Un sólido es uno de los cuatro estados fundamentales de la materia, además del líquido, gas y plasma. Se caracteriza por la rigidez estructural y la resistencia a cambios de forma o volumen. A diferencia de un líquido, un objeto sólido no fluye ni toma la forma del recipiente en el que se coloca. Un sólido no se expande hasta llenar todo el volumen disponible como lo hace un gas.
Los átomos en un sólido están estrechamente conectados entre sí, están en un estado ordenado en los nodos de la red cristalina (estos son metales, hielo común, azúcar, sal, diamante) o están dispuestos de manera irregular, no tienen una repetibilidad estricta en el estructura de la red cristalina (estos son cuerpos amorfos, como Cómo vidrio de ventana, colofonia, mica o plástico).
Los sólidos cristalinos o cristales tienen una característica distintiva. característica interna- una estructura en forma de red cristalina en la que los átomos, moléculas o iones de una sustancia ocupan una determinada posición.
La red cristalina conduce a la existencia de caras planas especiales en los cristales, que distinguen una sustancia de otra. Cuando se expone a rayos X, cada red cristalina emite un patrón característico que puede usarse para identificar la sustancia. Los bordes de los cristales se cruzan en ciertos ángulos que distinguen una sustancia de otra. Si el cristal se divide, las nuevas caras se cruzarán en los mismos ángulos que las originales.
Por ejemplo, galena - galena, pirita - pirita, cuarzo - cuarzo. Las caras del cristal se cruzan en ángulos rectos en galena (PbS) y pirita (FeS 2), y en otros ángulos en cuarzo.
Ejemplos de cuerpos amorfos que no tienen una estructura estricta y repetibilidad de las células de la red cristalina son: vidrio, resina, teflón, poliuretano, naftaleno, cloruro de polivinilo.
Tienen dos propiedades características: isotropía y falta de un punto de fusión específico.
La isotropía de cuerpos amorfos se entiende como la igualdad. propiedades físicas sustancias en todas direcciones.
En un sólido amorfo, la distancia a los nodos vecinos de la red cristalina y el número de nodos vecinos varían en todo el material. Por tanto, se requieren diferentes cantidades de energía térmica para romper las interacciones intermoleculares. En consecuencia, las sustancias amorfas se ablandan lentamente en amplia gama temperaturas y no tienen un punto de fusión claro.
Una característica de los sólidos amorfos es que a bajas temperaturas tienen propiedades de sólidos y cuando la temperatura aumenta, tienen propiedades de líquidos.
Hagamos un experimento. Necesitaremos un trozo de plastilina, una vela de estearina y una chimenea eléctrica. Coloquemos plastilina y una vela a distancias iguales de la chimenea. Después de un tiempo, parte de la estearina se derretirá (se volverá líquida) y otra parte permanecerá en forma de una pieza sólida. Al mismo tiempo, la plastilina se ablandará solo un poco. Después de un tiempo, toda la estearina se derretirá y la plastilina se “corroerá” gradualmente a lo largo de la superficie de la mesa, ablandándose cada vez más.
Entonces, hay cuerpos que no se ablandan cuando se funden, sino que pasan inmediatamente de un estado sólido a un líquido. Durante la fusión de tales cuerpos, siempre es posible separar el líquido de la parte aún no derretida (sólida) del cuerpo. Estos cuerpos son cristalino. También hay sólidos que al calentarse se van ablandando poco a poco y se vuelven cada vez más fluidos. Para tales cuerpos es imposible indicar la temperatura a la que se vuelven líquidos (se funden). Estos cuerpos se llaman amorfo.
Hagamos el siguiente experimento. Eche un trozo de resina o cera en un embudo de vidrio y déjelo ahí. habitación caliente. Después de aproximadamente un mes, resultará que la cera tomó la forma de un embudo e incluso comenzó a fluir en forma de "chorro" (Fig. 1). A diferencia de los cristales, que conservan su propia forma casi para siempre, los cuerpos amorfos muestran fluidez incluso a bajas temperaturas. Por tanto, pueden considerarse como líquidos muy espesos y viscosos.
