Έχετε αναρωτηθεί ποτέ ποιες είναι οι μυστηριώδεις άμορφες ουσίες; Στη δομή, διαφέρουν τόσο από στερεά όσο και από υγρά. Το γεγονός είναι ότι τέτοια σώματα βρίσκονται σε μια ειδική συμπυκνωμένη κατάσταση, η οποία έχει μόνο τάξη μικρής εμβέλειας. Παραδείγματα άμορφων ουσιών είναι η ρητίνη, το γυαλί, το κεχριμπάρι, το καουτσούκ, το πολυαιθυλένιο, το πολυβινυλοχλωρίδιο (τα αγαπημένα μας πλαστικά παράθυρα), διάφορα πολυμερή και άλλα. Αυτά είναι στερεά που δεν έχουν κρυσταλλικό πλέγμα. Περιλαμβάνουν επίσης στεγανωτικό κερί, διάφορες κόλλες, εβονίτη και πλαστικά.
Ασυνήθιστες ιδιότητες άμορφων ουσιών
Κατά τη διάσπαση, τα πρόσωπα δεν σχηματίζονται σε άμορφα σώματα. Τα σωματίδια είναι εντελώς τυχαία και βρίσκονται σε κοντινή απόσταση μεταξύ τους. Μπορούν να είναι και πολύ παχύρρευστα και παχύρρευστα. Πώς επηρεάζονται από εξωτερικές επιρροές; Υπό την επίδραση διαφόρων θερμοκρασιών, τα σώματα γίνονται ρευστά, όπως τα υγρά, και ταυτόχρονα αρκετά ελαστικά. Στην περίπτωση που η εξωτερική πρόσκρουση δεν διαρκεί πολύ, οι ουσίες μιας άμορφης δομής μπορούν να σπάσουν σε κομμάτια με ένα ισχυρό χτύπημα. μακρύςεξωτερική επιρροή τους κάνει να ρέουν απλά.
Δοκιμάστε ένα μικρό πείραμα με ρητίνη στο σπίτι. Τοποθετήστε το σε μια σκληρή επιφάνεια και θα παρατηρήσετε ότι αρχίζει να ρέει ομαλά. Σωστά, είναι άμορφη ουσία! Η ταχύτητα εξαρτάται από τους δείκτες θερμοκρασίας. Εάν είναι πολύ υψηλό, τότε η ρητίνη θα αρχίσει να απλώνεται αισθητά πιο γρήγορα.
Τι άλλο είναι χαρακτηριστικό για τέτοια σώματα; Μπορούν να πάρουν οποιαδήποτε μορφή. Εάν άμορφες ουσίες με τη μορφή μικρών σωματιδίων τοποθετηθούν σε ένα δοχείο, για παράδειγμα, σε μια κανάτα, τότε θα λάβουν επίσης τη μορφή δοχείου. Είναι επίσης ισότροπα, δηλαδή παρουσιάζουν τις ίδιες φυσικές ιδιότητες προς όλες τις κατευθύνσεις.
Τήξη και μετάβαση σε άλλες καταστάσεις. Μέταλλο και γυαλί
Η άμορφη κατάσταση της ύλης δεν συνεπάγεται τη διατήρηση κάποιας συγκεκριμένης θερμοκρασίας. Σε χαμηλούς ρυθμούς τα σώματα παγώνουν, σε υψηλούς ρυθμούς λιώνουν. Παρεμπιπτόντως, ο βαθμός ιξώδους τέτοιων ουσιών εξαρτάται επίσης από αυτό. Οι χαμηλές θερμοκρασίες συμβάλλουν στο μειωμένο ιξώδες, οι υψηλές, αντίθετα, το αυξάνουν.
Για ουσίες άμορφου τύπου, μπορεί να διακριθεί ένα ακόμη χαρακτηριστικό - η μετάβαση στην κρυσταλλική κατάσταση και η αυθόρμητη. Γιατί συμβαίνει αυτό? Η εσωτερική ενέργεια σε ένα κρυσταλλικό σώμα είναι πολύ μικρότερη από ό,τι σε ένα άμορφο. Μπορούμε να το δούμε στο παράδειγμα των προϊόντων γυαλιού - με την πάροδο του χρόνου, τα ποτήρια γίνονται θολά.
