sieci krystalicznej można zobaczyć różne cząsteczki, które wyróżniają się silnymi wiązaniami atomowymi.
Wiele minerałów, które znajdujemy wszędzie w przyrodzie, ma strukturę krystaliczną. A amorficzny stan materii to także natura w jej najczystszej postaci. Tylko w tym przypadku ciało jest czymś bezforemnym, ale kryształy mogą przybrać formę najpiękniejszej wielościanu o płaskich twarzach, a także tworzyć nowe, solidne ciała o niesamowitej urodzie i czystości.
Czym są kryształy? Struktura amorficzna-krystaliczna
Kształt takich ciał jest stały dla pewnego połączenia. Na przykład beryl zawsze wygląda jak sześciokątny pryzmat. Zrób mały eksperyment. Weź mały kryształ sześciennej soli (kulka) i umieść go w specjalnym roztworze możliwie nasyconym tą samą solą. Z biegiem czasu zauważysz, że to ciało pozostało niezmienione - ponownie nabyłokształt sześcianu lub kuli, który tkwi w kryształkach soli.
Substancje amorficzno-krystaliczne to takie ciała, które mogą zawierać zarówno fazy amorficzne, jak i krystaliczne. Co wpływa na właściwości materiałów o takiej konstrukcji? Głównie inny stosunek objętości i inny układ w stosunku do siebie. Typowymi przykładami takich substancji są materiały z ceramiki, porcelany, ceramiki szklanej. Z tabeli właściwości materiałów o strukturze amorficznej-krystalicznej wynika, że porcelana zawiera maksymalny procent fazy szklanej. Liczby wahają się w granicach 40-60 procent. Najniższą zawartość zobaczymy w przykładzie odlewania kamienia – poniżej 5 proc. Jednocześnie płytki ceramiczne będą miały większą nasiąkliwość.
Jak wiadomo, materiały przemysłowe, takie jak porcelana, płytki ceramiczne, odlewy kamienne i ceramika szklana są substancjami amorficznymi-krystalicznymi, ponieważ zawierają w swoim składzie fazy szkliste i jednocześnie kryształy. Jednocześnie należy zauważyć, że właściwości materiałów nie zależą od zawartości w nim faz szklistych.
Metale amorficzne
Wykorzystywanie substancji amorficznych jest najaktywniej prowadzone w dziedzinie medycyny. Na przykład szybko schładzany metal jest aktywnie wykorzystywany w chirurgii. Dzięki zmianom z tym związanym wiele osób po ciężkich urazach było w stanie samodzielnie poruszać się. Rzecz w tym, że substancja o amorficznej strukturze to doskonały biomateriał do implantacji w kości. OtrzymaneW przypadku poważnych złamań wprowadzane są specjalne śruby, płytki, kołki, kołki. Wcześniej w chirurgii do takich celów używano stali i tytanu. Dopiero później zauważono, że substancje amorficzne rozkładają się bardzo powoli w organizmie, a ta niesamowita właściwość umożliwia regenerację tkanek kostnych. Następnie substancja zostaje zastąpiona kością.
Zastosowanie substancji amorficznych w metrologii i mechanice precyzyjnej
Dokładna mechanika opiera się właśnie na dokładności i dlatego tak się nazywa. Szczególnie ważną rolę w tej branży, podobnie jak w metrologii, odgrywają ultraprecyzyjne wskaźniki przyrządów pomiarowych, co można osiągnąć stosując w urządzeniach ciała amorficzne. Dzięki dokładnym pomiarom prowadzone są badania laboratoryjne i naukowe w instytutach z zakresu mechaniki i fizyki, pozyskiwane są nowe leki, doskonalona jest wiedza naukowa.
Polimery
Innym przykładem zastosowania substancji amorficznej są polimery. Mogą powoli zmieniać się ze stanu stałego w ciecz, podczas gdy polimery krystaliczne charakteryzują się temperaturą topnienia, a nie mięknienia. Jaki jest stan fizyczny polimerów amorficznych? Jeśli podacie tym substancjom niską temperaturę, widać, że będą one w stanie szklistym i będą wykazywać właściwości ciał stałych. Stopniowe ogrzewanie powoduje, że polimery zaczynają przechodzić w stan zwiększonej elastyczności.
Substancje amorficzne, których przykłady właśnie podaliśmy, są intensywnie stosowane wprzemysł. Stan superelastyczny pozwala na dowolne odkształcanie polimerów, a ten stan uzyskuje się dzięki zwiększonej elastyczności ogniw i cząsteczek. Dalszy wzrost temperatury prowadzi do tego, że polimer nabiera jeszcze bardziej elastycznych właściwości. Zaczyna przechodzić w specjalny stan płynny i lepki.
