Ein amorpher Festkörper ist ein Festkörper, dessen Atome kein regelmäßiges kristallines Muster aufweisen. Das Wort amorph kommt vom griechischen Wort ámorphos, was „formlos“ bedeutet.
Wenn Materie in fester Form vorliegt, kann sie je nach ihrer molekularen Struktur und ihrer Abkühlung die Form eines amorphen Feststoffs annehmen. Beispiele für amorphe Feststoffe sind Glas, Kunststoff und Gel, obwohl die meisten Materialien entweder gefunden oder durch Verarbeitung amorph gemacht werden können.
Festkörper und Aggregatzustände
Es gibt drei Hauptzustände von Aggregaten: fester, flüssiger und gasförmiger Zustand. Gase nehmen die Form und das Volumen ihres Behälters an, Flüssigkeiten behalten ein Volumen, nehmen aber die Form ihres Behälters an und Feststoffe behalten ihre eigene Form und ihr eigenes Volumen.
Wenn ein Feststoff bis zum Schmelzpunkt erhitzt wird, wird er flüssig, und wenn eine Flüssigkeit bis zum Siedepunkt erhitzt wird, wird sie zu einem Gas. Der Vorgang funktioniert auch umgekehrt: Beim Abkühlen eines Gases kondensiert es zu einer Flüssigkeit, beim Abkühlen einer Flüssigkeit erstarrt es zu einem Festkörper.
Amorphe Feststoffe teilen einige Ähnlichkeiten mit Flüssigkeiten, indem Flüssigkeiten auch keine regelmäßige atomare oder molekulare Struktur aufweisen; Tatsächlich ist bei amorphen Feststoffen die Grenze zwischen fest und flüssig nicht genau definiert, was es unmöglich macht, dass sie genaue Schmelzpunkte haben. Die meisten amorphen Festkörper behalten selbst bei einer ungeordneten Struktur noch ihre eigene Form und ihr eigenes Volumen.
Verschiedene Arten von Feststoffen
Festkörper lassen sich aufgrund ihrer unterschiedlichen Grundstrukturen in zwei Typen einteilen. Je nachdem, ob ihre Struktur regelmäßig oder ungeordnet ist, können sie kristalline Feststoffe oder nichtkristalline amorphe Materialien sein.
Fast jedes Material kann amorph gemacht werden, wenn es schnell genug aus seiner flüssigen Phase abgekühlt wird, aber einige Materialien sind von Natur aus amorph, weil ihre Atome oder Moleküle nicht regelmäßig zusammenpassen können Muster. Andere Materialien sind amorph, weil sie Defekte oder Verunreinigungen enthalten, die die Bildung eines stabilen Gitters stören.
Kristalline Festkörper haben ihre Moleküle oder Atome in einem sich wiederholenden Muster, genannt a Gitterstruktur. Die kleinste sich wiederholende Einheit dieser Gitterstruktur wird als Elementarzelle bezeichnet. Sie sind die häufigste Art von Feststoffen. Wenn sie brechen, tun sie dies oft in flachen Gesichtern und geometrischen Formen.
Amorphe Festkörper haben keine Fernordnung. Dies bedeutet, dass das Muster der Atome oder Moleküle an einer Stelle des Festkörpers völlig anders aussieht als das Muster in einem anderen Teil des Festkörpers. Die meisten amorphen Festkörper haben jedoch eine Nahordnung: Ein Bild eines sehr kleinen Teils des Festkörpers auf molekularer Ebene kann tatsächlich geordnet aussehen!
Eigenschaften amorpher Feststoffe
Wie erwähnt, haben amorphe Feststoffe keine spezifischen Schmelzpunkte, da es keine klare Abgrenzung zwischen ihrer flüssigen Phase und der amorphen festen Phase gibt. Da der Abstand zwischen benachbarten Atomen oder Molekülen über das gesamte Material variiert, bewegt sich die Wärmeenergie nicht gleichmäßig durch, was bedeutet, dass es über einen weiten Temperaturbereich langsam erweicht, anstatt bei einer Temperatur zu schmelzen.
Amorphe Festkörper brechen aufgrund ihrer fehlenden inneren Struktur in gekrümmte oder unregelmäßige Oberflächen: Stellen Sie sich vor, Unterschied zwischen der Oberfläche eines gebrochenen Quarzkristalls (kristallin) und eines gebrochenen Stücks Obsidian (amorph). Dies führt oft dazu, dass zerbrochene amorphe Feststoffe wie Obsidian und Glas, sehr scharf.
Röntgenbeugung ist ein gängiges Verfahren zur Identifizierung kristalliner Materialien. Es funktioniert, indem es das Muster des reflektierten oder gebrochenen Lichts aus dem regelmäßigen Muster der Atome im Material betrachtet. Es funktioniert jedoch nicht bei amorphen Festkörpern, die kein regelmäßiges Muster haben, mit dem sie identifiziert werden können.
Beispiele für amorphe Feststoffe
Zu den üblichen amorphen Feststoffen gehören Gummi, Kunststoff und Glas, obwohl auch dünne Filme oft auf ihre amorphen Phasen untersucht werden. Zuckerwatte ist auch ein Beispiel für einen amorphen Feststoff, ebenso wie Obsidian (der auch als Glas angesehen werden kann).