Μεταλλικό γυαλί - τι είναι; Το μέταλλο μπορεί να αφαιρεθεί από το κρυσταλλικό πλέγμακατά την τήξη, δηλαδή να γίνει υαλώδης μια ουσία άμορφης δομής. Κατά τη στερεοποίηση υπό τεχνητή ψύξη, σχηματίζεται ξανά το κρυσταλλικό πλέγμα. Το άμορφο μέταλλο έχει απλά εκπληκτική αντοχή στη διάβρωση. Για παράδειγμα, ένα αμάξωμα αυτοκινήτου φτιαγμένο από αυτό δεν θα χρειαζόταν διάφορες επικαλύψεις, αφού δεν θα υπόκειτο σε αυθόρμητη καταστροφή. Άμορφη ουσία είναι ένα σώμα του οποίου η ατομική δομή έχει άνευ προηγουμένου αντοχή, πράγμα που σημαίνει ότι ένα άμορφο μέταλλο θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί σε απολύτως οποιονδήποτε βιομηχανικό τομέα.
Κρυσταλλική δομή ουσιών
Για να γνωρίζεις καλά τα χαρακτηριστικά των μετάλλων και να μπορείς να δουλεύεις με αυτά, πρέπει να έχεις γνώσεις για την κρυσταλλική δομή ορισμένων ουσιών. Η παραγωγή μεταλλικών προϊόντων και ο τομέας της μεταλλουργίας δεν θα μπορούσαν να έχουν τέτοια εξέλιξη εάν οι άνθρωποι δεν είχαν ορισμένες γνώσεις σχετικά με τις αλλαγές στη δομή των κραμάτων, τις τεχνολογικές μεθόδους και τα λειτουργικά χαρακτηριστικά.
Οι τέσσερις καταστάσεις της ύλης
Είναι ευρέως γνωστό ότι υπάρχουν τέσσερις καταστάσεις συσσωμάτωσης: στερεό, υγρό, αέριο, πλάσμα. Οι στερεές άμορφες ουσίες μπορεί επίσης να είναι κρυσταλλικές. Με μια τέτοια δομή, μπορεί να παρατηρηθεί χωρική περιοδικότητα στη διάταξη των σωματιδίων. Αυτά τα σωματίδια στους κρυστάλλους μπορούν να εκτελούν περιοδική κίνηση. Σε όλα τα σώματα που παρατηρούμε σε αέρια ή υγρή κατάσταση, μπορεί κανείς να παρατηρήσει την κίνηση των σωματιδίων με τη μορφή μιας χαοτικής αταξίας. Άμορφα στερεά (όπως μέταλλα σεσυμπυκνωμένη κατάσταση: εβονίτης, προϊόντα γυαλιού, ρητίνες) μπορούν να ονομαστούν υγρά κατεψυγμένου τύπου, επειδή όταν αλλάζουν σχήμα, μπορείτε να παρατηρήσετε ένα τέτοιο χαρακτηριστικό γνώρισμα όπως το ιξώδες.
Η διαφορά μεταξύ άμορφων σωμάτων από αέρια και υγρά
Εκδηλώσεις πλαστικότητας, ελαστικότητας, σκλήρυνσης κατά την παραμόρφωση είναι χαρακτηριστικές σε πολλά σώματα. Οι κρυσταλλικές και οι άμορφες ουσίες έχουν αυτά τα χαρακτηριστικά σε μεγαλύτερο βαθμό, ενώ τα υγρά και τα αέρια όχι. Αλλά από την άλλη, μπορείτε να δείτε ότι συμβάλλουν σε μια ελαστική αλλαγή στον όγκο.
