Kas olete kunagi mõelnud, mis on salapärased amorfsed ained? Struktuuri poolest erinevad need nii tahkest kui ka vedelast. Fakt on see, et sellised kehad on spetsiaalses kondenseeritud olekus, millel on ainult lühiajaline järjekord. Amorfsed ained on näiteks vaik, klaas, merevaik, kumm, polüetüleen, polüvinüülkloriid (meie lemmikplastaknad), erinevad polümeerid jm. Need on tahked ained, millel puudub kristallvõre. Nende hulka kuuluvad ka tihendusvaha, erinevad liimid, eboniit ja plastik.
Amorfsete ainete ebatavalised omadused
Lõhkumise ajal ei moodustu näod amorfsetes kehades. Osakesed on täiesti juhuslikud ja asuvad üksteisest lähedal. Need võivad olla nii väga paksud kui ka viskoossed. Kuidas need välismõjud mõjutavad? Erinevate temperatuuride mõjul muutuvad kehad vedelateks nagu vedelikud ja samal ajal üsna elastseks. Juhul, kui välismõju ei kesta kaua, võivad amorfse struktuuriga ained tugeva löögiga tükkideks puruneda. pikkväline mõju paneb need lihts alt voolama.
Proovige kodus väikest vaigukatset. Asetage see kõvale pinnale ja märkate, et see hakkab sujuv alt voolama. Täpselt nii, see on amorfne aine! Kiirus sõltub temperatuurinäitajatest. Kui see on väga kõrge, hakkab vaik märgatav alt kiiremini levima.
Mis veel on sellistele kehadele tüüpiline? Need võivad olla mis tahes kujul. Kui amorfsed ained väikeste osakeste kujul asetada anumasse, näiteks kannu, saavad need ka anuma kuju. Need on ka isotroopsed, st neil on igas suunas samad füüsikalised omadused.
Sulamine ja üleminek muudesse olekutesse. Metall ja klaas
Aine amorfne olek ei tähenda ühegi konkreetse temperatuuri säilimist. Madala kiirusega kehad külmuvad, suure kiirusega nad sulavad. Muide, sellest sõltub ka selliste ainete viskoossusaste. Madal temperatuur vähendab viskoossust, kõrge temperatuur, vastupidi, suurendab seda.
Amorfset tüüpi ainete puhul võib eristada veel üht tunnust – üleminekut kristallilisse olekusse ja spontaanne. Miks see juhtub? Kristallilises kehas on siseenergia palju väiksem kui amorfses kehas. Seda näeme klaastoodete näitel – aja jooksul muutuvad klaasid häguseks.
Metalklaas – mis see on? Metalli saab kristallvõrest eemaldadasulamise käigus ehk muuta amorfse struktuuriga aine klaasjaks. Kunstlikul jahutamisel tahkumisel tekib uuesti kristallvõre. Amorfsel metallil on lihts alt hämmastav korrosioonikindlus. Näiteks sellest valmistatud autokere ei vajaks erinevaid katteid, kuna see ei häviks spontaanselt. Amorfne aine on keha, mille aatomi struktuur on enneolematu tugevusega, mis tähendab, et amorfset metalli saab kasutada absoluutselt igas tööstussektoris.
Ainete kristallstruktuur
Metallide omadustega hästi kursis olemiseks ja nendega töötamiseks peavad teil olema teadmised teatud ainete kristallstruktuuri kohta. Metalltoodete tootmine ja metallurgia valdkond ei oleks saanud sellist arengut saavutada, kui inimestel poleks kindlaid teadmisi sulamite struktuuri, tehnoloogiliste meetodite ja tööomaduste muutumise kohta.
Aine neli olekut
On hästi teada, et agregatsioonil on neli olekut: tahke, vedel, gaasiline, plasma. Tahked amorfsed ained võivad olla ka kristalsed. Sellise struktuuriga saab jälgida ruumilist perioodilisust osakeste paigutuses. Need kristallides olevad osakesed võivad sooritada perioodilist liikumist. Kõigis kehades, mida me vaatleme gaasilises või vedelas olekus, võib märgata osakeste liikumist kaootilise häire kujul. Amorfsed tahked ained (nt metallidkondenseeritud olek: eboniit, klaastooted, vaigud) võib nimetada külmutatud tüüpi vedelikeks, sest nende kuju muutmisel võib märgata sellist iseloomulikku omadust nagu viskoossus.
Erinevus gaaside ja vedelike amorfsete kehade vahel
Plastsuse, elastsuse, deformatsiooni käigus kõvenemise ilmingud on iseloomulikud paljudele kehadele. Kristallilistel ja amorfsetel ainetel on need omadused suuremal määral olemas, vedelikel ja gaasidel aga mitte. Kuid teisest küljest näete, et need aitavad kaasa mahu elastsele muutusele.
Kristallilised ja amorfsed ained. Mehaanilised ja füüsikalised omadused
Mis on kristalsed ja amorfsed ained? Nagu eespool mainitud, võib amorfseks nimetada neid kehasid, millel on tohutu viskoossustegur ja mille voolavus on tavalisel temperatuuril võimatu. Kuid kõrge temperatuur, vastupidi, võimaldab neil olla vedel, nagu vedelik.
Crystal-tüüpi ained tunduvad olevat täiesti erinevad. Nendel tahketel ainetel võib sõltuv alt välisrõhust olla oma sulamistemperatuur. Kristallide saamine on võimalik, kui vedelik on jahutatud. Kui te ei võta teatud meetmeid, võite märgata, et vedelas olekus hakkavad ilmnema erinevad kristallisatsioonikeskused. Neid keskusi ümbritsevas piirkonnas tekib tahke aine. Väga väikesed kristallid hakkavad omavahel juhuslikus järjekorras ühinema ja saadakse nn polükristall. Selline keha onisotroopne.
Ainete omadused
Mis määrab kehade füüsikalised ja mehaanilised omadused? Aatomisidemed on olulised, nagu ka kristallstruktuuri tüüp. Ioonkristalle iseloomustavad ioonsed sidemed, mis tähendab sujuvat üleminekut ühelt aatomilt teisele. Sel juhul positiivselt ja negatiivselt laetud osakeste moodustumine. Ioonset sidet saame vaadelda lihtsas näites – sellised omadused on iseloomulikud erinevatele oksiididele ja sooladele. Ioonkristallide teine omadus on madal soojusjuhtivus, kuid selle jõudlus võib kuumutamisel märkimisväärselt suureneda. Kristallvõre sõlmedes näete erinevaid molekule, mis eristuvad tugevate aatomisidemetega.
Paljud mineraalid, mida me kõikjal looduses leiame, on kristalse struktuuriga. Ja aine amorfne olek on ka loodus selle puhtaimal kujul. Ainult sel juhul on keha midagi vormitut, kuid kristallid võivad võtta kõige ilusamate lamedate tahkudega polüeedrite kuju, aga ka moodustada uusi hämmastava ilu ja puhtusega tahkeid kehasid.
Mis on kristallid? Amorfne-kristalliline struktuur
Selliste kehade kuju on teatud ühenduse korral konstantne. Näiteks berüll näeb alati välja nagu kuusnurkne prisma. Tehke väike katse. Võtke väike kuupsoola kristall (pall) ja asetage see spetsiaalsesse lahusesse, mis on sama soolaga võimalikult küllastunud. Aja jooksul märkate, et see keha on jäänud muutumatuks – see on jälle omandanudkuubiku või palli kuju, mis on omane soolakristallidele.
Amorfsed-kristallilised ained on sellised kehad, mis võivad sisaldada nii amorfset kui ka kristalset faasi. Mis mõjutab sellise struktuuriga materjalide omadusi? Peamiselt erinev mahtude suhe ja erinev paigutus üksteise suhtes. Selliste ainete levinumad näited on keraamika, portselan, klaaskeraamika materjalid. Amorfse-kristallilise struktuuriga materjalide omaduste tabelist saab teada, et portselan sisaldab maksimaalselt klaasifaasi. Arvud kõiguvad 40-60 protsendi vahel. Kõige madalamat sisaldust näeme kivivalu näitel – alla 5 protsendi. Samal ajal on keraamilistel plaatidel suurem veeimavus.
Teatavasti on tööstuslikud materjalid nagu portselan, keraamilised plaadid, kivivalu ja klaaskeraamika amorfsed-kristallilised ained, kuna sisaldavad oma koostises klaasfaase ja samal ajal ka kristalle. Samas tuleb märkida, et materjalide omadused ei sõltu klaasifaaside sisaldusest selles.
Amorfsed metallid
Amorfsete ainete kasutamine toimub kõige aktiivsem alt meditsiini valdkonnas. Näiteks kiiresti jahutatud metalli kasutatakse aktiivselt kirurgias. Tänu sellega seotud arengutele on paljud inimesed saanud pärast raskeid vigastusi iseseisv alt liikuda. Asi on selles, et amorfse struktuuriga aine on suurepärane biomaterjal luudesse implanteerimiseks. Vastu võetudraskete luumurdude korral võetakse kasutusele spetsiaalsed kruvid, plaadid, tihvtid, tihvtid. Varem kasutati sellistel eesmärkidel kirurgias terast ja titaani. Alles hiljem märgati, et amorfsed ained lagunevad organismis väga aeglaselt ja see hämmastav omadus võimaldab luukudedel taastuda. Seejärel asendatakse aine luuga.
Amorfsete ainete kasutamine metroloogias ja täppismehaanikas
Täpne mehaanika põhineb täpselt täpsusel ja seetõttu nimetatakse seda nii. Eriti olulist rolli selles tööstuses ja ka metroloogias mängivad mõõteriistade ülitäpsed näitajad, seda on võimalik saavutada seadmetes amorfsete kehade kasutamisega. Tänu täpsetele mõõtmistele tehakse mehaanika ja füüsika instituutides laboratoorseid ja teaduslikke uuringuid, saadakse uusi ravimeid ning täiendatakse teaduslikke teadmisi.
Polümeerid
Teine näide amorfse aine kasutamisest on polümeerid. Need võivad muutuda aeglaselt tahkest ainest vedelaks, samas kui kristallilisi polümeere iseloomustab sulamistemperatuur, mitte pehmenemistemperatuur. Mis on amorfsete polümeeride füüsikaline olek? Kui annate neile ainetele madala temperatuuri, näete, et need on klaasjas ja neil on tahkete ainete omadused. Järkjärguline kuumutamine paneb polümeerid liikuma suurenenud elastsuse olekusse.
Amorfseid aineid, mille näiteid me just tõime, kasutatakse intensiivselttööstusele. Superelastne olek võimaldab polümeere mis tahes viisil deformeerida ja see seisund saavutatakse tänu linkide ja molekulide suurenenud paindlikkusele. Temperatuuri edasine tõus toob kaasa asjaolu, et polümeer omandab veelgi elastsemad omadused. See hakkab muutuma eriliseks vedelaks ja viskoosseks.
Kui jätate olukorra kontrollimatuks ja ei hoia ära temperatuuri edasist tõusu, toimub polümeeri lagunemine, st hävimine. Viskoosne olek näitab, et kõik makromolekuli ühikud on väga liikuvad. Kui polümeeri molekul voolab, siis lülid mitte ainult ei sirgu, vaid tulevad ka üksteisele väga lähedale. Molekulidevaheline toime muudab polümeeri kõvaks aineks (kummiks). Seda protsessi nimetatakse mehaaniliseks klaasisiirdumiseks. Saadud ainet kasutatakse kilede ja kiudude tootmiseks.
Polüamiide, polüakrüülnitriile saab saada polümeeridest. Polümeerkile valmistamiseks peate suruma polümeerid läbi stantside, millel on piluava, ja kandma need lindile. Nii toodetakse pakkematerjale ja magnetlintide aluseid. Polümeeride hulka kuuluvad ka mitmesugused lakid (moodustavad vahu orgaanilises lahustis), liimid ja muud sidematerjalid, komposiitmaterjalid (täiteainega polümeerne alus), plastid.
Polümeerirakendused
Sellised amorfsed ained on meie elus kindl alt juurdunud. Neid rakendatakse kõikjal. Nende hulka kuuluvad:
1. Erinevad alusedlakkide, liimide, plasttoodete (fenoolformaldehüüdvaigud) tootmine.
2. Elastomeerid või sünteetilised kummid.
3. Elektriisolatsioonimaterjaliks on polüvinüülkloriid ehk tuntud PVC plastikaknad. See on tulekindel, kuna seda peetakse aeglaselt põlevaks, sellel on suurenenud mehaaniline tugevus ja elektrilised isolatsiooniomadused.
4. Polüamiid on väga suure tugevuse ja kulumiskindlusega aine. Sellel on kõrged dielektrilised omadused.
5. Pleksiklaas ehk polümetüülmetakrülaat. Saame seda kasutada elektrotehnika valdkonnas või kasutada konstruktsioonide materjalina.
6. Fluoroplast ehk polütetrafluoroetüleen on hästi tuntud dielektrik, millel ei ole orgaanilise päritoluga lahustites lahustumise omadusi. Selle lai temperatuurivahemik ja head dielektrilised omadused võimaldavad seda kasutada hüdrofoobse või hõõrdevastase materjalina.
7. Polüstüreen. Seda materjali happed ei mõjuta. Seda, nagu fluoroplasti ja polüamiidi, võib pidada dielektrikuks. Väga vastupidav mehaanilisele mõjule. Polüstüreeni kasutatakse kõikjal. Näiteks on see end hästi tõestanud konstruktsiooni- ja elektriisolatsioonimaterjalina. Seda kasutatakse elektri- ja raadiotehnikas.
8. Tõenäoliselt on meie jaoks kõige kuulsam polümeer polüetüleen. Materjalil on vastupidavus agressiivsele keskkonnale, see ei lase absoluutselt niiskust läbi. Kui pakend on valmistatud polüetüleenist, ei saa te karta, et sisu rikneb tugevate ainete mõjul.vihma. Polüetüleen on ka dielektrik. Selle rakendusala on ulatuslik. Sellest valmistatakse torukonstruktsioone, erinevaid elektritooteid, isoleerkilet, telefoni- ja elektriliinide kaablite mantleid, raadio- ja muude seadmete osi.
9. PVC on kõrge polümeerisisaldusega materjal. See on sünteetiline ja termoplastne. Sellel on asümmeetriliste molekulide struktuur. Peaaegu ei lase vett läbi ja on valmistatud pressimise teel stantsimisega ja vormimise teel. Polüvinüülkloriidi kasutatakse kõige sagedamini elektritööstuses. Selle alusel luuakse erinevad soojusisolatsioonivoolikud ja keemilise kaitse voolikud, akupangad, isolatsioonihülsid ja tihendid, juhtmed ja kaablid. PVC on ka suurepärane asendaja kahjulikule pliile. Seda ei saa kasutada kõrgsagedusliku vooluringina dielektriku kujul. Ja kõik tänu sellele, et sel juhul on dielektrilised kaod suured. Väga juhtiv.
