Elgondolkozott már azon, hogy mik azok a titokzatos amorf anyagok? Szerkezetükben különböznek szilárd és folyékony anyagoktól. A helyzet az, hogy az ilyen testek speciális sűrített állapotban vannak, amelyek csak rövid hatótávolságúak. Az amorf anyagok például a gyanta, üveg, borostyán, gumi, polietilén, polivinil-klorid (kedvenc műanyag ablakaink), különféle polimerek és mások. Ezek olyan szilárd anyagok, amelyeknek nincs kristályrácsa. Ide tartozik még a tömítőviasz, különféle ragasztók, ebonit és műanyagok.
Amorf anyagok szokatlan tulajdonságai
A hasítás során az arcok nem alakulnak ki amorf testekben. A részecskék teljesen véletlenszerűek, és közel vannak egymástól. Lehetnek nagyon vastagok és viszkózusak is. Hogyan hatnak rájuk a külső hatások? A különböző hőmérsékletek hatására a testek folyékonyakká válnak, mint a folyadékok, és ugyanakkor meglehetősen rugalmasak. Abban az esetben, ha a külső hatás nem tart sokáig, az amorf szerkezetű anyagok erőteljes ütéssel darabokra törhetnek. hosszúkülső befolyás hatására egyszerűen áramlanak.
Próbáljon ki egy kis gyantakísérletet otthon. Fektesse le kemény felületre, és észre fogja venni, hogy simán folyni kezd. Így van, ez egy amorf anyag! A sebesség a hőmérséklet-jelzőktől függ. Ha nagyon magas, akkor a gyanta észrevehetően gyorsabban kezd terjedni.
Mi jellemző még az ilyen testekre? Bármilyen formát ölthetnek. Ha kis részecskék formájában amorf anyagokat helyezünk egy edénybe, például egy kancsóba, akkor ezek is edény formát öltenek. Ezenkívül izotrópok, azaz minden irányban ugyanazokat a fizikai tulajdonságokat mutatják.
Olvadás és átmenet más állapotokba. Fém és üveg
Az anyag amorf állapota nem jelenti egy adott hőmérséklet fenntartását. Alacsony sebességgel a testek megfagynak, nagy sebességgel megolvadnak. Egyébként ettől függ az ilyen anyagok viszkozitásának mértéke is. Az alacsony hőmérséklet hozzájárul a viszkozitás csökkenéséhez, a magas hőmérséklet pedig éppen ellenkezőleg, növeli.
Az amorf típusú anyagoknál még egy jellemző megkülönböztethető - a kristályos állapotba való átmenet és a spontán. Miért történik ez? A kristályos test belső energiája sokkal kisebb, mint egy amorf testben. Ezt láthatjuk az üvegtermékek példáján – idővel az üvegek zavarossá válnak.
Fémüveg – mi ez? A fém eltávolítható a kristályrácsbólolvasztása során, vagyis egy amorf szerkezetű anyagot üvegessé tenni. A mesterséges hűtés alatti megszilárdulás során újra kialakul a kristályrács. Az amorf fém egyszerűen elképesztően ellenáll a korróziónak. Például egy belőle készült karosszéria nem igényel különféle bevonatokat, mivel nem lenne kitéve spontán tönkremenetelnek. Az amorf anyag olyan test, amelynek atomszerkezete soha nem látott erősségű, ami azt jelenti, hogy egy amorf fémet abszolút bármely ipari szektorban fel lehet használni.
Az anyagok kristályszerkezete
Ahhoz, hogy jól ismerje a fémek jellemzőit és tudjon velük dolgozni, ismernie kell bizonyos anyagok kristályszerkezetét. A fémtermékek gyártása és a kohászat nem tudott volna ekkora fejlődést elérni, ha az emberek nem rendelkeztek volna bizonyos ismeretekkel az ötvözetek szerkezetének, technológiai módszereinek és működési jellemzőinek változásairól.
