Enciclopedia scolastica. Corpi amorfi Stato amorfo della materia e sue proprietà

Va ricordato che non tutti i corpi che esistono sul pianeta Terra hanno una struttura cristallina. Le eccezioni alla regola sono chiamate “corpi amorfi”. Come sono differenti? Sulla base della traduzione di questo termine - amorfo - si può presumere che tali sostanze differiscano dalle altre per forma o aspetto. Stiamo parlando dell'assenza del cosiddetto reticolo cristallino. Il processo di scissione che produce i bordi non avviene. I corpi amorfi si distinguono anche per il fatto che non dipendono dall'ambiente e le loro proprietà sono costanti. Tali sostanze sono chiamate isotrope.

Breve descrizione dei corpi amorfi

Da un corso di fisica scolastica, puoi ricordare che le sostanze amorfe hanno una struttura in cui gli atomi in esse contenuti sono disposti in ordine caotico. Solo le strutture vicine dove tale disposizione è obbligata possono avere una ubicazione specifica. Tuttavia, tracciando un'analogia con i cristalli, i corpi amorfi non hanno un ordine rigoroso di molecole e atomi (in fisica questa proprietà è chiamata "ordine a lungo raggio"). Come risultato della ricerca, si è scoperto che queste sostanze hanno una struttura simile ai liquidi.

Alcuni corpi (ad esempio, possiamo prendere il biossido di silicio, la cui formula è SiO 2) possono essere contemporaneamente allo stato amorfo e avere una struttura cristallina. Il quarzo nella prima versione ha la struttura di un reticolo irregolare, nella seconda - un esagono regolare.

Proprietà n. 1

Come accennato in precedenza, i corpi amorfi non hanno un reticolo cristallino. I loro atomi e le loro molecole hanno un breve ordine di disposizione, che sarà la prima proprietà distintiva di queste sostanze.

Proprietà n. 2

Questi corpi sono privi di fluidità. Per spiegare meglio la seconda proprietà delle sostanze possiamo farlo usando l'esempio della cera. Non è un segreto che se versi l'acqua in un imbuto, ne uscirà semplicemente. Lo stesso accadrà con qualsiasi altra sostanza fluida. Ma le proprietà dei corpi amorfi non consentono loro di eseguire tali “trucchi”. Se la cera viene posta in un imbuto, si spargerà prima sulla superficie e solo successivamente inizierà a defluire da essa. Ciò è dovuto al fatto che le molecole di una sostanza saltano da una posizione di equilibrio a una completamente diversa, senza avere una posizione primaria.

Proprietà n. 3

È tempo di parlare del processo di fusione. Va ricordato che le sostanze amorfe non hanno una temperatura specifica alla quale inizia la fusione. Man mano che la temperatura aumenta, il corpo diventa gradualmente più morbido e poi si trasforma in liquido. I fisici non si concentrano sempre sulla temperatura alla quale un dato processo ha cominciato a verificarsi, ma sul corrispondente intervallo di temperature di fusione.

Proprietà n. 4

È già stato menzionato sopra. I corpi amorfi sono isotropi. Cioè, le loro proprietà in qualsiasi direzione rimangono invariate, anche se le condizioni di permanenza nei luoghi sono diverse.

Proprietà n. 5

Almeno una volta ogni persona ha osservato che dopo un certo periodo di tempo il vetro cominciava ad appannarsi. Questa proprietà dei corpi amorfi è associata ad una maggiore energia interna (è molte volte maggiore di quella dei cristalli). Per questo motivo queste sostanze possono facilmente passare allo stato cristallino.

Transizione allo stato cristallino

Dopo un certo periodo di tempo, qualsiasi corpo amorfo si trasforma in uno stato cristallino. Questo può essere osservato nella vita quotidiana di una persona. Ad esempio, se lasci caramelle o miele per diversi mesi, potresti notare che entrambi hanno perso la loro trasparenza. La persona media dirà che sono semplicemente ricoperti di zucchero. Infatti, se rompete il corpo, noterete la presenza di cristalli di zucchero.

