Ar kada susimąstėte, kas yra paslaptingos amorfinės medžiagos? Struktūra jie skiriasi nuo kietų ir skystų. Faktas yra tas, kad tokie kūnai yra specialios kondensuotos būsenos, kuri turi tik trumpo nuotolio tvarką. Amorfinių medžiagų pavyzdžiai yra derva, stiklas, gintaras, guma, polietilenas, polivinilchloridas (mūsų mėgstamiausi plastikiniai langai), įvairūs polimerai ir kt. Tai kietosios medžiagos, neturinčios kristalinės gardelės. Tai taip pat apima sandarinimo vašką, įvairius klijus, ebonitą ir plastiką.
Neįprastos amorfinių medžiagų savybės
Skilimo metu veidai nesusiformuoja amorfiniuose kūnuose. Dalelės yra visiškai atsitiktinės ir yra arti viena nuo kitos. Jie gali būti ir labai stori, ir klampūs. Kaip juos veikia išorinis poveikis? Įvairių temperatūrų įtakoje kūnai tampa skysti, kaip skysčiai, ir tuo pačiu gana elastingi. Tuo atveju, kai išorinis poveikis trunka neilgai, amorfinės struktūros medžiagos galingu smūgiu gali suskaidyti į gabalus. ilgasišorinė įtaka priverčia juos tiesiog tekėti.
Pabandykite atlikti nedidelį dervos eksperimentą namuose. Padėkite jį ant kieto paviršiaus ir pastebėsite, kad jis pradeda sklandžiai tekėti. Teisingai, tai amorfinė medžiaga! Greitis priklauso nuo temperatūros indikatorių. Jei jis yra labai aukštas, derva pradės plisti pastebimai greičiau.
Kas dar būdinga tokiems kūnams? Jie gali būti bet kokios formos. Jei amorfinės medžiagos mažų dalelių pavidalu dedamos į indą, pavyzdžiui, ąsotį, tada jos taip pat įgaus indo formą. Jie taip pat yra izotropiniai, tai yra, jų fizinės savybės visomis kryptimis yra vienodos.
Išlydymas ir perėjimas į kitas būsenas. Metalas ir stiklas
Amorfinė medžiagos būsena nereiškia, kad palaikoma kokia nors ypatinga temperatūra. Esant mažam greičiui, kūnai užšąla, dideliais – tirpsta. Beje, nuo to priklauso ir tokių medžiagų klampumo laipsnis. Žema temperatūra sumažina klampumą, o aukšta temperatūra, priešingai, padidina.
Amorfinio tipo medžiagoms galima išskirti dar vieną požymį – perėjimą į kristalinę būseną ir spontanišką. Kodėl tai vyksta? Vidinė energija kristaliniame kūne yra daug mažesnė nei amorfiniame. Tai matome stiklo gaminių pavyzdyje – laikui bėgant stiklai drumsčiasi.
Metalinis stiklas – kas tai? Metalas gali būti pašalintas iš kristalinės gardelėslydymosi metu, tai yra, kad amorfinės struktūros medžiaga taptų stiklinė. Kietėjant dirbtiniam aušinimui, vėl susidaro kristalinė gardelė. Amorfinis metalas turi tiesiog nuostabų atsparumą korozijai. Pavyzdžiui, iš jo pagamintam automobilio kėbului nereikėtų įvairių dangų, nes jis nebūtų savaime sunaikintas. Amorfinė medžiaga yra kūnas, kurio atominė struktūra turi precedento neturintį stiprumą, o tai reiškia, kad amorfinis metalas gali būti naudojamas absoliučiai bet kuriame pramonės sektoriuje.
Medžiagų kristalinė struktūra
Norėdami gerai išmanyti metalų savybes ir mokėti su jais dirbti, turite turėti žinių apie tam tikrų medžiagų kristalinę struktūrą. Metalo gaminių gamyboje ir metalurgijos srityje nebūtų pavykę pasiekti tokios plėtros, jei žmonės nebūtų turėję tam tikrų žinių apie lydinių struktūros pokyčius, technologinius metodus ir eksploatacines charakteristikas.