La estructura de los cuerpos amorfos. Los estudios con microscopio electrónico, así como con rayos X, indican que en los cuerpos amorfos no existe un orden estricto en la disposición de sus partículas. Fíjate, la figura 2 muestra la disposición de las partículas en el cuarzo cristalino, y la de la derecha muestra la disposición de las partículas en el cuarzo amorfo. Estas sustancias constan de las mismas partículas: moléculas de óxido de silicio SiO 2.
El estado cristalino del cuarzo se obtiene si el cuarzo fundido se enfría lentamente. Si el enfriamiento de la masa fundida es rápido, las moléculas no tendrán tiempo de "alinearse" en filas ordenadas y el resultado será cuarzo amorfo.
Las partículas de cuerpos amorfos oscilan de forma continua y aleatoria. Pueden saltar de un lugar a otro con más frecuencia que las partículas de cristal. Esto también se ve facilitado por el hecho de que las partículas de los cuerpos amorfos están ubicadas en una densidad desigual: hay vacíos entre ellas.
Cristalización de cuerpos amorfos. Con el tiempo (varios meses, años), las sustancias amorfas se transforman espontáneamente en un estado cristalino. Por ejemplo, los caramelos de azúcar o la miel fresca que se dejan en un lugar cálido se volverán opacos después de unos meses. Dicen que la miel y los dulces son “confitados”. Al romper un bastón de caramelo o recoger miel con una cuchara, veremos los cristales de azúcar que se han formado.
La cristalización espontánea de cuerpos amorfos indica que el estado cristalino de una sustancia es más estable que el amorfo. La teoría intermolecular lo explica así. Las fuerzas intermoleculares de atracción y repulsión hacen que las partículas de un cuerpo amorfo salten preferentemente hacia donde hay vacíos. Como resultado, aparece una disposición de partículas más ordenada que antes, es decir, se forma un policristal.
Fusión de cuerpos amorfos.
A medida que aumenta la temperatura, aumenta la energía del movimiento vibratorio de los átomos en un sólido y, finalmente, llega un momento en el que los enlaces entre los átomos comienzan a romperse. En este caso, el sólido pasa al estado líquido. Esta transición se llama derritiendo. A una presión fija, la fusión se produce a una temperatura estrictamente definida.
La cantidad de calor necesaria para convertir una unidad de masa de una sustancia en líquido en su punto de fusión se llama calor específico de fusión. λ .
Derretir una sustancia de masa. metro es necesario gastar una cantidad de calor igual a:
Q = λ metro .
El proceso de fusión de cuerpos amorfos difiere del proceso de fusión de cuerpos cristalinos. A medida que aumenta la temperatura, los cuerpos amorfos se ablandan gradualmente y se vuelven viscosos hasta convertirse en líquidos. Cuerpos amorfos A diferencia de los cristales, no tienen un punto de fusión específico. La temperatura de los cuerpos amorfos cambia continuamente. Esto sucede porque en los sólidos amorfos, como en los líquidos, las moléculas pueden moverse entre sí. Cuando se calientan, su velocidad aumenta y la distancia entre ellos aumenta. Como resultado, el cuerpo se vuelve cada vez más suave hasta convertirse en líquido. Cuando los cuerpos amorfos se solidifican, su temperatura también disminuye continuamente.
Hay que recordar que no todos los cuerpos que existen en el planeta Tierra tienen una estructura cristalina. Las excepciones a la regla se denominan "cuerpos amorfos". ¿En qué se diferencian? Basado en la traducción este término- amorfas: se puede suponer que estas sustancias se diferencian de otras en su forma o apariencia. Estamos hablando de la ausencia de la llamada red cristalina. El proceso de división que produce bordes no ocurre. Los cuerpos amorfos también se distinguen por el hecho de que no dependen de ambiente, y sus propiedades son constantes. Estas sustancias se denominan isotrópicas.
