КРИСТАЛЛИЧЕСКИЕ И НЕКРИСТАЛЛИЧЕСКИЕ ВЕЩЕСТВА

В данной статье мы рассмотрим различия между аморфными и кристаллическими веществами, их структуру, свойства, примеры и применение.

О чем статья

Введение

В химии существуют два основных типа веществ – аморфные и кристаллические. Аморфные вещества не имеют определенной структуры, в то время как кристаллические вещества обладают регулярной и повторяющейся структурой. В этой лекции мы рассмотрим определение, структуру и свойства аморфных и кристаллических веществ, а также примеры их применения в различных областях.

Нужна помощь в написании работы?

Мы — биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Наша система гарантирует сдачу работы к сроку без плагиата. Правки вносим бесплатно.

Определение аморфных и кристаллических веществ

Аморфные и кристаллические вещества – это два основных типа структуры, которые могут иметь вещества. Они отличаются по упорядоченности атомов или молекул внутри материала.

Аморфные вещества не имеют регулярной упорядоченной структуры. Атомы или молекулы в аморфных веществах располагаются в хаотическом порядке, без определенного шаблона. Это делает аморфные вещества аналогичными стеклу или пластикам, которые не имеют определенной кристаллической решетки.

С другой стороны, кристаллические вещества имеют регулярную упорядоченную структуру. Атомы или молекулы в кристаллических веществах располагаются в определенном повторяющемся шаблоне, называемом кристаллической решеткой. Это делает кристаллические вещества более упорядоченными и имеющими определенные свойства, такие как определенная форма и точка плавления.

Структура аморфных и кристаллических веществ

Аморфные вещества имеют хаотическую структуру, где атомы или молекулы располагаются без определенного порядка. Они не образуют регулярной кристаллической решетки и не имеют определенных позиций для атомов или молекул.

Кристаллические вещества, напротив, имеют упорядоченную структуру. Атомы или молекулы в кристаллических веществах располагаются в определенном повторяющемся шаблоне, называемом кристаллической решеткой. Кристаллическая решетка состоит из единичных ячеек, которые повторяются в пространстве.

Кристаллическая решетка может иметь различные формы и размеры, в зависимости от типа кристаллического вещества. Например, некоторые кристаллические вещества имеют кубическую решетку, где атомы или молекулы располагаются на вершинах и в центрах куба. Другие могут иметь гексагональную, тетрагональную или другую форму решетки.

Структура кристаллического вещества также определяет его свойства. Например, кристаллические вещества могут обладать определенной формой, прозрачностью, твердостью и точкой плавления. Это связано с упорядоченной структурой и регулярным расположением атомов или молекул в кристаллической решетке.

Свойства аморфных и кристаллических веществ

Аморфные и кристаллические вещества имеют различные свойства, которые определяются их структурой и упорядоченностью атомов или молекул.

Свойства аморфных веществ

Аморфные вещества – это вещества, у которых нет упорядоченной кристаллической структуры. Они обладают случайным расположением атомов или молекул, что делает их аморфными. Некоторые примеры аморфных веществ:

Кристаллические вещества

Кристаллические вещества – это вещества, у которых есть упорядоченная кристаллическая структура. Атомы или молекулы в кристаллических веществах располагаются в определенном порядке, образуя регулярную решетку. Некоторые примеры кристаллических веществ:

Это лишь некоторые примеры аморфных и кристаллических веществ. В природе и в технологии существует множество других примеров обоих типов веществ.

Применение аморфных и кристаллических веществ

Аморфные и кристаллические вещества имеют различные свойства и структуры, что делает их полезными в различных областях науки и технологии. Вот некоторые примеры применения этих веществ:

Аморфные вещества

Это лишь некоторые примеры применения аморфных и кристаллических веществ. Их разнообразие и уникальные свойства делают их важными материалами во многих областях науки и технологии.

Таблица сравнения аморфных и кристаллических веществ

Аморфные и кристаллические вещества представляют собой два основных типа структуры в химии. Аморфные вещества не имеют определенной регулярной структуры, в то время как кристаллические вещества обладают упорядоченной и регулярной структурой. Оба типа веществ имеют свои уникальные свойства и применения. Аморфные вещества часто используются в стекле, пластике и лекарственных препаратах, в то время как кристаллические вещества широко применяются в электронике, ювелирных изделиях и фармацевтике. Понимание различий между этими двумя типами структуры помогает нам лучше понять и использовать различные материалы в нашей повседневной жизни.

