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Eigenschaften und Beispiele der Physik amorpher Körper. Allgemeine Eigenschaften amorpher Körper. Ungewöhnliche Eigenschaften amorpher Substanzen

KLASSE PHYSIK 8

Bericht zum Thema:

„Amorphe Körper. Schmelzen amorpher Körper.“

Schüler der 8. "b"-Klasse:

2009

amorphe Körper.

Machen wir ein Experiment. Wir brauchen ein Stück Plastilin, eine Stearinkerze und einen elektrischen Kamin. Stellen Sie Plastilin und eine Kerze in gleichen Abständen vom Kamin auf. Nach einiger Zeit schmilzt ein Teil des Stearins (wird flüssig) und ein Teil bleibt in Form eines festen Stücks. Plastilin wird zur gleichen Zeit nur ein wenig weicher. Nach einiger Zeit schmilzt das gesamte Stearin und das Plastilin „korrigiert“ allmählich über die Oberfläche des Tisches und wird immer weicher.

Es gibt also Körper, die beim Schmelzen nicht erweichen, sondern aus einem festen Zustand sofort in eine Flüssigkeit übergehen. Beim Schmelzen solcher Körper ist es immer möglich, die Flüssigkeit vom noch ungeschmolzenen (festen) Körperteil zu trennen. Diese Körper sind kristallin. Es gibt auch Feststoffe, die beim Erhitzen allmählich weicher werden und immer flüssiger werden. Für solche Körper ist es unmöglich, die Temperatur anzugeben, bei der sie in eine Flüssigkeit (Schmelze) übergehen. Diese Stellen werden genannt amorph.

Machen wir folgendes Experiment. Lassen Sie uns ein Stück Harz oder Wachs in einen Glastrichter werfen und in einem warmen Raum stehen lassen. Nach etwa einem Monat stellt sich heraus, dass das Wachs die Form eines Trichters angenommen hat und sogar in Form eines "Strahls" aus ihm herausfließt (Abb. 1). Im Gegensatz zu Kristallen, die fast ewig ihre Form behalten, sind amorphe Körper auch bei niedrigen Temperaturen flüssig. Daher können sie als sehr dicke und viskose Flüssigkeiten betrachtet werden.

Die Struktur amorpher Körper. Untersuchungen mit einem Elektronenmikroskop sowie mit Röntgenstrahlen zeigen, dass in amorphen Körpern keine strenge Ordnung in der Anordnung ihrer Partikel besteht. Schauen Sie, Abbildung 2 zeigt die Anordnung der Partikel in kristallinem Quarz und rechts - in amorphem Quarz. Diese Substanzen bestehen aus den gleichen Partikeln - Siliziumoxidmolekülen SiO 2.

Der kristalline Zustand von Quarz wird erreicht, wenn geschmolzener Quarz langsam abgekühlt wird. Wenn die Abkühlung der Schmelze schnell ist, haben die Moleküle keine Zeit, sich in geordneten Reihen "aufzustellen", und es wird amorpher Quarz erhalten.

Die Teilchen amorpher Körper schwingen kontinuierlich und zufällig. Es ist wahrscheinlicher, dass sie von Ort zu Ort springen als Kristallpartikel. Dies wird durch die Tatsache erleichtert, dass die Teilchen amorpher Körper nicht gleich dicht sind: Zwischen ihnen befinden sich Hohlräume.

Kristallisation amorpher Körper. Im Laufe der Zeit (mehrere Monate, Jahre) wandeln sich amorphe Substanzen spontan in einen kristallinen Zustand um. Zum Beispiel wird Kandiszucker oder frischer Honig, der an einem warmen Ort stehengelassen wird, nach einigen Monaten undurchsichtig. Sie sagen, dass Honig und Süßigkeiten "kandiert" sind. Wenn wir einen Lutscher zerbrechen oder Honig mit einem Löffel schöpfen, sehen wir die entstehenden Zuckerkristalle wirklich.

Die spontane Kristallisation von amorphen Körpern weist darauf hin, dass der kristalline Zustand der Materie stabiler ist als der amorphe Zustand. Die intermolekulare Theorie erklärt es so. Zwischenmolekulare Anziehungs- und Abstoßungskräfte bewirken, dass die Teilchen eines amorphen Körpers überwiegend dorthin springen, wo Hohlräume vorhanden sind. Als Ergebnis tritt eine geordnetere Anordnung von Partikeln als zuvor auf, das heißt, es wird ein Polykristall gebildet.

Schmelzen von amorphen Körpern.