Jeśli pozostawisz sytuację niekontrolowaną i nie zapobiegniesz dalszemu wzrostowi temperatury, polimer ulegnie degradacji, czyli zniszczeniu. Stan lepkości pokazuje, że wszystkie jednostki makrocząsteczki są bardzo ruchome. Kiedy cząsteczka polimeru przepływa, ogniwa nie tylko się prostują, ale również bardzo się do siebie zbliżają. Działanie międzycząsteczkowe zamienia polimer w twardą substancję (gumę). Proces ten nazywa się mechanicznym zeszkleniem. Powstała substancja służy do produkcji folii i włókien.
Poliamidy, poliakrylonitryle można otrzymać z polimerów. Aby wykonać folię polimerową, należy przecisnąć polimery przez matryce z otworem szczelinowym i nałożyć je na taśmę. W ten sposób powstają materiały opakowaniowe i podłoża do taśm magnetycznych. Do polimerów należą również różne lakiery (tworzące piankę w rozpuszczalniku organicznym), kleje i inne materiały wiążące, kompozyty (baza polimerowa z wypełniaczem), tworzywa sztuczne.
Zastosowania polimerów
Tego rodzaju amorficzne substancje są mocno zakorzenione w naszym życiu. Są stosowane wszędzie. Należą do nich:
1. Różne podstawy doprodukcja lakierów, klejów, wyrobów z tworzyw sztucznych (żywice fenolowo-formaldehydowe).
2. Elastomery lub kauczuki syntetyczne.
3. Materiałem elektroizolacyjnym jest polichlorek winylu lub dobrze znane plastikowe okna PCV. Jest odporny na pożary, ponieważ uważany jest za trudnopalny, ma zwiększoną wytrzymałość mechaniczną i właściwości elektroizolacyjne.
4. Poliamid to substancja o bardzo dużej wytrzymałości i odporności na zużycie. Ma wysokie właściwości dielektryczne.
5. Pleksiglas lub polimetakrylan metylu. Możemy go wykorzystać w dziedzinie elektrotechniki lub wykorzystać jako materiał na konstrukcje.
6. Fluoroplast, czyli politetrafluoroetylen, to dobrze znany dielektryk, który nie wykazuje właściwości rozpuszczania w rozpuszczalnikach pochodzenia organicznego. Szeroki zakres temperatur i dobre właściwości dielektryczne pozwalają na stosowanie go jako materiału hydrofobowego lub przeciwciernego.
7. Polistyren. Na ten materiał nie mają wpływu kwasy. Podobnie jak fluoroplastik i poliamid, można go uznać za dielektryk. Bardzo wytrzymały na uderzenia mechaniczne. Polistyren jest używany wszędzie. Na przykład sprawdził się jako materiał konstrukcyjny i elektroizolacyjny. Znajduje zastosowanie w elektrotechnice i radiotechnice.
8. Prawdopodobnie najbardziej znanym dla nas polimerem jest polietylen. Materiał wykazuje odporność na działanie agresywnych środowisk, absolutnie nie przepuszcza wilgoci. Jeśli opakowanie jest wykonane z polietylenu, nie można się obawiać, że zawartość ulegnie pogorszeniu pod wpływem silnegodeszcz. Polietylen jest również dielektrykiem. Jego zastosowanie jest rozległe. Wykonuje się z niego konstrukcje rurowe, różne wyroby elektryczne, folie izolacyjne, osłony na kable linii telefonicznych i energetycznych, części do radia i innego sprzętu.
9. PVC jest materiałem wysokopolimerowym. Jest syntetyczny i termoplastyczny. Ma strukturę cząsteczek, które są asymetryczne. Prawie nie przepuszcza wody i jest wytwarzany przez prasowanie z tłoczeniem i formowaniem. Polichlorek winylu jest najczęściej stosowany w przemyśle elektrycznym. Na jej podstawie powstają różne termoizolacyjne węże i węże do ochrony chemicznej, baterie akumulatorów, tuleje izolacyjne i uszczelki, przewody i kable. PVC jest również doskonałym zamiennikiem szkodliwego ołowiu. Nie może być stosowany jako obwód wysokiej częstotliwości w postaci dielektryka. A wszystko przez to, że w tym przypadku straty dielektryczne będą duże. Wysoce przewodzący.