Твердые
тела могут существовать в двух существенно
различных состояниях, отличающихся
своим внутренним строением, и,
соответственно, свойствами. Это
кристаллическое и аморфное состояние
твердых тел монокристаллом
или просто
кристаллом.
В других случаях тело представляет
собой множество мелких кристалликов,
причудливо сросшихся между собой,
например, кусок рафинада. Такие тела
называютполикристаллическими.

Наличие
естественных граней у монокристаллов
ведет к четко выраженному различию в
физических свойствах тела по различным
направлениям. Это может относиться к
механической прочности, тепло- и
электропроводности, упругости и т.д. Но
не всегда все свойства зависят от
направления — кубический кристалл меди
обладает одинаковой электропроводностью
по всем направлениям, но разной упругостью.

В
поликристаллах принято говорить о
средних
значениях
физических величин, поскольку вдоль
любого выбранного направления найдутся
отдельные кристаллы, как угодно
ориентированные внутри тела.

Второй
вид твердого состояния твердых тел —
аморфное
состояние. В
этом состоянии невозможно обнаружить
даже малые области, в которых наблюдалась
бы зависимость физических свойств от
направления. Некоторые вещества могут
находиться в любом из этих двух состояний.

Например,
если расплавить кристаллический кварц
(температура плавления около 1700° С), то
при охлаждении он образует плавленый
кварц сдругими физическими
свойствами,одинаковыми по всем
направлениям. Аморфное состояние —
неустойчивое состояние твердых тел.
Будучи предоставлены сами себе, они
стремятся со временем перейти в
кристаллическую форму, хотя этот процесс
может занимать годы и даже десятилетия.

Упругость и прочность

Если
наблюдать деформации твердых тел, то
можно заметить, что после снятия
деформирующего воздействия некоторые
тела при некорых условиях восстанавливают
свою первоначальную плотность, а другие
остаются в деформированном виде.
Деформации,
которые полностью исчезают с исчезновением
деформирующего воздействия, называются
упругими. Деформации, не исчезающие по
снятии деформирующих сил, называют
пластическими.

Строго
говоря, если подвергать тело деформации
достаточно долго, упругая деформация
перейдет в пластическую. Соответственно,
вещества, у которых это время перехода
достаточно велико (например, годы)
называют
упругими
веществами.
Если же время перехода деформации от
упругой к пластической составляет
порядка секунд или долей секунд, то
такие вещества называют
пластичными.

Переход
деформации от упругой к пластической
зависит и от величины самой деформации.
При некоторой величине деформации
переход от упругости к пластичности
осуществляется практически мгновенно.
Это предел
упругости. Чем
выше температура, тем ниже предел
упругости для данного вещества.

При
упругой деформации деформирующая сила
и величина деформации пропорциональны.
Это закон Гука.
Математически он выражается формулой:

где
Е — модуль продольной упругости (модуль
Юнга), S — площадь поперечного сечения,
L — длина образца в нерастяженном
состоянии, k=ES/L — жесткость тела.

Как
правило, все виды деформации в твердом
теле сводятся к двум — растяжению (или
сжатию) или сдвигу.

Растяжение
возникает при
действии двух равных и противоположно
направленных сил.

При
одностороннем (продольном) растяжении
тело удлиняется и несколько уменьшается
в поперечных размерах. При одностороннем
сжатии наоборот, тело расширяется в
поперечнике.

Если
ввести понятия относительного продольного
растяжения или сжатия (e=DL/L), и нормального
напряжения (s=F/S), то
s=eE.

Изгиб
— деформация,
сводящаяся врастяжениям и сжатиям в
различных частях тела. Если, например,
изогнуть продольную металлическую
пластину, то одна ее сторона растянется,
а другая сожмется.

