Maddenin toplam halleri. Kristal ve amorf cisimler

Kristalleri kristal olmayan (amorf) cisimlerden ayıran iç yapı özellikleri, malzeme parçacıklarının (atomlar, tonlar, moleküller) uzayda düzenli, periyodik olarak tekrar eden dizilişi ve bu dizilimin simetrisidir. Bu durumda, belirtilen sıralama, parçacıkların kendi boyutlarından çok daha büyük mesafelerde kendini gösterir ve tüm kristal içinde korunur, yani. yer alır uzun menzilli sipariş (aksine kısa menzilli sipariş - belirli bir atoma en yakın bölgelerde parçacıkların düzenlenmesinde atomların büyüklüğü ile orantılı olarak düzenlilik).

Kristallerin ikinci özelliği, anizotropi, onlar. kristalde farklı yönlerde eşit olmayan özellikler. Anizotropi veya farklı yönlerdeki kristallerin vektörel özellikleri, geometrik anizotropilerinin bir sonucudur, yani. malzeme parçacıklarındaki farklılıklar ve kristal yapıda farklı yönlerde bağlar.

Kristallerin özelliklerinin üçüncü özelliği, kristalin herhangi iki bölümünün tamamen aynı özelliklere (paralel yönlerde) sahip olması gerçeğinde kendini gösteren homojenlikleridir.

kristal - vücudun özellikleri nedeniyle üzerinde görünen düz yüzlerle sınırlanmış katı homojen bir anizotropik gövdedir, ayrıca aynı maddenin kristalleri farklı boyut, şekil ve yüz sayısına sahip olabilir, ancak karşılık gelen yüzler arasındaki açılar her zaman sabit kal.

Kristalli maddeler, tek kristaller veya polikristal maddeler şeklinde mevcut olabilir. tek kristaller doğada bulunan veya bilim ve teknolojinin ihtiyaçları için yapay olarak yetiştirilen tek kristaller olarak adlandırılır. Ancak çok daha yaygın polikristal maddeler, normal koşullar altında birbirine göre farklı yönlendirilmiş birçok küçük iç içe büyümüş tek kristalden oluşur, aralarındaki yapışma atomlar arası ve moleküller arası kuvvetler nedeniyle gerçekleştirilir. Böyle rastgele bir yönelimle, tek kristallerin karakteristik özelliklerinin anizotropisi elbette olmayacak ve genel olarak izotropik olacaklar, yani. farklı yönlerde aynı özelliklere sahip olacaktır.

Kristal fazların maddi parçacıklarının düzenlenmesindeki periyodikliği tanımlamak için "kristal kafes" kavramı tanıtılmıştır. kristal hücre - uzayda sonsuz bir nokta sisteminde (kafes düğümleri) üç boyutlu periyodiklik şemasını karakterize eden matematiksel bir soyutlama. Tüm kafes, bir temel paralelyüzün üç bağımsız yönde sonsuz tekrarı nedeniyle alanı tamamen dolduran sonsuz bir temel paralelyüzler sistemi olarak hayal edilebilir. temel hücre. Temel bir paralelyüzün kenarlarının boyutuna ve aralarındaki açılara denir. kafes parametreleri ve her kristal maddenin malzeme sabitleridir. Birim hücre, kristalin iç yapısının tüm özelliklerini yansıtan en küçük parçasıdır.

Parçacıkların tipine ve kristaldeki baskın kimyasal bağ tipine bağlı olarak, kafesler iki büyük gruba ayrılır: moleküler ve koordinasyon.

AT moleküler kafesler düğümler moleküllerdir. Bu tür kafesler, güçlü bir molekül içi bağ ve zayıf bir kalıntı ile karakterize edilir. (van der Waals) Moleküller arasındaki bağlantı. Bu tür kafeslere sahip bileşikler, çoğu organik maddeyi içerir. Eriyebilirlik, yüksek uçuculuk, düşük sertlik ile karakterize edilirler.

ile kristallerde koordinasyon kafesleri ayrı ayrı molekülleri ayırmak imkansızdır ve belirli bir atom veya iyon ile tüm komşuları arasındaki ve koordinasyon küresindeki bağlama kuvvetleri yaklaşık olarak aynıdır (bu durumda, tüm kristal dev bir molekül olarak kabul edilebilir). Koordinasyon kafesleri, silikatlar ve diğer ateşe dayanıklı bileşikler dahil olmak üzere çoğu inorganik maddenin özelliğidir.

