Cila gjendje e trupit quhet amorf? Trupa amorfë

MINISTRIA E ARSIMIT

FIZIKA KLASA 8

Raport mbi temën:

“Trupat amorfë. Shkrirja e trupave amorfë.”

Nxënësi i klasës së 8-të:

2009

Trupa amorfë.

Le të bëjmë një eksperiment. Do të na duhet një copë plastelinë, një qiri stearine dhe një oxhak elektrik. Le të vendosim plastelinë dhe një qiri në distanca të barabarta nga oxhaku. Pas një kohe, një pjesë e stearinës do të shkrihet (bëhet e lëngshme), dhe një pjesë do të mbetet në formën e një cope të fortë. Në të njëjtën kohë, plastelina do të zbutet vetëm pak. Pas ca kohësh, e gjithë stearina do të shkrihet dhe plastelina gradualisht do të "gërryhet" përgjatë sipërfaqes së tryezës, duke u zbutur gjithnjë e më shumë.

Pra, ka trupa që nuk zbuten kur shkrihen, por nga gjendja e ngurtë kthehen menjëherë në lëng. Gjatë shkrirjes së trupave të tillë, është gjithmonë e mundur të ndahet lëngu nga pjesa ende e pashkrirë (e ngurtë) e trupit. Këto trupa janë kristalore. Ka gjithashtu të ngurta, të cilat kur nxehen gradualisht zbuten dhe bëhen gjithnjë e më të lëngshme. Për trupa të tillë është e pamundur të tregohet temperatura në të cilën ato kthehen në lëng (shkrihen). Këto trupa quhen amorfe.

Le të bëjmë eksperimentin e mëposhtëm. Hidheni një copë rrëshirë ose dylli në një gyp qelqi dhe lëreni në një dhomë të ngrohtë. Pas rreth një muaji, do të rezultojë se dylli ka marrë formën e një hinke dhe madje ka filluar të rrjedhë prej tij në formën e një "rrëkeje" (Fig. 1). Në ndryshim nga kristalet, të cilët ruajnë formën e tyre pothuajse përgjithmonë, trupat amorfë shfaqin rrjedhshmëri edhe në temperatura të ulëta. Prandaj, ato mund të konsiderohen si lëngje shumë të trasha dhe viskoze.

Struktura e trupave amorfë. Hulumtimi duke përdorur një mikroskop elektronik, si dhe duke përdorur rrezet x tregojnë se në trupat amorfë nuk ka rregull të rreptë në renditjen e grimcave të tyre. Hidhini një sy, figura 2 tregon renditjen e grimcave në kuarc kristalor, dhe ajo në të djathtë tregon renditjen e grimcave në kuarc amorf. Këto substanca përbëhen nga të njëjtat grimca - molekula të oksidit të silikonit SiO 2.

Gjendja kristalore e kuarcit fitohet nëse kuarci i shkrirë ftohet ngadalë. Nëse ftohja e shkrirjes është e shpejtë, atëherë molekulat nuk do të kenë kohë të "rreshtohen" në rreshta të rregullt, dhe rezultati do të jetë kuarci amorf.

Grimcat trupa amorfë luhaten vazhdimisht dhe rastësisht. Ata mund të kërcejnë nga një vend në tjetrin më shpesh sesa grimcat e kristalit. Kjo lehtësohet edhe nga fakti se grimcat e trupave amorfë janë të vendosur në mënyrë të pabarabartë: midis tyre ka zbrazëti.

Kristalizimi i trupave amorfë. Me kalimin e kohës (disa muaj, vite), substancat amorfe shndërrohen në mënyrë spontane në një gjendje kristalore. Për shembull, ëmbëlsirat me sheqer ose mjalti i freskët i lënë vetëm në një vend të ngrohtë do të bëhen të errët pas disa muajsh. Ata thonë se mjalti dhe karamele janë "të ëmbëlsuar". Duke thyer një kallam karamele ose duke mbledhur mjaltë me një lugë, ne në fakt do të shohim kristalet e sheqerit që janë formuar.

Kristalizimi spontan i trupave amorfë tregon se gjendja kristalore e një lënde është më e qëndrueshme se ajo amorfe. Teoria ndërmolekulare e shpjegon në këtë mënyrë. Forcat ndërmolekulare të tërheqjes dhe zmbrapsjes bëjnë që grimcat e një trupi amorf të kërcejnë preferencialisht atje ku ka zbrazëti. Si rezultat, shfaqet një rregullim më i renditur i grimcave se më parë, domethënë formohet një polikristal.

Shkrirja e trupave amorfë.

