Een amorfe vaste stof is een vaste stof waarvan de atomen zich niet in een regelmatig kristallijn patroon bevinden. Het woord amorf komt van het Griekse woord ámorphos, wat 'vormloos' betekent.
Wanneer materie in een vaste vorm is, kan het de vorm aannemen van een amorfe vaste stof, afhankelijk van de moleculaire structuur en hoe het werd afgekoeld. Voorbeelden van amorfe vaste stoffen zijn glas, plastic en gel, hoewel de meeste materialen door verwerking kunnen worden gevonden of amorf kunnen worden gemaakt.
Vaste stoffen en toestanden van materie
Er zijn drie hoofdtoestanden van materie: vaste toestand, vloeibare toestand en de gasvormige toestand. Gassen nemen de vorm en het volume van hun container aan, vloeistoffen behouden een volume maar nemen de vorm van hun container aan, en vaste stoffen behouden hun eigen vorm en volume.
Wanneer een vaste stof tot het smeltpunt wordt verwarmd, wordt het een vloeistof en wanneer een vloeistof tot het kookpunt wordt verwarmd, wordt het een gas. Het proces werkt ook omgekeerd: wanneer een gas wordt afgekoeld, condenseert het tot een vloeistof en wanneer een vloeistof wordt afgekoeld, bevriest het tot een vaste stof.
Amorfe vaste stoffen delen wat overeenkomsten met vloeistoffen, in die zin dat vloeistoffen ook geen regelmatige atomaire of moleculaire structuur hebben; in feite is in amorfe vaste stoffen de lijn tussen vast en vloeibaar niet goed gedefinieerd, waardoor het onmogelijk is voor hen om exacte smeltpunten te hebben. De meeste amorfe vaste stoffen behouden nog steeds hun eigen vorm en volume, zelfs met een ongeordende structuur.
Verschillende soorten vaste stoffen
Vaste stoffen kunnen worden ingedeeld in twee typen op basis van hun verschillende fundamentele structuren. Afhankelijk van of hun structuur regelmatig of ongeordend is, kunnen ze kristallijne vaste stoffen of niet-kristallijne amorfe materialen zijn.
Bijna elk materiaal kan amorf worden gemaakt als het snel genoeg wordt afgekoeld uit de vloeibare fase, maar sommige materialen zijn van nature amorf omdat hun samenstellende atomen of moleculen niet bij elkaar passen in een normale patroon. Andere materialen zijn amorf omdat ze gebreken of onzuiverheden bevatten die de vorming van een stabiel rooster verstoren.
Kristallijne vaste stoffen hebben hun moleculen of atomen gerangschikt in een herhalend patroon, genaamd a rasterstructuur. De kleinste herhalende eenheid van die roosterstructuur wordt een eenheidscel genoemd. Ze zijn het meest voorkomende type vaste stof. Als ze breken, doen ze dat vaak in platte vlakken en geometrische vormen.
Amorfe vaste stoffen hebben geen lange-afstandsvolgorde. Dit betekent dat het patroon van atomen of moleculen op de ene plaats in de vaste stof er totaal anders uit zal zien dan het patroon in een ander deel van de vaste stof. De meeste amorfe vaste stoffen hebben echter een korteafstandsvolgorde: een foto van een heel klein deel van de vaste stof op moleculair niveau kan er zelfs geordend uitzien!
Eigenschappen van amorfe vaste stoffen
Zoals vermeld, hebben amorfe vaste stoffen geen specifieke smeltpunten omdat er geen duidelijke afbakening is tussen hun vloeibare fase en amorfe vaste fase. Omdat de afstand tussen naburige atomen of moleculen over het hele materiaal varieert, beweegt thermische energie niet er gelijkmatig doorheen, wat betekent dat het langzaam zachter wordt over een breed temperatuurbereik in plaats van bij één temperatuur te smelten.
Amorfe vaste stoffen breken in gebogen of onregelmatige oppervlakken door hun gebrek aan interne structuur: stel je voor: verschil tussen het oppervlak van een gebroken kwartskristal (kristallijn) en een gebroken stuk obsidiaan (amorf). Hierdoor worden vaak gebroken amorfe vaste stoffen, zoals obsidiaan en glas, zeer scherp.
Röntgendiffractie is een veelgebruikte methode voor het identificeren van kristallijne materialen. Het werkt door te kijken naar het patroon van gereflecteerd of gebroken licht van het reguliere patroon van atomen in het materiaal. Het werkt echter niet op amorfe vaste stoffen, die geen regelmatig patroon hebben om ze mee te identificeren.
Voorbeelden van amorfe vaste stoffen
Veel voorkomende amorfe vaste stoffen zijn rubber, plastic en glas, hoewel dunne films ook vaak worden bestudeerd vanwege hun amorfe fasen. Suikerspin is ook een voorbeeld van een amorfe vaste stof, net als obsidiaan (dat ook als een glas kan worden beschouwd).