Κρυσταλλικές και άμορφες ουσίες. Μηχανικές και φυσικές ιδιότητες
Τι είναι οι κρυσταλλικές και οι άμορφες ουσίες; Όπως αναφέρθηκε παραπάνω, άμορφα μπορούν να ονομαστούν εκείνα τα σώματα που έχουν τεράστιο συντελεστή ιξώδους και σε συνηθισμένη θερμοκρασία η ρευστότητά τους είναι αδύνατη. Αλλά η υψηλή θερμοκρασία, αντίθετα, τους επιτρέπει να είναι ρευστά, σαν υγρό.
Οι κρυσταλλικού τύπου φαίνεται να είναι εντελώς διαφορετικές. Αυτά τα στερεά μπορούν να έχουν το δικό τους σημείο τήξης ανάλογα με την εξωτερική πίεση. Η λήψη κρυστάλλων είναι δυνατή εάν το υγρό κρυώσει. Εάν δεν λάβετε ορισμένα μέτρα, τότε μπορείτε να παρατηρήσετε ότι διάφορα κέντρα κρυστάλλωσης αρχίζουν να εμφανίζονται σε υγρή κατάσταση. Στην περιοχή που περιβάλλει αυτά τα κέντρα, εμφανίζεται ο σχηματισμός ενός στερεού. Πολύ μικροί κρύσταλλοι αρχίζουν να συνδυάζονται μεταξύ τους με τυχαία σειρά και προκύπτει ένας λεγόμενος πολυκρύσταλλος. Ένα τέτοιο σώμα είναιισοτροπικό.
Χαρακτηριστικά των ουσιών
Τι καθορίζει τα φυσικά και μηχανικά χαρακτηριστικά των σωμάτων; Οι ατομικοί δεσμοί είναι σημαντικοί, όπως και ο τύπος της κρυσταλλικής δομής. Οι ιοντικοί κρύσταλλοι χαρακτηρίζονται από ιοντικούς δεσμούς, που σημαίνει ομαλή μετάβαση από το ένα άτομο στο άλλο. Σε αυτή την περίπτωση, ο σχηματισμός θετικά και αρνητικά φορτισμένων σωματιδίων. Μπορούμε να παρατηρήσουμε τον ιοντικό δεσμό σε ένα απλό παράδειγμα - τέτοια χαρακτηριστικά είναι χαρακτηριστικά διαφόρων οξειδίων και αλάτων. Ένα άλλο χαρακτηριστικό των ιοντικών κρυστάλλων είναι η χαμηλή αγωγιμότητα της θερμότητας, αλλά η απόδοσή τους μπορεί να αυξηθεί σημαντικά όταν θερμαίνεται. Στους κόμβους του κρυσταλλικού πλέγματος, μπορείτε να δείτε διάφορα μόρια που διακρίνονται από ισχυρούς ατομικούς δεσμούς.
Πολλά ορυκτά που βρίσκουμε παντού στη φύση έχουν κρυσταλλική δομή. Και η άμορφη κατάσταση της ύλης είναι επίσης η φύση στην πιο καθαρή της μορφή. Μόνο σε αυτή την περίπτωση το σώμα είναι κάτι άμορφο, αλλά οι κρύσταλλοι μπορούν να πάρουν τη μορφή των πιο όμορφων πολύεδρων με επίπεδα πρόσωπα, καθώς και να σχηματίσουν νέα στερεά σώματα εκπληκτικής ομορφιάς και αγνότητας.
Τι είναι οι κρύσταλλοι; Άμορφη-κρυσταλλική δομή
Το σχήμα τέτοιων σωμάτων είναι σταθερό για μια συγκεκριμένη σύνδεση. Για παράδειγμα, το βηρύλ μοιάζει πάντα με ένα εξαγωνικό πρίσμα. Κάντε ένα μικρό πείραμα. Παίρνουμε ένα μικρό κρύσταλλο κυβικού αλατιού (μπάλα) και το βάζουμε σε ειδικό διάλυμα όσο το δυνατόν πιο κορεσμένο με το ίδιο αλάτι. Με την πάροδο του χρόνου, θα παρατηρήσετε ότι αυτό το σώμα έχει παραμείνει αναλλοίωτο - έχει και πάλι αποκτήσειτο σχήμα ενός κύβου ή μιας μπάλας, που είναι εγγενές στους κρυστάλλους αλατιού.
