Zamýšľali ste sa niekedy nad tým, čo sú to tajomné amorfné látky? Štruktúrou sa líšia od pevných aj kvapalných. Faktom je, že takéto telesá sú v špeciálnom kondenzovanom stave, ktorý má len krátky dosah. Príkladmi amorfných látok sú živica, sklo, jantár, guma, polyetylén, polyvinylchlorid (naše obľúbené plastové okná), rôzne polyméry a iné. Sú to pevné látky, ktoré nemajú kryštálovú mriežku. Zahŕňajú aj pečatný vosk, rôzne lepidlá, ebonit a plasty.
Nezvyčajné vlastnosti amorfných látok
Počas štiepenia sa v amorfných telách nevytvárajú tváre. Častice sú úplne náhodné a sú vo vzájomnej blízkosti. Môžu byť veľmi husté a viskózne. Ako ich ovplyvňujú vonkajšie vplyvy? Vplyvom rôznych teplôt sa telesá stávajú tekutými, ako kvapalinami, a zároveň celkom elastickými. V prípade, že vonkajší vplyv netrvá dlho, látky amorfnej štruktúry sa môžu silným úderom rozbiť na kúsky. dlhývonkajší vplyv spôsobuje, že jednoducho plynú.
Skúste doma malý experiment so živicou. Položte ho na tvrdý povrch a všimnete si, že začne hladko tiecť. Je to tak, je to amorfná látka! Rýchlosť závisí od indikátorov teploty. Ak je veľmi vysoká, živica sa začne šíriť výrazne rýchlejšie.
Čo je ešte typické pre takéto telá? Môžu mať akúkoľvek formu. Ak sú amorfné látky vo forme malých častíc umiestnené v nádobe, napríklad v džbáne, potom budú mať tiež formu nádoby. Sú tiež izotropné, to znamená, že vykazujú rovnaké fyzikálne vlastnosti vo všetkých smeroch.
Tanie a prechod do iných stavov. Kov a sklo
Amorfný stav hmoty neznamená udržiavanie určitej teploty. Pri nízkych rýchlostiach telesá zamŕzajú, pri vysokých sa roztápajú. Mimochodom, od toho závisí aj stupeň viskozity takýchto látok. Nízke teploty prispievajú k zníženiu viskozity, vysoké teploty ju naopak zvyšujú.
Pri látkach amorfného typu možno rozlíšiť ešte jednu vlastnosť - prechod do kryštalického stavu a spontánny. Prečo sa to deje? Vnútorná energia v kryštalickom tele je oveľa menšia ako v amorfnom. Môžeme to vidieť na príklade sklenených výrobkov – poháre sa časom zakalia.
Kovové sklo – čo to je? Kov je možné odstrániť z kryštálovej mriežky vpri tavení, teda urobiť látku s amorfnou štruktúrou sklovitou. Pri tuhnutí pri umelom chladení sa opäť vytvorí kryštálová mriežka. Amorfný kov má jednoducho úžasnú odolnosť voči korózii. Napríklad karoséria auta vyrobená z nej by nepotrebovala rôzne nátery, pretože by nebola vystavená spontánnej deštrukcii. Amorfná látka je teleso, ktorého atómová štruktúra má bezprecedentnú silu, čo znamená, že amorfný kov môže byť použitý v absolútne akomkoľvek priemyselnom sektore.
Kryštálová štruktúra látok
Aby ste sa dobre vyznali v charakteristikách kovov a boli schopní s nimi pracovať, musíte mať znalosti o kryštálovej štruktúre určitých látok. Výroba kovových výrobkov a oblasť hutníctva by nemohli dosiahnuť taký rozvoj, keby ľudia nemali určité znalosti o zmenách v štruktúre zliatin, technologických postupoch a prevádzkových vlastnostiach.