Сдвиг
— деформация,
обусловленная действием двух равных и
противоположно направленных моментов
сил. Сдвиг возникает, например, если к
верхней части лежащего бруска приложена
горизонтальная сила, перекашивающая
брусок. При этом горизонтальные слои
бруска сдвигаются относительно друг
друга. При
сдвиге:

где
G — модуль поперечной упругости (модуль
сдвига). Особый случай сдвига —
кручение.
Это деформация, имеющая место в твердом
теле, если оно находится под действием
двух противоположно направленных
моментов, приложенных к противоположным
концам тела.

Всякое
жидкое вещество при охлаждении теряет
свойство текучести и переходит в твердое
состояние. Известны два различных вида
затвердевания:

1)
кристаллизация вещества. В этом случае
в жидкости, охлажденной до определенной
температуры, появляются мельчайшие
кристаллы, т. е. области упорядоченно
расположенных и прочно связанных между
собой частиц (молекул, атомов, ионов).
Кристаллы являются центрами кристаллизации,
которые при дальнейшем отводе теплоты
от вещества разрастаются за счет
присоединения к ним частиц из жидкой
фазы и охватывают весь объем вещества;

2)
затвердевание вследствие сравнительно
быстрого повышения вязкости жидкости
с понижением температуры. Известны две
разновидности этого процесса. У некоторых
веществ (воск, битум, смолы) кристаллизация
совсем не наблюдается; они называются
аморфными телами.

Другие
вещества (стекло, например) способны
кристаллизоваться, но вязкость у них
быстро возрастает с понижением
температуры, что затрудняет перемещение
молекул, необходимое для формирования
и роста кристаллов, и вещество успевает
затвердевать до наступления кристаллизации.
Такие вещества называются стеклообразными.

Таким
образом, кристаллическими называют
тела, в которых атомы и молекулы
расположены в правильном геометрическом
порядке, а аморфными — в которых атомы
и молекулы расположены беспорядочно.
Стеклообразные тела также относятся к
разряду аморфных, так как внутри них
нет кристаллов.

У
некоторых
стеклообразных
веществ
может
очень медленно протекать процесс
кристаллизации в твердом состоянии.
Например, явление «расстекловывания»
строительного стекла сопровождается
его помутнением, минераловатных волокон
— превращением их в порошок.

Процесс
кристаллизации
не
совершается мгновенно, а требует
определенного времени. Иногда одно и
то же вещество может затвердевать как
в кристаллической, так и в аморфной
форме. Например, если расплавленный
доменный шлак охлаждать медленно, то
он затвердевает в кристаллической
форме, а если охлаждать быстро, выливая
расплав в холодную воду, то шлак
затвердевает в аморфной форме. При
быстром охлаждении (например, расплавленного
кварца) может произойти затвердевание
без кристаллизации с сохранением
хаотического (неупорядоченного)
расположения атомов. Так образуется
аморфное вещество — в данном случае
кварцевое стекло. При этом свойства
материала существенно различаются.

Аморфные
тела можно рассматривать как сильно
охлажденные жидкости с очень высоким
коэффициентом вязкости. У них наблюдаются
слабо выраженные свойства текучести.
Например, куски воска или битума,
находящиеся в воронке, со временем
принимают ее форму. Поэтому, строго
говоря, твердыми следует называть только
кристаллические тела.

Отсюда
следуют основные различия в свойствах
кристаллических и аморфных тел. Если
наблюдать процесс плавления и затвердевания
кристаллических и аморфных тел, то можно
заметить, что кристаллические тела
имеют точку плавления Гпл, при которой
вещество находится в устойчивом состоянии
в обеих фазах — в твердой и жидкой,
аморфные же тела, постепенно размягчаясь
при нагревании, не имеют определенной
температуры, соответствующей переходу
твердой фазы в жидкую

. Участок АВ на
кривой а соответствует процессу плавления
кристаллического тела. На этом участке
температура тела не изменяется, хотя
теплота от нагревателя к нему по-прежнему
подводится.

Установлено,
что при температуре плавления внутренняя
энергия Ux частиц кристаллов меньше
внутренней энергии U2 расплава. Это
значит, что при температуре плавления
7^ энергия упорядоченного движения
частиц в кристалле меньше энергии
теплового движения частиц в расплаве.
Поэтому, для того чтобы перевести в
жидкое состояние кристаллическое
вещество при температуре плавления,
нужно сообщить ему дополнительно энергию
AU = U2 — U. Увеличение внутренней энергии
происходит за счет передачи кристаллу
некоторого количества теплоты.

