Quais corpos são chamados de amorfos? Substâncias amorfas. Estado cristalino e amorfo da matéria. Aplicação de substâncias amorfas

Os sólidos são divididos em amorfos e cristalinos, dependendo de sua estrutura molecular e propriedades físicas.

Ao contrário dos cristais, as moléculas e átomos dos sólidos amorfos não formam uma rede e a distância entre eles flutua dentro de uma certa faixa de distâncias possíveis. Em outras palavras, nos cristais, os átomos ou moléculas estão dispostos mutuamente de tal forma que a estrutura formada pode se repetir por todo o volume do corpo, o que é chamado de ordem de longo alcance. No caso dos corpos amorfos, a estrutura das moléculas é preservada apenas em relação a cada uma dessas moléculas, um padrão é observado na distribuição apenas das moléculas vizinhas - ordem de curto alcance. Um exemplo ilustrativo é apresentado abaixo.

Os corpos amorfos incluem vidro e outras substâncias em estado vítreo, breu, resinas, âmbar, lacre, betume, cera, bem como substâncias orgânicas: borracha, couro, celulose, polietileno, etc.

Propriedades de corpos amorfos

As características estruturais dos sólidos amorfos conferem-lhes propriedades individuais:

1. A fluidez fraca é uma das propriedades mais conhecidas de tais corpos. Um exemplo seriam as gotas de vidro que ficam na moldura de uma janela há muito tempo.
2. Os sólidos amorfos não possuem ponto de fusão específico, pois a transição para o estado líquido durante o aquecimento ocorre gradativamente, por meio do amolecimento do corpo. Por esta razão, a chamada faixa de temperatura de amolecimento é aplicada a tais corpos.

1. Devido à sua estrutura, tais corpos são isotrópicos, ou seja, suas propriedades físicas independem da escolha da direção.
2. Uma substância no estado amorfo tem maior energia interna do que no estado cristalino. Por esta razão, os corpos amorfos são capazes de se transformar independentemente em um estado cristalino. Este fenômeno pode ser observado como resultado do vidro ficar turvo com o tempo.

Estado vítreo

Na natureza existem líquidos que são praticamente impossíveis de serem transformados em estado cristalino por resfriamento, pois a complexidade das moléculas dessas substâncias não permite que formem uma rede cristalina regular. Esses líquidos incluem moléculas de alguns polímeros orgânicos.

No entanto, com a ajuda do resfriamento profundo e rápido, quase qualquer substância pode se transformar em um estado vítreo. Este é um estado amorfo que não possui uma rede cristalina clara, mas pode cristalizar parcialmente na escala de pequenos aglomerados. Este estado da matéria é metaestável, isto é, persiste sob certas condições termodinâmicas exigidas.

Utilizando a tecnologia de resfriamento a uma determinada velocidade, a substância não terá tempo de cristalizar e será convertida em vidro. Ou seja, quanto maior a taxa de resfriamento do material, menor será a probabilidade de ele cristalizar. Por exemplo, para produzir vidros metálicos, será necessária uma taxa de resfriamento de 100.000 a 1.000.000 Kelvin por segundo.

Na natureza, a substância existe em estado vítreo e surge do magma vulcânico líquido, que, interagindo com a água fria ou o ar, esfria rapidamente. Neste caso, a substância é chamada de vidro vulcânico. Você também pode observar o vidro formado como resultado do derretimento de um meteorito em queda interagindo com a atmosfera - vidro de meteorito ou moldavita.