De un curso de física escolar, uno puede recordar que las sustancias amorfas tienen una estructura en la que los átomos que contienen están dispuestos en un orden caótico. Sólo las estructuras vecinas donde se impone tal disposición pueden tener una ubicación específica. Pero aún así, haciendo una analogía con los cristales, los cuerpos amorfos no tienen un orden estricto de moléculas y átomos (en física, esta propiedad se llama "orden de largo alcance"). Como resultado de la investigación, se encontró que estas sustancias tienen una estructura similar a la de los líquidos.
Algunos cuerpos (por ejemplo, podemos tomar dióxido de silicio, cuya fórmula es SiO 2) pueden estar simultáneamente en estado amorfo y tener una estructura cristalina. El cuarzo en la primera versión tiene la estructura de una red irregular, en la segunda, un hexágono regular.
Como se mencionó anteriormente, los cuerpos amorfos no tienen red cristalina. Sus átomos y moléculas tienen un orden corto de colocación, que será el primero rasgo distintivo de estas sustancias.
Estos cuerpos están privados de fluidez. Para explicar mejor la segunda propiedad de las sustancias, podemos hacerlo utilizando el ejemplo de la cera. No es ningún secreto que si viertes agua en un embudo, simplemente saldrá. Lo mismo ocurrirá con cualquier otra sustancia fluida. Pero las propiedades de los cuerpos amorfos no les permiten realizar tales "trucos". Si la cera se coloca en un embudo, primero se esparcirá por la superficie y solo entonces comenzará a escurrirse. Esto se debe al hecho de que las moléculas de una sustancia saltan de una posición de equilibrio a otra completamente diferente, sin tener una ubicación primaria.
Es hora de hablar sobre el proceso de fusión. Cabe recordar que las sustancias amorfas no tienen una temperatura específica a la que comience la fusión. A medida que aumenta la temperatura, el cuerpo se vuelve gradualmente más suave y luego se vuelve líquido. Los físicos siempre se centran no en la temperatura a la que comenzó un proceso determinado, sino en el rango de temperatura de fusión correspondiente.
Ya se ha mencionado anteriormente. Los cuerpos amorfos son isotrópicos. Es decir, sus propiedades en cualquier dirección se mantienen sin cambios, incluso si las condiciones de estancia en los lugares son diferentes.
Al menos una vez, cada persona ha observado que después de un cierto período de tiempo el vidrio comenzó a volverse turbio. Esta propiedad de los cuerpos amorfos está asociada con una mayor energía interna (es varias veces mayor que la de los cristales). Debido a esto, estas sustancias pueden pasar fácilmente a un estado cristalino.
Después de un cierto período de tiempo, cualquier cuerpo amorfo se transforma en un estado cristalino. Esto se puede observar en la vida cotidiana de una persona. Por ejemplo, si dejas dulces o miel durante varios meses, podrás notar que ambos han perdido su transparencia. La persona promedio dirá que simplemente están cubiertos de azúcar. De hecho, si rompes el cuerpo, notarás la presencia de cristales de azúcar.
Entonces, hablando de esto, es necesario aclarar que la transformación espontánea a otro estado se debe a que las sustancias amorfas son inestables. Comparándolos con los cristales, se puede entender que estos últimos son muchas veces más “poderosos”. Este hecho se puede explicar utilizando la teoría intermolecular. Según él, las moléculas saltan constantemente de un lugar a otro, llenando así los vacíos. Con el tiempo, se forma una red cristalina estable.
El proceso de fusión de cuerpos amorfos es el momento en el que, con un aumento de temperatura, se destruyen todos los enlaces entre átomos. Aquí es cuando la sustancia se convierte en líquido. Si las condiciones de fusión son tales que la presión es la misma durante todo el período, entonces también se debe fijar la temperatura.