Теплота,
затрачиваемая на переход единицы массы
вещества из кристаллического состояния
в жидкое при температуре плавления,
называется удельной теплотой плавления

Обратный
процесс — кристаллизация — может
происходить только в случае, если от
системы (жидкая фаза — кристалл) отводится
энергия, так как при кристаллизации
выделяется такое же количество теплоты
Q, какое было поглощено при плавлении
данного кристаллического тела.

На
графике для аморфных тел нет горизонтального
участка, а наблюдается лишь точка
перегиба С. Температура, соответствующая
этой точке, условно называется температурой
размягчения аморфного тела. Удельная
теплота плавления у аморфных тел
отсутствует, подвод теплоты сопровождается
плавным повышением температуры,
постепенным увеличением энергии
теплового движения молекул, что
соответствует повышению текучести
жидкости и уменьшению ее вязкости.

Таким
образом, с энергетической стороны имеет
место принципиальное различие между
кристаллическими
и аморфными телами,
состоящее в том, что процесс плавления
и затвердевания кристаллических тел
сопровождается определенным тепловым
эффектом. У аморфных же тел этого
теплового эффекта нет.

Различие
в строении кристаллических и аморфных
веществ определяет и различие в их
свойствах. Так, аморфные вещества,
обладая большим запасом свободной
энергии,
химически более активны, чем кристаллические
вещества такого же состава. Например,
расплав доменного шлака, используемый
для получения шлакопортландцемента,
охлаждают по специальному ускоренному
режиму для получения гранулированного
шлака стеклообразного строения,
обладающего повышенной химической
активностью. Аморфное строение имеют
горные породы, применяемые в качестве
активных минеральных добавок к цементам
(туфы, пемзы, опоки, трепелы, диатомиты),
смолы, пластмассы и др.

Большая
реакционная способность аморфного
кремнезема, как будет показано ниже,
может вызывать законную тревогу у
строителя (вследствие коррозии в щелочах)
и использоваться для пользы дела,
например в случае применения трепела
в гип-соцементнопуццолановых вяжущих.

Прочность
аморфных веществ,
как правило, ниже прочности кристаллических,
поэтому для получения материалов
повышенной прочности специально проводят
кристаллизацию стекол, например при
получении ситаллов и шлакоситаллов,
стекло-кремнезита.

Физические
свойства твердого тела можно разделить
на две категории: одна из них включает
такие свойства, как плотность, удельная
теплоемкость, которые не связаны с
выбором какого-либо направления внутри
твердого тела; свойства же другой
категории — механическая прочность,
модуль деформаций, термический коэффициент
расширения, коэффициент теплопроводности
и другие — могут быть различными для
разных направлений в твердом теле.

Изотропией
называют независимость определенных
физических свойств твердого тела от
направления. Напротив, под анизотропией
понимают зависимость свойств
макроскопически однородного тела от
направления по отношению к осям координат,
связанным с самим телом. Волокнистые и
слоистые материалы, древесина обладают
различными свойствами в различных
направлениях, т. е. являются анизотропными.
Напротив, жидкости и материалы в аморфном
состоянии обладают одинаковыми свойствами
во всех направлениях как изотропные
материалы, например стекло. Кристаллические
вещества в микрообъеме анизотропны
(например, кварц), в макрообъеме — изотропны
(например, гранит).

Любое вещество может существовать в трёх агрегатных состояниях: твёрдом, жидком и газообразном. Всем известно, что жидкая при комнатной температуре вода становится твёрдой при охлаждении до (0) °С, а при нагревании до (100) °С превращается в пар.

вещества делят на и .

Отличие аморфных и кристаллических веществ заключается в степени упорядоченности их внутреннего строения.

В веществах все частицы располагаются в  п

В веществах этот порядок .

Рис.

. Строение кристаллических и аморфных веществ

называют вещества, в которых частицы располагаются в строгом порядке.

Примеры кристаллических веществ: , , , , , и .

Рис.

. Кристаллы льда

Рис.

. Кристаллы аметиста

называют вещества, у которых нет строгого порядка в расположении частиц.

К аморфным веществам относятся: , , , , , , .

Рис.

