آیا تا به حال فکر کرده اید که مواد بی شکل مرموز چیست؟ در ساختار، آنها از هر دو جامد و مایع متفاوت هستند. واقعیت این است که چنین اجسامی در حالت متراکم خاصی هستند که فقط نظم کوتاه برد دارد. نمونه هایی از مواد بی شکل عبارتند از: رزین، شیشه، کهربا، لاستیک، پلی اتیلن، پلی وینیل کلراید (پنجره های پلاستیکی مورد علاقه ما)، پلیمرهای مختلف و غیره. اینها جامداتی هستند که شبکه کریستالی ندارند. آنها همچنین شامل موم آب بندی، چسب های مختلف، آبنیت و پلاستیک هستند.
خواص غیرمعمول مواد بی شکل
در حین شکافتن، صورت ها در اجسام بی شکل تشکیل نمی شوند. ذرات کاملاً تصادفی هستند و در فاصله نزدیکی از یکدیگر قرار دارند. آنها می توانند هم بسیار ضخیم و هم چسبناک باشند. چگونه تحت تأثیر تأثیرات خارجی قرار می گیرند؟ تحت تأثیر دماهای مختلف، اجسام مانند مایعات سیال و در عین حال کاملاً کشسان می شوند. در صورتی که ضربه خارجی زیاد طول نکشد، مواد یک ساختار بی شکل می توانند با یک ضربه قوی به قطعات تبدیل شوند. طولانینفوذ بیرونی باعث می شود که آنها به سادگی جریان پیدا کنند.
آزمایش کمی رزین را در خانه امتحان کنید. آن را روی یک سطح سخت قرار دهید و متوجه خواهید شد که شروع به روان شدن می کند. درست است، این یک ماده بی شکل است! سرعت به نشانگرهای دما بستگی دارد. اگر خیلی زیاد باشد، رزین به طور قابل توجهی سریعتر پخش می شود.
چه چیز دیگری برای چنین بدن هایی مشخص است؟ آنها می توانند هر شکلی داشته باشند. اگر مواد آمورف به صورت ذرات ریز در ظرفی مثلاً در کوزه قرار گیرند، آنها نیز به شکل ظرف در می آیند. آنها همچنین ایزوتروپیک هستند، یعنی در همه جهات خواص فیزیکی یکسانی از خود نشان می دهند.
ذوب و انتقال به حالات دیگر. فلز و شیشه
وضعیت آمورف ماده به معنای حفظ دمای خاصی نیست. با سرعت کم، بدن ها یخ می زنند، در سرعت های بالا ذوب می شوند. به هر حال، درجه ویسکوزیته چنین موادی نیز به این بستگی دارد. دمای پایین به کاهش ویسکوزیته کمک می کند، دمای بالا، برعکس، آن را افزایش می دهد.
برای مواد از نوع آمورف، یک ویژگی دیگر را می توان متمایز کرد - انتقال به حالت کریستالی و خود به خود. چرا این اتفاق می افتد؟ انرژی درونی در یک جسم کریستالی بسیار کمتر از یک جسم آمورف است. ما می توانیم این را در نمونه محصولات شیشه ای ببینیم - با گذشت زمان، شیشه ها کدر می شوند.
شیشه فلزی - چیست؟ فلز را می توان از شبکه کریستالی خارج کرددر حین ذوب، یعنی ماده ای با ساختار بی شکل شیشه ای. در طی انجماد تحت خنک سازی مصنوعی، شبکه کریستالی دوباره تشکیل می شود. فلز آمورف به سادگی مقاومت شگفت انگیزی در برابر خوردگی دارد. به عنوان مثال، بدنه اتومبیل ساخته شده از آن نیازی به پوشش های مختلف ندارد، زیرا در معرض تخریب خود به خودی قرار نمی گیرد. ماده آمورف جسمی است که ساختار اتمی آن دارای استحکام بی‌سابقه‌ای است، به این معنی که یک فلز بی‌شکل می‌تواند مطلقاً در هر بخش صنعتی استفاده شود.
ساختار کریستالی مواد
برای اینکه بتوانید ویژگی های فلزات را به خوبی بشناسید و بتوانید با آنها کار کنید، باید در مورد ساختار کریستالی برخی از مواد اطلاعاتی داشته باشید. اگر مردم در مورد تغییرات در ساختار آلیاژها، روش‌های تکنولوژیکی و ویژگی‌های عملیاتی اطلاعات خاصی نداشتند، تولید محصولات فلزی و رشته متالورژی نمی‌توانست به چنین پیشرفتی دست یابد.
