Vai esat kādreiz aizdomājies, kas ir noslēpumainās amorfās vielas? Pēc struktūras tie atšķiras gan no cietas, gan šķidras. Fakts ir tāds, ka šādi ķermeņi atrodas īpašā kondensētā stāvoklī, kam ir tikai neliela darbības joma. Amorfo vielu piemēri ir sveķi, stikls, dzintars, gumija, polietilēns, polivinilhlorīds (mūsu iecienītākie plastmasas logi), dažādi polimēri un citi. Tās ir cietas vielas, kurām nav kristāla režģa. Tie ietver arī blīvējuma vasku, dažādas līmvielas, ebonītu un plastmasu.
Amorfo vielu neparastās īpašības
Skaldīšanas laikā sejas neveidojas amorfos ķermeņos. Daļiņas ir pilnīgi nejaušas un atrodas tuvu viena otrai. Tie var būt gan ļoti biezi, gan viskozi. Kā tos ietekmē ārējā ietekme? Dažādu temperatūru ietekmē ķermeņi kļūst šķidri, līdzīgi kā šķidrumi, un tajā pašā laikā diezgan elastīgi. Gadījumā, ja ārējā ietekme nav ilgstoša, amorfas struktūras vielas ar spēcīgu triecienu var sadalīties gabalos. garšārēja ietekme liek tiem vienkārši plūst.
Izmēģiniet nelielu sveķu eksperimentu mājās. Novietojiet to uz cietas virsmas, un jūs ievērosiet, ka tas sāk plūst vienmērīgi. Tieši tā, tā ir amorfa viela! Ātrums ir atkarīgs no temperatūras indikatoriem. Ja tas ir ļoti augsts, sveķi sāks izplatīties ievērojami ātrāk.
Kas vēl ir raksturīgs šādiem ķermeņiem? Tie var izpausties jebkurā formā. Ja amorfas vielas sīku daļiņu veidā ievieto traukā, piemēram, krūzē, tad tās iegūs arī trauka formu. Tie ir arī izotropi, tas ir, tiem ir vienādas fizikālās īpašības visos virzienos.
Kusēšana un pāreja uz citiem stāvokļiem. Metāls un stikls
Vielas amorfais stāvoklis nenozīmē kādas noteiktas temperatūras uzturēšanu. Zemā ātrumā ķermeņi sasalst, lielā ātrumā tie kūst. Starp citu, no tā ir atkarīga arī šādu vielu viskozitātes pakāpe. Zema temperatūra samazina viskozitāti, bet augsta temperatūra, gluži pretēji, to palielina.
Amorfā tipa vielām var izdalīt vēl vienu pazīmi - pāreju uz kristālisko stāvokli un spontānu. Kāpēc tas notiek? Iekšējā enerģija kristāliskā ķermenī ir daudz mazāka nekā amorfā. To varam redzēt stikla izstrādājumu piemērā – laika gaitā glāzes kļūst duļķainas.
Metāla stikls - kas tas ir? Metālu var noņemt no kristāla režģakušanas laikā, tas ir, padarīt amorfas struktūras vielu stiklveida. Sacietēšanas laikā mākslīgā dzesēšanā atkal veidojas kristāliskais režģis. Amorfajam metālam ir vienkārši pārsteidzoša izturība pret koroziju. Piemēram, no tā izgatavotai automašīnas virsbūvei nebūtu nepieciešami dažādi pārklājumi, jo tā netiktu pakļauta spontānai iznīcināšanai. Amorfa viela ir ķermenis, kura atomu struktūrai ir nepieredzēts spēks, kas nozīmē, ka amorfu metālu var izmantot pilnīgi jebkurā rūpniecības nozarē.
Vielu kristāliskā struktūra
Lai labi pārzinātu metālu īpašības un varētu ar tiem strādāt, ir jābūt zināšanām par noteiktu vielu kristālisko struktūru. Metāla izstrādājumu ražošana un metalurģijas joma nebūtu varējusi iegūt šādu attīstību, ja cilvēkiem nebūtu zināmu zināšanu par sakausējumu struktūras izmaiņām, tehnoloģiskajām metodēm un ekspluatācijas īpašībām.