Quindi, parlando di questo, è necessario chiarire che la trasformazione spontanea in un altro stato è dovuta al fatto che le sostanze amorfe sono instabili. Confrontandoli con i cristalli si capisce che questi ultimi sono molte volte più “potenti”. Questo fatto può essere spiegato utilizzando la teoria intermolecolare. Secondo esso, le molecole saltano costantemente da un posto all'altro, riempiendo così i vuoti. Nel tempo si forma un reticolo cristallino stabile.

Fusione dei corpi amorfi

Il processo di fusione dei corpi amorfi è il momento in cui, con l'aumento della temperatura, tutti i legami tra gli atomi vengono distrutti. Questo è quando la sostanza si trasforma in un liquido. Se le condizioni di fusione sono tali che la pressione è la stessa per tutto il periodo, anche la temperatura deve essere fissa.

Cristalli liquidi

In natura esistono corpi che hanno una struttura cristallina liquida. Di norma, sono inclusi nell'elenco delle sostanze organiche e le loro molecole hanno una forma filiforme. I corpi in questione hanno le proprietà dei liquidi e dei cristalli, ovvero fluidità e anisotropia.

In tali sostanze, le molecole si trovano parallele tra loro, tuttavia non esiste una distanza fissa tra loro. Si muovono costantemente, ma non sono disposti a cambiare orientamento, quindi sono costantemente nella stessa posizione.

Metalli amorfi

I metalli amorfi sono meglio conosciuti dalla persona media come vetri metallici.

Già nel 1940 gli scienziati iniziarono a parlare dell'esistenza di questi corpi. Già allora si sapeva che i metalli appositamente prodotti mediante deposizione sotto vuoto non avevano reticoli cristallini. E solo 20 anni dopo fu prodotto il primo bicchiere di questo tipo. Non ha attirato molta attenzione da parte degli scienziati; e solo dopo altri 10 anni i professionisti americani e giapponesi, e poi quelli coreani ed europei, iniziarono a parlare di lui.

I metalli amorfi sono caratterizzati da viscosità, livello sufficientemente elevato di resistenza e resistenza alla corrosione.

Esistono diversi stati di aggregazione in cui si trovano tutti i corpi e le sostanze. Questo:

• liquido;
• plasma;
• solido.

Se consideriamo la totalità del pianeta e dello spazio, la maggior parte delle sostanze e dei corpi si trovano ancora nello stato di gas e plasma. Tuttavia, anche sulla Terra stessa il contenuto di particelle solide è significativo. Ne parleremo quindi, scoprendo cosa sono i solidi cristallini e amorfi.

Corpi cristallini e amorfi: concetto generale

Tutte le sostanze solide, i corpi, gli oggetti sono convenzionalmente suddivisi in:

• cristallino;
• amorfo.

La differenza tra loro è enorme, perché la divisione si basa sui segni della struttura e sulle proprietà manifestate. In breve, le sostanze cristalline solide sono quelle sostanze e corpi che hanno un certo tipo di reticolo cristallino spaziale, cioè hanno la capacità di cambiare in una certa direzione, ma non in tutto (anisotropia).

Se caratterizziamo i composti amorfi, la loro prima caratteristica è la capacità di modificare simultaneamente le caratteristiche fisiche in tutte le direzioni. Questo si chiama isotropia.

La struttura e le proprietà dei corpi cristallini e amorfi sono completamente diverse. Se i primi hanno una struttura chiaramente limitata, costituita da particelle ordinate nello spazio, allora i secondi mancano di qualsiasi ordine.

Proprietà dei solidi

I corpi cristallini e amorfi, invece, appartengono ad un unico gruppo di solidi, hanno cioè tutte le caratteristiche di un dato stato di aggregazione. Cioè, le proprietà comuni per loro saranno le seguenti:

1. Meccanico: elasticità, durezza, capacità di deformarsi.
2. Termico: punti di ebollizione e fusione, coefficiente di dilatazione termica.
3. Conducibilità elettrica e magnetica - termica ed elettrica.

Pertanto, gli stati che stiamo considerando hanno tutte queste caratteristiche. Solo che si manifesteranno nei corpi amorfi in modo leggermente diverso rispetto a quelli cristallini.

Proprietà importanti per scopi industriali sono meccaniche ed elettriche. Una caratteristica importante è la capacità di riprendersi dalla deformazione o, al contrario, di sbriciolarsi e macinarsi. Altrettanto importante è il fatto se una sostanza può condurre corrente elettrica o no.