Mit steigender Temperatur nimmt die Energie der Schwingungsbewegung von Atomen in einem Festkörper zu und schließlich kommt ein Moment, in dem die Bindungen zwischen den Atomen zu brechen beginnen. Dabei geht der Festkörper in den flüssigen Zustand über. Ein solcher Übergang wird aufgerufen schmelzen. Bei festem Druck erfolgt das Schmelzen bei einer genau definierten Temperatur.

Die Wärmemenge, die erforderlich ist, um eine Masseneinheit eines Stoffes am Schmelzpunkt in eine Flüssigkeit umzuwandeln, wird als spezifische Schmelzwärme bezeichnet λ .

Eine Substanz schmelzen m Die benötigte Wärmemenge beträgt:

Q = λm .

Der Schmelzvorgang amorpher Körper unterscheidet sich vom Schmelzen kristalliner Körper. Mit steigender Temperatur erweichen amorphe Körper allmählich, werden viskos, bis sie sich in eine Flüssigkeit verwandeln. Amorphe Körper haben im Gegensatz zu Kristallen keinen definierten Schmelzpunkt. Die Temperatur amorpher Körper ändert sich dabei kontinuierlich. Denn in amorphen Festkörpern wie in Flüssigkeiten können sich Moleküle relativ zueinander bewegen. Beim Erhitzen nimmt ihre Geschwindigkeit zu, der Abstand zwischen ihnen nimmt zu. Dadurch wird der Körper weicher und weicher, bis er sich in eine Flüssigkeit verwandelt. Beim Erstarren amorpher Körper nimmt auch deren Temperatur kontinuierlich ab.

Es muss daran erinnert werden, dass nicht alle Körper, die auf dem Planeten Erde existieren, eine kristalline Struktur haben. Ausnahmen von der Regel werden "amorphe Körper" genannt. Wie unterscheiden sie sich? Aufgrund der Übersetzung dieses Begriffs – amorph – ist davon auszugehen, dass sich solche Stoffe in ihrer Form oder ihrem Aussehen von anderen unterscheiden. Wir sprechen über das Fehlen des sogenannten Kristallgitters. Der Aufspaltungsprozess, bei dem Gesichter auftauchen, findet nicht statt. Amorphe Körper zeichnen sich auch dadurch aus, dass sie von der Umgebung unabhängig sind und ihre Eigenschaften konstant sind. Solche Substanzen werden isotrop genannt.

Eine kleine Eigenschaft von amorphen Körpern

Aus einem Physik-Schulkurs kann man sich erinnern, dass amorphe Substanzen eine Struktur haben, in der die Atome in ihnen chaotisch angeordnet sind. Nur benachbarte Strukturen können einen bestimmten Ort haben, an dem eine solche Anordnung erzwungen wird. Aber immer noch, um eine Analogie zu Kristallen zu ziehen, haben amorphe Körper keine strenge Anordnung von Molekülen und Atomen (in der Physik wird diese Eigenschaft "Fernordnung" genannt). Als Ergebnis der Forschung wurde festgestellt, dass diese Substanzen in ihrer Struktur Flüssigkeiten ähneln.

Einige Körper (als Beispiel können wir Siliziumdioxid nehmen, dessen Formel SiO 2 ist) können gleichzeitig in einem amorphen Zustand sein und eine kristalline Struktur haben. Quarz in der ersten Version hat eine unregelmäßige Gitterstruktur, in der zweiten ein regelmäßiges Sechseck.

Eigentum Nr. 1

Wie oben erwähnt, haben amorphe Körper kein Kristallgitter. Ihre Atome und Moleküle haben eine Nahordnung, was die erste charakteristische Eigenschaft dieser Substanzen sein wird.

Eigentum Nr. 2

Diesen Körpern wird die Flüssigkeit entzogen. Um die zweite Eigenschaft von Stoffen besser zu erklären, können wir dies am Beispiel von Wachs tun. Es ist kein Geheimnis, dass, wenn Sie Wasser in einen Trichter gießen, es einfach herausläuft. Dasselbe gilt für alle anderen flüssigen Substanzen. Und die Eigenschaften amorpher Körper erlauben es ihnen nicht, solche "Tricks" zu machen. Wenn das Wachs in einen Trichter gegeben wird, verteilt es sich zuerst auf der Oberfläche und beginnt erst dann von ihr abzufließen. Das liegt daran, dass die Moleküle in einem Stoff von einer Gleichgewichtslage in eine ganz andere springen, ohne einen Hauptort zu haben.

Eigenschaft Nr. 3

Es ist Zeit, über den Schmelzprozess zu sprechen. Es sei daran erinnert, dass amorphe Substanzen keine bestimmte Temperatur haben, bei der das Schmelzen beginnt. Mit steigendem Grad wird der Körper allmählich weicher und verflüssigt sich dann. Physiker achten immer nicht auf die Temperatur, bei der dieser Prozess begonnen hat, sondern auf den entsprechenden Schmelztemperaturbereich.

