האם תהיתם פעם מהם החומרים האמורפיים המסתוריים? במבנה, הם שונים הן ממוצק והן בנוזל. העובדה היא שגופים כאלה נמצאים במצב מעובה מיוחד, שיש לו רק סדר לטווח קצר. דוגמאות לחומרים אמורפיים הם שרף, זכוכית, ענבר, גומי, פוליאתילן, פוליוויניל כלוריד (חלונות הפלסטיק האהובים עלינו), פולימרים שונים ואחרים. אלו מוצקים שאין להם סריג קריסטל. הם כוללים גם שעוות איטום, דבקים שונים, אבוניט ופלסטיק.
תכונות חריגות של חומרים אמורפיים
במהלך הפיצול, פנים לא נוצרות בגופים אמורפיים. החלקיקים הם אקראיים לחלוטין ונמצאים במרחק קרוב זה מזה. הם יכולים להיות גם מאוד עבים וגם צמיגים. כיצד הם מושפעים מהשפעות חיצוניות? בהשפעת טמפרטורות שונות, הגוף הופך לנוזל, כמו נוזלים, ובו בזמן די אלסטי. במקרה שבו ההשפעה החיצונית לא נמשכת זמן רב, חומרים בעלי מבנה אמורפי יכולים להישבר לחתיכות במכה חזקה. ארוךהשפעה חיצונית גורמת להם פשוט לזרום.
נסה ניסוי שרף קטן בבית. הניחו אותו על משטח קשה ותבחינו שהוא מתחיל לזרום בצורה חלקה. זה נכון, זה חומר אמורפי! המהירות תלויה במחווני הטמפרטורה. אם הוא גבוה מאוד, השרף יתחיל להתפשט מהר יותר באופן ניכר.
מה עוד אופייני לגופים כאלה? הם יכולים ללבוש כל צורה. אם חומרים אמורפיים בצורת חלקיקים קטנים מונחים בכלי, למשל, בכד, אז הם גם יקבלו צורה של כלי. הם גם איזוטריים, כלומר, הם מציגים את אותן תכונות פיזיקליות בכל הכיוונים.
התכה ומעבר למדינות אחרות. מתכת וזכוכית
המצב האמורפי של החומר אינו מרמז על שמירת טמפרטורה מסוימת. בקצב נמוך, הגופים קופאים, בקצב גבוה הם נמסים. אגב, גם מידת הצמיגות של חומרים כאלה תלויה בכך. טמפרטורות נמוכות תורמות לצמיגות מופחתת, טמפרטורות גבוהות, להיפך, מגדילות אותה.
לחומרים מהסוג האמורפי ניתן להבחין בתכונה אחת נוספת - המעבר למצב גבישי, וספונטני. למה זה קורה? האנרגיה הפנימית בגוף גבישי היא הרבה פחות מאשר בגוף אמורפי. אנו יכולים לראות זאת בדוגמה של מוצרי זכוכית - עם הזמן, הכוסות הופכות עכורות.
זכוכית מתכת - מה זה? ניתן להסיר מתכת מסורג הקריסטל פנימהבמהלך ההמסה, כלומר להפוך חומר בעל מבנה אמורפי לזכוכיתי. במהלך התמצקות תחת קירור מלאכותי, סריג הגביש נוצר שוב. למתכת אמורפית יש עמידות מדהימה בפני קורוזיה. למשל, מרכב מכונית עשוי ממנו לא יזדקק לציפויים שונים, שכן הוא לא יהיה נתון להרס ספונטני. חומר אמורפי הוא גוף שלמבנה האטומי שלו חוזק חסר תקדים, מה שאומר שניתן להשתמש במתכת אמורפית בכל מגזר תעשייתי לחלוטין.
מבנה גבישי של חומרים
כדי להכיר היטב את המאפיינים של מתכות ולהיות מסוגלים לעבוד איתן, אתה צריך להיות בעל ידע על מבנה הגביש של חומרים מסוימים. ייצור מוצרי מתכת ותחום המטלורגיה לא היו מצליחים לקבל התפתחות כזו אם לא היה לאנשים ידע מסוים לגבי שינויים במבנה הסגסוגות, שיטות טכנולוגיות ומאפיינים תפעוליים.
