amorf madde “Amorf bedenler. Şekilsiz cisimlerin erimesi.”
Dünyanın ılıman iklimindeki çoğu madde katı haldedir. Katı cisimler sadece şekillerini değil aynı zamanda hacimlerini de korurlar.
Parçacıkların göreli düzeninin doğasına göre, katılar üç türe ayrılır: kristal, amorf ve kompozitler.
amorf cisimlerörnekler şekilsiz cisimler cam, çeşitli sertleştirilmiş reçineler (kehribar), plastikler vb.Amorf bir cisim ısıtılırsa yavaş yavaş yumuşar ve sıvı hale geçiş önemli bir sıcaklık aralığını kaplar.
Sıvılara olan benzerlik, amorf cisimlerin atomlarının ve moleküllerinin, tıpkı bir sıvının molekülleri gibi, "yerleşik bir yaşam" süresine sahip olmaları ile açıklanır. Spesifik bir erime noktası yoktur, bu nedenle amorf cisimler, çok yüksek viskoziteye sahip bir sıvının aşırı soğuması olarak düşünülebilir. Amorf cisimlerin atomlarının dizilişinde uzun menzilli düzenin olmaması, amorf haldeki maddenin kristal halinden daha düşük bir yoğunluğa sahip olmasına yol açar.
Amorf cisimlerin atomlarının dizilişindeki bozukluk, farklı yönlerdeki atomlar arasındaki ortalama mesafenin aynı olmasına yol açar, dolayısıyla bunlar izotropiktir, yani hepsi. fiziki ozellikleri(mekanik, optik vb.) dış etkenlerin yönüne bağlı değildir. Şekilsiz bir cismin işareti, kırılma anında yüzeyin düzensiz şeklidir. Uzun bir süre sonra, tesadüfen şekilsiz olan cisimler yerçekiminin etkisi altında hala şekil değiştirmektedir. Bu şekilde sıvılar gibidirler. Artan sıcaklık ile bu şekil değişikliği daha hızlı gerçekleşir. Amorf durum kararsızdır, amorf durumdan kristal duruma bir geçiş meydana gelir. (Cam bulanıklaşır.)
kristal cisimler. Atomların dizilişinde (uzun menzilli düzen) periyodikliğin varlığında, katı kristaldir.
Büyüteç veya mikroskopla tuz tanelerine bakarsanız, bunların düz yüzlerle sınırlı olduğunu fark edeceksiniz. Bu tür yüzlerin varlığı, kristal bir durumda olmanın bir işaretidir.
Tek kristal olan bir cisim tek kristal olarak adlandırılır. Kristal cisimlerin çoğu, birlikte büyüyen rastgele düzenlenmiş birçok küçük kristalden oluşur. Bu tür cisimlere polikristal denir. Bir parça şeker polikristal bir yapıdır. Çeşitli maddelerin kristalleri çeşitli şekillere sahiptir. Kristal boyutları da değişir. Çok kristalli tipteki kristallerin boyutları zamanla değişebilir. Küçük demir kristalleri büyük kristallere dönüşür, bu süreç darbeler ve sarsıntılarla hızlanır, yapının mukavemetinin zamanla azaldığı çelik köprülerde, demiryolu raylarında vb.
Pek çok beden aynı kimyasal bileşim kristal halde, koşullara bağlı olarak iki veya daha fazla çeşitte bulunabilirler. Bu özelliğe polimorfizm denir. Ice'ın on adede kadar modifikasyonu vardır. Karbon - grafit ve elmasın polimorfizmi.
Tek bir kristalin temel bir özelliği, anizotropidir - özelliklerinin (elektriksel, mekanik, vb.) farklı yönlerdeki farklılığı.
Polikristal cisimler izotropiktir, yani her yönde aynı özellikleri sergilerler. Bu, çok kristalli bir gövdeyi oluşturan kristallerin birbirine göre rastgele yönlendirilmesiyle açıklanır. Sonuç olarak, yönlerin hiçbiri diğerlerinden farklı değildir.
