АМОРФНІ ТВЕРДІ РЕЧОВИНИ: СТРУКТУРА, ВЛАСТИВОСТІ, ПРИКЛАДИ - ХІМІЯ - 2025

В аморфних твердих речовинах є ті , без тривалого діапазону упорядкованих структур. Вони протилежні тому, що відоме як кристалічне тверде тіло. Його частинки асоціюються безладно, подібні до рідин, але з достатньою силою, щоб злитись у тверду структуру.

Цей аморфний характер зустрічається частіше, ніж можна подумати; насправді це одне з можливих станів, яке може сприйняти згущена речовина. Під цим розуміється, що будь-яка сполука, здатна затвердіти і, отже, кристалізується, може також агломерувати безладно, якщо дозволяють експериментальні умови.

Бавовняні цукерки - приклад аморфного твердого речовини. Джерело: Pixabay.

Вищезазначене зазвичай стосується чистих речовин, будь то елементи або сполуки. Але це справедливо і у випадку сумішей. Багато твердих сумішей є аморфними, такі як цукерки з бавовни, шоколаду, майонезу або пюре.

Той факт, що тверда речовина є аморфним, не робить його менш цінним, ніж кристалічний. Структурний розлад іноді наділяє його унікальними властивостями, які він би не проявляв у кристалічному стані. Наприклад, у фотоелектричній промисловості аморфний кремній є переважним перед кристалічним для певних невеликих масштабів застосування.

Будова аморфних твердих тіл

Різниця між кристалічною структурою та аморфною структурою. Джерело: Габріель Болівар.

Будова аморфного твердого речовини безладна; їй не вистачає періодичності чи структурної структури. Зображення вище ілюструє цей момент. A відповідає кристалічному твердому тілу, тоді як B являє собою аморфне тверде речовина. Зауважимо, що в B фіолетові ромби розташовані довільно, хоча і в А, і в В існують однакові взаємодії.

Якщо ви також подивитесь на B, ви побачите, що є пробіли, які здаються порожніми; тобто конструкція має дефекти чи нерівності. Тому частина мікроскопічного або внутрішнього розладу аморфного твердого речовини відбувається через те, що його частинки "розташовуються" таким чином, що отримана структура має багато недосконалостей.

Спочатку згадували про сферу застосування в порядку упорядкування аморфних твердих тіл. У В є лише пара ромбів, які, здається, чітко вирівняні. Можуть бути замовлені регіони; але лише на близькій відстані.

Потім аморфне тверде речовина складається з незмірних крихітних кристалів різної структури. Сума всіх цих структур стає лабіринтною і безглуздою: глобальна структура стає аморфною, складається з нескінченних кристалічних блоків, розкиданих скрізь.

Властивості

Властивості аморфного твердого тіла змінюються залежно від природи його складових частинок. Однак є певні загальні характеристики, які можна згадати. Аморфні тверді речовини можуть бути склоподібними, коли вони мають схожі аспекти на кристали; або желеподібні, смолисті або пилові.

Оскільки їх структури невпорядковані, вони не генерують надійних спектрів дифракції рентгенівських променів, а температури їх плавлення не є точними, а навпаки, охоплюють діапазон значень.

Наприклад, температура плавлення для аморфного твердого речовини може становити від 20 до 60 ° C. Тим часом кристалічні тверді речовини плавляться при певній температурі або у вузькому діапазоні, якщо вони містять багато домішок.

Ще одна характеристика аморфних твердих тіл полягає в тому, що при їх розриві або руйнуванні вони не зароджуються геометричними фрагментами з плоскими гранями, а неправильними фрагментами зі зігнутими гранями. Коли вони не склоподібні, вони виглядають як пилові та непрозорі тіла.

Підготовка

Це поняття, ніж аморфне тверде тіло, слід розглядати як "аморфний стан". Всі сполуки (іонні, молекулярні, полімерні, металеві тощо) здатні певною мірою, і якщо експериментальні умови дозволяють, утворювати аморфні та некристалічні тверді речовини.