Koordinasyon kafesleri sırayla ayrılabilir iyonik, atomik (kovalent) ve metalik. düğümler halinde iyonik kafesler pozitif ve negatif iyonlar değişir. düğümler halinde nükleer (kovalent) ızgaralar nötr atomlar bulunur ve ağırlıklı olarak bir kovalent bağ ile bağlanır. Benzer kafeslere sahip maddeler arasında örneğin elmas, silikon, bazı karbürler, silisitler vb. bulunur. düğümler halinde metal ızgaralar, metallerin özelliği, "elektron gazına" daldırılmış metal iyonları vardır. Kafesin bu yapısı yüksek elektriksel iletkenliğe, termal iletkenliğe ve plastisiteye neden olur.

Kristal yapıların önemli bir özelliği, koordinasyon numarası atomlar veya iyonlar. Koordinasyon sayısı, belirli bir iyonu veya atomu hemen çevreleyen parçacıkların sayısıdır. evet, iyonda 4- silisyum atomunun oksijene göre koordinasyon sayısı 4'tür.

). Kristal durumda, sabit koordinatlarla karakterize edilen kısa menzilli bir düzen de vardır. sayıları ve kimyasal uzunlukları. bağlantılar. Kristal haldeki kısa menzilli düzenin özelliklerinin değişmezliği, yapısal hücrelerin translasyon yer değiştirmeleri sırasında çakışmasına ve yapının üç boyutlu periyodikliğinin oluşumuna yol açar (bkz. . . ). Maks. düzenlilik kristalin durum in-va ile karakterize edilir bir minimum. dahili enerjidir ve verilen parametreler için termodinamik olarak bir denge durumudur - basınç, m-re, bileşim (durumda), vb. Kesin olarak konuşursak, tamamen düzenli bir kristal durum gerçekten olamaz. Gerçekleştirildiğinde, buna yaklaşım, t-ry OK eğiliminde olduğunda gerçekleşir (sözde ideal). Kristal haldeki gerçek cisimler, her zaman hem kısa menzilli hem de uzun menzilli düzeni ihlal eden belirli bir sayıda içerir. Özellikle bireysel parçacıkların ve gruplarının istatistiksel olarak ayrışmayı işgal ettiği katı çözeltilerde çok şey gözlenir. uzaydaki pozisyonlar. Atomik yapının üç boyutlu periyodikliği nedeniyle, ana özellikler tekdüzelik ve St-in'dir ve özellikle ifade edilen, belirli koşullar altında oluşumların çokyüzlü şeklini almasıdır (bkz.). Yüzeydeki ve yakınındaki bazı St. Adaları, özellikle ihlal nedeniyle, bu St. içlerinden önemli ölçüde farklıdır. Kompozisyon ve buna bağlı olarak St. Islands, ortam büyüdükçe kompozisyonundaki kaçınılmaz değişiklik nedeniyle hacimde değişir. Bu nedenle, St.-in'in homojenliği ve ayrıca uzun menzilli düzenin varlığı, "ideal" kristal halinin özelliklerini ifade eder. Kristal haldeki cisimlerin çoğu polikristaldir ve çok sayıda küçük kristalitlerin (tanelerin) iç içe büyümeleridir - 10 -1 -10 -3 mm boyutunda, düzensiz şekilli ve farklı yönelimli bölümler. Taneler, taneciklerin düzeninin bozulduğu taneler arası tabakalarla birbirinden ayrılır. Tanecikler arası katmanlarda, süreçte safsızlıkların konsantrasyonu da meydana gelir. Tanelerin rastgele yönelimi nedeniyle, polikristal. bir bütün olarak vücut (yeterince fazla sayıda tahıl içeren bir hacim) m. izotropik, örn. kristal ile elde edilir. sonuncusu ile . Ancak, genellikle işlemde ve özellikle plastik. bir doku var - avantajlar, kristalin yönü. belirli bir yönde tahıllar, St. in. Tek bileşenli bir sistemde, kristal durum nedeniyle birkaçı yanıt verebilir. nispeten düşük t-r ve daha yüksek alanda bulunan alanlar. . Yalnızca bir durum varsa ve madde artan t-ry ile kimyasal olarak ayrışmıyorsa, durumlar alanlar üzerinde ve çizgiler boyunca sınırlanır ve - sırasıyla ve () durumlara yarı kararlı (aşırı soğutulmuş) bir durumda olabilirken, kristal durum, alanda veya yani kristal halinde olamaz. in-in, t-ry veya üzerinde aşırı ısınmak imkansızdır. Bazı çavdar in-va (mezojenler) ısıtıldığında sıvı kristallere dönüşürler. durum (bkz.). Tek bileşenli bir sistemin diyagramında iki veya daha fazla durum varsa, bu alanlar polimorfik dönüşümler çizgisi boyunca sınırlanır. kristal in-in, t-ry polimorfik dönüşümünün altında aşırı ısıtılabilir veya aşırı soğutulabilir. Bu durumda, adaların düşünülen kristal hali diğerlerinin alanında olabilir. değişiklikler ve metastabildir. Kritik durumların varlığı nedeniyle ve Bir doğru üzerindeki noktaların sürekli olarak birbirine dönüştürülebilmesi, sürekli karşılıklı dönüşüm imkanı sorunudur. kristal hal ve nihayet çözülmedi. Bazı girişler için kritik olanı değerlendirebilirsiniz. parametreler - basınç ve t-ru, hangi D H pl ve D V pl sıfıra, yani kristal duruma eşittir ve termodinamik olarak ayırt edilemez. Ama gerçekten böyle bir dönüşüm. adaların hiçbiri için gözlenmedi (bkz.). Kristal halden içeri-içe, minimum serbest duruma tekabül etmeyen, düzensiz bir duruma (amorf veya camsı) aktarılabilir. enerji, sadece bir değişim (, t-ry, kompozisyon) değil, aynı zamanda bir etki veya süptil. kritik kristal halinden bahsetmenin artık bir anlam ifade etmediği parçacık boyutu yaklaşık 1 nm'dir, yani. birim hücre boyutuyla aynı sıradadır.İle kristal hal genellikle adanın X-ışını desenlerine göre diğer katı hal (camsı, amorf) çeşitlerinden ayırt edilir.
===
Kullanmak makale için literatür "KRİSTAL DEVLET": Shaskolskaya M.P., Kristallografi, M., 1976; Modern Kristallografi, ed. B.K.Weinstein. cilt I.M., 1979. P.I. Fedorov.