Me rritjen e temperaturës, energjia e lëvizjes vibruese të atomeve në një trup të ngurtë rritet dhe, më në fund, vjen një moment kur lidhjet midis atomeve fillojnë të prishen. Në këtë rast, trupi i ngurtë kthehet në gjendje të lëngshme. Ky kalim quhet shkrirja. Në një presion të caktuar, shkrirja ndodh në një temperaturë të përcaktuar rreptësisht.

Sasia e nxehtësisë e nevojshme për të kthyer një masë njësi të një lënde në një lëng në pikën e shkrirjes quhet nxehtësia specifike e shkrirjes. λ .

Për të shkrirë një substancë në masë m është e nevojshme të shpenzohet një sasi nxehtësie e barabartë me:

Q = λ m .

Procesi i shkrirjes së trupave amorfë ndryshon nga shkrirja e trupave kristalorë. Me rritjen e temperaturës, trupat amorfë zbuten gradualisht dhe bëhen viskoze derisa të kthehen në lëng. Trupat amorfë, ndryshe nga kristalet, nuk kanë një pikë shkrirjeje specifike. Temperatura e trupave amorfë ndryshon vazhdimisht. Kjo ndodh sepse në trupat e ngurtë amorfe, si në lëngje, molekulat mund të lëvizin në lidhje me njëra-tjetrën. Kur nxehen, shpejtësia e tyre rritet dhe distanca midis tyre rritet. Si rezultat, trupi bëhet gjithnjë e më i butë derisa të kthehet në lëng. Kur trupat amorfë ngurtësohen, temperatura e tyre gjithashtu ulet vazhdimisht.

Një e ngurtë është një nga katër gjendjet themelore të materies, përveç lëngut, gazit dhe plazmës. Karakterizohet nga ngurtësia strukturore dhe rezistenca ndaj ndryshimeve në formë ose vëllim. Ndryshe nga një lëng, një objekt i ngurtë nuk rrjedh dhe nuk merr formën e enës në të cilën është vendosur. Një lëndë e ngurtë nuk zgjerohet për të mbushur të gjithë vëllimin e disponueshëm si një gaz.
Atomet në një trup të ngurtë janë të lidhur ngushtë me njëri-tjetrin, janë në një gjendje të renditur në nyjet e rrjetës kristalore (këto janë metale, akull i zakonshëm, sheqer, kripë, diamant), ose janë të vendosur në mënyrë të parregullt, nuk kanë përsëritje strikte në struktura e rrjetës kristalore (këto janë trupa amorfë, të tillë si Si xhami i dritares, kolofon, mikë ose plastikë).

Trupa kristal

Trupat ose kristalet kristalore kanë një të veçantë veçori e brendshme- një strukturë në formën e një rrjete kristalore në të cilën atomet, molekulat ose jonet e një lënde zënë një pozicion të caktuar.
Rrjeta kristalore çon në ekzistencën e fytyrave të veçanta të sheshta në kristale, të cilat dallojnë një substancë nga një tjetër. Kur ekspozohet ndaj rrezeve X, çdo grilë kristal lëshon një model karakteristik që mund të përdoret për të identifikuar substancën. Skajet e kristaleve kryqëzohen në kënde të caktuara që dallojnë një substancë nga një tjetër. Nëse kristali ndahet, faqet e reja do të kryqëzohen në të njëjtat kënde si origjinali.

Për shembull, galena - galena, pirit - pirit, kuarc - kuarc. Faqet e kristalit kryqëzohen në kënde të drejta në galene (PbS) dhe pirit (FeS 2), dhe në kënde të tjera në kuarc.

Vetitë e kristaleve

vëllim konstant;
forma e saktë gjeometrike;
anizotropia - ndryshimi në vetitë mekanike, të lehta, elektrike dhe termike nga drejtimi në kristal;
një pikë shkrirje e përcaktuar mirë, pasi varet nga rregullsia e rrjetës kristalore. Mbajtja e forcave ndërmolekulare të ngurta së bashku, janë homogjenë dhe nevojitet e njëjta sasi energjie termike për të prishur çdo ndërveprim në të njëjtën kohë.

Trupa amorfë

Shembuj të trupave amorfë që nuk kanë strukturë strikte dhe përsëritshmëri të qelizave të rrjetës kristalore janë: qelqi, rrëshira, tefloni, poliuretani, naftalina, klorur polivinil.

