Bạn đã bao giờ tự hỏi những chất vô định hình bí ẩn là gì chưa? Về cấu trúc, chúng khác với cả chất rắn và chất lỏng. Thực tế là những thiên thể như vậy đang ở trạng thái cô đặc đặc biệt, chỉ có trật tự trong phạm vi ngắn. Ví dụ về các chất vô định hình là nhựa thông, thủy tinh, hổ phách, cao su, polyetylen, polyvinyl clorua (cửa sổ bằng nhựa yêu thích của chúng tôi), các loại polyme khác nhau và những loại khác. Đây là những chất rắn không có mạng tinh thể. Chúng cũng bao gồm sáp niêm phong, các chất kết dính khác nhau, ebonit và nhựa.
Tính chất bất thường của chất vô định hình
Trong quá trình phân tách, các khuôn mặt không được hình thành trong các cơ thể vô định hình. Các hạt là hoàn toàn ngẫu nhiên và ở khoảng cách gần nhau. Chúng có thể rất đặc và nhớt. Chúng bị ảnh hưởng bởi những tác động bên ngoài như thế nào? Dưới tác động của các nhiệt độ khác nhau, các vật thể trở nên lỏng, giống như chất lỏng, đồng thời khá đàn hồi. Trong trường hợp tác động bên ngoài không kéo dài, các chất có cấu trúc vô định hình có thể vỡ thành nhiều mảnh chỉ với một cú đánh mạnh. Dàiảnh hưởng từ bên ngoài khiến chúng chỉ đơn giản là chảy.
Hãy thử một chút thí nghiệm nhựa thông tại nhà. Đặt nó trên một bề mặt cứng và bạn sẽ nhận thấy rằng nó bắt đầu trôi chảy. Đúng vậy, đó là một chất vô định hình! Tốc độ phụ thuộc vào các chỉ số nhiệt độ. Nếu nó rất cao, thì nhựa sẽ bắt đầu lan ra nhanh hơn đáng kể.
Điều gì khác là điển hình cho những cơ thể như vậy? Họ có thể có bất kỳ hình thức nào. Nếu các chất vô định hình ở dạng các hạt nhỏ được đặt trong một bình, ví dụ, trong một cái bình, thì chúng cũng sẽ có dạng bình. Chúng cũng đẳng hướng, nghĩa là chúng thể hiện các tính chất vật lý giống nhau theo mọi hướng.
Tan chảy và chuyển sang các trạng thái khác. Kim loại và thủy tinh
Trạng thái vô định hình của vật chất không có nghĩa là duy trì bất kỳ nhiệt độ cụ thể nào. Ở tốc độ thấp, các cơ thể đóng băng, ở tốc độ cao, chúng tan chảy. Nhân tiện, mức độ nhớt của các chất như vậy cũng phụ thuộc vào điều này. Nhiệt độ thấp góp phần làm giảm độ nhớt, nhiệt độ cao thì ngược lại làm tăng độ nhớt.
Đối với các chất thuộc loại vô định hình, một đặc điểm nữa có thể được phân biệt - sự chuyển đổi sang trạng thái tinh thể và tự phát. Tại sao chuyện này đang xảy ra? Nội năng trong thể tinh thể ít hơn nhiều so với thể vô định hình. Chúng ta có thể thấy điều này trong ví dụ về các sản phẩm thủy tinh - theo thời gian, kính trở nên vẩn đục.
Kính kim loại - nó là gì? Kim loại có thể được tách ra khỏi mạng tinh thể trongtrong quá trình nóng chảy, nghĩa là, để làm cho một chất có cấu trúc vô định hình trở thành thủy tinh. Trong quá trình đông đặc dưới sự làm mát nhân tạo, mạng tinh thể lại được hình thành. Kim loại vô định hình chỉ đơn giản là có khả năng chống ăn mòn đáng kinh ngạc. Ví dụ, một thùng xe làm từ nó sẽ không cần nhiều lớp phủ khác nhau, vì nó sẽ không bị phá hủy tự phát. Chất vô định hình là chất có cấu trúc nguyên tử có sức mạnh chưa từng có, có nghĩa là kim loại vô định hình có thể được sử dụng trong hoàn toàn bất kỳ lĩnh vực công nghiệp nào.
Cấu trúc tinh thể của chất
Để thành thạo các đặc tính của kim loại và có thể làm việc với chúng, bạn cần có kiến thức về cấu trúc tinh thể của một số chất nhất định. Việc sản xuất các sản phẩm kim loại và lĩnh vực luyện kim sẽ không thể có được sự phát triển như vậy nếu con người không có những hiểu biết nhất định về những thay đổi trong cấu trúc của hợp kim, phương pháp công nghệ và đặc tính hoạt động.