En la naturaleza existen cuerpos que tienen una estructura cristalina líquida. Como regla general, están incluidos en la lista de sustancias orgánicas y sus moléculas tienen forma de hilo. Los cuerpos sobre los cuales estamos hablando acerca de, tienen las propiedades de los líquidos y cristales, a saber, fluidez y anisotropía.
En tales sustancias, las moléculas están ubicadas paralelas entre sí, sin embargo, no existe una distancia fija entre ellas. Se mueven constantemente, pero no están dispuestos a cambiar de orientación, por lo que están constantemente en una posición.
Los metales amorfos son más conocidos. a una persona común y corriente llamados vasos metálicos.
Ya en 1940, los científicos empezaron a hablar de la existencia de estos cuerpos. Ya entonces se supo que los metales producidos especialmente por deposición al vacío no tenían redes cristalinas. Y sólo 20 años después se produjo el primer vaso de este tipo. Atención especial esto no causó que los científicos; Y sólo después de otros 10 años los profesionales estadounidenses y japoneses, y luego los coreanos y europeos, empezaron a hablar de él.
Los metales amorfos se caracterizan por su viscosidad, bastante nivel alto fuerza y resistencia a la corrosión.
A diferencia de los sólidos cristalinos, en un sólido amorfo no existe un orden estricto en la disposición de las partículas.
Aunque los sólidos amorfos son capaces de mantener su forma, no tienen red cristalina. Se observa un cierto patrón sólo para las moléculas y átomos ubicados en las proximidades. Esta orden se llama cerrar orden . No se repite en todas las direcciones y no se almacena en largas distancias, como cuerpos cristalinos.
Ejemplos de cuerpos amorfos son el vidrio, el ámbar, las resinas artificiales, la cera, la parafina, la plastilina, etc.
Los átomos en cuerpos amorfos vibran alrededor de puntos ubicados aleatoriamente. Por tanto, la estructura de estos cuerpos se asemeja a la estructura de los líquidos. Pero las partículas que contienen son menos móviles. El tiempo que oscilan alrededor de la posición de equilibrio es mayor que en los líquidos. Los saltos de átomos a otra posición también ocurren con mucha menos frecuencia.
¿Cómo se comportan los sólidos cuando se calientan? cuerpos cristalinos? Comienzan a derretirse a un cierto punto de fusion. Y durante algún tiempo se encuentran simultáneamente en estado sólido y líquido, hasta que toda la sustancia se derrite.
Los sólidos amorfos no tienen un punto de fusión específico. . Cuando se calientan, no se derriten, sino que se ablandan gradualmente.
Pongamos un trozo de plastilina cerca. dispositivo de calentamiento. Después de un tiempo se volverá suave. Esto no sucede instantáneamente, sino a lo largo de un cierto período de tiempo.
Dado que las propiedades de los cuerpos amorfos son similares a las propiedades de los líquidos, se los considera líquidos sobreenfriados con una viscosidad muy alta (líquidos congelados). En condiciones normales no pueden fluir. Pero cuando se calientan, los saltos de átomos en ellos ocurren con mayor frecuencia, la viscosidad disminuye y los cuerpos amorfos se ablandan gradualmente. Cuanto mayor es la temperatura, menor es la viscosidad y gradualmente el cuerpo amorfo se vuelve líquido.
El vidrio ordinario es un cuerpo sólido y amorfo. Se obtiene fundiendo óxido de silicio, sosa y cal. Calentando la mezcla a 1400 o C se obtiene una masa líquida vítrea. Al enfriar vidrio liquido no se solidifica como los cuerpos cristalinos, sino que permanece en un líquido, cuya viscosidad aumenta y la fluidez disminuye. En condiciones normales nos parece un cuerpo sólido. Pero en realidad es un líquido que tiene una enorme viscosidad y fluidez, tan baja que apenas puede distinguirse con los instrumentos más ultrasensibles.
