§ 43. Аморфное состояние твёрдого тела

Строение и свойства твёрдых тел в аморфном состоянии

1. Твёрдое тело может существовать в двух различных состояниях — кристаллическом и аморфном. Эти состояния различаются по своим свойствам. Различие свойств вызвано тем, что внутреннее строение аморфных тел отличается от внутреннего строения кристаллических тел.

Рассматривая кусок сахара и сахарный леденец, предварительно очистив его поверхность, можно заметить, что сахар имеет кристаллическое строение, а строение леденца характеризуется отсутствием периодичности в расположении атомов. Таким образом, одно и то же вещество (сахар) находится в разных состояниях: в первом случае в кристаллическом, во втором — в аморфном.

В кристаллических телах в расположении частиц (атомов, молекул, ионов) присутствует как ближний, так и дальний порядок. Это значит, что частицы твёрдого тела находятся на определённых одинаковых расстояниях друг от друга, причём это правильное расположение сохраняется во всём теле.

Аморфное состояние характеризуется отсутствием дальнего порядка в расположении частиц, он сохраняется в расположении только соседних частиц. Повторяемости отдельных элементов структуры у аморфных тел не наблюдается. Твёрдые тела в аморфном состоянии можно отнести к жидкостям с большой вязкостью.

В аморфном состоянии в обычных условиях находятся стекло, вар¹, янтарь, большинство пластмасс.

¹ Вар — легкоплавкое смолистое вещество.

Вещество может переходить из аморфного состояния в кристаллическое и обратно. Так, кристаллический сахар можно превратить в аморфный леденец, расплавив его и дав остыть. С течением времени на поверхности леденца образуются кристаллики сахара.

Тепловые, механические, электрические, оптические свойства тел в аморфном состоянии отличаются от соответствующих свойств кристаллических тел. Так, аморфные тела не имеют определённой температуры плавления. При повышении температуры они постепенно размягчаются, пока не превратятся в жидкости.

При кратковременных внешних воздействиях аморфные тела проявляют свойства твёрдых тел, в частности кусок вара при ударе раскалывается на части. При длительном внешнем воздействии проявляется такое свойство, как текучесть, присущее жидкостям. Так, твёрдые куски вара медленно растекаются по горизонтальной поверхности. Если поместить кусок вара в сосуд, то вар с течением времени примет форму сосуда. Эти свойства аморфного состояния твёрдого тела связаны с тем, что атомы и молекулы участвуют в тепловом движении: они совершают в течение некоторого времени колебания относительно положений равновесия, перескакивают из одного положения в другое.

Тела, находящиеся в аморфном состоянии, изотропны: их свойства одинаковы по всем направлениям. В частности, у кристаллического кварца температурный коэффициент линейного расширения для двух взаимно перпендикулярных направлений 0,13 • 10^-4 К^-1 и 0,8 • 10^-5 К^-1, а у плавленого кварца для всех направлений один и тот же и равен 0,4 • 10^-6 К^-1. Теплопроводность у кристаллического кварца для этих же направлений отличается почти в 2 раза. У плавленого кварца теплопроводность для всех направлений одна и та же, причём она в 4 раза меньше наименьшей теплопроводности кристаллического кварца. При низких температурах это различие ещё существеннее.

Таким образом, кристаллические и аморфные твёрдые тела различаются строением и свойствами.

Окончание >>>