Az anyag négy állapota
Jól ismert, hogy az aggregációnak négy állapota van: szilárd, folyékony, gáznemű és plazma. A szilárd amorf anyagok kristályosak is lehetnek. Ilyen szerkezet mellett a részecskék elrendezésében térbeli periodicitás figyelhető meg. Ezek a kristályokban lévő részecskék periodikus mozgást végezhetnek. Minden testben, amelyet gáz- vagy folyékony halmazállapotban figyelünk meg, megfigyelhető a részecskék mozgása kaotikus rendellenesség formájában. Amorf szilárd anyagok (például fémeksűrített állapot: ebonit, üvegtermékek, gyanták) fagyasztott típusú folyadékoknak nevezhetjük, mert alakváltozásukkor olyan jellegzetes tulajdonságot észlelhetünk, mint a viszkozitás.
A gázokból és folyadékokból származó amorf testek közötti különbség
A plaszticitás, a rugalmasság, az alakváltozás során fellépő keményedés megnyilvánulásai sok testre jellemzőek. A kristályos és amorf anyagok nagyobb mértékben rendelkeznek ezekkel a tulajdonságokkal, míg a folyadékok és gázok nem. Másrészt viszont láthatja, hogy hozzájárulnak a térfogat rugalmas változásához.
Kristályos és amorf anyagok. Mechanikai és fizikai tulajdonságok
Mik azok a kristályos és amorf anyagok? Mint fentebb említettük, amorfnak nevezhetjük azokat a testeket, amelyeknek hatalmas viszkozitási együtthatója van, és normál hőmérsékleten folyékonyságuk lehetetlen. De a magas hőmérséklet éppen ellenkezőleg, lehetővé teszi, hogy folyékonyak legyenek, akár egy folyadék.
A kristály típusú anyagok teljesen másoknak tűnnek. Ezeknek a szilárd anyagoknak saját olvadáspontjuk lehet a külső nyomástól függően. A folyadék lehűtésével kristályok keletkezhetnek. Ha nem tesz meg bizonyos intézkedéseket, észreveheti, hogy folyékony állapotban különböző kristályosodási központok kezdenek megjelenni. Ezeket a központokat körülvevő területen szilárd anyag képződik. A nagyon kicsi kristályok véletlenszerű sorrendben kezdenek egyesülni egymással, és úgynevezett polikristály keletkezik. Egy ilyen test azizotróp.
Az anyagok jellemzői
Mi határozza meg a testek fizikai és mechanikai jellemzőit? Az atomi kötések fontosak, csakúgy, mint a kristályszerkezet típusa. Az ionos kristályokat ionos kötések jellemzik, ami zökkenőmentes átmenetet jelent egyik atomról a másikra. Ebben az esetben pozitív és negatív töltésű részecskék kialakulása. Az ionos kötést egy egyszerű példán figyelhetjük meg - ilyen jellemzők a különféle oxidokra és sókra jellemzőek. Az ionos kristályok másik jellemzője az alacsony hővezető képesség, de teljesítménye hevítés hatására jelentősen megnőhet. A kristályrács csomópontjainál különböző molekulák láthatók, amelyeket erős atomi kötések különböztetnek meg.
Sok ásványi anyag, amelyet a természetben mindenhol találunk, kristályos szerkezetű. És az anyag amorf állapota a természet is a maga legtisztább formájában. Csak ebben az esetben a test valami formátlan, de a kristályok a legszebb, lapos felületű poliéderek formáját ölthetik, valamint új, elképesztő szépségű és tisztaságú szilárd testeket alkothatnak.
Mik azok a kristályok? Amorf-kristályos szerkezet
Az ilyen testek alakja egy bizonyos kapcsolathoz állandó. Például a berill mindig úgy néz ki, mint egy hatszögletű prizma. Végezzen egy kis kísérletet. Vegyünk egy kis köbös sókristályt (golyót), és tegyük egy speciális, ugyanazzal a sóval lehetőleg telített oldatba. Idővel észre fogja venni, hogy ez a test változatlan maradt - ismét megszerezteegy kocka vagy golyó alakja, amely a sókristályok velejárója.