Četri matērijas stāvokļi
Ir labi zināms, ka ir četri agregācijas stāvokļi: ciets, šķidrs, gāzveida, plazmas. Cietās amorfās vielas var būt arī kristāliskas. Pie šādas struktūras var novērot telpisko periodiskumu daļiņu izkārtojumā. Šīs daļiņas kristālos var veikt periodiskas kustības. Visos ķermeņos, ko mēs novērojam gāzveida vai šķidrā stāvoklī, var pamanīt daļiņu kustību haotisku traucējumu veidā. Amorfas cietas vielas (piemēram, metālikondensētais stāvoklis: ebonīts, stikla izstrādājumi, sveķi) var saukt par saldēta tipa šķidrumiem, jo tiem mainot formu, var pamanīt tādu raksturīgu pazīmi kā viskozitāte.
Atšķirība starp amorfiem ķermeņiem no gāzēm un šķidrumiem
Plastiskuma, elastības, sacietēšanas izpausmes deformācijas laikā ir raksturīgas daudziem ķermeņiem. Šīs īpašības lielākā mērā piemīt kristāliskām un amorfām vielām, savukārt šķidrumiem un gāzēm nav. Bet, no otras puses, jūs varat redzēt, ka tie veicina elastīgas apjoma izmaiņas.
Kristāliskas un amorfas vielas. Mehāniskās un fizikālās īpašības
Kas ir kristāliskas un amorfas vielas? Kā minēts iepriekš, par amorfiem var saukt tos ķermeņus, kuriem ir milzīgs viskozitātes koeficients, un parastā temperatūrā to plūstamība nav iespējama. Bet augstā temperatūra, gluži pretēji, ļauj tiem būt šķidriem, piemēram, šķidrumiem.
Kristāla tipa vielas, šķiet, ir pavisam citas. Šīm cietajām vielām var būt savs kušanas punkts atkarībā no ārējā spiediena. Ja šķidrums ir atdzesēts, iespējams iegūt kristālus. Ja jūs neveicat noteiktus pasākumus, varat pamanīt, ka šķidrā stāvoklī sāk parādīties dažādi kristalizācijas centri. Teritorijā, kas atrodas ap šiem centriem, veidojas cietviela. Ļoti mazi kristāli sāk apvienoties viens ar otru nejaušā secībā, un tiek iegūts tā sauktais polikristāls. Tāds ķermenis irizotropisks.
Vielu raksturojums
Kas nosaka ķermeņu fizikālās un mehāniskās īpašības? Svarīgas ir atomu saites, tāpat kā kristāla struktūras veids. Jonu kristālus raksturo jonu saites, kas nozīmē vienmērīgu pāreju no viena atoma uz otru. Šajā gadījumā veidojas pozitīvi un negatīvi lādētas daļiņas. Jonu saiti varam novērot vienkāršā piemērā – šādas īpašības raksturīgas dažādiem oksīdiem un sāļiem. Vēl viena jonu kristālu iezīme ir zemā siltuma vadītspēja, taču tā veiktspēja var ievērojami palielināties, kad tā tiek uzkarsēta. Kristāla režģa mezglos var redzēt dažādas molekulas, kuras izceļas ar spēcīgām atomu saitēm.
Daudziem minerāliem, ko atrodam visur dabā, ir kristāliska struktūra. Un matērijas amorfais stāvoklis ir arī daba tās tīrākajā formā. Tikai šajā gadījumā ķermenis ir kaut kas bezveidīgs, bet kristāli var iegūt skaistāko daudzskaldņu formu ar plakanām sejām, kā arī veidot jaunus cietus ķermeņus ar pārsteidzošu skaistumu un tīrību.
Kas ir kristāli? Amorfā-kristāliskā struktūra
Šādu ķermeņu forma noteiktam savienojumam ir nemainīga. Piemēram, berils vienmēr izskatās kā sešstūra prizma. Veiciet nelielu eksperimentu. Paņemiet nelielu kubiskā sāls kristālu (bumbiņu) un ievietojiet to īpašā šķīdumā, kas pēc iespējas piesātināts ar to pašu sāli. Laika gaitā jūs ievērosiet, ka šis ķermenis ir palicis nemainīgs - tas atkal ir ieguviskuba vai bumbiņas forma, kas raksturīga sāls kristāliem.