Οι άμορφες-κρυσταλλικές ουσίες είναι τέτοια σώματα που μπορούν να περιέχουν τόσο άμορφες όσο και κρυσταλλικές φάσεις. Τι επηρεάζει τις ιδιότητες των υλικών μιας τέτοιας δομής; Κυρίως διαφορετική αναλογία όγκων και διαφορετική διάταξη μεταξύ τους. Συνήθη παραδείγματα τέτοιων ουσιών είναι υλικά από κεραμικά, πορσελάνη, υαλοκεραμικά. Από τον πίνακα ιδιοτήτων υλικών με άμορφη-κρυσταλλική δομή, γίνεται γνωστό ότι η πορσελάνη περιέχει το μέγιστο ποσοστό γυάλινης φάσης. Τα ποσοστά κυμαίνονται μεταξύ 40-60 τοις εκατό. Θα δούμε τη χαμηλότερη περιεκτικότητα στο παράδειγμα της χύτευσης πέτρας - λιγότερο από 5 τοις εκατό. Ταυτόχρονα, τα κεραμικά πλακίδια θα έχουν μεγαλύτερη απορρόφηση νερού.
Όπως γνωρίζετε, τα βιομηχανικά υλικά όπως η πορσελάνη, τα κεραμικά πλακίδια, η χύτευση πέτρας και η υαλοκεραμική είναι άμορφες-κρυσταλλικές ουσίες, γιατί περιέχουν υαλώδεις φάσεις και ταυτόχρονα κρυστάλλους στη σύνθεσή τους. Ταυτόχρονα, πρέπει να σημειωθεί ότι οι ιδιότητες των υλικών δεν εξαρτώνται από την περιεκτικότητα σε γυάλινες φάσεις σε αυτό.
Άμορφα μέταλλα
Η χρήση άμορφων ουσιών γίνεται πιο ενεργά στον τομέα της ιατρικής. Για παράδειγμα, το μέταλλο που ψύχεται γρήγορα χρησιμοποιείται ενεργά στη χειρουργική. Χάρη στις εξελίξεις που σχετίζονται με αυτό, πολλοί άνθρωποι μπόρεσαν να κινηθούν ανεξάρτητα μετά από σοβαρούς τραυματισμούς. Το θέμα είναι ότι η ουσία μιας άμορφης δομής είναι ένα εξαιρετικό βιοϋλικό για εμφύτευση στα οστά. Ελήφθηεισάγονται ειδικές βίδες, πλάκες, καρφίτσες, καρφίτσες σε περίπτωση σοβαρών καταγμάτων. Προηγουμένως, ο χάλυβας και το τιτάνιο χρησιμοποιούνταν για τέτοιους σκοπούς στη χειρουργική. Μόνο αργότερα παρατηρήθηκε ότι οι άμορφες ουσίες αποσυντίθενται πολύ αργά στο σώμα και αυτή η εκπληκτική ιδιότητα καθιστά δυνατή την ανάκτηση των οστικών ιστών. Στη συνέχεια, η ουσία αντικαθίσταται από οστό.
Χρήση άμορφων ουσιών στη μετρολογία και τη μηχανική ακριβείας
Η ακριβής μηχανική βασίζεται ακριβώς στην ακρίβεια, και ως εκ τούτου ονομάζεται έτσι. Ιδιαίτερα σημαντικό ρόλο σε αυτόν τον κλάδο, καθώς και στη μετρολογία, παίζουν οι εξαιρετικά ακριβείς δείκτες των οργάνων μέτρησης· αυτό μπορεί να επιτευχθεί με τη χρήση άμορφων σωμάτων σε συσκευές. Χάρη σε ακριβείς μετρήσεις, διεξάγεται εργαστηριακή και επιστημονική έρευνα σε ινστιτούτα στον τομέα της μηχανικής και της φυσικής, λαμβάνονται νέα φάρμακα και βελτιώνεται η επιστημονική γνώση.
