Аморфныя целы

Параўнанне атамарных рашотак крышталёў і аморфных цел

Аморфныя рэчывы (целы) (ад стар.-грэч.: ἀ "не-" і μορφή «выгляд, форма») - кандэнсаваны стан рэчывы, атамная структура якога мае блізкі парадак і не мае далёкага парадку, характэрнага для крышталічных структур. У адрозненне ад крышталёў стабільна-аморфныя рэчывы не дубянеюць з утварэннем крышталічных граняў, і, (калі не былі пад наймацнейшым анізатропным уздзеяннем - сціскам або электрычным полем, напрыклад) валодаюць ізатрапіяй уласцівасцей, гэта значыць не выяўляюць розных уласцівасцей у розных напрамках. Аморфныя рэчывы не маюць вызначанай кропкі плаўлення: пры павышэнні тэмпературы стабільна-аморфныя рэчывы паступова размякчацца і вышэй тэмпературы шклавання (T_g) пераходзяць у вадкі стан. Рэчывы звычайна маюць (полі-) крышталічную структуру, але моцна пераахалоджаныя пры зацвярдзенні, могуць дубянець у аморфным стане, які пры наступным нагрэве або з цягам часу крышталізуецца (у цвёрдым стане з невялікім вылучэннем цяпла).

Аморфны стан многіх рэчываў атрымліваецца пры высокай хуткасці зацвярдзення (астывання) вадкага расплаву, або пры кандэнсацыі пароў на астуджаную прыкметна ніжэй тэмпературы плаўлення паверхню-падкладку. Суадносіны рэальнай хуткасці ахладжэння (dT/dt) і характарыстычнай хуткасці крышталізацыі вызначае долю полікрышталёў у аморфным аб'ёме. Хуткасць крышталізацыі - параметр рэчывы, слаба залежыць ад ціску і ад тэмпературы (каля кропкі плаўлення — моцна), і моцна залежыць ад складанасці складу. У металаў і сплаваў аморфны стан фарміруецца, як правіла, калі расплаў астуджаецца за час парадку доляй-дзясяткаў мілісекунд; для шклоў досыць нашмат меншай хуткасці ахладжэння - сотні і тысячы гадоў. Кварц (SiO₂) таксама мае нізкую хуткасць крышталізацыі, таму адлітыя з яго вырабы атрымліваюцца аморфнымі. Аднак прыродны кварц, які меў сотні і тысячы гадоў для крышталізацыі пры астыванні зямной кары ці глыбінных слаёў вулканаў, мае буйнакрышталічную будову, у адрозненне ад вулканічнага шкла, застылага на паверхні і таму аморфнага.

Са звычайных палімераў (пластмас) толькі (самы прасцейшы) поліэтылен мае прыкметную хуткасць крышталізацыі пры пакаёвай тэмпературы - каля двух гадоў для мяккага (ПНЦ) і некалькіх гадоў (нават з дабаўкамі-запавольнік) для цвёрдага (ПВЦ - ужо прыкладна напалову крышталізаванага відаў. Гэта адна з прычын недаўгавечнасці вырабаў з поліэтылену.

Да стабільна-аморфным рэчываў належаць шкла (штучныя і вулканічныя), натуральныя і штучныя смалы, клеі, парафін, воск і інш. Аморфныя рэчывы могуць знаходзіцца альбо ў шклопадобнаму стане (пры нізкіх тэмпературах), альбо ў стане расплаву (пры высокіх тэмпературах). Аморфныя рэчывы пераходзяць у шклопадобны стан пры тэмпературах прыкметна ніжэй тэмпературы шклавання T_g. Пры тэмпературах нашмат вышэй T_g аморфныя рэчывы паводзяць сябе як расплавы, гэта значыць знаходзяцца ў расплаўленым стане. Глейкасць аморфных матэрыялаў - бесперапынная функцыя тэмпературы: чым вышэй тэмпература, тым ніжэй глейкасць аморфнага рэчыва.

Структура

Даследаванні паказалі, што структуры вадкасцей і аморфных цел маюць шмат агульнага. У аморфных і вадкіх целах назіраецца блізкі парадак ва ўпакоўцы часціц (атамаў або малекул). Па гэтай прычыне прынята лічыць аморфныя целы вельмі густымі/вязкімі (застылымі) вадкасцямі.

Таксама бываюць прамежкавыя напаловуаморфныя (напаловукрышталёвыя) станы.

Уласцівасці

Усе фізічныя ўласцівасці аморфнага і полікрышталічнага станаў аднаго і таго ж рэчывы прыкметна (часам моцна) адрозніваюцца (акрамя шчыльнасці).

Электрычныя і механічныя ўласцівасці аморфных рэчываў бліжэй да такіх для монакрышталёў, чым для полікрышталёў з-за адсутнасці рэзкіх і моцна забруджаных прымешкамі міжкрышталічных меж з часта абсалютна іншым хімічным складам. Немеханічныя ўласцівасці напаловуаморфных станаў звычайна з'яўляюцца прамежкавымі паміж аморфным і крышталічнымі і ізатропныя.

Пры знешніх уздзеяннях аморфныя рэчывы выяўляюць адначасова пругкія ўласцівасці, падобна крышталічным цвёрдым рэчывам, і цякучасць, падобна вадкасці, таму мадэлююцца ў механіцы суцэльных асяроддзяў як вязкапругкія асяроддзі. Так, пры кароткачасовых уздзеяннях (ударах) яны паводзяць сябе як цвёрдыя рэчывы і пры моцным удары расколваюцца на кавалкі. Але пры вельмі працяглым уздзеянні (напрыклад расцяжэнні) аморфныя рэчывы цякуць. Напрыклад, аморфным рэчывам таксама з'яўляецца смала (або гудрон, бітум). Калі раздрабніць яе на дробныя часткі і атрыманай масай запоўніць посуд, так і праз некаторы час смала сальецца ў адзінае цэлае і прыме форму пасудзіны.

У залежнасці ад электрычных уласцівасцей, падзяляюць аморфныя металы, аморфныя неметалы і аморфныя паўправаднікі.

Літаратура

• Скрышевский А. Ф. Структурный анализ жидкостей и аморфных тел. — 2-е изд., перераб. и доп.. — М.: Высшая школа, 1980. — С. 302-324. — 328 с.

Гл. таксама

• Неньютанаўская вадкасць