ארבעת המצבים של החומר
ידוע היטב שיש ארבעה מצבי צבירה: מוצק, נוזלי, גזי, פלזמה. חומרים אמורפיים מוצקים יכולים להיות גם גבישיים. עם מבנה כזה, ניתן לראות מחזוריות מרחבית בסידור החלקיקים. חלקיקים אלה בגבישים יכולים לבצע תנועה תקופתית. בכל הגופים שאנו רואים במצב גזי או נוזלי, ניתן להבחין בתנועת חלקיקים בצורה של הפרעה כאוטית. מוצקים אמורפיים (כגון מתכות במצב מעובה: אבוניט, מוצרי זכוכית, שרפים) יכולים להיקרא נוזלים מסוג קפוא, מכיוון שכאשר הם משנים צורה, ניתן להבחין בתכונה אופיינית כמו צמיגות.
ההבדל בין גופים אמורפיים מגזים ונוזלים
התגלויות של פלסטיות, גמישות, התקשות במהלך דפורמציה אופייניות לגופים רבים. לחומרים גבישיים ואמורפיים יש מאפיינים אלה במידה רבה יותר, בעוד שלנוזלים וגזים אין. אבל מצד שני, אתה יכול לראות שהם תורמים לשינוי אלסטי בנפח.
חומרים גבישיים ואמורפיים. תכונות מכניות ופיזיקליות
מהם חומרים גבישיים ואמורפיים? כפי שהוזכר לעיל, אמורפי יכול להיקרא אותם גופים שיש להם מקדם צמיגות ענק, ובטמפרטורה רגילה נזילותם בלתי אפשרית. אבל הטמפרטורה הגבוהה, להיפך, מאפשרת להם להיות נוזלים, כמו נוזל.
נראה כי חומרים מסוג קריסטל שונים לחלוטין. למוצקים אלו יכולה להיות נקודת התכה משלהם בהתאם ללחץ החיצוני. קבלת גבישים אפשרית אם הנוזל מקורר. אם אתה לא נוקט באמצעים מסוימים, אתה יכול לשים לב שמרכזי התגבשות שונים מתחילים להופיע במצב נוזלי. באזור המקיף את המרכזים הללו מתרחשת היווצרות של מוצק. גבישים קטנים מאוד מתחילים להתאחד זה עם זה בסדר אקראי, ומתקבל מה שנקרא polycrystal. גוף כזה הואאיזוטרופי.
מאפיינים של חומרים
מה קובע את המאפיינים הפיזיים והמכאניים של גופים? קשרים אטומיים חשובים, כמו גם סוג מבנה הגביש. גבישים יוניים מאופיינים בקשרים יוניים, כלומר מעבר חלק מאטום אחד לאחר. במקרה זה, היווצרות של חלקיקים בעלי מטען חיובי ושלילי. אנו יכולים לראות את הקשר היוני בדוגמה פשוטה - מאפיינים כאלה אופייניים לתחמוצות ומלחים שונים. תכונה נוספת של גבישים יוניים היא המוליכות הנמוכה של החום, אך הביצועים שלו יכולים לעלות בצורה ניכרת בעת חימום. בצמתים של סריג הגביש ניתן לראות מולקולות שונות הנבדלות בקשרים אטומיים חזקים.
למינרלים רבים שאנו מוצאים בכל מקום בטבע יש מבנה גבישי. והמצב האמורפי של החומר הוא גם הטבע בצורתו הטהורה ביותר. רק במקרה הזה הגוף הוא משהו חסר צורה, אבל הגבישים יכולים ללבוש את הצורה של הפוליהדרה היפה ביותר עם פנים שטוחות, כמו גם ליצור גופים מוצקים חדשים של יופי וטוהר מדהימים.
מהם קריסטלים? מבנה אמורפי-גביש
צורתם של גופים כאלה קבועה לחיבור מסוים. לדוגמה, בריל תמיד נראה כמו פריזמה משושה. תעשה ניסוי קטן. קחו גביש קטן של מלח מעוקב (כדור) והכניסו אותו לתמיסה מיוחדת רווי ככל האפשר באותו מלח. עם הזמן, תשים לב שהגוף הזה נשאר ללא שינוי - הוא שוב נרכשצורה של קובייה או כדור, הטבועה בגבישי מלח.