>>Física: Corpos amorfos

Nem todos os sólidos são cristais. Existem muitos corpos amorfos. Como eles são diferentes dos cristais?
Os corpos amorfos não possuem uma ordem estrita no arranjo dos átomos. Apenas os átomos vizinhos mais próximos estão organizados em alguma ordem. Mas não há repetibilidade estrita em todas as direções do mesmo elemento estrutural, característico dos cristais, em corpos amorfos.
Em termos do arranjo dos átomos e do seu comportamento, os corpos amorfos são semelhantes aos líquidos.
Freqüentemente, a mesma substância pode ser encontrada nos estados cristalino e amorfo. Por exemplo, o quartzo SiO 2 pode estar na forma cristalina ou amorfa (sílica). A forma cristalina do quartzo pode ser representada esquematicamente como uma rede de hexágonos regulares ( Figura 12.6, uma). A estrutura amorfa do quartzo também tem o aspecto de uma treliça, mas de formato irregular. Junto com hexágonos, contém pentágonos e heptágonos ( Figura: 12.6, b).
Propriedades dos corpos amorfos. Todos os corpos amorfos são isotrópicos, ou seja, suas propriedades físicas são iguais em todas as direções. Corpos amorfos incluem vidro, resina, breu, açúcar doce, etc.
Sob influências externas, os corpos amorfos exibem propriedades elásticas, como os sólidos, e fluidez, como os líquidos. Assim, sob impactos (impactos) de curta duração, eles se comportam como corpos sólidos e, sob forte impacto, quebram-se em pedaços. Mas com uma exposição muito longa, corpos amorfos fluem. Você pode ver isso por si mesmo se for paciente. Siga o pedaço de resina que está sobre uma superfície dura. Aos poucos a resina se espalha sobre ela, e quanto maior a temperatura da resina, mais rápido isso acontece.
Átomos ou moléculas de corpos amorfos, como moléculas de um líquido, têm um certo tempo de “vida estável” - o tempo de oscilações em torno da posição de equilíbrio. Mas, ao contrário dos líquidos, este tempo é muito longo.
Então, para var em t= 20°C o tempo de “vida estabilizada” é de aproximadamente 0,1 s. Nesse aspecto, os corpos amorfos estão próximos dos cristalinos, uma vez que os saltos dos átomos de uma posição de equilíbrio para outra ocorrem relativamente raramente.
Os corpos amorfos a baixas temperaturas assemelham-se aos corpos sólidos nas suas propriedades. Quase não têm fluidez, mas à medida que a temperatura aumenta, amolecem gradualmente e as suas propriedades tornam-se cada vez mais próximas das propriedades dos líquidos. Isso acontece porque com o aumento da temperatura, os saltos dos átomos de uma posição de equilíbrio para outra tornam-se gradualmente mais frequentes. Certo ponto de fusão Os corpos amorfos, diferentemente dos cristalinos, não.
Cristais líquidos. Na natureza existem substâncias que possuem simultaneamente as propriedades básicas de um cristal e de um líquido, nomeadamente anisotropia e fluidez. Este estado da matéria é chamado cristal líquido. Os cristais líquidos são principalmente substâncias orgânicas cujas moléculas têm um formato longo, semelhante a um fio ou placa plana.
Consideremos o caso mais simples, quando um cristal líquido é formado por moléculas semelhantes a fios. Essas moléculas estão localizadas paralelamente umas às outras, mas são deslocadas aleatoriamente, ou seja, a ordem, ao contrário dos cristais comuns, existe apenas em uma direção.
Durante o movimento térmico, os centros destas moléculas movem-se aleatoriamente, mas a orientação das moléculas não muda e elas permanecem paralelas a si mesmas. A orientação molecular estrita não existe em todo o volume do cristal, mas em pequenas regiões chamadas domínios. A refração e a reflexão da luz ocorrem nos limites do domínio, razão pela qual os cristais líquidos são opacos. Porém, em uma camada de cristal líquido colocada entre duas placas finas, cuja distância é de 0,01-0,1 mm, com depressões paralelas de 10-100 nm, todas as moléculas ficarão paralelas e o cristal se tornará transparente. Se a tensão elétrica for aplicada a algumas áreas do cristal líquido, o estado do cristal líquido será interrompido. Estas áreas tornam-se opacas e começam a brilhar, enquanto as áreas sem tensão permanecem escuras. Este fenômeno é utilizado na criação de telas de televisão de cristal líquido. Deve-se notar que a própria tela consiste em um grande número de elementos e o circuito de controle eletrônico de tal tela é extremamente complexo.
Física do estado sólido. A humanidade sempre usou e continuará a usar sólidos. Mas se anteriormente a física do estado sólido ficou para trás no desenvolvimento da tecnologia baseada na experiência direta, agora a situação mudou. A pesquisa teórica leva à criação de sólidos cujas propriedades são completamente incomuns.
Seria impossível obter tais corpos por tentativa e erro. A criação dos transistores, que será discutida mais adiante, é um exemplo notável de como a compreensão da estrutura dos sólidos levou a uma revolução em toda a engenharia de rádio.
A obtenção de materiais com propriedades mecânicas, magnéticas, elétricas e outras especificadas é uma das principais direções da moderna física do estado sólido. Aproximadamente metade dos físicos do mundo trabalham agora nesta área da física.
Os sólidos amorfos ocupam uma posição intermediária entre sólidos cristalinos e líquidos. Seus átomos ou moléculas estão organizados em ordem relativa. Compreender a estrutura dos sólidos (cristalinos e amorfos) permite criar materiais com as propriedades desejadas.