Ato kanë dy veti karakteristike: izotropinë dhe mungesën e një pike shkrirjeje specifike.
Izotropia e trupave amorfë kuptohet si të njëjtat veti fizike të një lënde në të gjitha drejtimet.
Në një trup të ngurtë amorf, distanca me nyjet fqinje të rrjetës kristalore dhe numri i nyjeve fqinje ndryshon në të gjithë materialin. Prandaj, për të thyer ndërveprimet ndërmolekulare, kërkohet sasi të ndryshme energji termale. Rrjedhimisht, substancat amorfe zbuten ngadalë në një gamë të gjerë temperaturash dhe nuk kanë një pikë të qartë shkrirjeje.
Një tipar i trupave të ngurtë amorfë është se kur temperaturat e ulëta ato kanë vetitë e lëndëve të ngurta, dhe me rritjen e temperaturës - vetitë e lëngjeve.

Jo të gjitha trupat e ngurtë janë kristale. Ka shumë trupa amorfë.

Trupat amorfë nuk kanë një rend të rreptë në renditjen e atomeve. Vetëm atomet e fqinjëve më të afërt janë të renditur në një rend të caktuar. Por nuk ka drejtim të rreptë në të gjitha drejtimet e të njëjtit element strukturor, i cili është karakteristik për kristalet në trupat amorfë.

Shpesh e njëjta substancë mund të gjendet si në gjendje kristalore ashtu edhe në gjendje amorfe. Për shembull, kuarci SiO2 mund të jetë në formë kristalore ose amorfe (silicë). Forma kristalore e kuarcit mund të paraqitet skematikisht si një rrjetë gjashtëkëndëshash të rregullt. Struktura amorfe e kuarcit gjithashtu ka formën e një grilë, por formë të çrregullt. Së bashku me gjashtëkëndëshat, ai përmban pesëkëndësh dhe shtatëkëndësh.

Në vitin 1959 drejtoi fizikani anglez D. Bernal eksperimente interesante: Mori shumë topa të vegjël plastelinë të së njëjtës madhësi, i rrotulloi në pluhur shkumës dhe i shtypi në një top të madh. Si rezultat, topat u deformuan në poliedra. Doli se në këtë rast u formuan kryesisht fytyra pesëkëndore, dhe poliedra kishte mesatarisht 13.3 fytyra. Pra, ka padyshim një rend në substancat amorfe.

Trupat amorfë përfshijnë qelqin, rrëshirën, kolofonin, karamele sheqeri, etj. Ndryshe nga substancat kristalore, substancat amorfe janë izotropike, domethënë vetitë e tyre mekanike, optike, elektrike dhe të tjera nuk varen nga drejtimi. Trupat amorfë nuk kanë një pikë shkrirjeje fikse: shkrirja ndodh në një interval të caktuar temperaturash. Kalimi i një lënde amorfe nga një gjendje e ngurtë në një gjendje të lëngshme nuk shoqërohet me një ndryshim të menjëhershëm të vetive. Një model fizik i gjendjes amorfe nuk është krijuar ende.

Lëndët e ngurta amorfe zënë një pozicion të ndërmjetëm midis lëndëve të ngurta kristalore dhe lëngjeve. Atomet ose molekulat e tyre janë të renditura në rend relativ. Kuptimi i strukturës së trupave të ngurtë (kristalor dhe amorf) ju lejon të krijoni materiale me vetitë e dëshiruara.

Nën ndikimet e jashtme, trupat amorfë shfaqin të dyja vetitë elastike, si trupat e ngurtë, dhe rrjedhshmërinë, si lëngjet. Kështu, nën ndikimet (ndikimet) afatshkurtra ato sillen si trupa të fortë dhe, nën një ndikim të fortë, copëtohen. Por me ekspozim shumë të gjatë, trupat amorfë rrjedhin. Le të ndjekim një copë rrëshirë që shtrihet në një sipërfaqe të lëmuar. Gradualisht rrëshira përhapet mbi të dhe sa më e lartë të jetë temperatura e rrëshirës, aq më shpejt ndodh kjo.

Trupat amorfë në temperatura të ulëta u ngjajnë trupave të ngurtë në vetitë e tyre. Ata pothuajse nuk kanë rrjedhshmëri, por me rritjen e temperaturës ato gradualisht zbuten dhe vetitë e tyre bëhen gjithnjë e më afër vetive të lëngjeve. Kjo ndodh sepse me rritjen e temperaturës, kërcimet e atomeve nga një pozicion në tjetrin gradualisht bëhen më të shpeshta. Trupat amorfë, ndryshe nga ata kristalorë, nuk kanë një temperaturë trupore specifike.

