- Struktura amorficznych ciał stałych
- Nieruchomości
- Przygotowanie
- Przykłady amorficznych ciał stałych
- Minerały i tworzywa sztuczne
- Tkanka biologiczna
- Okulary
- Węgiel i metale
- Bibliografia
W amorficzne są te, bez dużej odległości uporządkowaną strukturę. Są przeciwieństwem tego, co jest znane jako krystaliczne ciało stałe. Jego cząsteczki łączą się w nieuporządkowany sposób, podobnie jak w przypadku cieczy, ale z wystarczającą siłą, aby połączyć się w stałą strukturę.
Ta bezpostaciowa postać występuje częściej, niż mogłoby się wydawać; w rzeczywistości jest to jeden z możliwych stanów, jakie może przyjąć materia skondensowana. Rozumie się przez to, że każdy związek zdolny do zestalenia, a zatem do krystalizacji, może również ulegać aglomeracji w nieuporządkowany sposób, jeśli pozwalają na to warunki eksperymentalne.
Wata cukrowa jest przykładem amorficznej substancji stałej. Źródło: Pixabay.
Powyższe dotyczy zwykle czystych substancji, czy to pierwiastków, czy związków. Ale jest to również ważne w przypadku mieszanin. Wiele stałych mieszanin jest amorficznych, takich jak wata cukrowa, czekolada, majonez lub tłuczone ziemniaki.
Fakt, że ciało stałe jest amorficzne, nie czyni go mniej wartościowym niż ciało krystaliczne. Nieład strukturalny czasami nadaje mu unikalne właściwości, których nie wykazywałby w stanie krystalicznym. Na przykład, w przemyśle fotowoltaicznym krzem amorficzny jest korzystniejszy niż krystaliczny w niektórych zastosowaniach na małą skalę.
Struktura amorficznych ciał stałych
Różnica między strukturą krystaliczną a strukturą amorficzną. Źródło: Gabriel Bolívar.
Struktura amorficznego ciała stałego jest niechlujna; brakuje mu okresowości lub wzoru strukturalnego. Powyższy obrazek ilustruje ten punkt. A oznacza krystaliczną substancję stałą, podczas gdy B oznacza bezpostaciową substancję stałą. Zwróć uwagę, że w B fioletowe romby są ułożone dowolnie, mimo że zarówno w A, jak i B istnieją tego samego rodzaju interakcji.
Jeśli spojrzysz również na B, zobaczysz, że są spacje, które wydają się puste; to znaczy konstrukcja ma wady lub nieprawidłowości. Dlatego część mikroskopijnego lub wewnętrznego nieładu amorficznego ciała stałego wynika z „ułożenia” jego cząstek w taki sposób, że uzyskana struktura ma wiele niedoskonałości.
Na początku wspomniano o zakresie w stopniu uporządkowania amorficznych ciał stałych. W B jest tylko kilka rombów, które wydają się być starannie wyrównane. Mogą być zamówione regiony; ale tylko z bliskiej odległości.
Mówi się wtedy, że bezpostaciowe ciało stałe składa się z niezmierzonych drobnych kryształów o różnych strukturach. Suma wszystkich tych struktur staje się labiryntem i bez znaczenia: struktura globalna staje się amorficzna, złożona z nieskończonych bloków krystalicznych rozrzuconych wszędzie.
Nieruchomości
Właściwości amorficznego ciała stałego różnią się w zależności od natury jego cząstek składowych. Można jednak wspomnieć o pewnych ogólnych cechach. Amorficzne ciała stałe mogą być szkliste, gdy mają podobne aspekty do kryształów; lub galaretowaty, żywiczny lub pylisty.
Ponieważ ich struktura jest nieuporządkowana, nie generują one wiarygodnych widm dyfrakcyjnych promieniowania rentgenowskiego, podobnie jak ich temperatury topnienia nie są precyzyjne, ale raczej pokrywają zakres wartości.
Na przykład temperatura topnienia bezpostaciowego ciała stałego może wynosić od 20 do 60 ° C. Tymczasem krystaliczne ciała stałe topią się w określonej temperaturze lub w wąskim zakresie, jeśli zawierają wiele zanieczyszczeń.
Inną cechą charakterystyczną amorficznych ciał stałych jest to, że kiedy pękają lub pękają, nie powstają fragmenty geometryczne o płaskich powierzchniach, ale nieregularne fragmenty o zakrzywionych powierzchniach. Kiedy nie są szkliste, pojawiają się jako zakurzone i nieprzezroczyste ciała.