. Поделка из пластилина

Рис.

. Янтарь

Кристаллические и аморфные вещества.

При ударе кристаллические вещества распадаются на мелкие кристаллики  формы.

Слово «аморфный» переводится с греческого языка как «бесформенный».

Рис.

. Осколки стекла

вещества имеют определённую температуру плавления, при которой они сразу становятся жидкими. Например, алюминий плавится при температуре (660) °С, а алмаз — при (3827) °С.

Если нагревать стекло, то оно сначала размягчается и превращается в пластичную массу.

вещества точной — при нагревании они постепенно размягчаются и переходят в вязкое состояние. Способность аморфных веществ становиться вязкими при нагревании позволяет придавать им .

Рис. 2. Кристаллы льда https://cdn.pixabay.com/photo/2018/02/27/20/40/water-3186525_960_720.jpg

Рис. 3. Кристаллы аметиста https://cdn.pixabay.com/photo/2021/02/02/23/19/gem-5975835_960_720.jpg

Рис. 4. Поделка из пластилина https://cdn.pixabay.com/photo/2012/03/01/01/14/elephant-20071_960_720.jpg

Рис. 5. Янтарь https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/2/22/Amber.insect.800pix.050203.jpg

Рис. 6. Осколки стекла https://cdn.pixabay.com/photo/2016/11/12/01/34/broken-glass-1818066_960_720.jpg

В природе вещества находятся в четырех
агрегатных состояниях: плазменном,
газообразном, жидком и твердом.

Твердые вещества
существуют в аморфном и кристаллическом
состояниях.

Аморфные
— это вещества, в которых слагающие их
частицы расположены относительно
беспорядочно (хотя существует так
называемый ближний порядок). К аморфным
могут относиться как природные (янтарь,
смолы), так и искусственные (стекло,
пластмассы) вещества. Внутреннее строение
определяет изотропию свойств (т.е.
одинаковость по всем направлениям).

Аморфные
вещества — неустойчивые, т.е. обладают
запасом внутренней энергии и стремятся
перейти в более стабильное состояние,
другими словами — они склонны к образованию
кристаллических зародышей. Например,
зарухание стекла, засахаривание меда,
переход опала (аморфного кремнезема) в
халцедон (кристаллическое вещество).
Аморфные вещества иногда рассматривают
как переохлажденные жидкости, т.е. в них
зафиксирована структура жидкости.
Аморфные вещества не имеют постоянной
температуры плавления. Переход из
твердого в жидкое состояние (и наоборот)
осуществляется постепенно через
пластическое состояние (рис.1.1).

Рисунок 1.1 – Кривые охлаждения аморфного
и кристаллического вещества

Кристаллические
вещества – имеют упорядоченное внутреннее
строение, т.е. частицы их слагающие
(атомы, ионы, молекулы) расположены в
строго определенном порядке в правильных,
симметричных, периодически повторяющихся
рядах, сетках, решетках. То есть они
имеют как ближний так и дальний порядок.
Упорядоченное, закономерное расположение
атомов, ионов, молекул называется
кристаллической
решеткой:
атомная (алмаз, графит), ионная (NaCl),
молекулярная (сахар, аспирин и другие
органические вещества). Кристаллы имеют
постоянную температуру плавления и
кристаллизации (рис.1.1).

Кристаллы
растут из паров, растворов, расплавов
при их охлаждении. И, если созданы
идеальные условия их роста, образуются
удивительно правильные многогранники.
Однако реальные кристаллы могут и не
представлять собой правильный
многогранник.

Отдельные
(единичные) кристаллы называются
монокристаллами.
Поликристалл
состоит из многих монокристальных
зерен, ориентированных случайно,
беспорядочно (например, сталь).

Идеальные
кристаллы
имеют правильную геометрическую форму,
плоские грани, ровные ребра. Реальные
– бугристая поверхность на гранях,
неровные ребра и т.д.

При медленном
охлаждении образуются крупные кристаллы,
при быстром – или мелкие, недоразвитые
(кристаллиты), или аморфное вещество
(переохлажденная жидкость).

Внешняя
форма является проявлением закономерного
внутреннего строения кристалла.