Keturios materijos būsenos
Gerai žinoma, kad yra keturios agregacijos būsenos: kieta, skysta, dujinė, plazminė. Kietos amorfinės medžiagos taip pat gali būti kristalinės. Esant tokiai struktūrai, galima pastebėti dalelių išdėstymo erdvinį periodiškumą. Šios dalelės kristaluose gali atlikti periodinį judėjimą. Visuose kūnuose, kuriuos stebime dujinėje ar skystoje būsenoje, galima pastebėti dalelių judėjimą chaotiško sutrikimo pavidalu. Amorfinės kietosios medžiagos (pvz., metalaikondensuota būsena: ebonitas, stiklo gaminiai, dervos) gali būti vadinami šaldyto tipo skysčiais, nes jiems keičiant formą galima pastebėti tokią būdingą savybę kaip klampumas.
Skirtumas tarp amorfinių kūnų iš dujų ir skysčių
Plastiškumo, elastingumo, sukietėjimo deformacijos metu apraiškos būdingos daugeliui kūnų. Kristalinės ir amorfinės medžiagos turi daugiau šių savybių, o skysčiai ir dujos neturi. Tačiau, kita vertus, matote, kad jie prisideda prie elastingo tūrio pokyčio.
Kristalinės ir amorfinės medžiagos. Mechaninės ir fizinės savybės
Kas yra kristalinės ir amorfinės medžiagos? Kaip minėta aukščiau, amorfiniais gali būti vadinami tie kūnai, kurių klampumo koeficientas yra didžiulis, o įprastoje temperatūroje jų sklandumas yra neįmanomas. Tačiau aukšta temperatūra, priešingai, leidžia jiems būti skystiems, kaip skysčiams.
Crystal tipo medžiagos atrodo visiškai skirtingos. Šios kietosios medžiagos gali turėti savo lydymosi temperatūrą, priklausomai nuo išorinio slėgio. Atvėsus skystį galima gauti kristalų. Jei nesiimsite tam tikrų priemonių, galite pastebėti, kad skystoje būsenoje pradeda atsirasti įvairūs kristalizacijos centrai. Šiuos centrus supančioje teritorijoje susidaro kieta medžiaga. Labai maži kristalai pradeda jungtis vienas su kitu atsitiktine tvarka ir gaunamas vadinamasis polikristalas. Toks kūnas yraizotropinis.
Medžiagų charakteristikos
Kas lemia fizines ir mechanines kūnų charakteristikas? Atominiai ryšiai yra svarbūs, kaip ir kristalų struktūros tipas. Joniniams kristalams būdingi joniniai ryšiai, o tai reiškia sklandų perėjimą iš vieno atomo į kitą. Šiuo atveju susidaro teigiamo ir neigiamo krūvio dalelės. Joninį ryšį galime stebėti paprastame pavyzdyje – tokios charakteristikos būdingos įvairiems oksidams ir druskoms. Kitas joninių kristalų bruožas yra mažas šilumos laidumas, tačiau kaitinant jo našumas gali žymiai padidėti. Kristalinės gardelės mazguose galite pamatyti įvairių molekulių, kurios išsiskiria stipriais atominiais ryšiais.
Daugelis mineralų, kuriuos randame visur gamtoje, turi kristalinę struktūrą. Ir amorfinė materijos būsena taip pat yra gamta gryniausia forma. Tik šiuo atveju kūnas yra kažkas beformis, bet kristalai gali įgauti gražiausių daugiasluoksnių plokščių paviršių pavidalą, taip pat suformuoti naujus tvirtus nuostabaus grožio ir grynumo kūnus.
Kas yra kristalai? Amorfinė-kristalinė struktūra
Tokių kūnų forma tam tikram ryšiui yra pastovi. Pavyzdžiui, berilis visada atrodo kaip šešiakampė prizmė. Atlikite nedidelį eksperimentą. Paimkite nedidelį kubinės druskos kristalą (rutulį) ir įdėkite į specialų tirpalą, kiek įmanoma prisotintą ta pačia druska. Laikui bėgant pastebėsite, kad šis kūnas išliko nepakitęs – jis vėl įgijokubo arba rutulio forma, kuri būdinga druskos kristalams.