El estado amorfo de una sustancia es inestable. Con el tiempo, pasa gradualmente de un estado amorfo a un estado cristalino. Este proceso ocurre en diferentes sustancias con a diferentes velocidades. Vemos bastones de caramelo cubiertos de cristales de azúcar. Esto no lleva mucho tiempo.
Y para que se formen cristales en vidrio ordinario, debe pasar mucho tiempo. Durante la cristalización, el vidrio pierde su fuerza, transparencia, se vuelve turbio y quebradizo.
En los sólidos cristalinos, las propiedades físicas varían según direcciones diferentes. Pero en los cuerpos amorfos son iguales en todas direcciones. Este fenómeno se llama isotropía .
Un cuerpo amorfo conduce la electricidad y el calor por igual en todas direcciones y refracta la luz por igual. El sonido también viaja por igual en los cuerpos amorfos en todas direcciones.
Propiedades sustancias amorfas utilizada en tecnologías modernas. De particular interés son las aleaciones metálicas que no tienen una estructura cristalina y pertenecen a sólidos amorfos. Se les llama gafas de metal . Sus propiedades físicas, mecánicas, eléctricas y de otro tipo difieren para mejor de las de los metales comunes.
Así, en medicina se utilizan aleaciones amorfas cuya resistencia supera la del titanio. Se utilizan para fabricar tornillos o placas que conectan huesos rotos. A diferencia de los sujetadores de titanio, este material se desintegra gradualmente y es reemplazado con el tiempo por material óseo.
Las aleaciones de alta resistencia se utilizan en la fabricación de herramientas para cortar metales, accesorios, resortes y piezas de mecanismos.
En Japón se ha desarrollado una aleación amorfa con alta permeabilidad magnética. Al usarlo en núcleos de transformadores en lugar de láminas de acero texturizadas de transformadores, las pérdidas por corrientes parásitas se pueden reducir 20 veces.
Los metales amorfos tienen propiedades únicas. Se les llama el material del futuro.
Cuerpos amorfos
Sustancias amorfas (cuerpos)(del griego antiguo. ἀ "no-" y μορφή "tipo, forma"): un estado condensado de una sustancia, cuya estructura atómica tiene un orden de corto alcance y no un orden de largo alcance, característico de las estructuras cristalinas. A diferencia de los cristales, las sustancias amorfas estables no se solidifican con la formación de caras cristalinas y (a menos que estén bajo una fuerte influencia anisotrópica, compresión o campo eléctrico, por ejemplo) tienen propiedades isotrópicas, es decir, no exhiben propiedades diferentes en direcciones diferentes. Y no tienen un punto de fusión específico: a medida que aumenta la temperatura, las sustancias amorfas estables se ablandan gradualmente y por encima de la temperatura de transición vítrea (T g) pasan a un estado líquido. Sustancias con una alta tasa de cristalización, que generalmente tienen una estructura (poli)cristalina, pero que se sobreenfrían fuertemente durante la solidificación a un estado amorfo, tras el calentamiento posterior poco antes de fundirse, se recristalizan (en estado sólido con poca liberación de calor) y luego se funden como Sustancias policristalinas ordinarias.
Se obtienen a una alta velocidad de solidificación (enfriamiento) de un líquido fundido o por condensación de vapores sobre un sustrato (cualquier objeto) enfriado notablemente por debajo de la temperatura de FUSIÓN (¡sin hervir!). La relación entre la velocidad de enfriamiento real (dT/dt) y la velocidad de cristalización característica determina la proporción de policristales en el volumen amorfo. La velocidad de cristalización es un parámetro de una sustancia que depende débilmente de la presión y la temperatura (fuertemente alrededor del punto de fusión). Y depende en gran medida de la complejidad de la composición: para los metales, es del orden de fracciones a decenas de milisegundos; y para vidrio en temperatura ambiente- cientos y miles de años (los cristales y espejos viejos se vuelven nublados).