Struttura di cristallo

Se descriviamo la struttura dei corpi cristallini e amorfi, allora dovremmo innanzitutto indicare il tipo di particelle che li compongono. Nel caso dei cristalli, questi possono essere ioni, atomi, ioni-atomo (nei metalli), molecole (raramente).

In generale, queste strutture sono caratterizzate dalla presenza di un reticolo spaziale rigorosamente ordinato, che si forma come risultato della disposizione delle particelle che compongono la sostanza. Se immagini in senso figurato la struttura di un cristallo, otterrai qualcosa del genere: gli atomi (o altre particelle) si trovano a determinate distanze l'uno dall'altro in modo che il risultato sia una cellula elementare ideale del futuro reticolo cristallino. Quindi questa cella viene ripetuta molte volte, ed è così che si sviluppa la struttura complessiva.

La caratteristica principale è che le proprietà fisiche di tali strutture variano parallelamente, ma non in tutte le direzioni. Questo fenomeno è chiamato anisotropia. Cioè, se influenzi una parte del cristallo, il secondo lato potrebbe non reagire. Quindi puoi tagliare mezzo pezzo di sale da cucina, ma il secondo rimarrà intatto.

Tipi di cristalli

È consuetudine designare due tipi di cristalli. La prima sono le strutture monocristalline, cioè quando il reticolo stesso è 1. I corpi cristallini e amorfi in questo caso hanno proprietà completamente diverse. Dopotutto, un singolo cristallo è caratterizzato da pura anisotropia. Rappresenta la struttura più piccola, elementare.

Se i singoli cristalli vengono ripetuti più volte e combinati in un tutt'uno, allora stiamo parlando di un policristallo. Allora non stiamo parlando di anisotropia, poiché l'orientamento delle celle unitarie viola la struttura ordinata complessiva. A questo proposito, i policristalli e i corpi amorfi sono vicini tra loro nelle loro proprietà fisiche.

Metalli e loro leghe

I corpi cristallini e amorfi sono molto vicini tra loro. Ciò è facilmente verificabile prendendo come esempio i metalli e le loro leghe. Loro stessi sono sostanze solide in condizioni normali. Tuttavia, ad una certa temperatura, iniziano a sciogliersi e, fino alla completa cristallizzazione, rimarranno in uno stato di massa elastica, densa e viscosa. E questo è già uno stato amorfo del corpo.

Pertanto, in senso stretto, quasi ogni sostanza cristallina può, in determinate condizioni, diventare amorfa. Proprio come quest'ultimo, dopo la cristallizzazione diventa un solido con struttura spaziale ordinata.

I metalli possono avere diversi tipi di strutture spaziali, le più conosciute e studiate sono le seguenti:

1. Cubico semplice.
2. Centrato sul volto.
3. Centrato sul volume.

La struttura cristallina può essere basata su un prisma o su una piramide e la sua parte principale è rappresentata da:

• triangolo;
• parallelogramma;
• piazza;
• esagono.

Una sostanza avente un reticolo cubico regolare semplice ha proprietà isotrope ideali.

Il concetto di amorfismo

I corpi cristallini e amorfi sono abbastanza facili da distinguere esternamente. Dopotutto, quest'ultimo può essere spesso confuso con liquidi viscosi. Anche la struttura di una sostanza amorfa si basa su ioni, atomi e molecole. Tuttavia, non formano una struttura ordinata e rigorosa e quindi le loro proprietà cambiano in tutte le direzioni. Cioè, sono isotropi.

Le particelle sono disposte in modo caotico, casuale. Solo talvolta possono formare piccoli loci, il che comunque non pregiudica le proprietà complessive esibite.

Proprietà dei corpi simili

Sono identici a quelli dei cristalli. Le differenze riguardano solo gli indicatori per ciascun organismo specifico. Ad esempio possiamo distinguere i seguenti parametri caratteristici dei corpi amorfi:

• elasticità;
• densità;
• viscosità;
• duttilità;
• conduttività e semiconduttività.

Spesso è possibile trovare stati limite delle connessioni. I corpi cristallini e amorfi possono diventare semi-amorfi.