Kur një substancë e lëngshme ftohet, ajo nuk kristalizohet gjithmonë. në kushte të caktuara, mund të formohet një gjendje e ngurtë amorfe (qelqtë) jo ekuilibër. Në një gjendje xhami ato mund të jenë substanca të thjeshta(karboni, fosfori, arseniku, squfuri, seleniumi), oksidet (për shembull, bor, silic, fosfor), halidet, kalkogjenide, shumë polimere organike. Në këtë gjendje, substanca mund të jetë e qëndrueshme për një periudhë të gjatë kohore, p.sh. , mosha e disa gotave vullkanike llogaritet për miliona vjet. Fizike dhe Vetitë kimike substancat në gjendje amorfe të qelqtë mund të ndryshojnë ndjeshëm nga vetitë substancë kristalore. Për shembull, dioksidi i qelqtë i germaniumit është kimikisht më aktiv se ai kristalor. Dallimet në vetitë e gjendjes amorfe të lëngshme dhe të ngurtë përcaktohen nga natyra e lëvizjes termike të grimcave: në gjendjen amorfe, grimcat janë të afta vetëm për lëvizje oshiluese dhe rrotulluese, por nuk mund të lëvizin nëpër trashësinë e substancës.

Nën ndikimin e ngarkesave mekanike ose ndryshimeve të temperaturës, trupat amorfë mund të kristalizohen. Reaktiviteti i substancave në gjendje amorfe është shumë më i lartë se në gjendjen kristalore. Shenja kryesore amorfe (nga greqishtja "amorphos" - pa formë) gjendja e materies - mungesa e një rrjete atomike ose molekulare, domethënë periodiciteti tredimensional i strukturës karakteristike të gjendjes kristalore.

Ka substanca që mund të ekzistojnë vetëm në formë të ngurtë në një gjendje amorfe. Kjo i referohet polimereve me një sekuencë të parregullt njësive.

FIZIKA KLASA 8

Raport mbi temën:

“Trupat amorfë. Shkrirja e trupave amorfë.”

Nxënësi i klasës së 8-të:

2009

Trupa amorfë.

Pra, ka trupa që nuk zbuten kur shkrihen, por nga gjendja e ngurtë kthehen menjëherë në lëng. Gjatë shkrirjes së trupave të tillë, është gjithmonë e mundur të ndahet lëngu nga pjesa ende e pashkrirë (e ngurtë) e trupit. Këto trupa janë kristalore. Ka edhe lëndë të ngurta që kur nxehen gradualisht zbuten dhe bëhen gjithnjë e më të lëngshme. Për trupa të tillë është e pamundur të tregohet temperatura në të cilën ato kthehen në lëng (shkrihen). Këto trupa quhen amorfe.

Le të bëjmë eksperimentin e mëposhtëm. Hidheni një copë rrëshirë ose dylli në një gyp qelqi dhe lëreni brenda dhomë e ngrohtë. Pas rreth një muaji, do të rezultojë se dylli ka marrë formën e një hinke dhe madje ka filluar të rrjedhë prej tij në formën e një "rrëkeje" (Fig. 1). Në ndryshim nga kristalet, të cilët ruajnë formën e tyre pothuajse përgjithmonë, trupat amorfë shfaqin rrjedhshmëri edhe në temperatura të ulëta. Prandaj, ato mund të konsiderohen si lëngje shumë të trasha dhe viskoze.

Struktura e trupave amorfë. Studimet duke përdorur një mikroskop elektronik, si dhe duke përdorur rrezet X, tregojnë se në trupat amorfë nuk ka rregull të rreptë në rregullimin e grimcave të tyre. Hidhini një sy, figura 2 tregon renditjen e grimcave në kuarc kristalor, dhe ajo në të djathtë tregon renditjen e grimcave në kuarc amorf. Këto substanca përbëhen nga të njëjtat grimca - molekula të oksidit të silikonit SiO 2.

Grimcat e trupave amorfë lëkunden vazhdimisht dhe rastësisht. Ata mund të kërcejnë nga një vend në tjetrin më shpesh sesa grimcat e kristalit. Kjo lehtësohet edhe nga fakti se grimcat e trupave amorfë janë të vendosur në mënyrë të pabarabartë: midis tyre ka zbrazëti.

Shkrirja e trupave amorfë.

Ndërsa temperatura rritet, energjia lëvizje osciluese i atomeve në një trup të ngurtë rritet dhe, më në fund, vjen një moment kur lidhjet midis atomeve fillojnë të prishen. Në këtë rast, trupi i ngurtë kthehet në gjendje të lëngshme. Ky kalim quhet shkrirja. Në një presion të caktuar, shkrirja ndodh në një temperaturë të përcaktuar rreptësisht.

