AMORF SZILÁRD ANYAGOK: SZERKEZET, TULAJDONSÁGOK, PÉLDÁK - KÉMIA - 2025

Az amorf szilárd anyagok azok, amelyek nem rendelkeznek rendben hosszú távú szerkezettel. Ezek ellentétesek azzal, amit kristályos szilárd anyagnak neveznek. Részecskéi rendezetlenül társulnak, hasonlóan a folyadékokéhoz, de elég erővel ahhoz, hogy szilárd szerkezetűvé váljanak.

Ez az amorf karakter gyakoribb, mint gondolnád; valójában az egyik lehetséges állapot, amelyet a sűrített anyag elfogadhat. Ebből következik, hogy minden olyan anyag, amely képes megszilárdulni és ezért kristályosodni, rendellenes módon is agglomerálódhat, ha a kísérleti körülmények lehetővé teszik.

A vattacukor példája egy amorf szilárd anyagnak. Forrás: Pixabay.

A fentiek általában tiszta anyagokra vonatkoznak, akár elemekre, akár vegyületekre. De keverékek esetében is érvényes. Számos szilárd keverék amorf, például vattacukor, csokoládé, majonéz vagy burgonyapüré.

Az a tény, hogy a szilárd anyag amorf, nem teszi kevésbé értékesé, mint egy kristályos. A szerkezeti rendellenesség időnként olyan egyedi tulajdonságokkal bír, amelyek nem mutatkoznának kristályos állapotban. Például a fotovoltaikus iparban az amorf szilícium előnyös a kristályos helyett bizonyos kisüzemi alkalmazásoknál.

Amorf szilárd anyagok szerkezete

A kristályos és az amorf szerkezet közötti különbség. Forrás: Gabriel Bolívar.

Az amorf szilárd anyagok szerkezete rendetlen; nincs periodikussága vagy szerkezeti mintája. A fenti kép ezt szemlélteti. Az A jelentése kristályos szilárd anyag, míg B jelentése amorf szilárd anyag. Vegye figyelembe, hogy a B-ben a lila rombusz tetszőlegesen van elrendezve, bár az A-ban és a B-ben egyaránt léteznek azonos típusú interakciók.

Ha B-t is megnéz, látni fogja, hogy vannak szóközök, amelyek üresnek tűnnek; vagyis a szerkezetnek vannak hibái vagy szabálytalanságai. Ezért az amorf szilárd anyag mikroszkopikus vagy belső rendellenességeinek egy része annak részecskéknek az "elrendezése" révén van kialakítva, hogy a kapott szerkezetnek sok hiányossága van.

Elsőként megemlítették az amorf szilárd anyagok rendezési fokát. B-ben csak néhány rombusz található, amelyek szépen egymáshoz igazodnak. Rendelhető régiók vannak; de csak közeli tartományban.

Azt állítják, hogy egy amorf szilárd anyag különféle szerkezetű, mérhetetlen apró kristályokból áll. Ezen struktúrák összege labirintinus és értelmetlenné válik: a globális szerkezet amorf lesz, végtelen kristályblokkokból áll, amelyek mindenütt szétszóródnak.

Tulajdonságok

Az amorf szilárd anyagok tulajdonságai az alkotó részecskék jellegétől függően változnak. Vannak azonban bizonyos általános jellemzők, amelyek megemlíthetők. Az amorf szilárd anyagok üvegesek lehetnek, ha a kristályokhoz hasonló szempontokkal rendelkeznek; vagy zselatinos, gyantás vagy poros.

Mivel szerkezetük rendezetlen, nem hoznak létre megbízható röntgen-diffrakciós spektrumot, és olvadáspontjuk sem pontos, hanem inkább egy értéktartományt fednek le.

Például az amorf szilárd anyag olvadáspontja 20–60 ° C lehet. Eközben a kristályos szilárd anyagok megolvadnak egy meghatározott hőmérsékleten, vagy szűk tartományban, ha sok szennyeződést tartalmaznak.

Az amorf szilárd anyagok másik jellemzője, hogy töréskor vagy töréskor nem sima felületű geometriai fragmensekből származnak, hanem szabálytalan, hajlított felületekkel rendelkező fragmensekből. Amikor nem üveges, poros és átlátszatlan testként jelennek meg.