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1. Como os corpos amorfos diferem dos cristalinos?
2. Dê exemplos de corpos amorfos.
3. A profissão de soprador de vidro teria surgido se o vidro fosse um sólido cristalino em vez de amorfo?

G.Ya.Myakishev, B.B.Bukhovtsev, N.N.Sotsky, Física 10ª série

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« Física - 10º ano"

Além dos sólidos que possuem estrutura cristalina, caracterizada por uma ordem estrita no arranjo dos átomos, existem os sólidos amorfos.

Os corpos amorfos não possuem uma ordem estrita no arranjo dos átomos. Apenas os átomos vizinhos mais próximos estão organizados em alguma ordem. Mas não há repetibilidade estrita em todas as direções do mesmo elemento estrutural, característico dos cristais, em corpos amorfos. Em termos do arranjo dos átomos e do seu comportamento, os corpos amorfos são semelhantes aos líquidos. Freqüentemente, a mesma substância pode ser encontrada nos estados cristalino e amorfo.

Estudos teóricos levam à produção de sólidos cujas propriedades são completamente incomuns. Seria impossível obter tais corpos por tentativa e erro. A criação dos transistores, que será discutida mais adiante, é um exemplo notável de como a compreensão da estrutura dos sólidos levou a uma revolução em toda a engenharia de rádio.

A obtenção de materiais com propriedades mecânicas, magnéticas, elétricas e outras especificadas é uma das principais direções da moderna física do estado sólido.

É preciso lembrar que nem todos os corpos que existem no planeta Terra possuem estrutura cristalina. As exceções à regra são chamadas de “corpos amorfos”. Como eles são diferentes? Com base na tradução deste termo - amorfo - pode-se supor que tais substâncias diferem das demais em sua forma ou aparência. Estamos falando da ausência da chamada rede cristalina. O processo de divisão que produz arestas não ocorre. Os corpos amorfos também se distinguem pelo fato de não dependerem do meio ambiente e suas propriedades serem constantes. Essas substâncias são chamadas de isotrópicas.

Uma breve descrição de corpos amorfos

No curso escolar de física, você pode lembrar que as substâncias amorfas têm uma estrutura na qual os átomos nelas contidos são organizados de maneira caótica. Apenas as estruturas vizinhas onde tal disposição é forçada podem ter uma localização específica. Mesmo assim, fazendo uma analogia com os cristais, os corpos amorfos não têm uma ordem estrita de moléculas e átomos (na física essa propriedade é chamada de “ordem de longo alcance”). Como resultado da pesquisa, constatou-se que essas substâncias são semelhantes em estrutura aos líquidos.

Alguns corpos (por exemplo, podemos pegar o dióxido de silício, cuja fórmula é SiO 2) podem estar simultaneamente em estado amorfo e ter uma estrutura cristalina. O quartzo na primeira versão tem a estrutura de uma treliça irregular, na segunda - um hexágono regular.

Propriedade nº 1

Como mencionado acima, os corpos amorfos não possuem uma rede cristalina. Seus átomos e moléculas possuem uma ordem curta de arranjo, que será a primeira propriedade distintiva dessas substâncias.

Propriedade nº 2

Esses corpos são privados de fluidez. Para explicar melhor a segunda propriedade das substâncias, podemos fazer isso usando o exemplo da cera. Não é nenhum segredo que se você colocar água em um funil, ela simplesmente sairá dele. O mesmo acontecerá com quaisquer outras substâncias fluidas. Mas as propriedades dos corpos amorfos não lhes permitem realizar tais “truques”. Se a cera for colocada em um funil, ela primeiro se espalhará pela superfície e só então começará a escorrer. Isso se deve ao fato de que as moléculas de uma substância saltam de uma posição de equilíbrio para outra completamente diferente, sem ter uma localização primária.