Az amorf-kristályos anyagok olyan testek, amelyek amorf és kristályos fázisokat is tartalmazhatnak. Mi befolyásolja az ilyen szerkezetű anyagok tulajdonságait? Főleg eltérő térfogatarány és eltérő elrendezés egymáshoz képest. Az ilyen anyagok gyakori példái a kerámiából, porcelánból és üvegkerámiából származó anyagok. Az amorf-kristályos szerkezetű anyagok tulajdonságtáblázatából ismertté válik, hogy a porcelán maximális százalékban tartalmaz üvegfázist. A számok 40-60 százalék között ingadoznak. A legalacsonyabb tartalmat a kőöntés példájában fogjuk látni - kevesebb, mint 5 százalék. Ugyanakkor a kerámia csempéknek nagyobb a vízfelvétele.
Tudniillik az ipari anyagok, mint a porcelán, kerámia csempe, kőöntés és üvegkerámia amorf-kristályos anyagok, mert összetételükben üvegfázisokat és egyben kristályokat is tartalmaznak. Ugyanakkor meg kell jegyezni, hogy az anyagok tulajdonságai nem függenek a benne lévő üvegfázis-tartalomtól.
Amorf fémek
Az amorf anyagok felhasználását legaktívabban az orvostudomány területén végzik. Például a gyorsan lehűtött fémet aktívan használják a sebészetben. A hozzá kapcsolódó fejlesztéseknek köszönhetően sokan önállóan mozoghattak súlyos sérülések után. A helyzet az, hogy az amorf szerkezetű anyag kiváló bioanyag a csontokba való beültetéshez. Megkaptaspeciális csavarok, lemezek, csapok, csapok kerülnek bevezetésre súlyos törések esetén. Korábban acélt és titánt használtak ilyen célokra a sebészetben. Csak később vették észre, hogy az amorf anyagok nagyon lassan bomlanak le a szervezetben, és ez a csodálatos tulajdonság lehetővé teszi a csontszövetek helyreállítását. Ezt követően az anyagot csont helyettesíti.
Amorf anyagok használata a metrológiában és a precíziós mechanikában
A pontos mechanika pontosan a pontosságon alapul, ezért nevezik így. Ebben az iparágban, valamint a metrológiában különösen fontos szerepet töltenek be a mérőműszerek ultraprecíz mutatói, ez amorf testek készülékekben történő felhasználásával érhető el. A pontos méréseknek köszönhetően laboratóriumi és tudományos kutatásokat végeznek az intézetekben a mechanika és a fizika területén, új gyógyszereket szereznek be, és javulnak a tudományos ismeretek.
Polimerek
Az amorf anyagok használatának másik példája a polimerek. Lassan szilárdból folyékonyvá változhatnak, míg a kristályos polimereket olvadáspont jellemzi, nem lágyuláspont. Mi az amorf polimerek fizikai állapota? Ha ezeket az anyagokat alacsony hőmérsékleten állítja be, láthatja, hogy üveges állapotúak lesznek, és szilárd anyagok tulajdonságait mutatják. A fokozatos melegítés hatására a polimerek elkezdenek a megnövekedett rugalmasság állapotába kerülni.
Az amorf anyagokat, amelyekre az imént említettünk, intenzíven használjákipar. A szuperelasztikus állapot lehetővé teszi a polimerek bármilyen módon történő deformálódását, és ez az állapot a kapcsolatok és molekulák megnövekedett rugalmasságának köszönhetően érhető el. A hőmérséklet további emelkedése azt a tényt eredményezi, hogy a polimer még rugalmasabb tulajdonságokat szerez. Különleges folyékony és viszkózus állapotba kezd.