Interessante è anche la caratteristica della condizione in esame, che si manifesta sotto una forte influenza esterna. Pertanto, se un corpo amorfo viene sottoposto a un forte urto o deformazione, può comportarsi come un policristallo e rompersi in piccoli pezzi. Tuttavia, se si dà tempo a queste parti, presto si riuniranno di nuovo e si trasformeranno in uno stato fluido viscoso.

Un dato stato di composti non ha una temperatura specifica alla quale avviene una transizione di fase. Questo processo è molto prolungato, a volte anche per decenni (ad esempio, la decomposizione del polietilene a bassa densità).

Esempi di sostanze amorfe

Esistono molti esempi di tali sostanze. Descriviamo alcuni dei più ovvi e frequenti.

1. Il cioccolato è una tipica sostanza amorfa.
2. Resine, incluso fenolo-formaldeide, tutte le plastiche.
3. Ambra.
4. Vetro di qualsiasi composizione.
5. Bitume.
6. Catrame.
7. Cera e altri.

Un corpo amorfo si forma a seguito di una cristallizzazione molto lenta, cioè un aumento della viscosità della soluzione con una diminuzione della temperatura. Spesso è difficile definire tali sostanze solide; è più probabile che siano classificate come liquidi viscosi e densi.

Quei composti che non cristallizzano affatto durante la solidificazione hanno uno stato speciale. Si chiamano occhiali e lo stato è vitreo.

Sostanze vetrose

Le proprietà dei corpi cristallini e amorfi sono simili, come abbiamo scoperto, a causa di un'origine comune e di un'unica natura interna. Ma a volte uno stato speciale di sostanze chiamato vetroso viene considerato separatamente da essi. Si tratta di una soluzione minerale omogenea che cristallizza e indurisce senza formare reticoli spaziali. Cioè, rimane sempre isotropo in termini di cambiamenti nelle proprietà.

Ad esempio, il normale vetro delle finestre non ha un punto di fusione esatto. È solo che quando questo indicatore aumenta, si scioglie lentamente, si ammorbidisce e si trasforma in uno stato liquido. Se l'impatto viene interrotto, il processo si invertirà e inizierà la solidificazione, ma senza cristallizzazione.

Tali sostanze sono molto apprezzate; il vetro oggi è uno dei materiali da costruzione più diffusi e ricercati in tutto il mondo.

Cos'è uno "STATO AMORFO"? Come scrivere correttamente questa parola. Concetto e interpretazione.

