Твердые тела делятся в физике на аморфные и кристаллические. В отличие от кристаллических веществ, молекулы аморфных веществ не образуют решетку. Расстояние между ними изменяется в пределах определенного интервала.
У кристаллов атомы и молекулы располагаются так, что структуры, образуемые ими, могут повторяться во всем их объеме. Это состояние имеет название «дальний порядок». В аморфных химических соединениях структура сохраняется сравнительно близко расположенных молекул. Такое состояние именуется «ближний порядок». Оно и характерно для «бесформенных материалов».
Примеры аморфных тел: резина, кожа, целлюлоза, полимерные материалы и прочие органические химические соединения, а также стекло. Любая аморфная масса неустойчива: она не обладает упругостью и является пластичной.
Свойства веществ
Выделяют такие физические свойства аморфных тел.
- Аморфные тела не обладают устойчивой точкой плавления. При росте температуры они размягчаются, а после достижения точки стеклования переходят в жидкость. Чтобы определить температуру плавления, физики говорят не о точке, при которой вещество плавится, а об интервале температур.
- У некоторых видов химических соединений (смолы, воски и проч.) нет кристаллической решетки, в отличие от, например, каменной соли или иных молекул ионов.
- Аморфное тело характеризуется слабо выраженной текучестью. Например, если поместить воск в воронку, то он сначала растечется по ее поверхности и только потом будет стекать. Вода, как и любая другая жидкость, просто выльется.
- При внешних воздействиях рассматриваемые структуры проявляют свойства твердых и жидких тел. При ударах они проявляют свойства твердых и раскалываются на мелкие куски. Это называется изотропностью аморфных тел. При длительном внешнем воздействии они растекаются: так ведет себя, например, смола.
- В условиях низких температур аморфные вещества проявляют свойства кристалла. Они почти не текут, однако по мере повышения температуры медленно размягчаются, приближаясь к характеристикам жидкостей.
- Энергия вещества в аморфном состоянии выше, чем в твердом. Поэтому оно может переходить в состояние кристалла. Пример – потемнение стекол. Указанный процесс часто занимает многие годы.
Жидкие кристаллы и аморфные металлы
Среди аморфных материалов в природе существуют тела с жидкокристаллической структурой. Как правило, это органические молекулы с кристаллической структурой. Такие тела сочетают свойства жидкостей и кристаллов.
Молекулы жидких кристаллов расположены параллельно друг к другу, а расстояние между ними непостоянное. Они постоянно движутся, не меняя при этом ориентацию.
«Бесформенные» металлы иначе называются металлические стекла. Они отличаются фазовой однородностью, их аморфная структура подобна переохлажденным расплавам. Молекулы аморфного металла отличаются вязкостью, высокой прочностью и устойчивостью к коррозии.
Стеклообразное состояние
В природе существуют жидкости, которые нельзя перевести в кристаллическое состояние путем низких температур. Строение их молекул таково, что они не могут образовывать кристаллическую решетку. Такими являются молекулы некоторых видов полимеров. Такое аморфное состояние называют стеклообразным.
При глубоком и очень быстром охлаждении почти все вещества переходят в описываемое состояние. Оно сохраняется при требуемых термодинамических условиях. С помощью охлаждения вещество не сможет кристаллизироваться и превратится в стекло. Чем выше скорость охлаждения, тем меньше вероятность того, что оно станет кристаллом.
В природных условиях в стеклообразном состоянии может находиться вещество, возникающее из вулканической магмы. Взаимодействуя с холодной водой, воздухом, оно быстро охлаждается. Существует также стекло, которое образуется по причине плавления падающего метеорита, когда он взаимодействует с атмосферой. Таким является молдавит, или метеоритное стекло.
Бесформенное тело обладает рядом характерных отличий. Главнейшие свойства аморфных веществ – отсутствие кристаллической решетки, точки плавления, слабо выраженная текучесть, сочетание свойств жидкого и твердого тела. Они широко используются в разных отраслях промышленности, а также в быту.