Bốn trạng thái của vật chất
Ai cũng biết rằng có bốn trạng thái tập hợp: rắn, lỏng, khí, plasma. Các chất vô định hình rắn cũng có thể ở dạng tinh thể. Với cấu trúc như vậy, có thể quan sát được tính tuần hoàn trong không gian trong sự sắp xếp của các hạt. Các hạt này trong tinh thể có thể thực hiện chuyển động tuần hoàn. Trong tất cả các vật thể mà chúng ta quan sát được ở trạng thái khí hoặc lỏng, người ta có thể nhận thấy sự chuyển động của các hạt dưới dạng hỗn loạn hỗn loạn. Chất rắn vô định hình (chẳng hạn như kim loại trongtrạng thái ngưng tụ: ebonit, sản phẩm thủy tinh, nhựa) có thể được gọi là chất lỏng dạng đông lạnh, bởi vì khi chúng thay đổi hình dạng, bạn có thể nhận thấy một tính năng đặc trưng như độ nhớt.
Sự khác biệt giữa các vật thể vô định hình từ chất khí và chất lỏng
Biểu hiện của tính dẻo, đàn hồi, cứng trong quá trình biến dạng là đặc trưng của nhiều cơ thể. Các chất tinh thể và vô định hình có những đặc điểm này ở mức độ lớn hơn, trong khi chất lỏng và chất khí thì không. Nhưng mặt khác, bạn có thể thấy rằng chúng góp phần vào sự thay đổi đàn hồi về khối lượng.
Chất kết tinh và vô định hình. Tính chất cơ học và vật lý
Chất kết tinh và chất vô định hình là gì? Như đã đề cập ở trên, vô định hình có thể được gọi là những thể có hệ số nhớt rất lớn, và ở nhiệt độ bình thường tính lưu động của chúng là không thể. Nhưng ngược lại, nhiệt độ cao cho phép chúng trở nên lỏng, giống như một chất lỏng.
Chấttinh_hình dường như hoàn toàn khác biệt. Các chất rắn này có thể có điểm nóng chảy riêng tùy thuộc vào áp suất bên ngoài. Có thể nhận được tinh thể nếu chất lỏng được làm lạnh. Nếu bạn không thực hiện các biện pháp nhất định, thì bạn có thể nhận thấy rằng các trung tâm kết tinh khác nhau bắt đầu xuất hiện ở trạng thái lỏng. Trong khu vực xung quanh các trung tâm này, sự hình thành chất rắn xảy ra. Các tinh thể rất nhỏ bắt đầu kết hợp với nhau theo một thứ tự ngẫu nhiên, và cái gọi là đa tinh thể thu được. Một cơ thể như vậy làđẳng hướng.
Đặc tính của chất
Điều gì quyết định các đặc tính vật lý và cơ học của các cơ thể? Liên kết nguyên tử rất quan trọng, cũng như kiểu cấu trúc tinh thể. Tinh thể ion được đặc trưng bởi liên kết ion, có nghĩa là sự chuyển đổi trơn tru từ nguyên tử này sang nguyên tử khác. Trong trường hợp này, sự hình thành của các hạt tích điện dương và âm. Chúng ta có thể quan sát liên kết ion trong một ví dụ đơn giản - những đặc điểm như vậy là đặc trưng của các oxit và muối khác nhau. Một đặc điểm khác của tinh thể ion là khả năng dẫn nhiệt thấp, nhưng hiệu suất của nó có thể tăng lên rõ rệt khi bị nung nóng. Tại các nút của mạng tinh thể, bạn có thể thấy các phân tử khác nhau được phân biệt bằng các liên kết nguyên tử bền chặt.
Nhiều khoáng chất mà chúng ta tìm thấy ở khắp mọi nơi trong tự nhiên có cấu trúc tinh thể. Và trạng thái vô định hình của vật chất cũng là tự nhiên ở dạng tinh khiết nhất của nó. Chỉ trong trường hợp này, cơ thể là một thứ không có hình dạng, nhưng các tinh thể có thể có dạng khối đa diện đẹp nhất với các mặt phẳng, cũng như tạo thành các thể rắn mới có vẻ đẹp và độ tinh khiết đáng kinh ngạc.