Eigentum Nr. 4

Es wurde oben schon erwähnt. Amorphe Körper sind isotrop. Das heißt, ihre Eigenschaften in jeder Richtung bleiben unverändert, auch wenn die Aufenthaltsbedingungen an Orten unterschiedlich sind.

Eigentum Nr. 5

Mindestens einmal hat jeder Mensch beobachtet, dass die Gläser nach einer gewissen Zeit zu trüben begannen. Diese Eigenschaft von amorphen Körpern ist mit einer erhöhten inneren Energie verbunden (sie ist um ein Vielfaches größer als die von Kristallen). Aus diesem Grund können diese Substanzen leicht von selbst in einen kristallinen Zustand übergehen.

Übergang in den kristallinen Zustand

Jeder amorphe Körper geht nach einer gewissen Zeit in einen kristallinen Zustand über. Dies kann im normalen Leben einer Person beobachtet werden. Wenn Sie beispielsweise einen Lutscher oder Honig mehrere Monate stehen lassen, werden Sie feststellen, dass beide ihre Transparenz verloren haben. Ein gewöhnlicher Mensch wird sagen, dass er einfach gezuckert ist. In der Tat, wenn Sie den Körper brechen, können Sie das Vorhandensein von Zuckerkristallen sehen.

Apropos, es muss klargestellt werden, dass die spontane Umwandlung in einen anderen Zustand darauf zurückzuführen ist, dass amorphe Substanzen instabil sind. Wenn man sie mit Kristallen vergleicht, kann man verstehen, dass letztere um ein Vielfaches „mächtiger“ sind. Die Tatsache kann dank der intermolekularen Theorie erklärt werden. Ihrer Meinung nach springen die Moleküle ständig von einem Ort zum anderen und füllen dabei die Hohlräume. Mit der Zeit bildet sich ein stabiles Kristallgitter.

Schmelzen von amorphen Körpern

Der Prozess des Schmelzens amorpher Körper ist der Moment, in dem bei einem Temperaturanstieg alle Bindungen zwischen Atomen zusammenbrechen. Dann wird die Substanz zu einer Flüssigkeit. Wenn die Schmelzbedingungen so sind, dass der Druck während des gesamten Zeitraums gleich ist, muss auch die Temperatur festgelegt werden.

Flüssigkristalle

In der Natur gibt es Körper, die eine Flüssigkristallstruktur haben. Sie sind in der Regel in der Liste der organischen Substanzen enthalten und ihre Moleküle haben eine fadenförmige Form. Die betreffenden Körper haben die Eigenschaften von Flüssigkeiten und Kristallen, nämlich Fluidität und Anisotropie.

In solchen Substanzen sind die Moleküle parallel zueinander, jedoch mit einem nicht festgelegten Abstand zwischen ihnen. Sie bewegen sich ständig, neigen aber nicht dazu, die Orientierung zu ändern, daher befinden sie sich ständig in einer Position.

Amorphe Metalle

Amorphe Metalle sind dem Durchschnittsbürger besser als metallische Gläser bekannt.

Bereits 1940 begannen Wissenschaftler über die Existenz dieser Körper zu sprechen. Schon damals war bekannt, dass speziell durch Vakuumabscheidung gewonnene Metalle keine Kristallgitter aufwiesen. Und nur 20 Jahre später wurde das erste Glas dieser Art produziert. Es erregte keine besondere Aufmerksamkeit unter Wissenschaftlern; und erst nach weiteren 10 Jahren begannen amerikanische und japanische Fachleute darüber zu sprechen, und dann koreanische und europäische.

Amorphe Metalle zeichnen sich durch Zähigkeit, ausreichend hohe Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit aus.

BILDUNGSMINISTERIUM

KLASSE PHYSIK 8

Bericht zum Thema:

„Amorphe Körper. Schmelzen amorpher Körper.“

Schüler der 8. "b"-Klasse:

2009

amorphe Körper.

Schmelzen von amorphen Körpern.

Die Wärmemenge, die erforderlich ist, um eine Masseneinheit eines Stoffes am Schmelzpunkt in eine Flüssigkeit umzuwandeln, wird als spezifische Schmelzwärme bezeichnet λ .

Eine Substanz schmelzen m Die benötigte Wärmemenge beträgt:

Q = λm .