چهار حالت ماده
به خوبی شناخته شده است که چهار حالت تجمع وجود دارد: جامد، مایع، گاز، پلاسما. مواد جامد آمورف نیز می توانند کریستالی باشند. با چنین ساختاری، تناوب فضایی در آرایش ذرات قابل مشاهده است. این ذرات در کریستال ها می توانند حرکت تناوبی انجام دهند. در تمام اجسامی که در حالت گازی یا مایع مشاهده می‌کنیم، می‌توان به حرکت ذرات به شکل بی نظمی پی برد. جامدات آمورف (مانند فلزات درحالت تغلیظ شده: آبنیت، محصولات شیشه ای، رزین ها) را می توان مایعات نوع منجمد نامید، زیرا وقتی شکل آنها تغییر می کند، می توانید متوجه ویژگی مشخصه ای مانند ویسکوزیته شوید.
تفاوت اجسام آمورف از گازها و مایعات
تظاهرات پلاستیسیته، خاصیت ارتجاعی، سخت شدن در هنگام تغییر شکل مشخصه بسیاری از اجسام است. مواد کریستالی و بی شکل تا حد زیادی این ویژگی ها را دارند، در حالی که مایعات و گازها این ویژگی ها را ندارند. اما از سوی دیگر، می توانید ببینید که آنها به تغییر الاستیک حجم کمک می کنند.
مواد کریستالی و بی شکل. خواص مکانیکی و فیزیکی
مواد کریستالی و بی شکل چیست؟ همانطور که در بالا ذکر شد، اجسامی را می توان آمورف نامید که دارای ضریب ویسکوزیته زیادی هستند و در دمای معمولی سیالیت آنها غیرممکن است. اما دمای بالا، برعکس، به آنها اجازه می دهد مانند یک مایع سیال باشند.
به نظر می رسدمواد از نوع کریستالی کاملاً متفاوت هستند. این جامدات بسته به فشار خارجی می توانند نقطه ذوب خاص خود را داشته باشند. گرفتن کریستال در صورت خنک شدن مایع امکان پذیر است. اگر اقدامات خاصی را انجام ندهید، می توانید متوجه شوید که مراکز مختلف تبلور در حالت مایع ظاهر می شوند. در ناحیه اطراف این مراکز، تشکیل یک جامد رخ می دهد. کریستال های بسیار کوچک به ترتیب تصادفی با یکدیگر ترکیب می شوند و به اصطلاح پلی کریستال به دست می آید. چنین بدنی استهمسانگرد.
ویژگی مواد
چه چیزی خصوصیات فیزیکی و مکانیکی اجسام را تعیین می کند؟ پیوندهای اتمی مانند نوع ساختار بلوری مهم هستند. کریستال های یونی با پیوندهای یونی مشخص می شوند که به معنای انتقال صاف از یک اتم به اتم دیگر است. در این حالت، تشکیل ذرات با بار مثبت و منفی. ما می توانیم پیوند یونی را در یک مثال ساده مشاهده کنیم - چنین ویژگی هایی مشخصه اکسیدها و نمک های مختلف است. یکی دیگر از ویژگی های کریستال های یونی رسانایی کم گرما است، اما عملکرد آن در هنگام گرم شدن می تواند به طور قابل توجهی افزایش یابد. در گره‌های شبکه کریستالی، می‌توانید مولکول‌های مختلفی را ببینید که با پیوندهای اتمی قوی متمایز می‌شوند.
بسیاری از مواد معدنی که در همه جای طبیعت پیدا می کنیم ساختار کریستالی دارند. و حالت بی شکل ماده نیز طبیعت در خالص ترین شکل آن است. فقط در این حالت بدن چیزی بی شکل است، اما کریستال ها می توانند شکل زیباترین چند وجهی با صورت های صاف را به خود بگیرند و همچنین بدن های جامد جدیدی را با زیبایی و خلوص شگفت انگیز تشکیل دهند.
کریستال ها چیست؟ ساختار آمورف-کریستالی
شکل چنین اجسامی برای یک اتصال خاص ثابت است. به عنوان مثال، بریل همیشه شبیه یک منشور شش ضلعی است. یک آزمایش کوچک انجام دهید. یک کریستال کوچک نمک مکعبی (گلوله) بردارید و آن را در محلول مخصوص تا حد امکان اشباع شده با همان نمک قرار دهید. با گذشت زمان، متوجه خواهید شد که این بدن بدون تغییر باقی مانده است - دوباره به دست آورده استشکل یک مکعب یا یک توپ که ذاتی کریستال های نمک است.