Sayfa "KRİSTAL DEVLET" malzemelerden hazırlanmıştır.

Bilindiği gibi, kristal bir yapının gövdelerine katı denir, özelliklerini büyük ölçüde belirleyen atomların düzen kalıpları. Bu nedenle, maddenin kristal hali hakkında modern fikirlerin kısa bir sunumu ile katı karışımlarındaki reaksiyonlarla ilgili konuların açıklığa kavuşturulmasına uygun bir giriş yapmak uygundur.

Kristal haldeki bir maddenin parçacıkları sabit bir konuma sahiptir ve bir uzaysal kristal kafes oluşturacak şekilde düzenli bir şekilde düzenlenir. Artık X-ışını kırınımı ile kolaylıkla belirlenebilen bu kafesin yapısı, çoğu durumda maddenin kimyasal bileşimi ile yakından ilişkilidir.

Tanınmış kristalograf Fedorov'un 1890'da gösterdiği gibi bu ilişki, kristallerin şekli veya alışkanlığı üzerinde biraz daha az net bir biçimde de gözlemlenebilir. Genellikle, vücudun kimyasal bileşimi ne kadar basitse, kristallerinin simetrisi o kadar yüksek olur. Elementlerin %50'si ve ikili bileşiklerin yaklaşık %70'i örneğin kübik kristaller oluşturur, molekül başına dört ila beş atomlu bileşiklerin %75-85'i altıgen ve eşkenar dörtgen kristaller oluşturur ve karmaşık organik bileşiklerin yaklaşık %80'i eşkenar dörtgen ve monoklinik oluşturur. kristaller. Bütün bunlar, kristal kafesin kurucu parçaları ne kadar homojen olursa, uzayda o kadar düzenli yerleştirilebildikleri gerçeğiyle açıklanabilir.

Bir kristalin yapısı ile kimyasal bileşimi arasındaki ilişkiyi karakterize eden ilginç bir model, aynı zamanda yapıyla ilgili bir maddenin moleküllerinin (örneğin, BaSO4, PbSO4, SrSO4 veya CaCO3, MgCO3, ZnCO3, FeCO3, MnC03) kristalleşmesi gerçeğidir. benzer kristal formlarda. Bu şekilde oluşturulan izomorfik madde dizisindeki kristallerin özelliklerinin benzerliği, kristal kafeslerinin yapısının benzerliğine karşılık gelir.