STATO AMORFO (dal greco amorphos - senza forma), uno stato condensato di una sostanza, la cui caratteristica principale è l'assenza di un reticolo atomico o molecolare, cioè la periodicità tridimensionale della struttura caratteristica dello stato cristallino. I corpi amorfi sono isotropi, cioè le loro proprietà (meccaniche, ottiche, elettriche, ecc.) non dipendono dalla direzione. COME. solitamente stabilito, in primo luogo, da un piccolo numero di massimi nel modello di diffrazione (solitamente 2-4) sullo sfondo di un alone diffuso, che sono caratterizzati da un'ampia semilarghezza e da una rapida diminuzione di intensità all'aumentare dell'angolo di diffrazione; in secondo luogo, dall'assenza nello spettro vibrazionale o elettronico di bande di suddivisione legate alla simmetria della struttura (vedi Metodi di diffrazione, Spettri molecolari). Le fusioni di tutte le sostanze al di sopra della loro temperatura di fusione T pl sono solitamente in uno stato di equilibrio termodinamico, in cui qualsiasi termodinamico. La funzione dello stato (volume specifico, entalpia, entropia) è determinata unicamente dalla temperatura, dalla pressione e da altri parametri. A T pl la sostanza entra in uno stato solido di equilibrio e cristallizza (vedi figura). Tuttavia, in determinate condizioni, a temperature inferiori a T pp m. si ottiene uno stato di non equilibrio del liquido sottoraffreddato e, dopo ulteriore raffreddamento al di sotto della temperatura di transizione vetrosa Tst, si ottiene uno stato solido di non equilibrio. (Vedi Stato vetroso). In questo stato, potrebbe esserlo stabile per un lungo periodo di tempo. tempo; noto, ad esempio, vulcanico. vetro (ossidiana, ecc.), la cui età è stimata in milioni di anni. Termodinamico funzioni di vetroso A. s. sono determinati non solo dalla temperatura e dalla pressione, ma dipendono anche dalla storia del campione (ad esempio, dalla velocità di raffreddamento). Fis. e chimica. santi nel vetroso A. s. solitamente vicino al santo cristallino. modifiche dello stesso articolo, ma possono differire in modo significativo. Pertanto, il sol. in soluzioni acquose e alcaline, reagisce con gli acidi fluoridrico e cloridrico, mentre la modificazione GeO2 è praticamente insolubile in acqua, dissolvendosi molto lentamente. nelle soluzioni di alcali quando riscaldato, non reagisce con i composti indicati. Intervalli di temperatura per l'esistenza di stati amorfi e cristallini della sostanza: linea continua - stato di equilibrio, tratteggiato - non equilibrio. Transizione dal liquido sottoraffreddato al vetroso a.s. di solito si verifica in un intervallo di temperature ristretto ed è accompagnato da un brusco cambiamento nelle proprietà, in particolare nella viscosità (di 10-15 ordini di grandezza), nel coefficiente di temperatura. espansione (10-100 volte), moduli elastici (10-1000 volte), capacità termica, densità, ecc., che assomiglia formalmente a una transizione di fase del secondo ordine. Tuttavia, la formazione di A. s. non è accompagnato dalla comparsa di embrioni di una nuova fase fisica. confini di fase. T st non è termodinamico. caratteristica dell'articolo e, a seconda delle condizioni di misurazione, può variare di parecchio. decine di gradi. Ciò è dovuto al fatto che nell'intervallo di temperature di transizione vetrosa la ristrutturazione della struttura dell'ordine a corto raggio del liquido (rilassamento strutturale), cioè cinetica, rallenta bruscamente. natura della transizione vetrosa. Al di sotto di Tst, le trasformazioni strutturali nella materia si fermano completamente (in un tempo di osservazione finito), le particelle (atomi, molecole, frammenti di molecole) sono capaci solo di rotazione vibrazionale e su piccola scala. movimenti, si perde la mobilità traslazionale caratteristica dello stato liquido. T. arr., la differenza nelle proprietà del liquido e del solido A. s. determinato dalla natura del movimento termico delle particelle. Ci sono sostanze che non possono essere ottenute in forma cristallina. condizione. Questi includono le statistiche. copolimeri e atattici polimeri, nelle macromolecole in cui la sequenza delle unità monomeriche è irregolare nella direzione dell'asse della catena. Si ritiene che a causa della mancanza di periodicità nella struttura delle macromolecole, la periodicità tridimensionale non possa verificarsi in nessuna circostanza. struttura e, quindi, queste cose esistono solo in A. s. Domanda sulla termodinamica. natura del solido di equilibrio a.s. rimane aperto per ora (vedi Terza Legge della Termodinamica). Numerosi polimeri a catena rigida con Tst elevato esistono solo allo stato vetroso, perché quando riscaldati. sopra Tst si decompongono. Tentativi di creazione fisica modelli di A. s. non hanno ancora portato al successo. Lett.: Tarasov V.V., Problemi di fisica del vetro, ed. G. M. Barteneva, 2a ed., M., 1979; Phillips J., Fisica del vetro, in: Fisica all'estero, M., 1983, p. 154-78; Zallen R., La fisica del solido amorfo, N.Y., 1983. E.F. Oleinik. GZ Pinsker.

Stato amorfo(amorfo - informe, dal greco o! - prefisso negativo e tsorsrt] - forma) - lo stato dei solidi in cui si trovano

hanno, a differenza dei cristalli, isotropia, cioè hanno le stesse proprietà fisiche in tutte le direzioni (cfr. Cristalli, Anisotropia). Anche gas e liquidi possono essere considerati amorfi in questo senso.