Electricidad y propiedades mecánicas Las sustancias amorfas se parecen más a las de los monocristales que a las de los policristales debido a la ausencia de transiciones (límites) intercristalinas marcadas y muy contaminadas con, a menudo, una composición química completamente diferente.
Las propiedades no mecánicas de los estados semimorfos suelen ser intermedias entre amorfas y cristalinas y son isotrópicas. Sin embargo, la ausencia de transiciones intercristalinas bruscas afecta notablemente las propiedades eléctricas y mecánicas, haciéndolos similares a los amorfos.
En Influencias externas Las sustancias amorfas exhiben propiedades elásticas, como los sólidos cristalinos, y fluidez, como los líquidos. Así, ante impactos de corta duración (impactos), se comportan como sustancias sólidas y, con un impacto fuerte, se rompen en pedazos. Pero con una exposición muy prolongada (por ejemplo, estiramiento), fluyen sustancias amorfas. Por ejemplo, la resina (o alquitrán, betún) también es una sustancia amorfa. Si lo rompe en partes pequeñas y llena el recipiente con la masa resultante, después de un tiempo la resina se fusionará en un todo y tomará la forma del recipiente.
Dependiendo de propiedades electricas, separe los metales amorfos, los no metales amorfos y los semiconductores amorfos.
Fundación Wikimedia. 2010.
Todo lo que se reconoce como realmente existente y ocupando parte del espacio se llama T físico. Cualquier T. físico está formado a partir de materia (ver Sustancia) y, según la enseñanza más extendida, es una totalidad... ... diccionario enciclopédico F. Brockhaus y I.A. Efrón
Física sólido Rama de la física de la materia condensada, cuya tarea es describir las propiedades físicas de los sólidos desde el punto de vista de su estructura atómica. Se desarrolló intensamente en el siglo XX después de su descubrimiento. mecánica cuántica.…… …Wikipedia
La química orgánica del estado sólido (inglés: organic sold state chemistry) es una rama de la química del estado sólido que estudia todo tipo de aspectos químicos y fisicoquímicos de los sólidos orgánicos (OSS), en particular, su síntesis, estructura, propiedades,..... Wikipedia
Física de cristales Cristalografía cristalina Red cristalina Tipos de redes cristalinas Difracción en cristales Red recíproca Célula de Wigner Seitz Zona de Brillouin Factor de estructura básica Factor de dispersión atómica Tipos de enlaces en ... ... Wikipedia
Rama de la física que estudia la estructura y propiedades de los sólidos. Datos científicos sobre la microestructura. sólidos y sobre físico y propiedades químicas sus átomos constituyentes son necesarios para el desarrollo de nuevos materiales y dispositivos tecnicos. Física... ... Enciclopedia de Collier
- (química del estado sólido), sección física. química, estudiando la estructura, propiedades y métodos de obtención de sólidos. X. t. t. está asociado con la física del estado sólido, cristalografía, mineralogía, física. química. mecánica, mecanoquímica, química de la radiación, es... ... Enciclopedia química
La química del estado sólido es una rama de la química que estudia diversos aspectos de las sustancias en fase sólida, en particular, su síntesis, estructura, propiedades, aplicaciones, etc. Sus objetos de estudio son cristalinos y amorfos, inorgánicos y orgánicos... ... Wikipedia
- (ISSP RAS) Nombre internacional Instituto de Física del Estado Sólido, RAS Fundado en 1963 Miembro director. K. V. ... Wikipedia
Instituto de Física del Estado Sólido RAS (ISSP RAS) Nombre internacional Instituto de Física del Estado Sólido, RAS Fundado el 15 de febrero de 1963 Miembro director. corr. RAS V.V. Kveder ... Wikipedia