Tinh thể là gì? Cấu trúc tinh thể vô định hình
Hình dạng của các cơ thể như vậy là không đổi đối với một kết nối nhất định. Ví dụ, beryl luôn trông giống như một lăng kính lục giác. Làm một thử nghiệm nhỏ. Lấy một tinh thể nhỏ của muối lập phương (quả bóng) và cho vào một dung dịch đặc biệt càng bão hòa càng tốt với cùng một muối. Theo thời gian, bạn sẽ nhận thấy rằng cơ thể này vẫn không thay đổi - nó đã trở lạihình dạng của một khối lập phương hoặc một quả bóng, vốn có trong các tinh thể muối.
Chất tinh thể vô định hình là những thể có thể chứa cả pha vô định hình và pha tinh thể. Điều gì ảnh hưởng đến các đặc tính của vật liệu của một cấu trúc như vậy? Chủ yếu là tỷ lệ khối lượng khác nhau và sự sắp xếp khác nhau trong mối quan hệ với nhau. Ví dụ phổ biến của các chất đó là vật liệu từ gốm, sứ, thủy tinh-gốm. Từ bảng tính chất của vật liệu có cấu trúc tinh thể vô định hình, người ta biết rằng sứ có chứa phần trăm pha thủy tinh là lớn nhất. Các con số dao động trong khoảng 40-60 phần trăm. Chúng ta sẽ thấy hàm lượng thấp nhất trong ví dụ về đúc đá - ít hơn 5 phần trăm. Đồng thời, gạch men sẽ có độ hút nước cao hơn.
Như bạn đã biết, các vật liệu công nghiệp như sứ, gạch men, đá đúc và gốm sứ thủy tinh là những chất tinh thể vô định hình, vì chúng có chứa các pha thủy tinh và đồng thời là các tinh thể trong thành phần của chúng. Đồng thời, cần lưu ý rằng các đặc tính của vật liệu không phụ thuộc vào hàm lượng của các pha thủy tinh trong đó.
Kim loại vô định hình
Việc sử dụng các chất vô định hình được thực hiện tích cực nhất trong lĩnh vực y học. Ví dụ, kim loại được làm nguội nhanh chóng được sử dụng tích cực trong phẫu thuật. Nhờ những phát triển đi kèm với nó, nhiều người đã có thể tự di chuyển sau những chấn thương nặng. Vấn đề là chất có cấu trúc vô định hình là một vật liệu sinh học tuyệt vời để cấy ghép vào xương. Nhậnvít đặc biệt, tấm, ghim, ghim được giới thiệu trong trường hợp gãy xương nghiêm trọng. Trước đây, thép và titan đã được sử dụng cho các mục đích như vậy trong phẫu thuật. Chỉ sau này người ta mới nhận thấy rằng các chất vô định hình phân hủy rất chậm trong cơ thể, và đặc tính tuyệt vời này giúp các mô xương có thể phục hồi. Sau đó, chất này được thay thế bằng xương.
Sử dụng các chất vô định hình trong đo lường và cơ khí chính xác
Cơ học chính xác dựa hoàn toàn vào độ chính xác, và do đó nó được gọi như vậy. Một vai trò đặc biệt quan trọng trong ngành này, cũng như trong đo lường, được đóng bởi các chỉ số siêu chính xác của các dụng cụ đo lường; điều này có thể đạt được bằng cách sử dụng các cơ thể vô định hình trong các thiết bị. Nhờ các phép đo chính xác, phòng thí nghiệm và nghiên cứu khoa học được thực hiện tại các viện trong lĩnh vực cơ học và vật lý, thu được các loại thuốc mới và nâng cao kiến thức khoa học.
Polyme
Một ví dụ khác về việc sử dụng chất vô định hình là polyme. Chúng có thể từ từ chuyển từ thể rắn sang thể lỏng, trong khi các polyme tinh thể được đặc trưng bởi điểm nóng chảy chứ không phải điểm mềm. Trạng thái vật lý của polyme vô định hình là gì? Nếu cho các chất này ở nhiệt độ thấp thì có thể thấy chúng ở trạng thái thuỷ tinh và thể hiện tính chất của chất rắn. Sự gia nhiệt dần dần làm cho các polyme bắt đầu chuyển sang trạng thái tăng độ đàn hồi.
Các chất vô định hình, ví dụ mà chúng tôi vừa đưa ra, được sử dụng nhiều trongngành công nghiệp. Trạng thái siêu đàn hồi cho phép polyme có thể bị biến dạng theo bất kỳ cách nào, và trạng thái này đạt được là do sự tăng tính linh hoạt của các liên kết và phân tử. Nhiệt độ tăng hơn nữa dẫn đến thực tế là polyme có được các đặc tính đàn hồi hơn nữa. Nó bắt đầu chuyển sang trạng thái lỏng và nhớt đặc biệt.