I corpi amorfi sono naturali (opale, vetro vulcanico - ossidiana, ambra, resine, bitume) e artificiali (vetro normale, quarzo fuso, bachelite); numerosi ossidi e sali possono essere ottenuti in forma amorfa. Alcuni corpi amorfi hanno una composizione molto complessa (vetro ordinario), mentre altri sono composti chimici semplici, ad esempio quarzo vetroso, borace, anidride borica, ecc. Il vetro ordinario è l'esempio più tipico di corpo amorfo, quindi solido l'organismo è attualmente accettato come A. s. chiamalo vetroso. L'isotropia di una sostanza amorfa si manifesta, ad esempio, nel fatto che non dà una superficie di sfaldamento piana, come un cristallo con sfaldamento, ma dà una frattura “concoidale” irregolare. Proprietà fisiche della materia in A. s. - comprimibilità, conducibilità elettrica e termica, ottica. le proprietà, ecc. sono le stesse in tutte le direzioni. Non c'è birifrangenza in una sostanza amorfa a meno che la sostanza non sia sotto stress. Mediante un rapido raffreddamento si può ottenere la sostanza amorfa in forma indurita (vedi lacrime bataviane); poi in esso si verificano notevoli sollecitazioni interne, che danno luogo a frange di interferenza molto nette nel dispositivo di polarizzazione. La ricottura lenta distrugge completamente l'indurimento. Questo è di grande importanza nella produzione del vetro. Attualmente, il metodo ottico di nolarizzazione per studiare le sollecitazioni nelle parti della macchina su modelli realizzati in plastica amorfa è ampiamente utilizzato.

Le proprietà dei corpi amorfi sono determinate dalla loro struttura. Nei cristalli, gli atomi o gli ioni sono disposti in un reticolo cristallino con un certo schema periodico; In un corpo amorfo gli atomi e le molecole sono disposti in modo caotico. L'isotropia di una sostanza amorfa è spiegata dalla distribuzione casuale delle sue particelle. Una netta differenza nel comportamento dei cristalli e delle sostanze amorfe si rivela durante la transizione da solido a liquido e viceversa. La curva di fusione di un cristallo presenta un arresto più o meno brusco della temperatura nel punto di fusione, dove viene assorbito il calore latente (vedi) e si rileva un cambiamento discontinuo di tutte le proprietà (figura!). In un corpo amorfo la transizione avviene gradualmente, senza interrompere la continuità, e si osserva un “intervallo di rammollimento” (un intervallo molto ampio di 1.000°), in cui

Tempo tFig. 1.

(per gli occhiali normali questo

una sostanza passa gradualmente dallo stato solido allo stato fluido. Quando il processo viene invertito, viene spesso rilevata ipotermia; la sostanza non cristallizza al punto di fusione, ma dopo un ulteriore raffreddamento si addensa allo stato liquido, la sua viscosità (vedi) aumenta notevolmente, le molecole perdono mobilità e, infine,

la solidificazione avviene in forma amorfa. Le molecole della sostanza in questo caso risultano disposte in modo casuale, poiché non hanno avuto il tempo di formare un reticolo cristallino regolare a causa dell'enorme attrito interno. In questo caso il calore latente non viene rilasciato, e la riserva energetica di una sostanza amorfa risulta essere maggiore di quella di una cristallina; quindi A. s. termodinamicamente instabile e tende a trasformarsi in una forma cristallina stabile. Cristallizzazione di un solido a.s. procede molto lentamente; Il vetro diventa torbido durante la cristallizzazione, trasformandosi in una massa simile alla porcellana. Nella produzione del vetro, la cristallizzazione produce spesso grossi difetti e viene chiamata solidificazione. Quando la roccia solidifica in uno stato amorfo, i processi di associazione delle molecole, polimerizzazione e condensazione (vedi) giocano un ruolo importante, che è di notevole interesse per la produzione del vetro. bachelite. altre materie plastiche.