مواد آمورف-کریستالی اجسامی هستند که می توانند دارای فازهای آمورف و بلوری باشند. چه چیزی بر خواص مواد چنین ساختاری تأثیر می گذارد؟ به طور عمده نسبت متفاوت حجم ها و چیدمان متفاوت نسبت به یکدیگر. نمونه های متداول چنین موادی موادی از سرامیک، چینی، شیشه و سرامیک هستند. از جدول خواص مواد با ساختار آمورف - کریستالی مشخص می شود که چینی حاوی حداکثر درصد فاز شیشه است. این ارقام بین 40 تا 60 درصد در نوسان است. کمترین محتوا را در نمونه ریخته گری سنگ - کمتر از 5 درصد خواهیم دید. در عین حال، کاشی‌های سرامیکی جذب آب بیشتری خواهند داشت.
همانطور که می دانید مواد صنعتی مانند چینی، کاشی و سرامیک، ریخته گری سنگ و شیشه-سرامیک، موادی بی شکل-بلور هستند، زیرا دارای فازهای شیشه ای و در عین حال کریستال در ترکیب خود هستند. در عین حال باید توجه داشت که خواص مواد به محتوای فازهای شیشه در آن بستگی ندارد.
فلزات آمورف
استفاده از مواد آمورف به طور فعال در زمینه پزشکی انجام می شود. به عنوان مثال، فلزی که به سرعت خنک می شود به طور فعال در جراحی استفاده می شود. به لطف پیشرفت های مرتبط با آن، بسیاری از افراد پس از صدمات شدید توانسته اند به طور مستقل حرکت کنند. موضوع این است که ماده یک ساختار بی شکل یک بیوماد عالی برای کاشت در استخوان است. اخذ شدهپیچ های مخصوص، صفحات، پین ها، پین ها در صورت شکستگی های شدید معرفی می شوند. قبلاً از فولاد و تیتانیوم برای چنین اهدافی در جراحی استفاده می شد. فقط بعداً متوجه شد که مواد آمورف بسیار آهسته در بدن تجزیه می شوند و این خاصیت شگفت انگیز باعث می شود تا بافت های استخوانی بازیابی شوند. پس از آن، این ماده با استخوان جایگزین می شود.
استفاده از مواد آمورف در مترولوژی و مکانیک دقیق
مکانیک دقیق دقیقاً بر اساس دقت است و بنابراین به آن می گویند. نقش مهمی در این صنعت و همچنین اندازه‌شناسی توسط نشانگرهای بسیار دقیق ابزار اندازه‌گیری ایفا می‌شود که با استفاده از اجسام آمورف در دستگاه‌ها می‌توان به این مهم دست یافت. به لطف اندازه گیری های دقیق، تحقیقات آزمایشگاهی و علمی در موسسات در زمینه مکانیک و فیزیک انجام می شود، داروهای جدید به دست می آید و دانش علمی بهبود می یابد.
پلیمر
یک مثال دیگر از استفاده از یک ماده بی شکل، پلیمرها هستند. آنها می توانند به آرامی از جامد به مایع تبدیل شوند، در حالی که پلیمرهای کریستالی با نقطه ذوب مشخص می شوند، نه نقطه نرم شدن. وضعیت فیزیکی پلیمرهای آمورف چگونه است؟ اگر به این مواد دمای پایین بدهید، می بینید که در حالت شیشه ای قرار می گیرند و خواص جامدات را از خود نشان می دهند. گرمایش تدریجی باعث می شود که پلیمرها شروع به حرکت به سمت حالت کشسانی افزایش دهند.
مواد آمورف، که نمونه هایی از آنها را ذکر کردیم، به شدت درصنعت. حالت فوق الاستیک اجازه می دهد تا پلیمرها به هر شکلی تغییر شکل دهند و این حالت به دلیل افزایش انعطاف پذیری پیوندها و مولکول ها حاصل می شود. افزایش بیشتر دما منجر به این واقعیت می شود که پلیمر خواص کشسانی بیشتری به دست می آورد. شروع به تبدیل شدن به حالت مایع و چسبناک ویژه می کند.
اگر وضعیت را کنترل نشده رها کنید و از افزایش بیشتر دما جلوگیری نکنید، پلیمر دچار تخریب، یعنی تخریب می شود. حالت چسبناک نشان می دهد که تمام واحدهای ماکرومولکول بسیار متحرک هستند. هنگامی که یک مولکول پلیمر جریان می یابد، پیوندها نه تنها صاف می شوند، بلکه بسیار به هم نزدیک می شوند. عمل بین مولکولی پلیمر را به یک ماده سخت (لاستیک) تبدیل می کند. این فرآیند انتقال شیشه ای مکانیکی نامیده می شود. ماده به دست آمده برای تولید فیلم و الیاف استفاده می شود.