4 Основные свойства кристаллов

Кристаллы вырастают многогранными,
поскольку скорости их роста по различным
направлениям различны. Если бы они были
одинаковыми, то получилась бы единственная
форма – шар.

Не
только скорость роста, но и практически
все их свойства различны по разным
направлениям, т.е. кристаллам присуща
анизотропия
(«ан» — не, «низос» — одинаковый, «тропос»
— свойство), неравносвойственность по
направлениям.

Например,
кальцит при нагревании в продольном
направлении растягивается (=24,9·10-6
оС-1),
а в поперечном — сжимается (=-5,6·10-6
оС-1).
В нем же есть направление, в котором
тепловое расширение и сжатие компенсируют
друг друга (направление нулевого
расширения). Если вырезать пластинку,
перпендикулярную этому направлению,
то при нагревании толщина ее не будет
изменяться, и она может быть использована
для изготовления деталей в точном
машиностроении.

У графита расширение
вдоль вертикальной оси в 14 раз больше,
чем в направлениях, поперечных к этой
оси.

Особенно
наглядна анизотропия механических
свойств кристаллов. Кристаллы со слоистой
структурой – слюда, графит, тальк, гипс
– в направлении слоев совсем легко
расщепляются на тонкие листочки,
расколоть их в других направлениях
несравненно труднее. Соль разбивается
на мелкие кубики, испанский шпат — на
ромбоэдры (явление спайности).

В кристаллах имеет
место также анизотропия оптических
свойств, теплопроводности, электропроводности,
упругости и др.

В
поликристалле,
состоящем из ориентированных случайно
многих монокристальных зерен, анизотропия
свойств отсутствует.

Еще
раз необходимо подчеркнуть, что аморфные
вещества также изотропны.

В
некоторых кристаллических веществах
может проявляться и изотропность.
Например, распространение света в
кристаллах кубической сингонии происходит
с одинаковой скоростью в разных
направлениях. Можно сказать, что такие
кристаллы оптически изотропны, хотя в
этих кристаллах может наблюдаться
анизотропия механических свойств.

Однородность
– свойство физического тела быть
одинаковыми во всем объеме. Однородность
кристаллического вещества выражается
в том, что любые участки кристалла
одинаковой формы и одинаково
ориентированные, характеризуются одними
и теми же свойствами.

Способность
самоограняться
– способность кристалла в благоприятных
условиях принимать многогранную форму.
Описывается законом постоянства углов
Стенона.

Плоскогранность
и прямобедренность.
Поверхность кристалла ограничена
плоскостями или гранями, которые,
пересекаясь, образуют прямые линии –
ребра. Точки пересечения ребер образуют
вершины.

Грани, ребра,
вершины, а также двухгранные углы
(прямые, тупые, острые) являются элементами
внешнего ограничения кристаллов.
Двухгранные углы (это две пересекающиеся
плоскости), как указывалось выше, для
данного типа вещества являются константой.

Формула Эйлера
устанавливает взаимосвязь между
элементами ограничения (только простые
закрытые формы):

Г
+ В = Р + 2,

Г – количество
граней,

В
– количество вершин,

Р – количество
ребер.

Например,
для куба 6+8=12+2

Ребра кристаллов
соответствуют рядам решетки, грани –
плоским сеткам.

«Кристаллы блещут
своей симметрией», — писал великий
русский кристаллограф Е. С. Федоров.

Симметрия –
закономерная повторяемость равных
фигур или равных частей одной и той же
фигуры. « Симметрия» — с греч. «соразмерность»
соответственных точек в пространстве.

Если геометрический
объект в трехмерном пространстве
повернут, смещен или отражен и, при этом,
он в точности совместился сам с собой
(преобразовался в себя), т.е. остался
инвариантен к приложенному к нему
преобразованию, то объект является
симметричным, а преобразование
симметрическим.

При этом могут
быть случаи совмещения:

Рисунок
1.3 – Пример совместимо (а) и отраженно
(б) равных фигур

Геометрическое
понятие равенства фигур:
две фигуры называются равными, если
расстояние между двумя любыми точками
одной фигуры равно расстоянию между
соответствующими точками другой фигуры.

Аморфные тела

Всего получено оценок: 393.