Amorfinės-kristalinės medžiagos yra tokie kūnai, kuriuose gali būti ir amorfinių, ir kristalinių fazių. Kas turi įtakos tokios struktūros medžiagų savybėms? Daugiausia skiriasi tūrių santykis ir skirtingas išdėstymas vienas kito atžvilgiu. Dažni tokių medžiagų pavyzdžiai yra keramikos, porceliano, stiklo keramikos medžiagos. Iš medžiagų, turinčių amorfinę-kristalinę struktūrą, savybių lentelės tampa žinoma, kad porcelianas turi didžiausią stiklo fazės procentą. Skaičiai svyruoja tarp 40-60 procentų. Mažiausią kiekį matysime akmens liejimo pavyzdyje – mažiau nei 5 proc. Tuo pačiu metu keraminės plytelės geriau sugeria vandenį.
Kaip žinote, pramoninės medžiagos, tokios kaip porcelianas, keraminės plytelės, akmens liejimas ir stiklo keramika, yra amorfinės-kristalinės medžiagos, nes jų sudėtyje yra stiklinių fazių ir kartu kristalų. Kartu reikia pažymėti, kad medžiagų savybės nepriklauso nuo stiklo fazių kiekio joje.
Amorfiniai metalai
Amorfinės medžiagos aktyviausiai naudojamos medicinos srityje. Pavyzdžiui, greitai aušinamas metalas aktyviai naudojamas chirurgijoje. Dėl su juo susijusių pokyčių daugelis žmonių po sunkių traumų galėjo judėti savarankiškai. Reikalas tas, kad amorfinės struktūros medžiaga yra puiki biomedžiaga implantacijai į kaulus. Gautaesant dideliems lūžiams įvedami specialūs varžtai, plokštelės, kaiščiai, kaiščiai. Anksčiau tokiems tikslams chirurgijoje buvo naudojamas plienas ir titanas. Tik vėliau pastebėta, kad amorfinės medžiagos organizme skyla labai lėtai ir ši nuostabi savybė leidžia atsistatyti kauliniams audiniams. Vėliau medžiaga pakeičiama kaulu.
Amorfinių medžiagų naudojimas metrologijoje ir tiksliojoje mechanikoje
Tiksli mechanika remiasi būtent tikslumu, todėl ji taip vadinama. Ypač svarbų vaidmenį šioje pramonėje, kaip ir metrologijoje, atlieka itin tikslūs matavimo priemonių rodikliai, tai galima pasiekti prietaisuose naudojant amorfinius kūnus. Tikslių matavimų dėka mechanikos ir fizikos institutuose atliekami laboratoriniai ir moksliniai tyrimai, gaunami nauji vaistai, tobulėjamos mokslo žinios.
Polimerai
Kitas amorfinės medžiagos naudojimo pavyzdys yra polimerai. Jie gali lėtai virsti iš kietos medžiagos į skystą, o kristaliniams polimerams būdinga lydymosi, o ne minkštėjimo temperatūra. Kokia yra amorfinių polimerų fizinė būsena? Jei šias medžiagas palaikysite žemoje temperatūroje, pamatysite, kad jos bus stiklinės būsenos ir pasižymės kietųjų medžiagų savybėmis. Dėl laipsniško kaitinimo polimerai pradeda judėti į padidinto elastingumo būseną.
Amorfinės medžiagos, kurių pavyzdžius ką tik pateikėme, intensyviai naudojamosindustrija. Superelastinė būsena leidžia polimerus bet kokiu būdu deformuoti, o ši būsena pasiekiama dėl padidėjusio jungčių ir molekulių lankstumo. Tolesnis temperatūros padidėjimas lemia tai, kad polimeras įgauna dar daugiau elastingumo savybių. Jis pradeda pereiti į ypatingą skystą ir klampią būseną.
Jei paliksite situaciją nekontroliuojamą ir neužkirsite kelio tolesniam temperatūros kilimui, polimeras suirs, ty sunaikins. Klampi būsena rodo, kad visi makromolekulės vienetai yra labai judrūs. Tekant polimero molekulei, grandys ne tik išsitiesia, bet ir labai priartėja viena prie kitos. Tarpmolekulinis veikimas paverčia polimerą kieta medžiaga (guma). Šis procesas vadinamas mechaniniu stiklėjimu. Gauta medžiaga naudojama plėvelėms ir pluoštams gaminti.
Poliamidai, poliakrilnitrilai gali būti gaunami iš polimerų. Norėdami pagaminti polimerinę plėvelę, turite priverstinai perleisti polimerus per štampus, kuriuose yra įpjova, ir pritvirtinti juos ant juostos. Tokiu būdu gaminamos pakavimo medžiagos ir pagrindai magnetinėms juostoms. Polimerai taip pat apima įvairius lakus (sudaro putas organiniame tirpiklyje), klijus ir kitas rišamąsias medžiagas, kompozitus (polimero pagrindą su užpildu), plastikus.
Polimerinės aplikacijos
Šios amorfinės medžiagos yra tvirtai įsišaknijusios mūsų gyvenime. Jie taikomi visur. Tai apima:
1. Įvairūs pagrindailakų, klijų, plastikinių gaminių (fenol-formaldehido dervų) gamyba.
2. Elastomerai arba sintetinės gumos.
3. Elektros izoliacinė medžiaga yra polivinilchloridas arba gerai žinomi plastikiniai PVC langai. Jis atsparus ugniai, nes laikomas lėtai degančiu, turi padidintą mechaninį stiprumą ir elektros izoliacines savybes.
4. Poliamidas yra medžiaga, turinti labai didelį stiprumą ir atsparumą dilimui. Jis turi dideles dielektrines charakteristikas.
5. Plexiglas arba polimetilmetakrilatas. Galime panaudoti elektrotechnikos srityje arba naudoti kaip medžiagą konstrukcijoms.
6. Fluoroplastas arba politetrafluoretilenas yra gerai žinomas dielektrikas, kuris neturi tirpimo organinės kilmės tirpikliuose savybių. Platus temperatūros diapazonas ir geros dielektrinės savybės leidžia jį naudoti kaip hidrofobinę arba antifrikcinę medžiagą.
7. Polistirenas. Šios medžiagos neveikia rūgštys. Jis, kaip ir fluoroplastas bei poliamidas, gali būti laikomas dielektriku. Labai patvarus mechaniniam poveikiui. Visur naudojamas polistirenas. Pavyzdžiui, ji puikiai pasirodė kaip konstrukcinė ir elektros izoliacinė medžiaga. Jis naudojamas elektros ir radijo inžinerijoje.
8. Bene žinomiausias mums polimeras yra polietilenas. Medžiaga pasižymi atsparumu agresyviai aplinkai, visiškai nepraleidžia drėgmės. Jei pakuotė pagaminta iš polietileno, galite nebijoti, kad turinys suges dėl stipriųlietus. Polietilenas taip pat yra dielektrikas. Jo taikymas yra platus. Iš jo gaminamos vamzdžių konstrukcijos, įvairūs elektros gaminiai, izoliacinė plėvelė, telefono ir elektros linijų kabelių apvalkalai, radijo ir kitos įrangos dalys.
9. PVC yra daug polimerų turinti medžiaga. Jis yra sintetinis ir termoplastinis. Jis turi asimetriškų molekulių struktūrą. Beveik nepraleidžia vandens ir gaminamas presuojant štampuojant ir formuojant. Polivinilchloridas dažniausiai naudojamas elektros pramonėje. Jo pagrindu sukuriamos įvairios šilumą izoliuojančios žarnos ir cheminės apsaugos žarnos, baterijų bankai, izoliacinės movos ir tarpinės, laidai ir kabeliai. PVC taip pat yra puikus kenksmingo švino pakaitalas. Jis negali būti naudojamas kaip aukšto dažnio grandinė dielektriko pavidalu. Ir viskas dėl to, kad šiuo atveju dielektriniai nuostoliai bus dideli. Labai laidus.