Przygotowanie
To coś więcej niż bezpostaciowe ciało stałe - pojęcie to należy traktować jako „stan amorficzny”. Wszystkie związki (jonowe, molekularne, polimerowe, metaliczne itp.) Są zdolne do pewnego momentu, jeśli pozwalają na to warunki eksperymentalne, do tworzenia amorficznych i niekrystalicznych ciał stałych.
Na przykład w syntezach organicznych związki stałe są początkowo otrzymywane jako masy sypkie. Jego zawartość zanieczyszczeń jest tak duża, że na dłuższą metę wpływają na porządek molekularny. Dlatego, gdy produkt ciągle rekrystalizuje, ciało stałe staje się coraz bardziej krystaliczne; traci swój amorficzny charakter.
Nie oznacza to jednak, że bezpostaciowe ciała stałe są koniecznie materiałami zanieczyszczonymi; kilka z nich jest amorficznych ze względu na swój własny charakter chemiczny.
Czysta substancja może zestalić się amorficznie, jeśli jej ciecz zostanie nagle ochłodzona, w taki sposób, że jej cząstki nie krystalizują, ale przyjmują szklistą konfigurację. Chłodzenie jest tak szybkie, że cząsteczki nie mają wystarczająco dużo czasu, aby pomieścić krystaliczne bloki, którym ledwo się „rodzą”.
Na przykład woda może istnieć w stanie szklistym, amorficznym, a nie tylko jako lód.
Przykłady amorficznych ciał stałych
Minerały i tworzywa sztuczne
Obsydian jest jednym z niewielu znanych minerałów amorficznych. Źródło: Pixabay.
Praktycznie każdy materiał krystaliczny może nadać się do postaci amorficznej (i odwrotnie). Dzieje się tak w przypadku niektórych minerałów, które z przyczyn geochemicznych nie mogły formalnie ustalić swoich konwencjonalnych kryształów. Z drugiej strony, inne nie tworzą kryształów, ale szkło; tak jest w przypadku obsydianu.
Z drugiej strony polimery mają tendencję do zestalania się amorficznie, ponieważ ich cząsteczki są zbyt duże, aby zdefiniować uporządkowaną strukturę. Tu wkraczają między innymi żywice, kauczuki, styropian (anime), tworzywa sztuczne, teflon, bakelit.
Tkanka biologiczna
Biologiczne ciała stałe są przeważnie amorficzne, takie jak: tkanki narządów, skóra, włosy, rogówka itp. Podobnie tłuszcz i białka tworzą bezpostaciowe masy; Jednak przy odpowiednim przygotowaniu mogą ulec krystalizacji (kryształy DNA, białka, tłuszcze).
Okulary
Szkło, amorficzne ciało stałe
Chociaż pozostawiono je prawie ostatnie, najbardziej reprezentatywnym amorficznym ciałem stałym jest zdecydowanie samo szkło. Jego skład jest zasadniczo taki sam jak kwarcu: SiO 2 . Zarówno kryształ kwarcu, jak i szkło to trójwymiarowe sieci kowalencyjne; tylko, że krata szklana jest niechlujna, z wiązaniami Si-O o różnych długościach.
Próbka szkła metalicznego
Szkło jest kwintesencją amorficznego ciała stałego, a materiały, które przybierają podobny wygląd, są określane jako szkliste.
Węgiel i metale
Mamy amorficzny węgiel, węgiel aktywny jest jednym z najważniejszych dla jego zdolności absorpcyjnych. Istnieje również amorficzny krzem i german, w zastosowaniach elektronicznych, w których działają jako półprzewodniki.
I wreszcie są stopy amorficzne, które ze względu na dysproporcje ich zgodnych atomów metali nie tworzą struktury krystalicznej.
Bibliografia
- Whitten, Davis, Peck & Stanley. (2008). Chemia (8th ed.). CENGAGE Learning.
- Shiver & Atkins. (2008). Chemia nieorganiczna. (Czwarta edycja). Mc Graw Hill.
- Rachel Bernstein i Anthony Carpi. (2020). Właściwości ciał stałych. Odzyskany z: visionlearning.com
- Wikipedia. (2020). Amorficzne ciało stałe. Odzyskane z: en.wikipedia.org
- Richard Zallen, Ronald Walter Douglas i inni. (31 lipca 2019). Amorficzne ciało stałe. Encyclopædia Britannica. Odzyskany z: britannica.com
- Elsevier BV (2020). Amorficzne ciało stałe. ScienceDirect. Odzyskany z: sciencedirect.com
- Danielle Reid. (2020). Amorficzne ciało stałe: definicja i przykłady. Badanie. Odzyskany z: study.com
- Grafika kostki Rubika. (2008). Co to jest materiał amorficzny? Odzyskany z: web.physics.ucsb.edu