АМОРФНОСТЬ
аморфность ж. Отвлеч. сущ. по знач. прил.: аморфный.
Аморфность (греч.), или бесформенность — термин, характеризующий особое состояние вещества, когда в строении его отсутствует всякая правильность. Такое аморфное состояние противополагается кристаллическому. Кристаллические вещества ограничены снаружи правильными плоскостями, обусловливающими характерный их вид, и обладают известными направлениями и плоскостями спайности, тогда как амфорные, или бесформенные, тела однородны во всей своей массе и зачастую имеют раковистый излом, как, напр., стекло, многие шлаки, обсидиан, смолы, камедь, клей, белковые вещества, стекловидная мышьяковистая кислота и др. При плавлении амфорные тела переходят из твердого состояния в жидкое постепенно, а не моментально, как это наблюдается для кристаллических веществ; точно так же и затвердевание их идет медленно; масса при этом делается мягкой и тягучей, пока окончательно не затвердеет. Далее, весьма характерно одно свойство водных растворов аморфных тел: они не проходят сквозь животные и растительные перепонки, каковы, напр., бычачий пузырь, пергаментная бумага и т. п., и этим путем легко могут быть отделены от кристаллических соединений, растворы которых легко и быстро проникают через упомянутые перепонки (см. диализ). Первого рода тела Грэм назвал коллоидами (см. это сл.), а состояние, обусловливающее такие их свойства, — коллоидальным, в отличие от прочих тел, названных им же кристаллоидами. Многие тела, как, напр., белковые вещества, камедь, некоторые смолы, существуют только в одном аморфном состоянии, но весьма часто одно и то же вещество может быть то аморфным, то кристаллическим, напр. сернистая ртуть, сернистая сурьма, мышьяковистая кислота, глинозем, окись хрома, окись железа. Если это вещество будет простым телом или элементом, то такого рода свойство его — являться в двух состояниях — называется аллотропией (см. это сл., а также изомерия); такого рода аллотропические видоизменения известны для серы, углерода, фосфора, кремния и бора. Нередко возможно бывает с легкостью перевести вещество (из аморфного состояния в кристаллическое и обратно, что достигается различными путями: при помощи нагревания и последующего быстрого или медленного охлаждения, при действии некоторых веществ, как, напр., йода и т. п. Так, напр., при обыкновенных условиях совершенно аморфное стекло делается матовым после продолжительного и сильного нагревания, или, как говорят, расстекловывается, что зависит от перехода его в кристаллическое состояние; кристаллическая сера и фосфор переводятся небольшими количествами йода в аморфные видоизменения, нерастворимые в сернистом углероде. Для кристаллических тел аморфное состояние менее постоянно, и вообще эти оба состояния вещества для одного и того же тела разнятся только по своим физическим свойствам, каковы растворимость, температура плавления, твердость, удельный вес; тела в аморфном состоянии вообще имеют более низкие точки плавления, меньший удельный вес и меньшую твердость, но есть и исключения; притом большинство их легче растворимо и вообще более доступно действию химических агентов в сравнении с соответствующими кристаллическими видоизменениями тех же тел. При переходе вещества из аморфного состояния в кристаллическое часто выделяется много тепла, а также наблюдаются и световые явления. Относительно причин и сущности описываемых состояний тел высказывались различные предположения, но все эти объяснения заставляют еще многого желать.
Источник
аморфное состояние
АМОРФНОЕ СОСТОЯНИЕ (от греч. amorphos — бесформенный)- твердое некристаллич. состояние вещества, характеризующееся изотропией свойств и отсутствием точки плавления. При повышении темп-ры аморфное вещество размягчается и переходит в жидкое состояние постепенно. Эти особенности обусловлены отсутствием в А. с., в отличие от кристаллич. состояния, т. н. дальнего порядка — строгой периодич. повторяемости в пространстве одного и того же элемента структуры (атома, группы атомов, молекулы и т. п.). В то же время у вещества в А. с. существует согласованность в расположении соседних частиц — т.н. ближний порядок, соблюдаемый в пределах 1-й координац. сферы (см. Координационное число)и постепенно теряющийся при переходе ко 2-й и 3-й сферам, т. е. соблюдающийся на расстояниях, сравнимых с размерами частиц. Т. о., с расстоянием согласованность уменьшается и через 0,5-1 нм исчезает (см. Дальний и ближний порядок).