Ein Festkörper ist neben Flüssigkeit, Gas und Plasma einer der vier Grundzustände der Materie. Es zeichnet sich durch strukturelle Steifigkeit und Beständigkeit gegen Form- oder Volumenänderungen aus. Im Gegensatz zu einer Flüssigkeit fließt ein fester Gegenstand nicht und nimmt nicht die Form des Behälters an, in den er gegeben wird. Ein Feststoff dehnt sich nicht aus, um sein verfügbares Volumen auszufüllen, wie es ein Gas tut.
Atome in einem Festkörper sind eng miteinander verwandt, befinden sich in einem geordneten Zustand an den Knoten des Kristallgitters (dies sind Metalle, gewöhnliches Eis, Zucker, Salz, Diamant) oder sind unregelmäßig angeordnet, haben keine strikte Wiederholbarkeit in der Struktur des Kristallgitters (das sind amorphe Körper wie Fensterglas, Kolophonium, Glimmer oder Kunststoff).

Kristalline Körper

Kristalline Festkörper oder Kristalle haben ein charakteristisches inneres Merkmal - eine Struktur in Form eines Kristallgitters, in dem Atome, Moleküle oder Ionen einer Substanz eine bestimmte Position einnehmen.
Das Kristallgitter führt zur Existenz spezieller flacher Flächen in Kristallen, die eine Substanz von einer anderen unterscheiden. Jedes Kristallgitter emittiert bei Bestrahlung mit Röntgenstrahlen ein charakteristisches Muster, anhand dessen eine Substanz identifiziert werden kann. Die Flächen von Kristallen schneiden sich in bestimmten Winkeln, die eine Substanz von einer anderen unterscheiden. Wenn der Kristall geteilt wird, schneiden sich die neuen Flächen unter den gleichen Winkeln wie die ursprüngliche.

Zum Beispiel Galena - Galena, Pyrit - Pyrit, Quarz - Quarz. Kristallflächen schneiden sich in Bleiglanz (PbS) und Pyrit (FeS 2) im rechten Winkel, in Quarz unter anderen Winkeln.

Kristalleigenschaften

konstante Lautstärke;
korrekte geometrische Form;
Anisotropie - der Unterschied in den mechanischen, leichten, elektrischen und thermischen Eigenschaften aus der Richtung im Kristall;
wohldefinierter Schmelzpunkt, da dieser von der Regelmäßigkeit des Kristallgitters abhängt. Die intermolekularen Kräfte, die einen Festkörper zusammenhalten, sind einheitlich, und es ist die gleiche Menge an thermischer Energie erforderlich, um jede Wechselwirkung gleichzeitig zu brechen.

Amorphe Körper

Beispiele für amorphe Körper, die keine strenge Struktur und Wiederholbarkeit der Zellen des Kristallgitters haben, sind: Glas, Harz, Teflon, Polyurethan, Naphthalin, Polyvinylchlorid.

Sie haben zwei charakteristische Eigenschaften: Isotropie und das Fehlen eines bestimmten Schmelzpunkts.
Unter Isotropie amorpher Körper versteht man die Gleichheit der physikalischen Eigenschaften eines Stoffes in allen Richtungen.
In einem amorphen Festkörper variiert der Abstand zu benachbarten Knoten des Kristallgitters und die Anzahl benachbarter Knoten im gesamten Material. Um intermolekulare Wechselwirkungen aufzubrechen, ist daher eine andere Menge an thermischer Energie erforderlich. Folglich erweichen amorphe Substanzen langsam über einen weiten Temperaturbereich und haben keinen eindeutigen Schmelzpunkt.
Amorphe Feststoffe zeichnen sich dadurch aus, dass sie bei niedrigen Temperaturen die Eigenschaften von Feststoffen und bei steigender Temperatur die Eigenschaften von Flüssigkeiten haben.

Im Gegensatz zu kristallinen Festkörpern gibt es in einem amorphen Körper keine strenge Ordnung in der Anordnung der Teilchen.

Amorphe Festkörper können zwar ihre Form behalten, besitzen aber kein Kristallgitter. Eine gewisse Regelmäßigkeit wird nur für Moleküle und Atome beobachtet, die sich in der Nachbarschaft befinden. Diese Bestellung wird aufgerufen Kurzfristige Bestellung . Es wiederholt sich nicht in alle Richtungen und bleibt nicht über weite Strecken erhalten, wie in kristallinen Körpern.

Beispiele für amorphe Körper sind Glas, Bernstein, Kunstharze, Wachs, Paraffin, Plastilin usw.