Твердые тела существуют в двух основных состояниях, отличающихся своим внутренним строением, что приводит различию их физических свойств. Это — кристаллическое и аморфное состояния твердых тел. Основным признаком кристаллов является строгий, повторяющийся порядок расположения атомов. Аморфные вещества (от греческого слова “аморфос” — бесформенный) не имеют упорядоченной, кристаллической структуры.

Структура аморфных тел

В телах, находящихся в аморфном состоянии, отсутствует четкий порядок расположения атомов. Существует только, так называемый ближний порядок, когда ближайшие атомы располагаются относительно упорядоченно. По своей структуре аморфные вещества похожи на жидкости.

Рис. 1. Внутреннее строение (решетка) кристаллического твердого тела и структура аморфного тела.

Аморфное состояние вещества, в отличие от кристаллического, не является устойчивым. По прошествии некоторого времени аморфное вещество постепенно переходит в кристаллическое. Правда, это время измеряется годами и десятилетиями.

В аморфном состоянии могут находиться и такие вещества, которые обычно имеют кристаллическую структуру. Например, кристалл кварца SiO2 если его расплавить (при температуре 17000С), при охлаждении образует плавленый кварц, имеющий меньшую плотность, чем кристаллический, и обладающий свойствами одинаковыми по всем направлениям, притом сильно отличающимися от свойств кристаллического кварца.

Примеры аморфных тел

Аморфными являются огромное количество веществ. Вот только некоторые, хорошо известные вещества: парафин, воск, сургуч, эбонит, шоколад, канифоль, смола, стекло, плексиглас, каучук, стекло, различные пластмассы.

Рис. 2. Примеры аморфных веществ.

Свойства аморфных тел

В силу своего строения, в отличие от кристаллических тел, аморфные тела обладают следующими основными свойствами:

Рис. 3. Графики перехода аморфного и кристаллического тел в жидкое состояние.

Есть вещества, обладающие одновременно свойствами и жидкости и кристалла, а именно текучестью и анизотропией. Такое состояние вещества называется жидкокристаллическим. В основном жидкими кристаллами являются органические вещества, молекулы которых имеют форму плоских пластин или нитевидную форму. Эти вещества являются основой для жидкокристаллических экранов телевизоров.

Что мы узнали?

Итак, мы узнали, что из себя представляют твердые тела в аморфном состоянии. Структура этих веществ не имеет упорядоченного порядка размещения атомов. Физические свойства аморфных тел не зависят от направления воздействия и ориентации тела.

Тест по теме

Чтобы попасть сюда — пройдите тест.

Оценка доклада

А какая ваша оценка?

Кристаллические и аморфные тела

Всего получено оценок: 408.

В зависимости от внутреннего строения твердые тела бывают либо кристаллическими, либо аморфными. Молекулы и атомы кристаллов расположены в определенной, повторяющейся последовательности на больших расстояниях, сохраняя так называемый дальний порядок. Атомы и молекулы в аморфных телах размещены неупорядоченно, для них характерен ближний порядок со строением аналогичным жидкому состоянию вещества. Рассмотрим основные отличия кристаллических тел от аморфных, которые проявляются в их физических свойствах.

Твердые тела

Все твердые тела обладают следующими общими свойствами:

Рис. 1. Примеры решеток кристаллических и аморфных тел – кварц аморфный и кристаллический.

Современные ученые исследуют пространственное расположение атомов и молекул в твердых телах с помощью электронных микроскопов, которые позволяют получить изображение объекта с сильным увеличением (до 106 раз). Первый электронный микроскоп был изобретен в 30-х годах прошлого века. В 2018 г. с помощью последних версий этого прибора было получено разрешение 0,39 ангстрем. Напомним, что 1 ангстрем равен 10-8 см. В большинстве кристаллов это соответствует шагу атомной решетки.

Смола, воск, графит, изделия из стекла и янтаря, пластмассы — все это примеры аморфных тел (от греч.слова Amorphous — бесформенный, некристаллический).

Отсутствие дальнего порядка в расположении частиц вещества у аморфных тел приводит к тому, что их физические свойства одинаковы во всех направлениях. Такие тела называют изотропными (слово “изотропный” составлено из двух греческих слов: isos — ровный, tropos — направление). Изотропность физических свойств аморфных тел является следствием хаотичного расположения составляющих их молекул и атомов.