Ближний порядок характерен и для жидкостей, но в жидкости происходит интенсивный обмен местами между соседними частицами, затрудняющийся по мере возрастания вязкости. Поэтому твёрдое тело в аморфном состоянии принято рассматривать как переохлаждённую жидкость с очень высоким коэффициентом вязкости. Иногда в само понятие «А. с.» включают жидкость.
Термодинамически устойчивым твёрдым состоянием вещества при низких темп-pax является кристаллич. состояние. Однако в зависимости от свойств частиц кристаллизация может потребовать больше или меньше времени — молекулы должны успеть при охлаждении вещества «выстроиться». Иногда это время бывает столь большим, что кристаллич. состояние практически не реализуется. Обычно А. с. образуется при быстром охлаждении расплава. Напр., расплавляя кристаллич. кварц и затем быстро охлаждая расплав, получают аморфное кварцевое стекло (см. Стеклообразное состояние ).Однако иногда даже самое быстрое охлаждение недостаточно быстро для того, чтобы помешать образованию кристаллов. В природе А. с. (опал, обсидиан, янтарь, смолы) менее распространено, чем кристаллическое. В А. с. могут находиться нек-рые металлы и сплавы, в т. ч. металлич. стёкла (см. Аморфные металлы ),а также полупроводники (см. Аморфные и стеклообразные полупроводники)и полимеры. Структура аморфных полимеров характеризуется ближним порядком в расположении звеньев или сегментов макромолекул, быстро исчезающим по мере их удаления друг от друга. Молекулы полимеров как бы образуют «рои», время жизни которых очень велико из-за огромной вязкости полимеров и больших размеров молекул.
Лит.: Китайгородский А. И., Рентгеноструктурный анализ мелкокристаллических и аморфных тел, М.- Л., 1952; его же, Порядок и беспорядок в мире атомов, 5 изд., М., 1977; Мотт Н., Дэвис 3., Электронные процессы в некристаллических веществах, пер. с англ., т. 1-2, 2 изд., М., 1982.
Источник
Аморфное состояние
Ам о рфное состо я ние (от греч. а — отрицательная частица и morph ē — форма), твёрдое состояние вещества, обладающее двумя особенностями: его свойства (механические, тепловые, электрические и т. д.) в естественных условиях не зависят от направления в веществе (изотропия); при повышении температуры вещество, размягчаясь, переходит в жидкое состояние постепенно, т. е. в аморфном состоянии отсутствует определённая точка плавления.
Эти особенности обусловлены отсутствием в аморфном состоянии дальнего порядка — характерной для кристаллов строгой повторяемости во всех направлениях одного и того же элемента структуры (атома, группы атомов, молекулы и т. п.) на протяжении сотен и тысяч периодов. В то же время у вещества в аморфном состоянии существует ближний порядок — согласованность в расположении соседних частиц, т. е. порядок, соблюдаемый на расстояниях, сравнимых с размерами молекул (рис.). С расстоянием эта согласованность уменьшается и через 0,5—1 нм исчезает (см. Дальний порядок и ближний порядок).
Ближний порядок характерен и для жидкостей, но в жидкости происходит интенсивный обмен местами между соседними частицами, затрудняющийся по мере возрастания вязкости, поэтому, с одной стороны, твердое тело в аморфном состоянии принято рассматривать как переохлаждённую жидкость с очень высоким коэффициентом вязкости. С другой стороны, в само понятие «аморфное состояние» включают жидкость.
Изотропия свойств характерна так же для поликристаллического состояния (см. Поликристаллы), но последнее характеризуется строго определённой температурой плавления, что позволяет отличать его от аморфного состояния. Отличие структуры аморфного состояния от кристаллического легко обнаруживается с помощью рентгенограмм. Монохроматические рентгеновские лучи, рассеиваясь на кристаллах, образуют дифракционную картину в виде отчётливых линий или пятен (см. Дифракция рентгеновских лучей). Для аморфного состояния это не характерно.