Propriedade nº 3

É hora de falar sobre o processo de fusão. Deve-se lembrar que as substâncias amorfas não possuem uma temperatura específica na qual começa a fusão. À medida que a temperatura aumenta, o corpo torna-se gradualmente mais macio e depois se transforma em líquido. Os físicos sempre se concentram não na temperatura na qual um determinado processo começou a ocorrer, mas na faixa correspondente de temperatura de fusão.

Propriedade nº 4

Já foi mencionado acima. Corpos amorfos são isotrópicos. Ou seja, suas propriedades em qualquer direção permanecem inalteradas, mesmo que as condições de permanência nos locais sejam diferentes.

Propriedade nº 5

Pelo menos uma vez, todas as pessoas observaram que durante um certo período de tempo o vidro começou a ficar turvo. Esta propriedade dos corpos amorfos está associada ao aumento da energia interna (é várias vezes maior que a dos cristais). Por causa disso, essas substâncias podem facilmente entrar no estado cristalino.

Transição para o estado cristalino

Após um certo período de tempo, qualquer corpo amorfo se transforma em um estado cristalino. Isso pode ser observado na vida cotidiana de uma pessoa. Por exemplo, se você deixar doces ou mel por vários meses, poderá notar que ambos perderam a transparência. A pessoa comum dirá que eles são simplesmente açucarados. Na verdade, se você quebrar o corpo, notará a presença de cristais de açúcar.

Então, falando sobre isso, é preciso esclarecer que a transformação espontânea para outro estado se deve ao fato das substâncias amorfas serem instáveis. Comparando-os com os cristais, pode-se entender que estes últimos são muitas vezes mais “poderosos”. Este fato pode ser explicado usando a teoria intermolecular. Segundo ele, as moléculas saltam constantemente de um lugar para outro, preenchendo assim os vazios. Com o tempo, uma rede cristalina estável é formada.

Derretimento de corpos amorfos

O processo de fusão dos corpos amorfos é o momento em que, com o aumento da temperatura, todas as ligações entre os átomos são destruídas. É quando a substância se transforma em líquido. Se as condições de fusão forem tais que a pressão seja a mesma durante todo o período, então a temperatura também deverá ser fixada.

Cristais líquidos

Na natureza, existem corpos que possuem uma estrutura líquido-cristalina. Via de regra, estão incluídos na lista das substâncias orgânicas e suas moléculas têm formato de fio. Os corpos em questão possuem propriedades de líquidos e cristais, nomeadamente fluidez e anisotropia.

Nessas substâncias, as moléculas estão localizadas paralelamente entre si, porém não existe uma distância fixa entre elas. Eles se movem constantemente, mas não estão dispostos a mudar de orientação, por isso estão constantemente na mesma posição.

Metais amorfos

Os metais amorfos são mais conhecidos pelo cidadão comum como vidros metálicos.

Já em 1940, os cientistas começaram a falar sobre a existência desses corpos. Já então se sabia que os metais especialmente produzidos por deposição a vácuo não possuíam redes cristalinas. E apenas 20 anos depois foi produzido o primeiro vidro desse tipo. Não atraiu muita atenção dos cientistas; e só depois de mais 10 anos é que profissionais americanos e japoneses, e depois coreanos e europeus, começaram a falar sobre ele.

Os metais amorfos são caracterizados pela viscosidade, um nível bastante elevado de resistência e resistência à corrosão.

MINISTRO DA EDUCAÇÃO

FÍSICA 8ª série

Relatório sobre o tema:

“Corpos amorfos. Derretimento de corpos amorfos.”

Aluno do 8º ano:

2009

Corpos amorfos.

Vamos fazer uma experiência. Precisaremos de um pedaço de plasticina, uma vela de estearina e uma lareira elétrica. Vamos colocar a plasticina e uma vela a distâncias iguais da lareira. Depois de algum tempo, parte da estearina derreterá (tornará-se líquida) e parte permanecerá na forma de um pedaço sólido. Ao mesmo tempo, a plasticina amolecerá apenas um pouco. Depois de algum tempo, toda a estearina derreterá e a plasticina irá gradualmente “corroer” ao longo da superfície da mesa, amolecendo cada vez mais.