Amorfās-kristāliskās vielas ir tādi ķermeņi, kas var saturēt gan amorfās, gan kristāliskās fāzes. Kas ietekmē šādas struktūras materiālu īpašības? Galvenokārt atšķirīgas apjomu attiecības un atšķirīgs izvietojums attiecībā pret otru. Parasti šādu vielu piemēri ir materiāli no keramikas, porcelāna, stikla keramikas. No materiālu ar amorfu kristālisku struktūru īpašību tabulas kļūst zināms, ka porcelāns satur maksimālo stikla fāzes procentuālo daudzumu. Skaitļi svārstās no 40 līdz 60 procentiem. Vismazāko saturu redzēsim akmens liešanas piemērā – mazāk par 5 procentiem. Tajā pašā laikā keramikas flīzēm būs lielāka ūdens absorbcija.
Kā zināms, tādi industriālie materiāli kā porcelāns, keramikas flīzes, akmens liešana un stikla keramika ir amorfas-kristāliskas vielas, jo to sastāvā ir stiklveida fāzes un vienlaikus kristāli. Vienlaikus jāņem vērā, ka materiālu īpašības nav atkarīgas no stikla fāžu satura tajos.
Amorfie metāli
Amorfo vielu izmantošana visaktīvāk tiek veikta medicīnas jomā. Piemēram, ķirurģijā aktīvi tiek izmantots ātri atdzesēts metāls. Pateicoties ar to saistītajām norisēm, daudzi cilvēki pēc smagiem savainojumiem ir spējuši pārvietoties neatkarīgi. Lieta tāda, ka amorfas struktūras viela ir lielisks biomateriāls implantācijai kaulos. Saņemtsspeciālas skrūves, plāksnes, tapas, tapas tiek ieviestas smagu lūzumu gadījumā. Iepriekš šādiem nolūkiem ķirurģijā tika izmantots tērauds un titāns. Tikai vēlāk tika pamanīts, ka amorfās vielas organismā sadalās ļoti lēni, un šī apbrīnojamā īpašība ļauj atjaunoties kaulu audiem. Pēc tam vielu aizstāj ar kauliem.
Amorfu vielu izmantošana metroloģijā un precīzajā mehānikā
Precīzā mehānika ir balstīta tieši uz precizitāti, un tāpēc to tā sauc. Īpaši svarīga loma šajā nozarē, tāpat kā metroloģijā, ir īpaši precīziem mērinstrumentu rādītājiem, to var panākt, izmantojot amorfos ķermeņus ierīcēs. Pateicoties precīziem mērījumiem, institūtos mehānikas un fizikas jomā tiek veikti laboratoriskie un zinātniskie pētījumi, tiek iegūtas jaunas zāles, tiek pilnveidotas zinātniskās zināšanas.
Polimēri
Cits amorfas vielas izmantošanas piemērs ir polimēri. Tie var lēnām mainīties no cietas uz šķidrumu, savukārt kristāliskajiem polimēriem ir raksturīgs kušanas, nevis mīkstināšanas punkts. Kāds ir amorfo polimēru fiziskais stāvoklis? Ja šīm vielām piešķirat zemu temperatūru, jūs varat redzēt, ka tās būs stiklveida stāvoklī un uzrādīs cietvielu īpašības. Pakāpeniska karsēšana liek polimēriem pārvietoties paaugstinātas elastības stāvoklī.
Amorfās vielas, kuru piemērus mēs tikko minējām, tiek intensīvi izmantotasnozare. Superelastīgais stāvoklis ļauj jebkādā veidā deformēties polimēriem, un šis stāvoklis tiek sasniegts, pateicoties palielinātai saišu un molekulu elastībai. Tālāka temperatūras paaugstināšanās noved pie tā, ka polimērs iegūst vēl elastīgākas īpašības. Tas sāk pāriet īpašā šķidrā un viskozā stāvoklī.