Sasia e nxehtësisë e nevojshme për të kthyer një masë njësi të një lënde në një lëng në pikën e shkrirjes quhet nxehtësia specifike e shkrirjes. λ .

Për të shkrirë një substancë në masë m është e nevojshme të shpenzohet një sasi nxehtësie e barabartë me:

Q = λ m .

Lëndët e ngurta ndahen në amorfe dhe kristalore, në varësi të strukturës së tyre molekulare dhe vetive fizike.

Ndryshe nga kristalet, molekulat dhe atomet e trupave të ngurtë amorfë nuk formojnë një rrjetë, dhe distanca midis tyre luhatet brenda një gamë të caktuar distancash të mundshme. Me fjalë të tjera, në kristale, atomet ose molekulat janë të renditura reciprokisht në atë mënyrë që struktura e formuar të mund të përsëritet në të gjithë vëllimin e trupit, që quhet rend me rreze të gjatë. Në rastin e trupave amorfë, struktura e molekulave ruhet vetëm në lidhje me secilën molekulë të tillë, vërehet një model në shpërndarjen e vetëm molekulave fqinje - rendi me rreze të shkurtër. Një shembull i mirë paraqitur më poshtë.

Trupat amorfë përfshijnë qelqin dhe lëndët e tjera në gjendje të qelqtë, kolofonin, rrëshirat, qelibarin, dyllin vulosës, bitumin, dyllin, si dhe lëndët organike: gomën, lëkurën, celulozën, polietileni etj.

Vetitë e trupave amorfë

Karakteristikat strukturore të trupave të ngurtë amorfë u japin atyre veti individuale:

Rrjedhshmëria e shprehur dobët është një nga më vetitë e njohura organe të tilla. Një shembull do të ishin pikat e xhamit, të cilat për një kohë të gjatë qëndron në kornizën e dritares.
Lëndët e ngurta amorfe nuk kanë një pikë shkrirjeje specifike, pasi kalimi në gjendje të lëngshme gjatë ngrohjes ndodh gradualisht, përmes zbutjes së trupit. Për këtë arsye, për trupa të tillë aplikohet i ashtuquajturi diapazoni i temperaturës së zbutjes.

Për shkak të strukturës së tyre, trupa të tillë janë izotropikë, domethënë ata vetitë fizike nuk varen nga zgjedhja e drejtimit.
Një substancë në gjendje amorfe ka energji të brendshme më të madhe sesa në gjendje kristalore. Për këtë arsye, trupat amorfë janë në gjendje të shndërrohen në mënyrë të pavarur në një gjendje kristalore. Ky fenomen mund të vërehet si pasojë e turbullimit të xhamit me kalimin e kohës.

Gjendja e qelqtë

Në natyrë, ka lëngje që janë praktikisht të pamundur të shndërrohen në një gjendje kristalore duke u ftohur, pasi kompleksiteti i molekulave të këtyre substancave nuk i lejon ata të formojnë një rrjetë të rregullt kristalore. Lëngje të tilla përfshijnë molekula të disa polimereve organike.

Megjithatë, me ndihmën e ftohjes së thellë dhe të shpejtë, pothuajse çdo substancë mund të shndërrohet në një gjendje qelqi. Kjo është ajo që është gjendje amorfe, e cila nuk ka një rrjetë të qartë kristalore, por mund të kristalizohet pjesërisht në shkallën e grupimeve të vogla. Kjo gjendje e materies është metastabile, domethënë, ajo vazhdon në kushte të caktuara termodinamike të kërkuara.

Duke përdorur teknologjinë e ftohjes me një shpejtësi të caktuar, substanca nuk do të ketë kohë të kristalizohet dhe do të shndërrohet në xhami. Kjo do të thotë, sa më e lartë të jetë shkalla e ftohjes së materialit, aq më pak ka gjasa që ai të kristalizohet. Për shembull, për të prodhuar gota metalike, do të kërkohet një shkallë ftohjeje prej 100,000 - 1,000,000 Kelvin në sekondë.

Në natyrë, substanca ekziston në një gjendje qelqi dhe lind nga magma e lëngshme vullkanike, e cila, duke ndërvepruar me ujë të ftohtë ose ajri, ftohet shpejt. Në këtë rast, substanca quhet xhami vullkanik. Ju gjithashtu mund të vëzhgoni qelqin e formuar si rezultat i shkrirjes së një meteori në rënie që ndërvepron me atmosferën - xhami meteorit ose moldavit.