پلی آمیدها، پلی آکریلونیتریل ها را می توان از پلیمرها به دست آورد. برای ساختن یک فیلم پلیمری، باید پلیمرها را از داخل قالب‌هایی که دارای سوراخ‌های شکافی هستند عبور دهید و روی نوار بمالید. به این ترتیب مواد بسته بندی و پایه نوارهای مغناطیسی تولید می شود. پلیمرها همچنین شامل لاک های مختلف (تشکیل کف در یک حلال آلی)، چسب ها و سایر مواد پیوند دهنده، کامپوزیت ها (پایه پلیمری با پرکننده)، پلاستیک ها هستند.
کاربردهای پلیمر
این نوع از مواد بی شکل ریشه محکمی در زندگی ما دارند. آنها در همه جا اعمال می شوند. این موارد عبارتند از:
1. پایه های مختلف برایساخت لاک، چسب، محصولات پلاستیکی (رزین های فنل فرمالدئید).
2. الاستومرها یا لاستیک های مصنوعی.
3. مواد عایق الکتریکی پلی وینیل کلراید یا پنجره های پلاستیکی معروف PVC است. در برابر آتش مقاوم است، زیرا دیر سوز در نظر گرفته می شود، استحکام مکانیکی و خواص عایق الکتریکی را افزایش می دهد.
4. پلی آمید ماده ای با استحکام و مقاومت بسیار بالا در برابر سایش است. این ویژگی دی الکتریک بالایی دارد.
5. پلکسی گلاس یا پلی متیل متاکریلات. ما می توانیم از آن در زمینه مهندسی برق استفاده کنیم یا به عنوان ماده ای برای سازه ها استفاده کنیم.
6. فلوئوروپلاست یا پلی تترا فلوئورواتیلن یک دی الکتریک معروف است که خاصیت انحلال در حلال های با منشاء آلی را نشان نمی دهد. محدوده دمایی گسترده و خواص دی الکتریک خوب آن به آن اجازه می دهد تا به عنوان یک ماده آبگریز یا ضد اصطکاک استفاده شود.
7. پلی استایرن. این ماده تحت تأثیر اسیدها قرار نمی گیرد. آن را مانند فلوروپلاستیک و پلی آمید می توان یک دی الکتریک در نظر گرفت. با توجه به ضربه مکانیکی بسیار بادوام است. پلی استایرن در همه جا استفاده می شود. به عنوان مثال، خود را به عنوان یک ماده عایق سازه ای و الکتریکی به خوبی ثابت کرده است. در مهندسی برق و رادیو استفاده می شود.
8. احتمالاً معروف ترین پلیمر برای ما پلی اتیلن است. این ماده زمانی که در معرض محیط های تهاجمی قرار می گیرد مقاومت نشان می دهد، مطلقاً اجازه نمی دهد رطوبت از آن عبور کند. اگر بسته بندی از پلی اتیلن ساخته شده باشد، نمی توانید بترسید که محتویات آن تحت تأثیر مواد قوی خراب شود.باران. پلی اتیلن نیز دی الکتریک است. کاربرد آن گسترده است. سازه های لوله، محصولات مختلف الکتریکی، فیلم عایق، غلاف برای کابل های خطوط تلفن و برق، قطعات رادیویی و سایر تجهیزات از آن ساخته می شود.
9. پی وی سی یک ماده پلیمری بالا است. این ماده مصنوعی و ترموپلاستیک است. ساختاری از مولکول های نامتقارن دارد. تقریباً آب را از خود عبور نمی دهد و با فشار دادن با مهر زنی و قالب گیری ساخته می شود. پلی وینیل کلراید بیشتر در صنعت برق استفاده می شود. بر اساس آن، انواع شیلنگ ها و شیلنگ های عایق حرارتی برای حفاظت شیمیایی، بانک های باتری، آستین ها و واشرهای عایق، سیم ها و کابل ها ایجاد می شود. پی وی سی همچنین جایگزینی عالی برای سرب مضر است. نمی توان از آن به عنوان یک مدار فرکانس بالا به شکل دی الکتریک استفاده کرد. و همه به این دلیل است که در این مورد تلفات دی الکتریک زیاد خواهد بود. بسیار رسانا.
