Аморфное твердое тело - это твердое тело, атомы которого не находятся в правильном кристаллическом узоре. Слово аморфный происходит от греческого слова ámorphos, что означает «бесформенный».
Когда вещество находится в твердой форме, оно может принимать форму аморфного твердого вещества в зависимости от его молекулярной структуры и способа охлаждения. Примеры аморфных твердых веществ включают стекло, пластик и гель, хотя большинство материалов можно либо найти, либо сделать аморфными в результате обработки.
Твердые тела и состояния материи
Существует три основных состояния вещества: твердое, жидкое и газообразное. Газы принимают форму и объем своего сосуда, жидкости сохраняют объем, но принимают форму своего сосуда, а твердые тела сохраняют свою форму и объем.
Когда твердое тело нагревается до точки плавления, оно становится жидкостью, а когда жидкость нагревается до точки кипения, она становится газом. Процесс также работает в обратном направлении: когда газ охлаждается, он конденсируется в жидкость, а когда жидкость охлаждается, он замерзает в твердое тело.
Аморфные твердые тела разделяют некоторые сходство с жидкостямив том, что жидкости также не имеют регулярной атомной или молекулярной структуры; фактически, в аморфных твердых телах граница между твердым телом и жидкостью четко не определена, что делает невозможным получение точных точек плавления. Большинство аморфных твердых тел все еще сохраняют свою форму и объем даже при неупорядоченной структуре.
Различные типы твердых тел
Твердые тела можно разделить на два типа в зависимости от их различных фундаментальных структур. В зависимости от того, является ли их структура регулярной или неупорядоченной, они могут быть кристаллическими твердыми телами или некристаллическими аморфными материалами.
Практически любой материал можно сделать аморфным, если его достаточно быстро охладить от жидкой фазы, но некоторые материалы по своей природе аморфны, потому что составляющие их атомы или молекулы не могут соответствовать друг другу в обычном шаблон. Другие материалы являются аморфными, потому что они содержат дефекты или примеси, которые нарушают создание стабильной решетки.
В кристаллических твердых телах молекулы или атомы расположены в повторяющемся узоре, называемом решетчатая структура. Наименьший повторяющийся элемент этой решетчатой структуры называется элементарной ячейкой. Они являются наиболее распространенным типом твердых тел. Когда они ломаются, они часто имеют плоские грани и геометрические формы.
Аморфные твердые тела не имеют дальнего порядка. Это означает, что узор атомов или молекул в одном месте твердого тела будет полностью отличаться от узора в другой части твердого тела. Однако большинство аморфных твердых тел имеют ближний порядок: изображение очень маленькой части твердого тела на молекулярном уровне может действительно выглядеть упорядоченным!
Свойства аморфных твердых тел
Как уже упоминалось, аморфные твердые вещества не имеют определенных температур плавления, поскольку нет четкого разграничения между их жидкой фазой и аморфной твердой фазой. Поскольку расстояние между соседними атомами или молекулами варьируется по всему материалу, тепловая энергия не перемещается. через него равномерно, что означает, что он медленно размягчается в широком диапазоне температур, а не плавится при одной температуре.
Аморфные твердые тела распадаются на изогнутые или неправильные поверхности из-за отсутствия внутренней структуры: представьте себе разница между поверхностью разбитого кристалла кварца (кристаллического) и осколком обсидиана (аморфный). Это часто приводит к образованию разбитых аморфных твердых тел, таких как обсидиан и стекло, очень острый.
Рентгеновская дифракция - распространенный метод идентификации кристаллических материалов. Он работает, глядя на образец отраженного или преломленного света от регулярного узора атомов в материале. Однако он не работает с аморфными твердыми телами, у которых нет регулярного рисунка для их идентификации.
Примеры аморфных твердых тел
Обычные аморфные твердые вещества включают резину, пластик и стекло, хотя тонкие пленки также часто исследуются на предмет их аморфных фаз. Сахарная вата также является примером аморфного твердого вещества, как обсидиан (который также можно рассматривать как стекло).