Nếu bạn không kiểm soát được tình hình và không ngăn chặn sự gia tăng nhiệt độ hơn nữa, polyme sẽ bị thoái hóa, tức là bị phá hủy. Trạng thái nhớt cho thấy tất cả các đơn vị của đại phân tử đều rất di động. Khi một phân tử polyme chảy, các liên kết không chỉ thẳng ra mà còn rất gần nhau. Tác động giữa các phân tử biến polyme thành chất cứng (cao su). Quá trình này được gọi là quá trình chuyển thủy tinh cơ học. Chất tạo thành được sử dụng để sản xuất màng và sợi.
Polyamit, polyacrylonitril có thể thu được từ polyme. Để tạo màng polyme, bạn cần ép polyme qua khuôn có lỗ rãnh và dán chúng vào băng. Bằng cách này, vật liệu đóng gói và đế cho băng từ được sản xuất. Polyme cũng bao gồm các loại vecni khác nhau (tạo bọt trong dung môi hữu cơ), chất kết dính và các vật liệu liên kết khác, vật liệu tổng hợp (gốc polyme có chất độn), chất dẻo.
Ứng dụng polyme
Loại chất vô định hình này đã bám rễ chắc chắn vào cuộc sống của chúng ta. Chúng được áp dụng ở khắp mọi nơi. Chúng bao gồm:
1. Các cơ sở khác nhau chosản xuất vecni, keo dán, sản phẩm nhựa (nhựa phenol-formaldehyde).
2. Chất đàn hồi hoặc cao su tổng hợp.
3. Vật liệu cách điện là polyvinyl clorua, hoặc cửa sổ nhựa PVC nổi tiếng. Nó có khả năng chống cháy, vì nó được coi là cháy chậm, đã tăng độ bền cơ học và đặc tính cách điện.
4. Polyamide là chất có độ bền và độ bền rất cao. Nó có đặc tính điện môi cao.
5. Plexiglas, hoặc polymethyl methacrylate. Chúng tôi có thể sử dụng nó trong lĩnh vực kỹ thuật điện hoặc sử dụng nó như một vật liệu cho kết cấu.
6. Fluoroplast, hoặc polytetrafluoroethylene, là một chất điện môi nổi tiếng không thể hiện đặc tính hòa tan trong dung môi có nguồn gốc hữu cơ. Phạm vi nhiệt độ rộng và đặc tính điện môi tốt của nó cho phép nó được sử dụng làm vật liệu kỵ nước hoặc chống ma sát.
7. Polystyrene. Vật liệu này không bị ảnh hưởng bởi axit. Nó, giống như chất dẻo fluoroplastic và polyamide, có thể được coi là một chất điện môi. Rất bền đối với tác động cơ học. Polystyrene được sử dụng ở khắp mọi nơi. Ví dụ, nó đã được chứng minh là một vật liệu kết cấu và cách điện tốt. Nó được sử dụng trong kỹ thuật điện và vô tuyến.
8. Có lẽ loại polyme nổi tiếng nhất đối với chúng ta là polyetylen. Vật liệu thể hiện khả năng chống chịu khi tiếp xúc với môi trường khắc nghiệt, tuyệt đối không cho hơi ẩm lọt qua. Nếu bao bì được làm bằng polyetylen, bạn có thể không sợ rằng bên trong sẽ bị hư hỏng dưới tác động củacơn mưa. Polyetylen cũng là một chất điện môi. Ứng dụng của nó rất rộng rãi. Cấu trúc đường ống, các sản phẩm điện khác nhau, phim cách điện, vỏ bọc cho cáp điện thoại và đường dây điện, các bộ phận của đài phát thanh và các thiết bị khác được làm từ nó.
9. PVC là một vật liệu polyme cao. Nó là chất tổng hợp và nhựa nhiệt dẻo. Nó có cấu trúc các phân tử không đối xứng. Hầu như không vượt qua nước và được tạo ra bằng cách ép bằng dập và bằng khuôn. Polyvinyl clorua được sử dụng thường xuyên nhất trong ngành công nghiệp điện. Trên cơ sở đó, các ống mềm và ống cách nhiệt khác nhau để bảo vệ hóa chất, pin dự phòng, ống bọc cách điện và miếng đệm, dây và cáp được tạo ra. PVC cũng là một chất thay thế tuyệt vời cho chì có hại. Nó không thể được sử dụng như một mạch tần số cao ở dạng điện môi. Và tất cả do thực tế là trong trường hợp này, tổn thất điện môi sẽ cao. Có tính dẫn điện cao.