Merkmale amorpher Körper

Atome in amorphen Körpern schwingen um zufällig angeordnete Punkte. Daher ähnelt die Struktur dieser Körper der Struktur von Flüssigkeiten. Aber die Teilchen in ihnen sind weniger mobil. Die Zeit ihrer Schwingung um die Gleichgewichtslage ist länger als in Flüssigkeiten. Auch Sprünge von Atomen zu einer anderen Position treten viel seltener auf.

Wie verhalten sich kristalline Feststoffe beim Erhitzen? Ab einem bestimmten Punkt beginnen sie zu schmelzen Schmelzpunkt. Und für einige Zeit sind sie gleichzeitig in festem und flüssigem Zustand, bis die gesamte Substanz geschmolzen ist.

Amorphe Körper haben keinen bestimmten Schmelzpunkt. . Beim Erhitzen schmelzen sie nicht, sondern werden allmählich weicher.

Legen Sie ein Stück Plastilin in die Nähe des Heizgeräts. Nach einer Weile wird es weich. Dies geschieht nicht sofort, sondern über einen bestimmten Zeitraum.

Da die Eigenschaften amorpher Körper denen von Flüssigkeiten ähneln, werden sie als unterkühlte Flüssigkeiten mit sehr hoher Viskosität (erstarrte Flüssigkeiten) bezeichnet. Unter normalen Bedingungen können sie nicht fließen. Beim Erhitzen treten jedoch häufiger Atomsprünge in ihnen auf, die Viskosität nimmt ab und amorphe Körper werden allmählich weicher. Je höher die Temperatur, desto niedriger die Viskosität und allmählich wird der amorphe Körper flüssig.

Gewöhnliches Glas ist ein fester amorpher Körper. Es wird durch Schmelzen von Siliziumoxid, Soda und Kalk gewonnen. Beim Erhitzen der Mischung auf etwa 1400 C erhält man eine flüssige glasartige Masse. Beim Abkühlen erstarrt flüssiges Glas nicht wie kristalline Körper, sondern bleibt eine Flüssigkeit, deren Viskosität zunimmt und die Fließfähigkeit abnimmt. Unter gewöhnlichen Bedingungen erscheint es uns als fester Körper. Tatsächlich ist es jedoch eine Flüssigkeit mit einer enormen Viskosität und Fließfähigkeit, die so klein ist, dass sie von den empfindlichsten Instrumenten kaum unterschieden werden kann.

Der amorphe Aggregatzustand ist instabil. Im Laufe der Zeit verwandelt es sich von einem amorphen Zustand allmählich in einen kristallinen. Dieser Vorgang läuft bei verschiedenen Stoffen unterschiedlich schnell ab. Wir sehen, wie Zuckerkristalle Kandiszucker bedecken. Dies nimmt nicht viel Zeit in Anspruch.

Und damit sich in gewöhnlichem Glas Kristalle bilden, muss viel Zeit vergehen. Während der Kristallisation verliert Glas seine Festigkeit, Transparenz, wird trüb und spröde.

Isotropie amorpher Körper

Bei kristallinen Festkörpern unterscheiden sich die physikalischen Eigenschaften in verschiedene Richtungen. Und in amorphen Körpern sind sie in allen Richtungen gleich. Dieses Phänomen heißt Isotropie .

Ein amorpher Körper leitet Elektrizität und Wärme in alle Richtungen gleichmäßig und bricht Licht gleichmäßig. Schall breitet sich auch in amorphen Körpern in alle Richtungen gleichmäßig aus.

Die Eigenschaften amorpher Substanzen werden in modernen Technologien genutzt. Von besonderem Interesse sind Metalllegierungen, die keine kristalline Struktur haben und amorphe Festkörper sind. Sie heißen Metallbrille . Ihre physikalischen, mechanischen, elektrischen und anderen Eigenschaften unterscheiden sich von ähnlichen Eigenschaften herkömmlicher Metalle zum Besseren.

So werden in der Medizin amorphe Legierungen verwendet, deren Festigkeit die von Titan übertrifft. Sie werden verwendet, um Schrauben oder Platten herzustellen, die gebrochene Knochen verbinden. Im Gegensatz zu Befestigungselementen aus Titan zerfällt dieses Material allmählich und wird im Laufe der Zeit durch Knochenmaterial ersetzt.

Hochfeste Legierungen werden bei der Herstellung von Zerspanungswerkzeugen, Beschlägen, Federn und Teilen von Mechanismen verwendet.

In Japan wurde eine amorphe Legierung mit hoher magnetischer Permeabilität entwickelt. Durch den Einsatz in Trafokernen anstelle von strukturierten Trafoblechen können Wirbelstromverluste um den Faktor 20 reduziert werden.

Amorphe Metalle haben einzigartige Eigenschaften. Sie werden als Material der Zukunft bezeichnet.

Typ