Štyri stavy hmoty
Je dobre známe, že existujú štyri stavy agregácie: pevná látka, kvapalina, plyn, plazma. Tuhé amorfné látky môžu byť aj kryštalické. Pri takejto štruktúre možno pozorovať priestorovú periodicitu v usporiadaní častíc. Tieto častice v kryštáloch môžu vykonávať periodický pohyb. Vo všetkých telesách, ktoré pozorujeme v plynnom alebo kvapalnom skupenstve, možno zaznamenať pohyb častíc v podobe chaotickej poruchy. Amorfné pevné látky (ako sú kovy vkondenzovaný stav: ebonit, sklenené výrobky, živice) možno nazvať kvapalinami mrazeného typu, pretože keď zmenia tvar, môžete si všimnúť takú charakteristickú vlastnosť, ako je viskozita.
Rozdiel medzi amorfnými telesami z plynov a kvapalín
Pre mnohé telesá sú charakteristické prejavy plasticity, elasticity, tvrdnutia pri deformácii. Kryštalické a amorfné látky majú tieto vlastnosti vo väčšej miere, zatiaľ čo kvapaliny a plyny nie. Ale na druhej strane môžete vidieť, že prispievajú k elastickej zmene objemu.
Kryštalické a amorfné látky. Mechanické a fyzikálne vlastnosti
Čo sú kryštalické a amorfné látky? Ako je uvedené vyššie, amorfné možno nazvať tie telesá, ktoré majú obrovský koeficient viskozity a pri bežnej teplote je ich tekutosť nemožná. Ale naopak, vysoká teplota im umožňuje, aby boli tekuté, ako kvapalina.
Látky kryštálového typu sa zdajú byť úplne odlišné. Tieto pevné látky môžu mať svoju vlastnú teplotu topenia v závislosti od vonkajšieho tlaku. Získanie kryštálov je možné, ak sa kvapalina ochladí. Ak neurobíte určité opatrenia, môžete si všimnúť, že v kvapalnom stave sa začínajú objavovať rôzne centrá kryštalizácie. V oblasti okolo týchto centier dochádza k tvorbe pevnej látky. Veľmi malé kryštály sa začnú navzájom kombinovať v náhodnom poradí a získa sa takzvaný polykryštál. Takéto telo jeizotropné.
Charakteristiky látok
Čo určuje fyzikálne a mechanické vlastnosti tiel? Atómové väzby sú dôležité, rovnako ako typ kryštálovej štruktúry. Iónové kryštály sa vyznačujú iónovými väzbami, čo znamená plynulý prechod z jedného atómu na druhý. V tomto prípade ide o tvorbu kladne a záporne nabitých častíc. Iónovú väzbu môžeme pozorovať na jednoduchom príklade – takéto charakteristiky sú charakteristické pre rôzne oxidy a soli. Ďalšou vlastnosťou iónových kryštálov je nízka vodivosť tepla, ale jeho výkon sa môže pri zahriatí výrazne zvýšiť. V uzloch kryštálovej mriežky môžete vidieť rôzne molekuly, ktoré sa vyznačujú silnými atómovými väzbami.
Mnohé minerály, ktoré nájdeme všade v prírode, majú kryštalickú štruktúru. A amorfným stavom hmoty je aj príroda vo svojej najčistejšej forme. Iba v tomto prípade je telo niečo beztvaré, ale kryštály môžu mať podobu najkrajších mnohostenov s plochými tvárami, ako aj vytvárať nové pevné telá úžasnej krásy a čistoty.
Čo sú kryštály? Amorfná kryštalická štruktúra
Tvar takýchto telies je pre určité spojenie konštantný. Napríklad beryl vždy vyzerá ako šesťhranný hranol. Urobte malý experiment. Vezmite malý kryštál kubickej soli (guľu) a vložte ho do špeciálneho roztoku, ktorý je čo najviac nasýtený rovnakou soľou. Postupom času si všimnete, že toto telo zostalo nezmenené - opäť nadobudlotvar kocky alebo gule, ktorá je vlastná kryštálom soli.