Portanto, existem corpos que não amolecem quando derretidos, mas passam imediatamente do estado sólido para o líquido. Durante a fusão de tais corpos, é sempre possível separar o líquido da parte ainda não derretida (sólida) do corpo. Esses corpos são cristalino. Existem também sólidos que, quando aquecidos, amolecem gradativamente e tornam-se cada vez mais fluidos. Para tais corpos é impossível indicar a temperatura na qual eles se transformam em líquidos (derretem). Esses corpos são chamados amorfo.

Vamos fazer o seguinte experimento. Jogue um pedaço de resina ou cera em um funil de vidro e deixe-o em uma sala quente. Depois de cerca de um mês, descobrirá que a cera assumiu a forma de um funil e até começou a escorrer dele em forma de “riacho” (Fig. 1). Em contraste com os cristais, que mantêm a sua forma quase para sempre, os corpos amorfos apresentam fluidez mesmo a baixas temperaturas. Portanto, podem ser considerados líquidos muito espessos e viscosos.

A estrutura dos corpos amorfos. Estudos com microscópio eletrônico, bem como com raios X, indicam que em corpos amorfos não existe uma ordem estrita no arranjo de suas partículas. Dê uma olhada, a figura 2 mostra o arranjo das partículas no quartzo cristalino, e a da direita mostra o arranjo das partículas no quartzo amorfo. Essas substâncias consistem nas mesmas partículas - moléculas de óxido de silício SiO 2.

O estado cristalino do quartzo é obtido se o quartzo fundido for resfriado lentamente. Se o resfriamento do fundido for rápido, as moléculas não terão tempo de “alinhar-se” em fileiras ordenadas e o resultado será quartzo amorfo.

Partículas de corpos amorfos oscilam contínua e aleatoriamente. Eles podem pular de um lugar para outro com mais frequência do que partículas de cristal. Isso também é facilitado pelo fato de que as partículas dos corpos amorfos estão localizadas de forma desigualmente densa: há vazios entre elas.

Cristalização de corpos amorfos. Com o tempo (vários meses, anos), as substâncias amorfas transformam-se espontaneamente em um estado cristalino. Por exemplo, balas de açúcar ou mel fresco deixados em um local quente ficarão opacos após alguns meses. Dizem que mel e doces são “cristalizados”. Ao quebrar uma bengala de doce ou pegar mel com uma colher, veremos de fato os cristais de açúcar que se formaram.

A cristalização espontânea de corpos amorfos indica que o estado cristalino de uma substância é mais estável que o amorfo. A teoria intermolecular explica desta forma. As forças intermoleculares de atração e repulsão fazem com que as partículas de um corpo amorfo saltem preferencialmente para onde existem vazios. Como resultado, surge um arranjo de partículas mais ordenado do que antes, ou seja, forma-se um policristal.

Fusão de corpos amorfos.

À medida que a temperatura aumenta, a energia do movimento vibracional dos átomos em um sólido aumenta e, finalmente, chega um momento em que as ligações entre os átomos começam a se romper. Nesse caso, o sólido passa para o estado líquido. Essa transição é chamada Derretendo. A uma pressão fixa, a fusão ocorre a uma temperatura estritamente definida.

A quantidade de calor necessária para converter uma unidade de massa de uma substância em um líquido em seu ponto de fusão é chamada de calor específico de fusão. λ .

Para derreter uma substância de massa eu é necessário gastar uma quantidade de calor igual a:

Q = λ m .

O processo de fusão de corpos amorfos difere da fusão de corpos cristalinos. À medida que a temperatura aumenta, os corpos amorfos amolecem gradualmente e tornam-se viscosos até se transformarem em líquidos. Os corpos amorfos, diferentemente dos cristais, não possuem um ponto de fusão específico. A temperatura dos corpos amorfos muda continuamente. Isso acontece porque nos sólidos amorfos, como nos líquidos, as moléculas podem se mover umas em relação às outras. Quando aquecidos, sua velocidade aumenta e a distância entre eles aumenta. Como resultado, o corpo fica cada vez mais macio até se transformar em líquido. Quando os corpos amorfos solidificam, a sua temperatura também diminui continuamente.