Mekanik özellikleri doğal malzemelerden daha üstün olan kompozit malzemeler yaratılmıştır. Kompozit malzemeler (kompozitler) bir matris ve dolgulardan oluşur. Matris olarak polimer, metal, karbon veya seramik malzemeler kullanılmaktadır. Dolgu maddeleri bıyık, lif veya telden oluşabilir. Kompozit malzemeler özellikle betonarme ve demir grafit içerir.
Betonarme ana tiplerden biridir Yapı malzemeleri. Beton ve çelik donatı kombinasyonudur.
Demir grafit, demir (%95-98) ve grafitten (%2-5) oluşan seramik-metal bir malzemedir. Rulmanlar, çeşitli makine birimleri için burçlar ve mekanizmalar ondan yapılır.
Fiberglas ayrıca cam elyafı ve sertleştirilmiş reçine karışımı olan kompozit bir malzemedir.
İnsan ve hayvan kemikleri, tamamen farklı iki bileşenden oluşan kompozit bir malzemedir: kollajen ve mineral madde.
Katı bir cisim, sıvı, gaz ve plazma dışında maddenin dört temel halinden biridir. Yapısal sertlik ve şekil veya hacimdeki değişikliklere karşı direnç ile karakterizedir. Katı bir cisim sıvıdan farklı olarak akmaz ve konduğu kabın şeklini almaz. Bir katı, bir gazın yaptığı gibi mevcut hacmini doldurmak için genleşmez.
içindeki atomlar sağlam vücut birbiriyle yakından ilişkilidir, düğümlerde sıralı bir durumdadır kristal kafes(bunlar metaller, sıradan buz, şeker, tuz, elmastır) veya düzensiz düzenlenmişlerdir, kristal kafes yapısında katı tekrarlanabilirliğe sahip değildirler (bunlar amorf cisimlerdir, örneğin pencere camı, kolofan, mika veya plastik).
kristal cisimler
Kristalin katılar veya kristaller ayırt edici özelliklere sahiptir. içsel özellik- bir maddenin atomlarının, moleküllerinin veya iyonlarının belirli bir konumu işgal ettiği kristal kafes şeklindeki bir yapı.
Kristal kafes, kristallerde bir maddeyi diğerinden ayıran özel düz yüzlerin varlığına yol açar. X-ışınlarına maruz kaldığında, her bir kristal kafes, bir maddeyi tanımlamak için kullanılabilecek karakteristik bir model yayar. Kristallerin yüzleri, bir maddeyi diğerinden ayıran belirli açılarda kesişir. Kristal bölünürse, yeni yüzler orijinal yüzlerle aynı açılarda kesişir.
Örneğin galen - galen, pirit - pirit, kuvars - kuvars. Kristal yüzler galen (PbS) ve piritte (FeS 2) dik açılarda, kuvarsta diğer açılarda kesişir.
kristal özellikleri
- sabit hacim;
- doğru geometrik şekil;
- anizotropi - kristaldeki yönden mekanik, ışık, elektriksel ve termal özelliklerdeki fark;
- kristal kafesin düzenliliğine bağlı olduğu için iyi tanımlanmış erime noktası. tutan moleküller arası kuvvetler sağlam birlikte homojendir ve her etkileşimi aynı anda kırmak için aynı miktarda termal enerji gerekir.
şekilsiz cisimler
Kristal kafesin hücrelerinin katı bir yapısı ve tekrarlanabilirliği olmayan amorf cisimlere örnekler: cam, reçine, teflon, poliüretan, naftalin, polivinil klorür.
iki tane var karakteristik özellikler: izotropi ve tanımlanmış bir erime noktasının olmaması.
Amorf cisimlerin izotropisi, bir maddenin fiziksel özelliklerinin her yönde aynılığı olarak anlaşılır.
Şekilsiz bir katıda, kristal kafesin komşu düğümlerine olan mesafe ve komşu düğümlerin sayısı malzeme boyunca değişir. Bu nedenle, moleküller arası etkileşimleri kırmak için farklı miktarda termal enerji gerekir. Buradan, şekilsiz maddeler geniş bir sıcaklık aralığında yavaşça yumuşar ve net bir erime noktasına sahip değildir.