Amorfno-kryštalické látky sú také telesá, ktoré môžu obsahovať amorfnú aj kryštalickú fázu. Čo ovplyvňuje vlastnosti materiálov takejto štruktúry? Hlavne iný pomer objemov a iné usporiadanie voči sebe. Bežnými príkladmi takýchto látok sú materiály z keramiky, porcelánu, sklokeramiky. Z tabuľky vlastností materiálov s amorfno-kryštalickou štruktúrou je známe, že porcelán obsahuje maximálne percento sklenej fázy. Čísla sa pohybujú medzi 40-60 percentami. Najnižší obsah uvidíme na príklade odlievania kameňa – menej ako 5 percent. Keramické dlaždice budú mať zároveň vyššiu absorpciu vody.
Ako iste viete, priemyselné materiály ako porcelán, keramické obkladačky, kamenné odliatky a sklokeramika sú amorfno-kryštalické látky, pretože obsahujú vo svojom zložení sklovité fázy a zároveň kryštály. Zároveň je potrebné poznamenať, že vlastnosti materiálov nezávisia od obsahu sklených fáz v nich.
Amorfné kovy
Používanie amorfných látok sa najaktívnejšie uskutočňuje v oblasti medicíny. Napríklad rýchlo chladený kov sa aktívne používa v chirurgii. Vďaka vývoju, ktorý s tým súvisí, sa mnohí ľudia po ťažkých zraneniach dokázali samostatne pohybovať. Ide o to, že látka amorfnej štruktúry je vynikajúcim biomateriálom na implantáciu do kostí. Prijatév prípade ťažkých zlomenín sa zavádzajú špeciálne skrutky, dosky, čapy, čapy. Predtým sa na takéto účely v chirurgii používala oceľ a titán. Až neskôr sa zistilo, že amorfné látky sa v tele rozkladajú veľmi pomaly a táto úžasná vlastnosť umožňuje obnovu kostného tkaniva. Následne je látka nahradená kosťou.
Použitie amorfných látok v metrológii a presnej mechanike
Presná mechanika je založená práve na presnosti, a preto sa jej tak hovorí. Mimoriadne dôležitú úlohu v tomto odvetví, ako aj v metrológii, zohrávajú ultra presné indikátory meracích prístrojov, čo je možné dosiahnuť použitím amorfných telies v prístrojoch. Vďaka presným meraniam sa na ústavoch v oblasti mechaniky a fyziky uskutočňuje laboratórny a vedecký výskum, získavajú sa nové liečivá, zlepšujú sa vedecké poznatky.
Polyméry
Ďalším príkladom použitia amorfnej látky sú polyméry. Môžu sa pomaly meniť z pevnej látky na kvapalinu, zatiaľ čo kryštalické polyméry sa vyznačujú teplotou topenia, nie teplotou mäknutia. Aký je fyzikálny stav amorfných polymérov? Ak dáte týmto látkam nízku teplotu, môžete vidieť, že budú v sklovitom stave a budú vykazovať vlastnosti pevných látok. Postupné zahrievanie spôsobí, že sa polyméry začnú pohybovať do stavu zvýšenej elasticity.
Amorfné látky, ktorých príklady sme práve uviedli, sa intenzívne využívajú vpriemyslu. Superelastický stav umožňuje akýmkoľvek spôsobom deformovať polyméry a tento stav je dosiahnutý vďaka zvýšenej pružnosti väzieb a molekúl. Ďalšie zvýšenie teploty vedie k tomu, že polymér získava ešte elastickejšie vlastnosti. Začína prechádzať do špeciálneho tekutého a viskózneho stavu.