Teoria di A. s. sviluppato sulla base dello studio dei processi di cristallizzazione e superraffreddamento. La capacità di una sostanza di cristallizzare è determinata dal numero di centri di cristallizzazione n formati nell'unità di tempo (Fig. 2 - diagramma generale), dalla velocità lineare di cristallizzazione v e dall'aumento della viscosità m) durante il sottoraffreddamento. Come si può vedere dalla curva 2, durante il sottoraffreddamento si ha però inizialmente una velocità di cristallizzazione massima

in questo momento il numero dei centri è ancora piccolo, poiché il massimo di questa curva si trova ben al di sotto del punto di fusione. Con un ulteriore raffreddamento, la viscosità diventa troppo elevata, rendendo difficile la formazione di centri e la velocità di cristallizzazione diventa incredibilmente bassa. Pertanto, se la massa fusa viene rapidamente sottoraffreddata, perde la capacità di cristallizzare e solidifica in una massa vetrosa amorfa. Sebbene un certo punto di transizione di una sostanza da A. s. in un liquido ma esiste, un certo numero di proprietà fisiche nell'intervallo di rammollimento mostrano un comportamento anomalo, approssimativamente nel punto in cui la viscosità ha un valore assoluto. unità (equilibrio). Pertanto, quando riscaldato, il coefficiente di dilatazione nell'intervallo di rammollimento aumenta molto bruscamente, così come la capacità termica, la conduttività elettrica e il dielettrico. permeabilità, indice di rifrazione. Su questa base, a volte si ritiene che lo stato vetroso amorfo sia uno speciale quarto stato della materia.

Con lo sviluppo diffuso dell'analisi a raggi X, così come della diffrazione elettronica, è diventato chiaro che molti corpi precedentemente considerati amorfi hanno in realtà una struttura fine-cristallina, cioè sono sistemi altamente dispersi (vedi Sistemi dispersi). Si è scoperto che il carbonio amorfo è costituito da minuscoli cristalli, oltre a molti ossidi e idrati di ossidi metallici e un numero di colloidi, cioè particelle disperse in soluzioni colloidali. Gli studi a raggi X hanno dimostrato che nel vetro normale, in quello fuso

Temperatura di sottoraffreddamento Fig. 2.

quarzo, nel vetro borace ci sono nuclei cristallini che misurano 10~6-10~7 cm. La conferma di questo fatto mediante ulteriori ricerche dovrebbe appianare gli aspetti taglienti delle nostre idee sulla struttura delle sostanze vetrose amorfe e dei normali corpi policristallini.

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La struttura di un solido è determinata non solo dalla posizione relativa delle particelle chimiche all'interno, ma anche dalla posizione delle particelle stesse nello spazio l'una rispetto all'altra e dalle distanze tra loro. A seconda della posizione delle particelle nello spazio, si distingue l'ordine a corto e lungo raggio.

L'ordine a corto raggio è che le particelle di materia si trovano regolarmente nello spazio a determinate distanze e direzioni l'una dall'altra. Se tale ordinamento viene mantenuto o ripetuto periodicamente nell'intero volume di un solido, si forma un ordine a lungo raggio. In altre parole, gli ordini a lungo e a corto raggio sono la presenza di una correlazione nella microstruttura di una sostanza all'interno dell'intero campione macroscopico (a lungo raggio) o in una regione con un raggio limitato (a corto raggio). A seconda dell'effetto cumulativo (o soppressivo) dell'ordine di posizionamento delle particelle a corto o lungo raggio, un solido può avere uno stato cristallino o amorfo.

La disposizione più ordinata delle particelle è nei cristalli (dal greco "krystalos" - ghiaccio), in cui atomi, molecole o ioni si trovano solo in determinati punti dello spazio, chiamati nodi.

Lo stato cristallino è una struttura periodica ordinata, caratterizzata dalla presenza di un ordine sia a corto che a lungo raggio nella disposizione delle particelle di una sostanza solida.

Una caratteristica delle sostanze cristalline rispetto a quelle amorfe è l'anisotropia.

L'anisotropia è la differenza nelle proprietà fisiche e chimiche di una sostanza cristallina (conduttività elettrica e termica, resistenza, caratteristiche ottiche, ecc.) a seconda della direzione scelta nel cristallo.

L'anisotropia è dovuta alla struttura interna dei cristalli. In direzioni diverse, la distanza tra le particelle in un cristallo è diversa, quindi le caratteristiche quantitative dell'una o dell'altra proprietà per queste direzioni saranno diverse.