Наприклад, в органічних синтезах тверді сполуки спочатку отримують у вигляді порошкоподібних мас. Вміст його домішок настільки високий, що вони впливають на його молекулярний порядок у перспективі. Ось чому, коли продукт перекристалізується знову і знову, тверда речовина стає все більш кристалічною; вона втрачає свій аморфний характер.

Однак це не означає, що аморфні тверді речовини є обов'язково нечистими матеріалами; кілька з них аморфні за своєю хімічною природою.

Чиста речовина може аморфно твердіти, якщо її рідина раптово охолоне, таким чином, що її частинки не кристалізуються, а натомість приймають склоподібну конфігурацію. Охолодження відбувається настільки швидко, що частинкам не вистачає часу для розміщення кристалічних блоків, які ледве вдається «народитися».

Вода, наприклад, здатна існувати в склоподібному, аморфному стані, а не лише як лід.

Приклади аморфних твердих речовин

Мінерали та пластмаси

Обсидіан - один з небагатьох відомих аморфних мінералів. Джерело: Pixabay.

Практично будь-який кристалічний матеріал може відповідати аморфній формі (і навпаки). Це відбувається з деякими мінералами, які з геохімічних причин не могли офіційно встановити свої звичайні кристали. Інші ж, з іншого боку, не утворюють кристалів, а скла; такий випадок з обсидіаном.

З іншого боку, полімери мають властивість аморфно твердіти, оскільки їх молекули занадто великі, щоб визначати впорядковану структуру. Сюди потрапляють смоли, каучуки, пінополістирол (аніме), пластмаси, тефлон, бакеліт, серед інших.

Біологічна тканина

Біологічні тверді речовини переважно аморфні, такі як: тканини органів, шкіра, волосся, рогівка тощо. Так само жир і білки утворюють аморфні маси; Однак при правильній підготовці вони можуть кристалізуватися (кристали ДНК, білки, жири).

Окуляри

Скло, аморфне тверде тіло

Хоча це було майже останнє, найбільш репрезентативним аморфним твердим тілом є саме скло. Склад його по суті такий же, як у кварцу: SiO ₂ . І кристал кварцу, і скло є тривимірними ковалентними мережами; лише, що скляна решітка безладна, із зв’язками Si-O різної довжини.

Зразок металевого скла

Скло - це найбільш важливе аморфне тверде речовина, і матеріали, які набувають подібного вигляду, як кажуть, мають склоподібний стан.

Вуглець і метали

У нас є аморфний вуглець, активоване вугілля є одним з найважливіших для його абсорбуючої здатності. Також є аморфний кремній та германій, з електронними додатками, де вони виступають як напівпровідники.

І нарешті, є аморфні сплави, які через невідповідність відповідних їм атомів металу не встановлюють кристалічної структури.

Список літератури

1. Віттен, Девіс, Пек і Стенлі. (2008). Хімія (8-е видання). CENGAGE Навчання.
2. Шивер і Аткінс. (2008). Неорганічна хімія. (Четверте видання). Mc Graw Hill.
3. Рейчел Бернштейн та Ентоні Карпі. (2020). Властивості твердих тіл. Відновлено з: visionlearning.com
4. Вікіпедія. (2020). Аморфне тверде тіло. Відновлено з: en.wikipedia.org
5. Річард Заллен, Рональд Уолтер Дуглас та інші. (31 липня 2019 р.). Аморфне тверде тіло. Encyclopædia Britannica. Відновлено: britannica.com
6. Elsevier BV (2020). Аморфне тверде тіло. ScienceDirect. Відновлено з: sciencedirect.com
7. Даніель Рейд. (2020). Аморфне тверде тіло: визначення та приклади. Вивчення. Відновлено з: study.com
8. Художній твір Рубіка. (2008). Що таке аморфний матеріал? Відновлено з: web.physics.ucsb.edu