Amorf katıların bir özelliği, Düşük sıcaklık katıların özelliklerine ve artan sıcaklıkla sıvıların özelliklerine sahiptirler.
Kristal katılardan farklı olarak, amorf bir cisimdeki parçacıkların dizilişinde kesin bir düzen yoktur.
Amorf katılar şeklini koruyabilmelerine rağmen, kristal bir kafesleri yoktur. Sadece komşulukta bulunan moleküller ve atomlar için bir miktar düzenlilik gözlenir. Bu sipariş denir kısa menzilli sipariş . Her yönde tekrarlanmaz ve kristal cisimlerde olduğu gibi uzun mesafelerde korunmaz.
Amorf cisimlere örnek olarak cam, kehribar, suni reçineler, mum, parafin, hamuru vb. verilebilir.
Amorf cisimlerin özellikleri
Amorf cisimlerdeki atomlar rastgele yerleştirilmiş noktaların etrafında salınır. Dolayısıyla bu cisimlerin yapısı sıvıların yapısına benzer. Ancak içlerindeki parçacıklar daha az hareketlidir. Denge pozisyonu etrafındaki salınımlarının süresi sıvılardan daha uzundur. Atomların başka bir konuma atlamaları da çok daha az sıklıkta meydana gelir.
Kristal katılar ısıtıldığında nasıl davranır? Belirli bir sıcaklıkta erimeye başlarlar. erime noktası. Ve bir süre aynı anda katı ve sıvı hal tüm madde eriyene kadar.
Amorf cisimlerin belirli bir erime noktası yoktur. . Isıtıldıklarında erimezler, yavaş yavaş yumuşarlar.
Isıtma cihazının yanına bir parça hamuru koyun. Bir süre sonra yumuşayacaktır. Bu bir anda olmaz, belli bir süre sonra olur.
Amorf cisimlerin özellikleri sıvılarınkine benzer olduğundan, çok yüksek viskoziteye sahip aşırı soğutulmuş sıvılar (katılaşmış sıvılar) olarak kabul edilirler. -de normal koşullar akamazlar. Ancak ısıtıldığında, içlerindeki atom sıçramaları daha sık meydana gelir, viskozite düşer ve amorf cisimler yavaş yavaş yumuşar. Sıcaklık ne kadar yüksek olursa, viskozite o kadar düşük olur ve amorf cisim yavaş yavaş sıvı hale gelir.
Sıradan cam katı, şekilsiz bir gövdedir. Silisyum oksit, soda ve kirecin eritilmesiyle elde edilir. Karışımı yaklaşık 1400°C'ye ısıtarak sıvı camsı bir kütle elde edin. Sıvı cam soğutulduğunda kristal cisimler gibi katılaşmaz, viskozitesi artan ve akışkanlığı azalan bir sıvı olarak kalır. Olağan koşullarda bize katı bir cisim gibi görünür. Ama aslında, muazzam bir viskoziteye ve akışkanlığa sahip bir sıvıdır, o kadar küçüktür ki, en ultra hassas aletler tarafından zorlukla ayırt edilebilir.
Maddenin amorf hali kararsızdır. Zamanla şekilsiz bir durumdan yavaş yavaş kristal bir duruma dönüşür. Farklı maddelerde bu işlem, farklı hız. Şeker kristallerinin şeker şekerlerini nasıl kapladığını görüyoruz. Bu çok zaman almaz.
Ve sıradan camda kristallerin oluşması için çok zaman geçmesi gerekir. Kristalleşme sırasında cam gücünü, şeffaflığını kaybeder, bulanıklaşır ve kırılgan hale gelir.
Amorf cisimlerin izotropisi
Kristal katılarda, fiziksel özellikler farklı yönlerde farklılık gösterir. Ve şekilsiz cisimlerde her yönde aynıdırlar. Bu fenomen denir izotropi .
Şekilsiz bir cisim, elektriği ve ısıyı her yöne eşit olarak iletir ve ışığı eşit olarak kırar. Ses ayrıca amorf cisimlerde her yöne eşit olarak yayılır.