Устойчивым твёрдым состоянием вещества при низких температурах является кристаллическое состояние. Однако в зависимости от свойств молекул, кристаллизация может потребовать больше или меньше времени — молекулы должны успеть при охлаждении вещества выстроиться в кристаллический порядок. Иногда это время бывает очень большим, так что кристаллическое состояние практически не реализуется. В др. случаях аморфное состояние получается путём убыстрения процесса охлаждения. Например, расплавляя кристаллический кварц и затем быстро охлаждая расплав, получают аморфное кварцевое стекло. Таким же образом ведут себя многие силикаты, которые при охлаждении дают обычное стекло. Поэтому аморфное состояние часто называют стеклообразным состоянием. Однако чаще всего даже самое быстрое охлаждение недостаточно быстро для того, чтобы помешать образованию кристаллов. В результате этого большинство веществ получить в аморфном состоянии невозможно. В природе аморфное состояние менее распространено, чем кристаллическое. В аморфном состоянии находятся: опал, обсидиан, янтарь, смолы природные, битумы.
В аморфном состоянии могут находиться не только вещества, состоящие из отдельных атомов и обычных молекул, как стекла и жидкости (низкомолекулярные соединения), но и вещества, состоящие из длинноцепочечных макромолекул — высокомолекулярные соединения, или полимеры.
Структура аморфных полимеров характеризуется ближним порядком в расположении звеньев или сегментов макромолекул, быстро исчезающим по мере их удаления друг от друга. Молекулы полимеров как бы образуют «рои», время жизни которых очень велико из-за огромной вязкости полимеров и больших размеров молекул. Поэтому в ряде случаев такие рои остаются практически неизменными.
Аморфные полимеры в зависимости от температуры могут находиться в трёх состояниях, отличающихся характером теплового движения: стеклообразном, высоко-эластическом и жидком (вязко-текучем). При низких температурах сегменты молекул не обладают подвижностью и полимер ведёт себя как обычное твёрдое тело в аморфном состоянии. При достаточно высоких температурах энергия теплового движения становится достаточной для того, чтобы вызвать перемещение сегментов молекулы, но ещё недостаточной для приведения в движение молекулы в целом. Возникает высокоэластическое состояние, характеризующееся способностью полимера легко растягиваться и сжиматься. Переход из высокоэластического состояния в стеклообразное называется стеклованием. В вязко-текучем состоянии могут перемещаться не только сегменты, но и вся макромолекула. Полимеры приобретают способность течь, но, в отличие от обычной жидкости, их течение всегда сопровождается развитием высокоэластической деформации.
Лит.: Китайгородский А. И., Порядок и беспорядок в мире атомов, М., 1966; Кобеко П. П., Аморфные вещества, М.— Л., 1952; Китайгородский А. И., Рентгеноструктурный анализ мелкокристаллических и аморфных тел, М.— Л., 1952. См. также лит. при ст. Полимеры.
Строение кварца SiO2: а — кристаллического; б — аморфного; чёрные кружки — атомы Si, белые — атомы O.
Источник
Аморфные тела
Амо́рфные вещества́ (тела́) (от др.-греч. ἀ «не-» и μορφή «вид, форма») — конденсированное состояние вещества, атомарная структура которых имеет ближний порядок и не имеет дальнего порядка, характерного для кристаллических структур. В отличие от кристаллов стабильно-аморфные вещества не затвердевают с образованием кристаллических граней, и, (если не были под сильнейшим анизотропным воздействием — сжатием или электрическим полем, например) обладают изотропией свойств, то есть не обнаруживают различных свойств в разных направлениях. И не имеют определённой точки плавления: при повышении температуры стабильно-аморфные вещества постепенно размягчаются и выше температуры стеклования (Tg) переходят в жидкое состояние. Вещества с высокой скоростью кристаллизации, обычно имеющие (поли-)кристаллических структуру, но сильно переохлаждённые при затвердевании в аморфное состояние, при последующем нагреве незадолго до плавления рекристаллизуются (в твёрдом состоянии с небольшим выделением тепла), а затем плавятся как обычные поликристаллические.