Πολυμερή
Ένα άλλο παράδειγμα χρήσης μιας άμορφης ουσίας είναι τα πολυμερή. Μπορούν σιγά σιγά να αλλάξουν από στερεό σε υγρό, ενώ τα κρυσταλλικά πολυμερή χαρακτηρίζονται από σημείο τήξης και όχι σημείο μαλάκυνσης. Ποια είναι η φυσική κατάσταση των άμορφων πολυμερών; Εάν δώσετε σε αυτές τις ουσίες χαμηλή θερμοκρασία, μπορείτε να δείτε ότι θα είναι σε υαλώδη κατάσταση και θα εμφανίζουν τις ιδιότητες των στερεών. Η σταδιακή θέρμανση προκαλεί τα πολυμερή να αρχίσουν να μετακινούνται σε κατάσταση αυξημένης ελαστικότητας.
Άμορφες ουσίες, παραδείγματα των οποίων μόλις δώσαμε, χρησιμοποιούνται εντατικά σεβιομηχανία. Η υπερελαστική κατάσταση επιτρέπει στα πολυμερή να παραμορφωθούν με οποιονδήποτε τρόπο, και αυτή η κατάσταση επιτυγχάνεται λόγω της αυξημένης ευκαμψίας των συνδέσμων και των μορίων. Μια περαιτέρω αύξηση της θερμοκρασίας οδηγεί στο γεγονός ότι το πολυμερές αποκτά ακόμη πιο ελαστικές ιδιότητες. Αρχίζει να περνά σε ειδική ρευστή και παχύρρευστη κατάσταση.
Εάν αφήσετε την κατάσταση ανεξέλεγκτη και δεν αποτρέψετε περαιτέρω αύξηση της θερμοκρασίας, το πολυμερές θα υποστεί αποικοδόμηση, δηλαδή καταστροφή. Η παχύρρευστη κατάσταση δείχνει ότι όλες οι μονάδες του μακρομορίου είναι πολύ κινητές. Όταν ένα μόριο πολυμερούς ρέει, οι σύνδεσμοι όχι μόνο ισιώνουν, αλλά και πλησιάζουν πολύ ο ένας στον άλλο. Η διαμοριακή δράση μετατρέπει το πολυμερές σε σκληρή ουσία (καουτσούκ). Αυτή η διαδικασία ονομάζεται μηχανική μετάβαση γυαλιού. Η ουσία που προκύπτει χρησιμοποιείται για την παραγωγή μεμβρανών και ινών.
Πολυαμίδια, πολυακρυλονιτρίλια μπορούν να ληφθούν από πολυμερή. Για να φτιάξετε μια μεμβράνη πολυμερούς, πρέπει να πιέσετε τα πολυμερή μέσα από μήτρες που έχουν μια τρύπα με σχισμή και να τα εφαρμόσετε στην ταινία. Με αυτόν τον τρόπο παράγονται υλικά συσκευασίας και βάσεις για μαγνητικές ταινίες. Τα πολυμερή περιλαμβάνουν επίσης διάφορα βερνίκια (που σχηματίζουν αφρό σε οργανικό διαλύτη), κόλλες και άλλα συγκολλητικά υλικά, σύνθετα υλικά (βάση πολυμερούς με πληρωτικό), πλαστικά.
Εφαρμογές πολυμερών
Αυτό το είδος άμορφων ουσιών είναι γερά ριζωμένες στη ζωή μας. Εφαρμόζονται παντού. Αυτά περιλαμβάνουν:
1. Διάφορες βάσεις γιακατασκευή βερνικιών, κόλλων, πλαστικών προϊόντων (ρητίνες φαινόλης-φορμαλδεΰδης).
2. Ελαστομερή ή συνθετικά καουτσούκ.