L'anisotropia è particolarmente pronunciata nei cristalli singoli. Su questa proprietà si basa la produzione di laser, la lavorazione di cristalli singoli semiconduttori, la fabbricazione di risonatori al quarzo e generatori di ultrasuoni. Un tipico esempio di sostanza cristallina anisotropa è la grafite, la cui struttura è costituita da strati paralleli con diverse energie di legame al centro degli strati e tra i singoli strati. Per questo motivo, la conduttività termica lungo gli strati è cinque volte superiore a quella nella direzione perpendicolare e la conduttività elettrica nella direzione di un singolo strato è vicina a quella metallica e centinaia di volte superiore alla conduttività elettrica nella direzione perpendicolare.

Struttura della grafite (sono indicate la lunghezza del legame C-C all'interno dello strato e la distanza tra i singoli strati nel cristallo)

A volte la stessa sostanza può formare cristalli di forme diverse. Questo fenomeno è chiamato polimorfismo e diverse forme cristalline di una sostanza sono chiamate modificazioni polimorfiche, ad esempio diamante alotropico e grafite; ferro a, b, g e d; quarzo a e b (notare la differenza tra i concetti di "allotropia", che si riferisce esclusivamente a sostanze semplici in qualsiasi quarzo, e "polimorfismo", che caratterizza la struttura dei soli composti cristallini).

Allo stesso tempo, sostanze con composizioni diverse possono formare cristalli della stessa forma: questo fenomeno è chiamato isomorfismo. Pertanto, le sostanze isomorfe che hanno gli stessi reticoli cristallini sono Al e Cr e i loro ossidi; Ag e Au; BaCl2 e SrCl2; KMnO4 e BaSO4.

La stragrande maggioranza dei solidi in condizioni ordinarie esiste allo stato cristallino.

I solidi che non hanno struttura periodica sono classificati come amorfi (dal greco " amorfo"- informe). Tuttavia, in essi è presente un certo ordine di struttura. Si manifesta nella disposizione regolare dei suoi “vicini” più prossimi attorno a ciascuna particella, cioè le sostanze amorfe hanno solo un ordine a corto raggio e in questo modo assomigliano ai liquidi, quindi, con una certa approssimazione, possono essere considerate liquidi sottoraffreddati con un viscosità molto elevata. La differenza tra lo stato amorfo liquido e quello solido è determinata dalla natura del movimento termico delle particelle: nello stato amorfo sono capaci solo di movimenti vibrazionali e rotazionali, ma non possono muoversi attraverso lo spessore della sostanza.

Uno stato amorfo è uno stato solido di una sostanza, caratterizzato dalla presenza di un ordine a corto raggio nella disposizione delle particelle, nonché dall'isotropia: le stesse proprietà in qualsiasi direzione.

Lo stato amorfo delle sostanze è meno stabile rispetto allo stato cristallino, quindi le sostanze amorfe possono trasformarsi in uno stato cristallino sotto l'influenza di carichi meccanici o quando la temperatura cambia. Tuttavia alcune sostanze possono rimanere allo stato amorfo per un periodo abbastanza lungo. Ad esempio, il vetro vulcanico (che ha diversi milioni di anni), il vetro comune, le resine, le cere, la maggior parte degli idrossidi di metalli di transizione e simili. In determinate condizioni, quasi tutte le sostanze possono trovarsi allo stato amorfo, ad eccezione dei metalli e di alcuni composti ionici. Sono invece note sostanze che possono esistere solo allo stato amorfo (polimeri organici con sequenza disomogenea di unità elementari).

Le proprietà fisiche e chimiche di una sostanza allo stato amorfo possono differire significativamente dalle sue proprietà allo stato cristallino. La reattività delle sostanze allo stato amorfo è molto più elevata che allo stato cristallino. Ad esempio, il GeO 2 amorfo è chimicamente molto più attivo del GeO 2 cristallino.

La transizione dei solidi allo stato liquido, a seconda della struttura, ha le sue caratteristiche. Per una sostanza cristallina, la fusione avviene ad un certo valore, che è fissato per questa sostanza, ed è accompagnata da un brusco cambiamento nelle sue proprietà (densità, viscosità, ecc.). Le sostanze amorfe, al contrario, si trasformano allo stato liquido gradualmente, entro un certo intervallo di temperature (il cosiddetto intervallo di rammollimento), durante il quale avviene un lento e graduale cambiamento delle proprietà.

Caratteristiche comparative delle sostanze amorfe e cristalline: