Аморфные вещества и жидкие кристаллы. Изменение агрегатных состояний вещества.

Не все твердые тела - кристаллы. Существует множество аморфных тел. Чем они отличаются от кристаллов?

У аморфных тел нет строгого порядка в расположении атомов. Только ближайшие атомы-соседи располагаются в некотором порядке. Но строгой повторяемости по всем направлениям одного и того же элемента структуры, которая характерна для кристаллов, в аморфных телах нет.
Часто одно и то же вещество может находиться как в кристаллическом, так и в аморфном состоянии. Например, кварц может быть как в кристаллической, так и в аморфной форме (кремнезем). Кристаллическую форму кварца схематически можно представить в виде решетки из правильных шестиугольников (рис. 1, а). Аморфная структура кварца также имеет вид решетки, но неправильной формы. Наряду с шестиугольниками в ней встречаются пяти- и семиугольники (рис.1, 6).

Свойства аморфных тел. Все аморфные тела изотропны, т. е. их физические свойства одинаковы по всем направлениям. К аморфным телам относятся стекло, смола, канифоль, сахарный леденец и др. При внешних воздействиях аморфные тела обнаруживают  одновременно упругие свойства, подобно твердым телам, и текучесть, подобно жидкости. Так, при кратковременных воздействиях (ударах) они ведут себя как твердые тела и при сильном ударе раскалываются на куски. Но при очень продолжительном воздействии аморфные тела текут. В этом вы можете убедиться сами, если запасетесь терпением. Проследите за куском смолы, который лежит на твердой поверхности. Постепенно смола по ней растекается и, чем выше температура смолы, тем быстрее это происходит.

Атомы или молекулы аморфных тел, подобно молекулам жидкости, имеют определенное время «оседлой жизни» -  время колебаний около положения равновесия. Но вотличие от жидкостей это время у них весьма велико.

Так, для вара при t = 20 °С время «оседлой жизни» 0,1 с. В этом отношении аморфные тела близки к кристаллическим, так как перескоки атомов из одного положения равновесия в другое происходят редко.
Аморфные тела при низких температурах по своим свойствам напоминают твердые тела. Текучестью они почти не обладают, но по мере повышения температуры постепенно размягчаются и их свойства все более и более приближаются к свойствам жидкостей. Это происходит потому, что с ростом температуры постепенно учащаются перескоки атомов из одного положения равновесия в другое. Определенной температуры плавления у аморфных тел в отличие от кристаллических нет.

Человечество всегда использовало и будет использовать твердые тела. Но если раньше физика твердого тела отставала от развития технологии, основанной на непосредственном опыте, то теперь положение переменилось. Теоретические исследования приводят к созданию твердых тел, свойства которых совершенно необычны.

Получить такие тела методом проб и ошибок было бы невозможно. Создание транзисторов, о которых пойдет речь в дальнейшем, — яркий пример того, как понимание структуры твердых тел привело к революции во всей радиотехнике.

Получение материалов с заданными механическими, магнитными, электрическими и другими свойствами - одно из основных направлений современной физики твердого тела. Приблизительно половина физиков мира работают сейчас в этой области, т. е. в области физики твердого тела.

Аморфные тела занимают промежуточное положение между кристаллическими твердыми телами и жидкостями. Их атомы или молекулы располагаются в относительном порядке. Понимание структуры твердых тел (кристаллических и аморфных) позволяют создавать материалы с заданными свойствами.

Таким образом, мы узнали, что все вещества могут находиться в трех агрегатных состояниях: твердом, жидком и газообразном, рассмотрели свойства этих веществ. Кроме этого сказали, что вещества при определенных условиях могут переходить из одного агрегатного состояния в другое. Например, если нагревать вещества, то происходит процесс испарения, т.е. жидкие и твердее тела переходят в газообразные, возможен и обратный процесс. Если нагревать твердые тела, то они плавятся, т.е. переходят в жидкое состояние.

 
  Вопросы для самоконтроля и повторения

1. Чем отличаются аморфные тела от кристаллических?

2. Приведите примеры аморфных тел?

3. Возникла ли бы профессия стеклодува, если бы стекло было кристаллическим телом, а не аморфным?

Тема: