Vous êtes-vous déjà demandé ce que sont ces mystérieuses substances amorphes ? Dans leur structure, ils diffèrent à la fois du solide et du liquide. Le fait est que ces corps sont dans un état condensé spécial, qui n'a qu'un ordre à courte portée. Des exemples de substances amorphes sont la résine, le verre, l'ambre, le caoutchouc, le polyéthylène, le chlorure de polyvinyle (nos fenêtres en plastique préférées), divers polymères et autres. Ce sont des solides qui n'ont pas de réseau cristallin. Ils comprennent également de la cire à cacheter, divers adhésifs, de l'ébonite et des plastiques.
Propriétés inhabituelles des substances amorphes
Lors du fractionnement, les faces ne se forment pas dans les corps amorphes. Les particules sont complètement aléatoires et sont à une distance proche les unes des autres. Ils peuvent être à la fois très épais et visqueux. Comment sont-ils affectés par les influences extérieures ? Sous l'influence de diverses températures, les corps deviennent fluides, comme des liquides, et en même temps assez élastiques. Dans le cas où l'impact externe ne dure pas longtemps, des substances de structure amorphe peuvent se briser en morceaux avec un coup puissant. longuel'influence extérieure les fait simplement couler.
Essayez une petite expérience de résine à la maison. Posez-le sur une surface dure et vous remarquerez qu'il commence à couler en douceur. C'est vrai, c'est une substance amorphe ! La vitesse dépend des indicateurs de température. S'il est très élevé, la résine commencera à se répandre sensiblement plus rapidement.
Quoi d'autre est typique pour de tels corps ? Ils peuvent prendre n'importe quelle forme. Si des substances amorphes sous forme de petites particules sont placées dans un récipient, par exemple dans une cruche, elles prendront également la forme d'un récipient. Ils sont également isotropes, c'est-à-dire qu'ils présentent les mêmes propriétés physiques dans toutes les directions.
Fusion et transition vers d'autres états. Métal et verre
L'état amorphe de la matière n'implique pas le maintien d'une température particulière. A bas régime, les corps gèlent, à haut régime, ils fondent. Soit dit en passant, le degré de viscosité de ces substances en dépend également. Les basses températures contribuent à réduire la viscosité, les températures élevées, au contraire, l'augmentent.
Pour les substances de type amorphe, une autre caractéristique peut être distinguée - la transition vers l'état cristallin et spontanée. Pourquoi cela arrive-t-il? L'énergie interne dans un corps cristallin est bien moindre que dans un corps amorphe. Nous pouvons le voir dans l'exemple des produits en verre - avec le temps, les verres deviennent troubles.
Verre métallique - qu'est-ce que c'est ? Le métal peut être retiré du réseau cristallin danspendant la fusion, c'est-à-dire rendre vitreux une substance de structure amorphe. Lors de la solidification sous refroidissement artificiel, le réseau cristallin se reforme. Le métal amorphe a une résistance tout simplement incroyable à la corrosion. Par exemple, une carrosserie de voiture fabriquée à partir de celle-ci n'aurait pas besoin de divers revêtements, car elle ne serait pas soumise à une destruction spontanée. Une substance amorphe est un corps dont la structure atomique a une force sans précédent, ce qui signifie qu'un métal amorphe pourrait être utilisé dans absolument n'importe quel secteur industriel.
Structure cristalline des substances
Pour bien connaître les caractéristiques des métaux et pouvoir travailler avec eux, vous devez avoir des connaissances sur la structure cristalline de certaines substances. La production de produits métalliques et le domaine de la métallurgie n'auraient pas pu connaître un tel développement si les gens n'avaient pas certaines connaissances sur les changements dans la structure des alliages, les méthodes technologiques et les caractéristiques opérationnelles.
Les quatre états de la matière
Il est bien connu qu'il existe quatre états d'agrégation: solide, liquide, gazeux, plasma. Les substances solides amorphes peuvent également être cristallines. Avec une telle structure, une périodicité spatiale dans l'arrangement des particules peut être observée. Ces particules dans les cristaux peuvent effectuer un mouvement périodique. Dans tous les corps que nous observons à l'état gazeux ou liquide, on peut remarquer le mouvement des particules sous la forme d'un désordre chaotique. Solides amorphes (tels que les métaux dansà l'état condensé: ébonite, produits en verre, résines) peuvent être appelés liquides de type congelé, car lorsqu'ils changent de forme, vous pouvez remarquer une caractéristique telle que la viscosité.
La différence entre les corps amorphes des gaz et des liquides
Les manifestations de plasticité, d'élasticité, de durcissement lors de la déformation sont caractéristiques de nombreux corps. Les substances cristallines et amorphes ont ces caractéristiques dans une plus large mesure, contrairement aux liquides et aux gaz. Mais d'un autre côté, vous pouvez voir qu'ils contribuent à un changement élastique de volume.
Substances cristallines et amorphes. Propriétés mécaniques et physiques
Que sont les substances cristallines et amorphes ? Comme mentionné ci-dessus, on peut appeler amorphe les corps qui ont un coefficient de viscosité énorme et, à température ordinaire, leur fluidité est impossible. Mais la température élevée, au contraire, leur permet d'être fluides, comme un liquide.
Les substances de type cristal semblent complètement différentes. Ces solides peuvent avoir leur propre point de fusion en fonction de la pression extérieure. L'obtention de cristaux est possible si le liquide est refroidi. Si vous ne prenez pas certaines mesures, vous pouvez remarquer que divers centres de cristallisation commencent à apparaître à l'état liquide. Dans la zone entourant ces centres, la formation d'un solide se produit. De très petits cristaux commencent à se combiner les uns aux autres dans un ordre aléatoire, et un soi-disant polycristal est obtenu. Un tel corps estisotrope.
Caractéristiques des substances
Qu'est-ce qui détermine les caractéristiques physiques et mécaniques des corps ? Les liaisons atomiques sont importantes, tout comme le type de structure cristalline. Les cristaux ioniques sont caractérisés par des liaisons ioniques, ce qui signifie une transition en douceur d'un atome à l'autre. Dans ce cas, la formation de particules chargées positivement et négativement. Nous pouvons observer la liaison ionique dans un exemple simple - de telles caractéristiques sont caractéristiques de divers oxydes et sels. Une autre caractéristique des cristaux ioniques est la faible conductivité de la chaleur, mais ses performances peuvent augmenter considérablement lorsqu'elles sont chauffées. Aux nœuds du réseau cristallin, vous pouvez voir diverses molécules qui se distinguent par de fortes liaisons atomiques.
De nombreux minéraux que l'on trouve partout dans la nature ont une structure cristalline. Et l'état amorphe de la matière est aussi la nature dans sa forme la plus pure. Seulement dans ce cas, le corps est quelque chose d'informe, mais les cristaux peuvent prendre la forme des plus beaux polyèdres à faces plates, ainsi que former de nouveaux corps solides d'une beauté et d'une pureté étonnantes.
Qu'est-ce que les cristaux ? Structure cristalline amorphe
La forme de tels corps est constante pour une certaine connexion. Par exemple, le béryl ressemble toujours à un prisme hexagonal. Faites une petite expérience. Prenez un petit cristal de sel cubique (boule) et mettez-le dans une solution spéciale aussi saturée que possible avec le même sel. Au fil du temps, vous remarquerez que ce corps est resté inchangé - il a de nouveau acquisla forme d'un cube ou d'une boule, inhérente aux cristaux de sel.
Les substances cristallines amorphes sont des corps qui peuvent contenir à la fois des phases amorphes et cristallines. Qu'est-ce qui influence les propriétés des matériaux d'une telle structure? Rapport de volumes principalement différent et disposition différente les uns par rapport aux autres. Des exemples courants de telles substances sont les matériaux en céramique, porcelaine, vitrocéramique. D'après le tableau des propriétés des matériaux à structure cristalline amorphe, on sait que la porcelaine contient le pourcentage maximal de phase vitreuse. Les chiffres oscillent entre 40 et 60 %. Nous verrons le contenu le plus bas dans l'exemple de la coulée de pierre - moins de 5%. Dans le même temps, les carreaux de céramique auront une absorption d'eau plus élevée.
Comme vous le savez, les matériaux industriels tels que la porcelaine, les carreaux de céramique, la coulée de pierre et la vitrocéramique sont des substances cristallines amorphes, car ils contiennent des phases vitreuses et en même temps des cristaux dans leur composition. Dans le même temps, il convient de noter que les propriétés des matériaux ne dépendent pas de la teneur en phases vitreuses qu'ils contiennent.
Métaux amorphes
L'utilisation de substances amorphes est le plus activement pratiquée dans le domaine de la médecine. Par exemple, le métal refroidi rapidement est activement utilisé en chirurgie. Grâce aux développements qui y sont associés, de nombreuses personnes ont pu se déplacer de manière autonome après des blessures graves. Le fait est que la substance d'une structure amorphe est un excellent biomatériau pour l'implantation dans les os. A reçudes vis, plaques, broches, broches spéciales sont introduites en cas de fractures graves. Auparavant, l'acier et le titane étaient utilisés à ces fins en chirurgie. Ce n'est que plus tard que l'on a remarqué que les substances amorphes se décomposent très lentement dans le corps, et cette propriété étonnante permet aux tissus osseux de se rétablir. Par la suite, la substance est remplacée par de l'os.
Utilisation de substances amorphes en métrologie et mécanique de précision
La mécanique exacte est basée précisément sur la précision, et c'est pourquoi on l'appelle ainsi. Un rôle particulièrement important dans cette industrie, ainsi qu'en métrologie, est joué par les indicateurs ultra-précis des instruments de mesure; cela peut être réalisé en utilisant des corps amorphes dans les appareils. Grâce à des mesures précises, des recherches en laboratoire et scientifiques sont menées dans des instituts de mécanique et de physique, de nouveaux médicaments sont obtenus et les connaissances scientifiques sont améliorées.