Ha ellenőrizetlenül hagyja a helyzetet, és nem akadályozza meg a hőmérséklet további emelkedését, a polimer lebomlik, azaz megsemmisül. A viszkózus állapot azt mutatja, hogy a makromolekula minden egysége nagyon mozgékony. Amikor egy polimer molekula áramlik, a láncszemek nem csak kiegyenesednek, hanem nagyon közel is kerülnek egymáshoz. Az intermolekuláris hatás a polimert kemény anyaggá (gumivá) alakítja. Ezt a folyamatot mechanikus üvegesedésnek nevezik. A kapott anyagot filmek és szálak előállítására használják.
Poliamidok, poliakrilnitrilek előállíthatók polimerekből. Polimer fólia készítéséhez a polimereket réslyukkal ellátott szerszámokon kell átnyomni, és fel kell vinni a szalagra. Ily módon csomagolóanyagokat és mágnesszalagok alapjait állítják elő. A polimerek közé tartoznak még különféle lakkok (szerves oldószerben habképzők), ragasztók és egyéb kötőanyagok, kompozitok (polimer alap töltőanyaggal), műanyagok.
Polimer alkalmazások
Ez a fajta amorf anyag szilárdan gyökerezik életünkben. Mindenhol alkalmazzák. Ezek a következők:
1. Különféle alapoklakkok, ragasztók, műanyag termékek (fenol-formaldehid gyanták) gyártása.
2. Elasztomerek vagy szintetikus gumik.
3. Az elektromos szigetelőanyag a polivinil-klorid, vagy a jól ismert műanyag PVC ablakok. Tűzálló, mivel lassú égőnek számít, fokozott mechanikai szilárdsággal és elektromos szigetelő tulajdonságokkal rendelkezik.
4. A poliamid nagyon nagy szilárdságú és kopásálló anyag. Magas dielektromos jellemzőkkel rendelkezik.
5. Plexiüveg vagy polimetil-metakrilát. Felhasználhatjuk az elektrotechnika területén, vagy felhasználhatjuk szerkezetek anyagaként.
6. A fluoroplaszt vagy politetrafluor-etilén egy jól ismert dielektrikum, amely nem rendelkezik szerves eredetű oldószerekben való oldódási tulajdonságokkal. Széles hőmérséklet-tartománya és jó dielektromos tulajdonságai lehetővé teszik, hogy hidrofób vagy súrlódásgátló anyagként használják.
7. Polisztirol. Ezt az anyagot nem befolyásolják savak. A fluoroplasztikumhoz és a poliamidhoz hasonlóan dielektrikumnak tekinthető. Nagyon strapabíró a mechanikai hatásokkal szemben. Polisztirol mindenhol használatos. Például szerkezeti és elektromos szigetelőanyagként is jól bevált. Az elektro- és rádiótechnikában használják.
8. Valószínűleg a leghíresebb polimer számunkra a polietilén. Az anyag ellenáll az agresszív környezetnek, abszolút nem engedi át a nedvességet. Ha a csomagolás polietilénből készült, nem félhet attól, hogy a tartalom megromlik az erős hatás hatására.eső. A polietilén szintén dielektrikum. Alkalmazása kiterjedt. Csőszerkezetek, különféle elektromos termékek, szigetelőfólia, telefon- és elektromos vezetékek burkolatai, rádió- és egyéb berendezések alkatrészei készülnek belőle.
9. A PVC nagy polimerizációs anyag. Szintetikus és hőre lágyuló. Aszimmetrikus molekulákból áll. Szinte nem engedi át a vizet, sajtolásos préseléssel és fröccsöntéssel készül. A polivinil-kloridot leggyakrabban az elektromos iparban használják. Ennek alapján különféle hőszigetelő tömlők és vegyvédelmi tömlők, akkumulátortelepek, szigetelő hüvelyek és tömítések, vezetékek és kábelek készülnek. A PVC kiválóan helyettesíti a káros ólmot is. Nem használható nagyfrekvenciás áramkörként dielektrikum formájában. És mindez annak a ténynek köszönhető, hogy ebben az esetben a dielektromos veszteségek magasak lesznek. Erősen vezető.