3. Το ηλεκτρικό μονωτικό υλικό είναι το πολυβινυλοχλωρίδιο, ή τα γνωστά πλαστικά κουφώματα PVC. Είναι ανθεκτικό στις πυρκαγιές, καθώς θεωρείται βραδύκαυστο, έχει αυξημένες μηχανικές αντοχές και ηλεκτρικές μονωτικές ιδιότητες.
4. Το πολυαμίδιο είναι μια ουσία με πολύ υψηλή αντοχή και αντοχή στη φθορά. Έχει υψηλά διηλεκτρικά χαρακτηριστικά.
5. Plexiglas, ή μεθακρυλικός πολυμεθυλεστέρας. Μπορούμε να το χρησιμοποιήσουμε στον τομέα της ηλεκτρικής μηχανικής ή να το χρησιμοποιήσουμε ως υλικό για κατασκευές.
6. Ο φθοροπλάστης, ή πολυτετραφθοροαιθυλένιο, είναι ένα πολύ γνωστό διηλεκτρικό που δεν παρουσιάζει ιδιότητες διάλυσης σε διαλύτες οργανικής προέλευσης. Το ευρύ φάσμα θερμοκρασιών και οι καλές διηλεκτρικές του ιδιότητες επιτρέπουν τη χρήση του ως υδρόφοβο ή αντιτριβικό υλικό.
7. Πολυστυρένιο. Αυτό το υλικό δεν επηρεάζεται από οξέα. Αυτό, όπως το φθοροπλαστικό και το πολυαμίδιο, μπορεί να θεωρηθεί διηλεκτρικό. Πολύ ανθεκτικό σε μηχανική κρούση. Το πολυστυρένιο χρησιμοποιείται παντού. Για παράδειγμα, έχει αποδειχθεί καλά ως δομικό και ηλεκτρικό μονωτικό υλικό. Χρησιμοποιείται στην ηλεκτρική και ραδιομηχανική.
8. Ίσως το πιο διάσημο πολυμερές για εμάς είναι το πολυαιθυλένιο. Το υλικό παρουσιάζει αντοχή όταν εκτίθεται σε επιθετικά περιβάλλοντα, δεν αφήνει απολύτως την υγρασία να περάσει. Εάν η συσκευασία είναι κατασκευασμένη από πολυαιθυλένιο, δεν μπορείτε να φοβάστε ότι το περιεχόμενο θα αλλοιωθεί υπό την επίδραση ισχυρώνβροχή. Το πολυαιθυλένιο είναι επίσης διηλεκτρικό. Η εφαρμογή του είναι εκτεταμένη. Από αυτό κατασκευάζονται κατασκευές σωλήνων, διάφορα ηλεκτρικά προϊόντα, μονωτικό φιλμ, θήκες για καλώδια τηλεφωνικών και ηλεκτροφόρων γραμμών, εξαρτήματα για ραδιόφωνο και άλλος εξοπλισμός.
9. Το PVC είναι ένα υλικό υψηλής περιεκτικότητας σε πολυμερές. Είναι συνθετικό και θερμοπλαστικό. Έχει μια δομή μορίων που είναι ασύμμετρα. Σχεδόν δεν περνάει νερό και γίνεται με πάτημα με στάμπα και με καλούπωμα. Το πολυβινυλοχλωρίδιο χρησιμοποιείται συχνότερα στην ηλεκτρική βιομηχανία. Στη βάση του, δημιουργούνται διάφοροι θερμομονωτικοί σωλήνες και εύκαμπτοι σωλήνες για χημική προστασία, τράπεζες μπαταριών, μονωτικά μανίκια και παρεμβύσματα, σύρματα και καλώδια. Το PVC είναι επίσης μια εξαιρετική αντικατάσταση του επιβλαβούς μολύβδου. Δεν μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως κύκλωμα υψηλής συχνότητας με τη μορφή διηλεκτρικού. Και όλα αυτά οφείλονται στο γεγονός ότι σε αυτή την περίπτωση οι απώλειες διηλεκτρικού θα είναι υψηλές. Εξαιρετικά αγώγιμο.