חומרים אמורפיים-גבישיים הם גופים כאלה שיכולים להכיל גם פאזות אמורפיות וגם שלבים גבישיים. מה משפיע על תכונות החומרים של מבנה כזה? בעיקר יחס שונה של נפחים וסידור שונה זה ביחס לזה. דוגמאות נפוצות לחומרים כאלה הם חומרים מקרמיקה, פורצלן, זכוכית-קרמיקה. מטבלת המאפיינים של חומרים בעלי מבנה אמורפי-גבישי, נודע כי הפורצלן מכיל את האחוז המרבי של פאזת זכוכית. הנתונים נעים בין 40-60 אחוזים. נראה את התוכן הנמוך ביותר בדוגמה של יציקת אבן - פחות מ-5 אחוזים. יחד עם זאת, אריחי קרמיקה יהיו בעלי ספיגת מים גבוהה יותר.
כידוע, חומרים תעשייתיים כמו פורצלן, אריחי קרמיקה, יציקת אבן וקרמיקת זכוכית הם חומרים אמורפיים-גבישיים, מכיוון שהם מכילים פאזות זגוגיות ובמקביל גם גבישים בהרכבם. יחד עם זאת, יש לציין שתכונות החומרים אינן תלויות בתכולת שלבי הזכוכית שבה.
מתכות אמורפיות
השימוש בחומרים אמורפיים מתבצע באופן הפעיל ביותר בתחום הרפואה. לדוגמה, מתכת מקוררת במהירות משמשת באופן פעיל בניתוח. הודות להתפתחויות הקשורות בו, אנשים רבים הצליחו לנוע באופן עצמאי לאחר פציעות קשות. העניין הוא שהחומר של מבנה אמורפי הוא חומר ביולוגי מצוין להשתלה בעצמות. קיבלוברגים מיוחדים, צלחות, סיכות, פינים מוצגים במקרה של שברים חמורים. בעבר, פלדה וטיטניום שימשו למטרות כאלה בניתוח. רק מאוחר יותר הבחינו כי חומרים אמורפיים מתפרקים לאט מאוד בגוף, והתכונה המדהימה הזו מאפשרת לרקמות העצם להתאושש. לאחר מכן, החומר מוחלף על ידי עצם.
שימוש בחומרים אמורפיים במטרולוגיה ובמכניקה מדויקת
מכניקה מדויקת מבוססת בדיוק על דיוק, ולכן היא נקראת כך. תפקיד חשוב במיוחד בתעשייה זו, כמו גם במטרולוגיה, ממלאים אינדיקטורים מדויקים במיוחד של מכשירי מדידה; ניתן להשיג זאת על ידי שימוש בגופים אמורפיים במכשירים. הודות למדידות מדויקות, מתבצע מחקר מעבדתי ומדעי במכונים בתחום המכניקה והפיזיקה, מתקבלות תרופות חדשות ומשפרים את הידע המדעי.
פולימרים
דוגמה נוספת לשימוש בחומר אמורפי היא פולימרים. הם יכולים להשתנות לאט ממוצק לנוזל, בעוד שפולימרים גבישיים מאופיינים בנקודת התכה, לא בנקודת ריכוך. מהו המצב הפיזי של פולימרים אמורפיים? אם נותנים לחומרים אלה טמפרטורה נמוכה, ניתן לראות שהם יהיו במצב זכוכית ויציגו תכונות של מוצקים. חימום הדרגתי גורם לפולימרים להתחיל לעבור למצב של גמישות מוגברת.
חומרים אמורפיים, שדוגמאות שלהם הבאנו זה עתה, נמצאים בשימוש אינטנסיביתַעֲשִׂיָה. המצב הסופראלסטי מאפשר לעוות של פולימרים בכל דרך, ומצב זה מושג עקב הגמישות המוגברת של קישורים ומולקולות. עלייה נוספת בטמפרטורה מובילה לעובדה שהפולימר מקבל תכונות אלסטיות עוד יותר. הוא מתחיל לעבור למצב נוזלי וצמיג מיוחד.