Polymères
Un autre exemple d'utilisation d'une substance amorphe est celui des polymères. Ils peuvent passer lentement d'un solide à un liquide, tandis que les polymères cristallins se caractérisent par un point de fusion et non par un point de ramollissement. Quel est l'état physique des polymères amorphes ? Si vous donnez à ces substances une température basse, vous pouvez voir qu'elles seront dans un état vitreux et présenteront les propriétés des solides. Un chauffage progressif amène les polymères à commencer à se déplacer dans un état d'élasticité accrue.
Les substances amorphes, dont nous venons de donner des exemples, sont intensivement utilisées dansindustrie. L'état superélastique permet aux polymères de se déformer de n'importe quelle manière, et cet état est obtenu grâce à la flexibilité accrue des liaisons et des molécules. Une nouvelle augmentation de la température conduit au fait que le polymère acquiert des propriétés encore plus élastiques. Il commence à passer dans un état fluide et visqueux spécial.
Si vous laissez la situation incontrôlée et n'empêchez pas une nouvelle augmentation de la température, le polymère subira une dégradation, c'est-à-dire une destruction. L'état visqueux montre que toutes les unités de la macromolécule sont très mobiles. Lorsqu'une molécule de polymère s'écoule, non seulement les liaisons se redressent, mais elles se rapprochent également de très près. L'action intermoléculaire transforme le polymère en une substance dure (caoutchouc). Ce processus est appelé transition vitreuse mécanique. La substance qui en résulte est utilisée pour produire des films et des fibres.
Les polyamides, les polyacrylonitriles peuvent être obtenus à partir de polymères. Pour fabriquer un film polymère, vous devez forcer les polymères à travers des matrices qui ont un trou fendu et les appliquer sur le ruban. De cette manière, des matériaux d'emballage et des bases pour bandes magnétiques sont produits. Les polymères comprennent également divers vernis (formant de la mousse dans un solvant organique), des adhésifs et autres matériaux de liaison, des composites (base polymère avec charge), des plastiques.
Applications polymères
Ce type de substances amorphes est solidement ancré dans nos vies. Ils sont appliqués partout. Ceux-ci incluent:
1. Diverses bases pourfabrication de vernis, colles, produits plastiques (résines phénol-formaldéhyde).
2. Élastomères ou caoutchoucs synthétiques.
3. Le matériau isolant électrique est le chlorure de polyvinyle, ou les fenêtres en PVC plastique bien connues. Il est résistant aux incendies, car il est considéré comme à combustion lente, a une résistance mécanique accrue et des propriétés d'isolation électrique.
4. Le polyamide est une substance à très haute résistance et résistance à l'usure. Il a des caractéristiques diélectriques élevées.
5. Plexiglas ou polyméthacrylate de méthyle. Nous pouvons l'utiliser dans le domaine de l'électrotechnique ou l'utiliser comme matériau pour les structures.
6. Le fluoroplaste, ou polytétrafluoroéthylène, est un diélectrique bien connu qui ne présente pas les propriétés de dissolution dans les solvants d'origine organique. Sa large plage de températures et ses bonnes propriétés diélectriques lui permettent d'être utilisé comme matériau hydrophobe ou antifriction.
7. Polystyrène. Ce matériau n'est pas affecté par les acides. Il, comme le fluoroplastique et le polyamide, peut être considéré comme un diélectrique. Très résistant aux chocs mécaniques. Le polystyrène est utilisé partout. Par exemple, il a fait ses preuves en tant que matériau isolant structurel et électrique. Il est utilisé dans l'ingénierie électrique et radio.
8. Le polymère le plus célèbre pour nous est probablement le polyéthylène. Le matériau présente une résistance lorsqu'il est exposé à des environnements agressifs, il ne laisse absolument pas passer l'humidité. Si l'emballage est en polyéthylène, vous ne pouvez pas craindre que le contenu se détériore sous l'influence de fortespluie. Le polyéthylène est également un diélectrique. Son application est vaste. Des structures de tuyaux, divers produits électriques, des films isolants, des gaines pour câbles de lignes téléphoniques et électriques, des pièces pour la radio et d'autres équipements en sont fabriqués.
9. Le PVC est un matériau hautement polymère. Il est synthétique et thermoplastique. Il a une structure de molécules asymétriques. Ne laisse presque pas passer l'eau et est fabriqué par pressage avec emboutissage et par moulage. Le chlorure de polyvinyle est le plus souvent utilisé dans l'industrie électrique. Sur sa base, divers tuyaux et tuyaux calorifuges pour la protection chimique, des bancs de batteries, des manchons et joints isolants, des fils et des câbles sont créés. Le PVC est également un excellent substitut au plomb nocif. Il ne peut pas être utilisé comme circuit haute fréquence sous forme de diélectrique. Et tout cela en raison du fait que dans ce cas, les pertes diélectriques seront élevées. Très conducteur.