Ak necháte situáciu nekontrolovanú a nezabránite ďalšiemu zvýšeniu teploty, polymér podstúpi degradáciu, teda deštrukciu. Viskózny stav ukazuje, že všetky jednotky makromolekuly sú veľmi mobilné. Keď molekula polyméru prúdi, spojenia sa nielen narovnávajú, ale aj veľmi blízko k sebe. Intermolekulárne pôsobenie mení polymér na tvrdú látku (gumu). Tento proces sa nazýva mechanický sklený prechod. Výsledná látka sa používa na výrobu filmov a vlákien.
Polyamidy, polyakrylonitrily možno získať z polymérov. Ak chcete vytvoriť polymérny film, musíte pretlačiť polyméry cez matrice, ktoré majú štrbinový otvor, a aplikovať ich na pásku. Týmto spôsobom sa vyrábajú obalové materiály a podklady pre magnetické pásky. Medzi polyméry patria aj rôzne laky (tvoriace penu v organickom rozpúšťadle), lepidlá a iné spojovacie materiály, kompozity (polymérový základ s plnivom), plasty.
Aplikácie polymérov
Tento druh amorfných látok je pevne zakorenený v našich životoch. Aplikujú sa všade. Patria sem:
1. Rôzne základy prevýroba lakov, lepidiel, plastových výrobkov (fenolformaldehydové živice).
2. Elastoméry alebo syntetické kaučuky.
3. Elektroizolačným materiálom je polyvinylchlorid, alebo známe plastové okná z PVC. Je odolný voči ohňu, pretože sa považuje za pomaly horiace, má zvýšenú mechanickú pevnosť a elektrické izolačné vlastnosti.
4. Polyamid je látka s veľmi vysokou pevnosťou a odolnosťou proti opotrebovaniu. Má vysoké dielektrické vlastnosti.
5. Plexisklo alebo polymetylmetakrylát. Môžeme ho použiť v oblasti elektrotechniky alebo ho použiť ako materiál pre konštrukcie.
6. Fluoroplast alebo polytetrafluóretylén je dobre známe dielektrikum, ktoré nevykazuje vlastnosti rozpúšťania v rozpúšťadlách organického pôvodu. Jeho široký teplotný rozsah a dobré dielektrické vlastnosti umožňujú jeho použitie ako hydrofóbny materiál alebo materiál odolný proti treniu.
7. Polystyrén. Tento materiál nie je ovplyvnený kyselinami. Rovnako ako fluoroplast a polyamid možno považovať za dielektrikum. Veľmi odolný voči mechanickým vplyvom. Polystyrén sa používa všade. Napríklad sa dobre osvedčil ako konštrukčný a elektroizolačný materiál. Používa sa v elektrotechnike a rádiotechnike.
8. Asi najznámejším polymérom je pre nás polyetylén. Materiál vykazuje odolnosť pri vystavení agresívnemu prostrediu, absolútne neprepúšťa vlhkosť. Ak je obal vyrobený z polyetylénu, nemôžete sa báť, že sa obsah pod vplyvom silného zhoršídážď. Polyetylén je tiež dielektrikum. Jeho uplatnenie je rozsiahle. Vyrábajú sa z nej rúrkové konštrukcie, rôzne elektrotechnické výrobky, izolačná fólia, plášte na káble telefónnych a elektrických vedení, diely pre rádiá a iné zariadenia.
9. PVC je vysoko polymérny materiál. Je syntetický a termoplastický. Má štruktúru molekúl, ktoré sú asymetrické. Takmer neprechádza vodou a vyrába sa lisovaním s razením a lisovaním. Polyvinylchlorid sa najčastejšie používa v elektrotechnickom priemysle. Na jeho základe vznikajú rôzne tepelnoizolačné hadice a hadice na chemickú ochranu, batérie, izolačné manžety a tesnenia, vodiče a káble. PVC je tiež vynikajúcou náhradou škodlivého olova. Nemožno ho použiť ako vysokofrekvenčný obvod vo forme dielektrika. A to všetko kvôli skutočnosti, že v tomto prípade budú dielektrické straty vysoké. Vysoko vodivé.