Amorf maddelerin özellikleri kullanılır modern teknolojiler. Kristal yapıya sahip olmayan ve amorf katılar olan metal alaşımları özellikle ilgi çekicidir. Arandılar metal gözlük . Fiziksel, mekanik, elektriksel ve diğer özellikleri, geleneksel metallerin benzer özelliklerinden daha iyi farklıdır.
Bu nedenle tıpta, mukavemeti titanyumunkini aşan amorf alaşımlar kullanılır. Kırık kemikleri birbirine bağlayan vidalar veya plakalar yapmak için kullanılırlar. Titanyum tutturucuların aksine bu malzeme zamanla parçalanır ve yerini zamanla kemik malzemeye bırakır.
Yüksek mukavemetli alaşımlar, metal kesme aletlerinin, bağlantı parçalarının, yayların ve mekanizma parçalarının imalatında kullanılır.
Japonya'da yüksek manyetik geçirgenliğe sahip amorf bir alaşım geliştirilmiştir. Dokulu trafo çelik sacları yerine trafo çekirdeklerinde kullanılarak girdap akımı kayıpları 20 kat azaltılabilir.
Amorf metallerin sahip olduğu benzersiz özellikler. Bunlara geleceğin malzemesi denir.
Kristal katılardan farklı olarak, amorf bir cisimdeki parçacıkların dizilişinde kesin bir düzen yoktur.
Amorf katılar şeklini koruyabilmelerine rağmen, kristal bir kafesleri yoktur. Sadece komşulukta bulunan moleküller ve atomlar için bir miktar düzenlilik gözlenir. Bu sipariş denir kısa menzilli sipariş . Her yönde tekrarlanmaz ve kristal cisimlerde olduğu gibi uzun mesafelerde korunmaz.
Amorf cisimlere örnek olarak cam, kehribar, suni reçineler, mum, parafin, hamuru vb. verilebilir.
Amorf cisimlerin özellikleri
Amorf cisimlerdeki atomlar rastgele yerleştirilmiş noktaların etrafında salınır. Dolayısıyla bu cisimlerin yapısı sıvıların yapısına benzer. Ancak içlerindeki parçacıklar daha az hareketlidir. Denge pozisyonu etrafındaki salınımlarının süresi sıvılardan daha uzundur. Atomların başka bir konuma atlamaları da çok daha az sıklıkta meydana gelir.
Kristal katılar ısıtıldığında nasıl davranır? Belirli bir sıcaklıkta erimeye başlarlar. erime noktası. Ve bir süre, tüm madde eriyene kadar aynı anda katı ve sıvı haldedirler.
Amorf cisimlerin belirli bir erime noktası yoktur. . Isıtıldıklarında erimezler, yavaş yavaş yumuşarlar.
Isıtma cihazının yanına bir parça hamuru koyun. Bir süre sonra yumuşayacaktır. Bu bir anda olmaz, belli bir süre sonra olur.
Amorf cisimlerin özellikleri sıvılarınkine benzer olduğundan, çok yüksek viskoziteye sahip aşırı soğutulmuş sıvılar (katılaşmış sıvılar) olarak kabul edilirler. Normal şartlar altında akamazlar. Ancak ısıtıldığında, içlerindeki atom sıçramaları daha sık meydana gelir, viskozite düşer ve amorf cisimler yavaş yavaş yumuşar. Sıcaklık ne kadar yüksek olursa, viskozite o kadar düşük olur ve amorf cisim yavaş yavaş sıvı hale gelir.
Sıradan cam katı, şekilsiz bir gövdedir. Silisyum oksit, soda ve kirecin eritilmesiyle elde edilir. Karışımı yaklaşık 1400°C'ye ısıtarak sıvı camsı bir kütle elde edin. Sıvı cam soğutulduğunda kristal cisimler gibi katılaşmaz, viskozitesi artan ve akışkanlığı azalan bir sıvı olarak kalır. Olağan koşullarda bize katı bir cisim gibi görünür. Ama aslında, muazzam bir viskoziteye ve akışkanlığa sahip bir sıvıdır, o kadar küçüktür ki, en ultra hassas aletler tarafından zorlukla ayırt edilebilir.