Ja atstājat situāciju nekontrolētu un nenovērsīsit turpmāku temperatūras paaugstināšanos, polimērs tiks pakļauts degradācijai, tas ir, iznīcināšanai. Viskozais stāvoklis parāda, ka visas makromolekulas vienības ir ļoti mobilas. Kad polimēra molekula plūst, saites ne tikai iztaisnojas, bet arī ļoti tuvu viena otrai. Starpmolekulārā darbība pārvērš polimēru cietā vielā (gumija). Šo procesu sauc par mehānisko stikla pāreju. Iegūto vielu izmanto plēvju un šķiedru ražošanai.
Poliamīdus, poliakrilnitrilus var iegūt no polimēriem. Lai izveidotu polimēru plēvi, jums ir jāizspiež polimēri caur presformām, kurām ir caurums ar rievojumu, un jāpieliek uz lentes. Tādā veidā tiek ražoti iepakojuma materiāli un pamatnes magnētiskajām lentēm. Pie polimēriem pieder arī dažādas lakas (veido putas organiskā šķīdinātājā), līmvielas un citi savienojošie materiāli, kompozītmateriāli (polimēra bāze ar pildvielu), plastmasa.
Polimēru pielietojumi
Šāda veida amorfās vielas ir stingri iesakņojušās mūsu dzīvē. Tie tiek piemēroti visur. Tie ietver:
1. Dažādas bāzes priekšlaku, līmju, plastmasas izstrādājumu (fenola-formaldehīda sveķu) ražošana.
2. Elastomēri vai sintētiskās gumijas.
3. Elektroizolācijas materiāls ir polivinilhlorīds jeb plaši pazīstamie plastmasas PVC logi. Tas ir izturīgs pret uguni, jo tiek uzskatīts par lēnu degšanu, tam ir paaugstināta mehāniskā izturība un elektriskās izolācijas īpašības.
4. Poliamīds ir viela ar ļoti augstu izturību un nodilumizturību. Tam ir augstas dielektriskās īpašības.
5. Plexiglas vai polimetilmetakrilāts. Varam izmantot elektrotehnikas jomā vai izmantot kā materiālu konstrukcijām.
6. Fluoroplasts jeb politetrafluoretilēns ir plaši pazīstams dielektriķis, kam nav šķīdināšanas īpašību organiskas izcelsmes šķīdinātājos. Tā plašais temperatūras diapazons un labās dielektriskās īpašības ļauj to izmantot kā hidrofobu vai pretberzes materiālu.
7. Polistirols. Šo materiālu neietekmē skābes. To, tāpat kā fluoroplastu un poliamīdu, var uzskatīt par dielektrisku. Ļoti izturīgs pret mehānisko iedarbību. Polistirols tiek izmantots visur. Piemēram, tas ir sevi labi pierādījis kā konstrukcijas un elektroizolācijas materiāls. To izmanto elektrotehnikā un radiotehnikā.
8. Iespējams, mums visslavenākais polimērs ir polietilēns. Materiāls uzrāda izturību, pakļaujoties agresīvai videi, tas absolūti neļauj mitrumam iziet cauri. Ja iepakojums ir izgatavots no polietilēna, jūs varat nebaidīties, ka saturs sabojāsies spēcīgas iedarbības rezultātā.lietus. Polietilēns ir arī dielektrisks. Tās pielietojums ir plašs. No tā tiek izgatavotas cauruļu konstrukcijas, dažādi elektropreces, izolācijas plēve, apvalki telefona un elektrolīniju kabeļiem, detaļas radio un citai tehnikai.
9. PVC ir materiāls ar augstu polimēru saturu. Tas ir sintētisks un termoplastisks. Tam ir asimetrisku molekulu struktūra. Gandrīz neiztur ūdeni un tiek izgatavots, presējot ar štancēšanu un formējot. Polivinilhlorīdu visbiežāk izmanto elektriskajā rūpniecībā. Uz tā pamata tiek izveidotas dažādas siltumizolācijas šļūtenes un šļūtenes ķīmiskai aizsardzībai, akumulatoru bankas, izolācijas uzmavas un blīves, vadi un kabeļi. PVC ir arī lielisks kaitīgā svina aizstājējs. To nevar izmantot kā augstfrekvences ķēdi dielektriskā veidā. Un tas viss ir saistīts ar to, ka šajā gadījumā dielektriskie zudumi būs lieli. Augsti vadītspējīgs.