אם תשאירו את המצב לא מבוקר ולא תמנעו עלייה נוספת בטמפרטורה, הפולימר יעבור השפלה, כלומר הרס. המצב הצמיג מראה שכל היחידות של המקרומולקולה הן מאוד ניידות. כאשר מולקולת פולימר זורמת, הקישורים לא רק מתיישרים, אלא גם מתקרבים מאוד זה לזה. פעולה בין-מולקולרית הופכת את הפולימר לחומר קשה (גומי). תהליך זה נקרא מעבר זכוכית מכני. החומר המתקבל משמש לייצור סרטים וסיבים.
פוליאמידים, פוליאקרילוניטרילים ניתן להשיג מפולימרים. כדי ליצור סרט פולימר, אתה צריך להכריח את הפולימרים דרך קוביות שיש להם חור מחורר ולהחיל אותם על הסרט. כך מייצרים חומרי אריזה ובסיסים לסרטים מגנטיים. פולימרים כוללים גם לכות שונות (יוצרות קצף בממס אורגני), דבקים וחומרי מליטה אחרים, חומרים מרוכבים (בסיס פולימר עם מילוי), פלסטיק.
יישומי פולימר
סוג זה של חומרים אמורפיים נטועים היטב בחיינו. הם מיושמים בכל מקום. אלה כוללים:
1. בסיסים שונים עבורייצור לכות, דבקים, מוצרי פלסטיק (שרפי פנול-פורמלדהיד).
2. אלסטומרים או גומיות סינתטיות.
3. חומר הבידוד החשמלי הוא פוליוויניל כלוריד, או חלונות ה-PVC המוכרים. הוא עמיד בפני שריפות, מכיוון שהוא נחשב לשריפה איטית, בעל חוזק מכני מוגבר ותכונות בידוד חשמלי.
4. פוליאמיד הוא חומר בעל חוזק ועמידות בפני שחיקה גבוהים מאוד. יש לו מאפיינים דיאלקטריים גבוהים.
5. פרספקס, או פולימתיל מתאקרילט. נוכל להשתמש בו בתחום הנדסת החשמל או להשתמש בו כחומר למבנים.
6. פלואורופלסט, או פולי-טטרה-פלואורואתילן, הוא דיאלקטרי ידוע שאינו מציג תכונות של פירוק בממסים ממקור אורגני. טווח הטמפרטורות הרחב והתכונות הדיאלקטריות הטובות שלו מאפשרים להשתמש בו כחומר הידרופובי או נגד חיכוך.
7. פוליסטירן. חומר זה אינו מושפע מחומצות. זה, כמו fluoroplastic ופוליאמיד, יכול להיחשב דיאלקטרי. עמיד מאוד ביחס להשפעה מכנית. פוליסטירן משמש בכל מקום. לדוגמה, הוא הוכיח את עצמו היטב כחומר מבודד מבני וחשמלי. הוא משמש בהנדסת חשמל ורדיו.
8. כנראה הפולימר המפורסם ביותר עבורנו הוא פוליאתילן. החומר מפגין עמידות כאשר הוא נחשף לסביבות אגרסיביות, הוא בהחלט אינו מאפשר ללחות לעבור דרכו. אם האריזה עשויה מפוליאתילן, אתה לא יכול לפחד שהתכולה תתדרדר בהשפעת חזקגֶשֶׁם. פוליאתילן הוא גם דיאלקטרי. היישום שלו נרחב. עשויים ממנו מבני צנרת, מוצרי חשמל שונים, סרט בידוד, מעטפות לכבלים של קווי טלפון וחשמל, חלקים לרדיו וציוד אחר.
9. PVC הוא חומר פולימרי גבוה. זה סינטטי ותרמופלסטי. יש לו מבנה של מולקולות שהן אסימטריות. כמעט ואינו עובר מים ונעשה בלחיצה עם הטבעה ובדפוס. פוליוויניל כלוריד משמש לרוב בתעשיית החשמל. על בסיסו נוצרים צינורות וצינורות בידוד חום שונים להגנה כימית, סוללות, שרוולים ואטמים מבודדים, חוטים וכבלים. PVC הוא גם תחליף מצוין לעופרת מזיקה. זה לא יכול לשמש כמעגל בתדר גבוה בצורה של דיאלקטרי. והכל בשל העובדה שבמקרה זה ההפסדים הדיאלקטריים יהיו גבוהים. מוליכות גבוהה.