Maddenin amorf hali kararsızdır. Zamanla şekilsiz bir durumdan yavaş yavaş kristal bir duruma dönüşür. Farklı maddelerde bu işlem farklı hızlarda gerçekleşir. Şeker kristallerinin şeker şekerlerini nasıl kapladığını görüyoruz. Bu çok zaman almaz.
Ve sıradan camda kristallerin oluşması için çok zaman geçmesi gerekir. Kristalleşme sırasında cam gücünü, şeffaflığını kaybeder, bulanıklaşır ve kırılgan hale gelir.
Amorf cisimlerin izotropisi
Kristal katılarda, fiziksel özellikler farklı yönlerde farklılık gösterir. Ve şekilsiz cisimlerde her yönde aynıdırlar. Bu fenomen denir izotropi .
Şekilsiz bir cisim, elektriği ve ısıyı her yöne eşit olarak iletir ve ışığı eşit olarak kırar. Ses ayrıca amorf cisimlerde her yöne eşit olarak yayılır.
Amorf maddelerin özellikleri modern teknolojilerde kullanılmaktadır. Kristal yapıya sahip olmayan ve amorf katılar olan metal alaşımları özellikle ilgi çekicidir. Arandılar metal gözlük . Fiziksel, mekanik, elektriksel ve diğer özellikleri, geleneksel metallerin benzer özelliklerinden daha iyi farklıdır.
Bu nedenle tıpta, mukavemeti titanyumunkini aşan amorf alaşımlar kullanılır. Kırık kemikleri birbirine bağlayan vidalar veya plakalar yapmak için kullanılırlar. Titanyum tutturucuların aksine bu malzeme zamanla parçalanır ve yerini zamanla kemik malzemeye bırakır.
Yüksek mukavemetli alaşımlar, metal kesme aletlerinin, bağlantı parçalarının, yayların ve mekanizma parçalarının imalatında kullanılır.
Japonya'da yüksek manyetik geçirgenliğe sahip amorf bir alaşım geliştirilmiştir. Dokulu trafo çelik sacları yerine trafo çekirdeklerinde kullanılarak girdap akımı kayıpları 20 kat azaltılabilir.
Amorf metaller benzersiz özelliklere sahiptir. Bunlara geleceğin malzemesi denir.
EĞİTİM BAKANLIĞI
FİZİK 8. SINIF
Konuyla ilgili rapor:
“Amorf bedenler. Şekilsiz cisimlerin erimesi.”
8. "b" sınıfı öğrencisi:
2009
amorf cisimler
Bir deney yapalım. Bir parça hamuru, bir stearin mumu ve bir elektrikli şömineye ihtiyacımız olacak. Şömineden eşit mesafelere hamuru ve bir mum koyun. Bir süre sonra stearinin bir kısmı eriyecek (sıvı hale gelecek), bir kısmı ise katı bir parça halinde kalacaktır. Hamuru aynı zamanda sadece biraz yumuşatır. Bir süre sonra, tüm stearin eriyecek ve hamuru yavaş yavaş masanın yüzeyinde "düzeltilecek" ve giderek daha fazla yumuşayacaktır.
Yani eridiğinde yumuşamayan, katı halden hemen sıvıya dönüşen cisimler vardır. Bu tür cisimlerin eritilmesi sırasında, sıvıyı vücudun henüz erimemiş (katı) kısmından ayırmak her zaman mümkündür. Bu bedenler kristal. Isıtıldığında yavaş yavaş yumuşayan, giderek daha akışkan hale gelen katılar da vardır. Bu tür cisimler için, sıvıya (erime) dönüştükleri sıcaklığı belirlemek imkansızdır. Bu organlara denir amorf.
