Будова і властивості твердих тіл в аморфному стані

Тверде тіло може існувати в двох різних станах – кристалічному і аморфному. Ці стани розрізняються за своїми властивостями. Відмінність властивостей викликано тим, що внутрішня будова аморфних тіл відрізняється від внутрішньої будови кристалічних тіл.

Розглядаючи шматок цукру і цукровий льодяник, попередньо очистивши його поверхню, можна помітити, що цукор має кристалічну будову, а будова льодяника характеризується відсутністю періодичності в розташуванні атомів. Таким чином, одне і те ж речовина (цукор) знаходиться в різних станах: у першому випадку в кристалічному, у другому – в аморфному.

У кристалічних тілах в розташуванні часток (атомів, молекул, іонів) присутня як ближній, так і дальній порядок. Це означає, що частинки твердого тіла знаходяться на певних однакових відстанях один від одного, причому це правильне розташування зберігається у всьому тілі.

Аморфний стан характеризується відсутністю далекого порядку в розташуванні часток, він зберігається в розташуванні тільки сусідніх частинок. Повторюваності окремих елементів структури у аморфних тіл не спостерігається. Тверді тіла в аморфному стані можна віднести до рідин з великою в’язкістю.

У аморфному стані в звичайних умовах знаходяться скло, вар1, бурштин, більшість пластмас. Речовина може переходити з аморфного стану в кристалічний і назад. Так, кристалічний цукор можна перетворити на аморфний льодяник, розплавивши його і давши охолонути. З плином часу на поверхні льодяника утворюються кристалики цукру.

Теплові, механічні, електричні, оптичні властивості тіл в аморфному стані відрізняються від відповідних властивостей кристалічних тіл. Так, аморфні тіла не мають певної температури плавлення. При підвищенні температури вони поступово розм’якшуються, поки не перетворяться в рідині.

При короткочасних зовнішніх діях аморфні тіла виявляють властивості твердих тіл, зокрема шматок вару при ударі розколюється на частини. При тривалому зовнішньому впливі проявляється така властивість, як плинність, властиве рідинам. Так, тверді шматки вару повільно розтікаються по горизонтальній поверхні. Якщо помістити шматок вару в посудину, то вар з плином часу прийме форму судини. Ці властивості аморфного стану твердого тіла пов’язані з тим, що атоми і молекули беруть участь в тепловому русі: вони здійснюють протягом деякого часу коливання щодо положень рівноваги, перескакують з одного положення в інше.

Тіла, що знаходяться в аморфному стані, ізотропні: їх властивості однакові в усіх напрямках. Зокрема, у кристалічного кварцу температурний коефіцієнт лінійного розширення для двох взаємно перпендикулярних напрямів 0,13 • 10 ~ 4 К-1 і 0,8 • 10 ~ 5 К-1, а у плавленого кварцу для всіх напрямів один і той же і дорівнює 0,4 • Ю-6 К’1. Теплопровідність у кристалічного кварцу для цих же напрямків відрізняється майже в 2 рази. У плавленого кварцу теплопровідність для всіх напрямів одна і та ж, причому вона в 4 рази менше найменшою теплопровідності кристалічного кварцу. При низьких температурах це розходження ще істотніше.

Таким чином, кристалічні і аморфні тверді тіла розрізняються будовою і властивостями.

Посилання на основну публікацію