Получаются при высокой скорости затвердевания(остывания) жидкого расплава или конденсацией паров на охлаждённую заметно ниже температуры ПЛАВЛЕНИЯ(не кипения!) подложку(любой предмет). Соотношение реальной скорости охлаждения (dT/dt) и характеристической скорости кристаллизации определяет долю поликристаллов в аморфном объёме. Скорость кристаллизации — параметр вещества, слабо зависящий от давления и от температуры (около точки плавления — сильно). И сильно зависящий от сложности состава — для металлов порядка долей-десятков миллисекунд; а для стёкол при комнатной температуре — сотни и тысячи лет (старые стёкла и зеркала мутнеют).
Кварц (SiO2) также имеет низкую скорость кристаллизации, поэтому отлитые из него изделия получаются аморфными. Однако природный кварц, имевший сотни и тысячи лет для кристаллизации при остывании земной коры или глубинных слоев вулканов, имеет крупнокристаллическое строение, в отличие от вулканического стекла, застывшего на поверхности.
Из обычных полимеров (пластмасс) только (самый простейший) полиэтилен имеет заметную скорость кристаллизации — порядка двух лет для мягкого (ПНД) и нескольких лет (даже с добавками-замедлителями) для твёрдого (ПВД — уже примерно наполовину кристаллизованного) видов. Это одна из причин недолговечности изделий из полиэтилена.
К стабильно-аморфным веществам принадлежат стекла (искусственные и вулканические), естественные и искусственные смолы, клеи, парафин, воск и др. Аморфные вещества могут находиться либо в стеклообразном состоянии (при низких температурах), либо в состоянии расплава (при высоких температурах). Аморфные вещества переходят в стеклообразное состояние при температурах заметно ниже температуры стеклования Tg. При температурах намного выше Tg аморфные вещества ведут себя как расплавы, то есть находятся в расплавленном состоянии(если не разлагаются от перегрева и не сгорают, конечно). Вязкость аморфных материалов — непрерывная функция температуры: чем выше температура, тем ниже вязкость аморфного вещества.
Структура
Исследования показали, что структуры жидкостей и аморфных тел имеют много общего. В аморфных и жидких телах наблюдается ближний порядок в упаковке частиц (атомов или молекул). По этой причине принято считать аморфные тела очень густыми/вязкими (застывшими) жидкостями.
Также бывают промежуточные полуаморфные (полукристаллические) состояния.
Свойства
Все физические свойства аморфного и поликристаллического состояний одного и того же вещества заметно (иногда сильно) отличаются (кроме плотности).
Электрические и механические свойства аморфных веществ ближе к таковым для монокристаллов, чем для поликристаллов из-за отсутствия резких и сильно загрязнённых примесями межкристаллических переходов(границ) с зачастую абсолютно другим химическим составом.
Немеханические свойства полуаморфных состояний обычно являются промежуточными между аморфным и кристаллическим и изотропны. Однако отсутствие резких межкристаллических переходов заметно влияет на электрические и механические свойства, делая их похожими на аморфные.
При внешних воздействиях аморфные вещества обнаруживают одновременно упругие свойства, подобно кристаллическим твердым веществам, и текучесть, подобно жидкости. Так, при кратковременных воздействиях (ударах) они ведут себя как твёрдые вещества и при сильном ударе раскалываются на куски. Но при очень продолжительном воздействии (например растяжении) аморфные вещества текут. Например, аморфным веществом также является смола (или гудрон, битум). Если раздробить её на мелкие части и получившейся массой заполнить сосуд, то через некоторое время смола сольётся в единое целое и примет форму сосуда.
В зависимости от электрических свойств, разделяют аморфные металлы, аморфные неметаллы, и аморфные полупроводники.
Источник