Aşağıdaki deneyi yapalım. Cam bir huniye bir parça reçine veya mum atalım ve ılık bir odaya bırakalım. Yaklaşık bir ay sonra, balmumunun huni şeklini aldığı ve hatta oradan bir "jet" şeklinde akmaya başladığı ortaya çıkacaktır (Şek. 1). Şekillerini neredeyse sonsuza kadar koruyan kristallerin aksine, şekilsiz cisimler düşük sıcaklıklarda bile akışkandır. Bu nedenle çok kalın ve viskoz sıvılar olarak kabul edilebilirler.
Amorf cisimlerin yapısı. X ışınlarının yanı sıra elektron mikroskobu kullanan çalışmalar, şekilsiz cisimlerde parçacıklarının dizilişinde kesin bir düzen olmadığını göstermektedir. Bir göz atın, Şekil 2, kristalin kuvarsta ve sağda - amorf kuvarsta parçacıkların düzenini gösterir. Bu maddeler aynı parçacıklardan oluşur - silikon oksit molekülleri SiO 2.
Erimiş kuvars yavaşça soğutulursa kuvarsın kristal hali elde edilir. Eriyiğin soğuması hızlıysa, moleküllerin düzenli sıralar halinde "sıralanmak" için zamanları olmayacak ve amorf kuvars elde edilecektir.
Amorf cisimlerin parçacıkları sürekli ve rastgele titreşir. Bir yerden bir yere sıçrama olasılıkları kristal parçacıklarından daha fazladır. Bu, şekilsiz cisimlerin parçacıklarının eşit derecede yoğun olmaması gerçeğiyle kolaylaştırılır: aralarında boşluklar vardır.
Amorf cisimlerin kristalleşmesi. Zamanla (birkaç ay, yıl), amorf maddeler kendiliğinden kristal bir duruma dönüşür. Örneğin, sıcak bir yerde tek başına bırakılan şeker şekeri veya taze bal birkaç ay sonra opak hale gelir. Bal ve şekerlemelerin "şekerlendiğini" söylüyorlar. Bir lolipopu kırdığımızda veya bir kaşıkla bal aldığımızda ortaya çıkan şeker kristallerini gerçekten görüyoruz.
Amorf cisimlerin kendiliğinden kristalleşmesi, maddenin kristal halinin amorf halinden daha kararlı olduğunu gösterir. Moleküller arası teori bunu bu şekilde açıklar. Moleküller arası çekim ve itme kuvvetleri, şekilsiz bir cismin parçacıklarının ağırlıklı olarak boşlukların olduğu yere sıçramasına neden olur. Sonuç olarak, parçacıkların öncekinden daha düzenli bir düzenlemesi meydana gelir, yani bir polikristal oluşur.
Amorf cisimlerin erimesi.
Sıcaklık arttıkça, bir katıdaki atomların salınım hareketinin enerjisi artar ve sonunda atomlar arasındaki bağların kırılmaya başladığı bir an gelir. Bu durumda katı cisim sıvı hale geçer. Böyle bir geçiş denir erime. Sabit bir basınçta, erime kesin olarak tanımlanmış bir sıcaklıkta gerçekleşir.
Bir maddenin birim kütlesini erime noktasında sıvı hale dönüştürmek için gereken ısı miktarına erimenin özgül ısısı denir. λ .
Bir maddeyi eritmek M gereken ısı miktarı:
S = λm .
Amorf cisimlerin erime süreci, kristal cisimlerin erimesinden farklıdır. Sıcaklık yükseldikçe, amorf cisimler yavaş yavaş yumuşar, sıvı hale gelinceye kadar viskoz hale gelir. Amorf cisimler, kristallerin aksine, belirli bir erime noktasına sahip değildir. Bu durumda şekilsiz cisimlerin sıcaklığı sürekli değişir. Bunun nedeni, sıvılarda olduğu gibi amorf katılarda da moleküllerin birbirine göre hareket edebilmesidir. Isıtıldıklarında hızları artar, aralarındaki mesafe artar. Sonuç olarak, vücut bir sıvıya dönüşene kadar daha yumuşak hale gelir. Amorf cisimlerin katılaşması sırasında sıcaklıkları da sürekli olarak düşer.