Характерной особенностью аморфных тел является отсутствие определенной температуры плавления, то есть отсутствует четкий переход от твердого состояния к жидкому: при нагревании аморфное тело становится только более текучим.

Кристаллические тела

Твердые тела, в которых молекулы и атомы расположены упорядоченно и образуют периодически повторяющуюся структуру, называются кристаллами. Физические свойства кристаллов (упругие, механические, тепловые, электрические, магнитные, оптические) в разных направлениях неодинаковы. Такое свойство называется анизотропностью. Анизотропия кристаллов объясняется тем, что при упорядоченном расположении частиц расстояния между ними и силы взаимодействия (притяжения и отталкивания) оказываются неодинаковыми в разных направлениях.

Различают кристаллические тела двух видов: монокристаллы и поликристаллы. Главным признаком монокристаллов является повторяющееся внутреннее строение (структура) во всем объеме тела.

Поликристалл — это совокупность (набор) сросшихся друг с другом, хаотически ориентированных, небольших кристаллов. Каждый маленький кристалл обладает свойствами анизотропии, но их совокупность — поликристалл — изотропен.

Рис. 2. Монокристаллы и поликристаллы.

Часто встречаются кристаллические тела одинаковые по своему химическому составу, но обладающие очень разные физические свойства. Самый известный пример — это углерод, имеющий две модификации: графит и алмаз. Разное строение кристаллических решеток является причиной того, что алмаз имеет рекордные показатели твердости, а графит из-за его мягкости используется в качестве грифелей для карандашей.

Рис. 3. Графит и алмаз.

Итак, мы узнали, что кристаллические и аморфные тела кроме общих признаков, которые относят их к твердым телам, имеют совершенно разные физические свойства. Аморфные тела обладают изотропными свойствами, а для кристаллов характерна анизотропия физических параметров. Кристаллические тела делятся на монокристаллы и поликристаллы.

Рис.

. Аморфное и кристаллическое строение

В аморфных веществах частицы не упорядочены, и такие вещества не имеют постоянных температур плавления. Примеры аморфных веществ: смола, пластилин, пластмассы, стекло, воск.

В кристаллических веществах частицы (молекулы, атомы или ионы) находятся в определённом порядке. Расположение частиц напоминает строение решётки, поэтому и появилось название — кристаллическая решётка.

Известны четыре типа кристаллических решёток: молекулярные, атомные, ионные и металлические.

Молекулярная кристаллическая решётка

Молекулярные кристаллы образуются веществами с ковалентной неполярной связью (йод, белый фосфор, ромбическая и моноклинная сера, твёрдые водород, кислород, азот, хлор, инертные газы и др.), а также веществами с ковалентной полярной связью (фенол, глюкоза, фруктоза, твёрдые вода, углекислый газ и др.).

Рис.

. Молекулярная кристаллическая решётка

В узлах молекулярных кристаллов располагаются молекулы, между которыми действует слабое межмолекулярное взаимодействие. Поэтому молекулярные вещества непрочные и легкоплавкие.

Атомная кристаллическая решётка

Атомные кристаллы также образуются веществами с ковалентными связями: с неполярными (алмаз, графит, кремний, бор, красный фосфор, чёрный фосфор) и с полярными (оксид кремния, карборунд

Рис.

. Атомная кристаллическая решётка

В узлах атомных кристаллов находятся атомы, а связаны они прочными ковалентными связями. Такие вещества отличаются тугоплавкостью и нелетучестью.

Ионная кристаллическая решётка

Ионный тип решётки характерен для веществ с ионной связью. В этом случае в узлах чередуются простые или сложные ионы (

Рис.

. Ионная кристаллическая решётка

Взаимодействие между ионами сильное, поэтому ионные вещества твёрдые, тугоплавкие, нелетучие.

Металлическая кристаллическая решётка

Такой тип решётки у веществ с металлической связью, т. е. у металлов и их сплавов. В узлах находятся положительные ионы, а между ними перемещаются обобществлённые электроны.

Рис.

. Металлическая кристаллическая решётка

Рис. 4. Ионная кристаллическая решётка. Общественное достояние, https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/e/eb/Sodium_chloride_crystal.png, дата обращения: 26.08.2022.