Przeczytaj
Czym jest szkło?
Materia ma tendencje do krystalizacjikrystalizacji. Podczas obniżania temperatury, równolegle obniża się energia indywiduów, które wówczas zaczynają się uporządkowywać w przestrzeni. Istnieją jednak także takie materiały, które nie osiągną tego uporządkowania.
Przykładem takiego związku jest szkłoszkło (). Konsystencję ciekłego szkła można porównać do konsystencji kisielu. Podczas jego ochładzania struktura indywiduów chemicznych zostaje zamrożona, jednak z powodu dużej lepkości nie jest możliwe całkowite uporządkowanie się indywiduów. W swojej budowie krystalicznej szkło przypomina raczej ciecz niż regularną strukturę krystaliczną. Dawniej uważano je za przechłodzoną ciecz.
W ciałach amorficznych nie występuje uporządkowanie dalekiego zasięgu, indywidua chemiczne rozmieszczone są w przestrzeni w sposób nieregularny.
Porównując powyższe rysunki struktur tlenku krzemu(IV) można zauważyć, że w przypadku krystalicznego tworzy się struktura regularna, uporządkowana, natomiast amorficzny takiego uporządkowania nie wykazuje. Jak możesz zauważyć, substancja amorficzna jest zbudowana z takich samych bloków (w tym przypadku ), jak w sieci krystalicznej. Jedyną różnicą jest ułożenie tych bloków względem siebie – nie występuje w nich regularność.
Warto również zauważyć, że w przypadku amorficznego tlenku krzemu, obserwujemy wolne przestrzenie między atomami. Właśnie dzięki nim możliwe jest modyfikowanie szkła np. przez dodatek , , .
Czym są polimery?
Innym przykładem substancji, które mogą występować w postaci amorficznej, są polimerypolimery. To związki zbudowane z dużej ilości, ciągle powtarzających się motywów, zwanych meramimerami. Przykładem może być poli(chlorek winylu) – związek zbudowany z naprzemiennie połączonych grup chloroetanowych, zaznaczonych na rysunku w kwadratowym nawiasie.
Polimery o dużej masie cząsteczkowej są lepką cieczą, dlatego podczas ochładzania nie jest możliwe uporządkowanie ich struktury krystalicznej. W lepkiej cieczy indywidua chemiczne mają ograniczoną zdolność poruszania się, podobnie jest podczas schładzania. Spróbuj sobie to wyobrazić: jesteś w autobusie, znajdujesz się na samym końcu. Jest bardzo dużo ludzi. Kiedy autobus zatrzymuje się na przystanku, otwierają się drzwi (schładzanie cieczy), próbujesz wysiąść (osiągnąć stan krystaliczny), ale przez dużą ilość osób (dużą lepkość) masz utrudnione dojście do drzwi, więc musisz przecisnąć się między ludźmi. W pewnym momencie drzwi zamykają się tuż przed tobą (osiągasz stan amorficzny) i odjeżdżasz na następny przystanek.
Czy minerały mogą być amorficzne?
Niektóre minerały (np. opal i bursztyn) lub szkliwa wulkaniczne (np. obsydian) to również substancje bezpostaciowe. Poniżej przedstawiono przykłady minerałów, które są substancjami bezpostaciowymi.
Jakie właściwości wynikają ze struktury amorficznej?
Nieregularna struktura sieci powoduje, że odległości między indywiduami nie są jednakowe jak w substancji krystalicznej. Nie są jednakowe także długości wiązań między cząsteczkami budujące kryształ – jak w strukturze kwarcukwarcu lub między dwoma atomami. Skutkiem tego, ciała amorficzne charakteryzują się szerokim zakresem temperatury topnieniatemperatury topnienia (takiej temperatury, w której obserwujemy początek roztapiania się substancji do momentu jej całkowitego stopnienia). Wykazują się twardością, chociaż są dość kruche – mogą pęknąć pod wpływem uderzenia. Takie substancje można zmodyfikować poprzez wprowadzenie innych związków. Dzięki temu mają one szerokie zastosowanie w materiałoznawstwie i farmacji, w celu otrzymania materiałów o określonych właściwościach.
Podsumowanie
Ciało bezpostaciowe | Kryształy |
---|---|
Nieregularne rozmieszczenie indywiduów chemicznych | Regularne rozmieszczenie indywiduów chemicznych |
Szeroki zakres temperatury topnienia | Wąski zakres temperatury topnienia |
Gęstość jest prawie zawsze niższa, niż w przypadku tej samej substancji, występującej w postaci krystalicznej | |
Przykłady: polimery, szkła | Przykłady: diament, kwarckwarc |
Słownik
amorficzne ciało stałe – o jego właściwościach decyduje skład chemiczny
(niem. Quarz „twardy”) minerał, zbudowany z
(łac. crystallus, grec. krystallos „lodu”) proces tworzenia i wzrostu kryształów
(gr. polýs, méros „liczny, duży”, „część”) cząsteczki chemiczne o dużej masie cząsteczkowej, zbudowane są z merów
(gr. méros „liczny, duży”) monomer najmniejszy, powtarzający się fragment cząsteczki polimeru
temperatura przejścia substancji ze stanu stałego w stan ciekły
regularne uporządkowanie indywiduów chemicznych w przestrzeni
Bibliografia
Encyklopedia PWN
Hannay N. B., Chemia ciała stałego, Warszawa 1972.
Ranek J. F., Współczesna wiedza o polimerach, Warszawa 2008.