Bezpostaciowe ciało stałe to ciało stałe, którego atomy nie mają regularnego wzoru krystalicznego. Słowo amorficzny pochodzi od greckiego słowa ámorphos, które oznacza „bezkształtny”.
Gdy materia jest w postaci stałej, może przybrać postać ciała amorficznego, w zależności od jej struktury molekularnej i sposobu, w jaki została schłodzona. Przykłady amorficznych ciał stałych obejmują szkło, plastik i żel, chociaż większość materiałów można znaleźć lub uczynić amorficznym w wyniku przetwarzania.
Ciała stałe i stany materii
Istnieją trzy główne stany materii: stan stały, stan ciekły i stan gazowy. Gazy przyjmują kształt i objętość swojego pojemnika, ciecze zachowują objętość, ale przyjmują kształt swojego pojemnika, a ciała stałe zachowują swój własny kształt i objętość.
Gdy ciało stałe jest podgrzewane do temperatury topnienia, staje się cieczą, a gdy ciecz jest podgrzewana do temperatury wrzenia, staje się gazem. Proces działa również w odwrotnym kierunku: gdy gaz jest schładzany, skrapla się do cieczy, a gdy ciecz jest chłodzona, zamarza w ciało stałe.
Amorficzne ciała stałe mają trochę wspólnego podobieństwa do płynów, w tym płyny również nie mają regularnej struktury atomowej lub molekularnej; w rzeczywistości w amorficznych ciałach stałych granica między ciałem stałym a cieczą nie jest dobrze zdefiniowana, co uniemożliwia im ustalenie dokładnych temperatur topnienia. Większość amorficznych ciał stałych nadal zachowuje swój własny kształt i objętość, nawet przy nieuporządkowanej strukturze.
Różne rodzaje ciał stałych
Bryły można podzielić na dwa typy na podstawie ich różnych podstawowych struktur. W zależności od tego, czy ich struktura jest regularna czy nieuporządkowana, mogą to być krystaliczne ciała stałe lub niekrystaliczne materiały amorficzne.
Prawie każdy materiał może stać się amorficzny, jeśli zostanie wystarczająco szybko schłodzony z fazy ciekłej, ale niektóre materiały są naturalnie amorficzne, ponieważ ich atomy lub cząsteczki składowe nie mogą pasować do siebie w regularny sposób wzór. Inne materiały są amorficzne, ponieważ zawierają defekty lub zanieczyszczenia, które zakłócają tworzenie stabilnej sieci.
Krystaliczne ciała stałe mają swoje cząsteczki lub atomy ułożone w powtarzający się wzór, zwany a struktura sieciowa. Najmniejsza powtarzająca się jednostka tej struktury sieciowej nazywana jest komórką elementarną. Są najczęstszym rodzajem ciała stałego. Kiedy pękają, często robią to w płaskich twarzach i geometrycznych kształtach.
Amorficzne ciała stałe nie mają uporządkowania dalekiego zasięgu. Oznacza to, że wzór atomów lub cząsteczek w jednym miejscu ciała stałego będzie wyglądał zupełnie inaczej niż wzór w innej części ciała stałego. Jednak większość amorficznych ciał stałych ma uporządkowanie bliskiego zasięgu: obraz bardzo małej części ciała stałego na poziomie molekularnym może w rzeczywistości wyglądać na uporządkowany!
Właściwości amorficznych ciał stałych
Jak wspomniano, amorficzne ciała stałe nie mają określonych temperatur topnienia, ponieważ nie ma wyraźnego rozgraniczenia między ich fazą ciekłą a amorficzną fazą stałą. Ponieważ odległość między sąsiednimi atomami lub cząsteczkami zmienia się w całym materiale, energia cieplna nie porusza się przez nią równomiernie, co oznacza, że powoli mięknie w szerokim zakresie temperatur, zamiast topić się w jednej temperaturze.
Amorficzne ciała stałe rozpadają się na zakrzywione lub nieregularne powierzchnie z powodu braku wewnętrznej struktury: Wyobraź sobie różnica między powierzchnią rozbitego kryształu kwarcu (krystalicznego) a rozbitym kawałkiem obsydianu (amorficzny). Często powoduje to rozbicie amorficznych ciał stałych, takich jak obsydian i szkło, bardzo ostre.
Dyfrakcja rentgenowska jest powszechną metodą identyfikacji materiałów krystalicznych. Działa, patrząc na wzór odbitego lub załamanego światła od regularnego wzoru atomów w materiale. Nie działa jednak na amorficznych ciałach stałych, które nie mają regularnego wzoru, z którym można by je zidentyfikować.
Przykłady amorficznych ciał stałych
Powszechnie spotykane amorficzne ciała stałe obejmują gumę, plastik i szkło, chociaż cienkie folie są również często badane pod kątem ich faz amorficznych. Wata cukrowa jest również przykładem amorficznego ciała stałego, podobnie jak obsydian (który można również uznać za szkło).