Készítmény

Ez több, mint amorf szilárd anyag, ezt a fogalmat „amorf állapotnak” kell tekinteni. Valamennyi vegyület (ionos, molekuláris, polimer, fém stb.) Egy bizonyos pontig - és ha a kísérleti körülmények lehetővé teszik - képesek amorf és nem kristályos szilárd anyagot képezni.

Például a szerves szintézisek során szilárd vegyületeket először por alakban kapnak. A szennyezőanyag-tartalma olyan magas, hogy hosszú távon befolyásolja molekuláris rendjét. Éppen ezért, amikor a termék újra és újra átkristályosodik, a szilárd anyag egyre kristályosabbá válik; elveszíti amorf jellegét.

Ez azonban nem jelenti azt, hogy az amorf szilárd anyagok szükségszerűen szennyező anyagok; közülük sokan amorf jellegűek saját kémiai természetüknél fogva.

Egy tiszta anyag amorf módon megszilárdulhat, ha folyadékát hirtelen lehűtik oly módon, hogy részecskéi nem kristályosodnak, hanem üveges konfigurációt kapnak. A hűtés olyan gyors, hogy a részecskéknek nincs elegendő idejük a kristályos blokkok befogadására, amelyek alig képesek "megszületni".

A víz például üveges, amorf állapotban és nemcsak jégként létezik.

Példák amorf szilárd anyagokra

Ásványok és műanyagok

Az obsidianus a kevés ismert amorf ásványi anyag egyike. Forrás: Pixabay.

Gyakorlatilag bármely kristályos anyag megfelelhet amorf formának (és fordítva). Ez történik néhány ásványi anyaggal, amelyek geokémiai okokból nem tudták hivatalosan megállapítani a hagyományos kristályaikat. Mások viszont nem kristályokat alkotnak, hanem üveg; így van az obszidián esetében.

Másrészről, a polimerek hajlamosak megszilárdulni amorf módon, mivel molekuláik túlságosan nagyak ahhoz, hogy meghatározzák a rendezett szerkezetet. Itt jönnek be többek között a gyanták, gumi, polisztirol hab (anime), műanyagok, teflon, bakelit.

Biológiai szövet

A biológiai szilárd anyagok általában amorfak, például: szervszövet, bőr, haj, szaruhártya stb. Hasonlóképpen, a zsír és a fehérjék amorf tömegeket alkotnak; Megfelelő előkészítés mellett azonban kristályosodhatnak (DNS kristályok, fehérjék, zsírok).

Szemüveg

Üveg, amorf szilárd anyag

Noha szinte utoljára hagyták, a leginkább reprezentatív amorf szilárd anyag messze az üveg. Összetétele lényegében megegyezik a kvarc: SiO ₂ összetételével. Mind a kvarckristály, mind az üveg háromdimenziós kovalens hálózatok; csak az, hogy az üvegrács rendetlen, különböző hosszúságú Si-O kötésekkel.

Fémüveg minta

Az üveg alapvető fontosságú amorf szilárd anyag, és az anyagok, amelyek hasonló megjelenést mutatnak, üveges állapotúak.

Szén és fémek

Van amorf szén, az aktív szén az abszorbens kapacitása szempontjából az egyik legfontosabb. Van továbbá amorf szilícium és germánium, olyan elektronikus alkalmazásokkal, ahol félvezetőkként működnek.

És végül vannak olyan amorf ötvözetek, amelyek fématomjaik eltérése miatt nem hoznak létre kristályszerkezetet.

Irodalom

1. Whitten, Davis, Peck és Stanley. (2008). Kémia (8. kiadás). CENGAGE Tanulás.
2. Shiver és Atkins. (2008). Szervetlen kémia. (Negyedik kiadás). Mc Graw Hill.
3. Rachel Bernstein és Anthony Carpi. (2020). A szilárd anyagok tulajdonságai. Helyreállítva: visionlearning.com
4. Wikipedia. (2020). Amorf szilárd anyag. Helyreállítva: en.wikipedia.org
5. Richard Zallen, Ronald Walter Douglas és társai. (2019. július 31.) Amorf szilárd anyag. Encyclopædia Britannica. Helyreállítva: britannica.com
6. Elsevier BV (2020). Amorf szilárd anyag. ScienceDirect. Helyreállítva: sciencedirect.com
7. Danielle Reid. (2020). Amorf szilárd anyag: Meghatározás és példák. Tanulmány. Helyreállítva: study.com
8. Rubik kocka alkotása. (2008). Mi az amorf anyag? Helyreállítva: web.physics.ucsb.edu