Bir maddenin kristal halinin önemli bir özelliği, kimyasal olarak homojen bir kristalin fiziksel özelliklerindeki farklı yönlerde farklılıktan oluşan anizotropisidir.

niyakh. Anizotropi, kristal cisimlerin mekanik, optik, difüzyon, termal ve elektriksel özelliklerinde gözlemlenebilir. Diğer şeylerin yanı sıra, bazı yüzlerinin diğerlerinden daha fazla geliştiğine göre, farklı yönlerde bir kristalin farklı bir büyüme hızında kendini gösterir.

Bir kristali oluşturan yapısal elemanlar ve aralarındaki etkileşim kuvvetleri farklı olabilir. Buna göre kafesler iyonik, moleküler, kovalent ve metaliktir. Uygulamada, çeşitli ara tip ızgaralar da yaygındır. Araştırmalar, birçok kristalli bileşiğin kafeslerindeki bağın bir ara forma ait olduğunu ve üç veya daha fazla kimyasal elementten oluşan bir bileşikteki farklı bağların doğasının genellikle farklı olduğunu ortaya koymuştur. Hakim olan bağ kuvvetlerinin doğasına göre iyonik, kovalent vb.

Çoğu tuzun ve tipik inorganik bileşiklerin özelliği olan iyonik bir kafeste, yapısal elementleri arasındaki etkileşim kuvvetleri esas olarak elektrostatiktir. Böyle bir kafes, Coulomb etkileşim kuvvetleriyle birbirine bağlanan zıt yüklü iyonların (Şekil 1) düzenli değişimiyle oluşturulur.

Maddenin genel olarak kabul edilen dört hali vardır: katı, sıvı, gaz ve plazma. Ayrıca, Büyük Hadron Çarpıştırıcısı yardımıyla keşfedilen beşinci tip maddenin toplu hali de literatüre geçmiştir.

Tüketim mallarının meta biliminde, yalnızca üç durum pratik açıdan ilgi çekicidir. Herhangi bir bireysel element, karmaşık madde, sırayla veya aynı anda iki veya daha fazla durumda bulunabilir: su, buz ve su buharı aynı sıcaklık ve basınçta bulunabilir. Katılar, tuz ve metal gibi kristal (düzenli olarak tekrar eden bir moleküler yapıya sahip) olabilir; veya reçine veya cam gibi amorf. Bir sıvının molekülleri hareket eder, ancak katılarda olduğu gibi birbirine yakın bulunur. Gazlarda moleküller birbirinden o kadar uzaktır ki, tankın duvarlarıyla çarpışmadan önce nispeten düz çizgiler halinde hareket ederler.

Her şeyden önce, gaz, sıvı ve katının maddelerin toplu halleri olduğunu ve bu anlamda aralarında aşılmaz bir fark olmadığını bir kez daha vurgulamak gerekir: herhangi bir madde, sıcaklığa ve basınca bağlı olarak herhangi bir kümede olabilir. devletler. Ancak gaz, sıvı ve katı cisimler arasında önemli farklılıklar vardır.

Bir yanda bir gaz ile diğer yanda katı ve sıvı cisimler arasındaki temel fark, gazın kendisine sağlanan kabın tüm hacmini kaplaması, buna karşın kaba yerleştirilen sıvı veya katının sadece bir yer kaplamasıdır. İçinde çok kesin bir hacim. . Bu, gazlardaki ve katı ve sıvı cisimlerdeki termal hareketin doğasındaki farklılıktan kaynaklanmaktadır.

Katılarda atomlar uzayda iki şekilde düzenlenebilir:

1) atomlar uzayda oldukça belirli yerleri işgal ettiğinde, atomların düzenli bir düzeni. Bu tür maddelere denir kristal(Şekil 1.1, a).

Atomlar ortalama konumlarına göre yaklaşık 1013 Hz'lik bir frekansla salınım yaparlar. Bu salınımların genliği sıcaklıkla orantılıdır;

2) birbirlerine göre belirli bir yer işgal etmedikleri zaman atomların rastgele düzenlenmesi. Bu tür organlara denir amorf(Şekil 1.1, b).

Pirinç. 1.1.

Amorf maddeler katıların biçimsel özelliklerine sahiptir, yani sabit bir hacim ve şekli koruyabilirler. Ancak, tanımlanmış bir erime veya kristalleşme sıcaklığına sahip değillerdir.

Uzayda kristal bir maddenin atomlarının sıralı düzeni nedeniyle, merkezleri hayali düz çizgilerle bağlanabilir. Bu tür kesişen çizgiler kümesi, kristal kafes olarak adlandırılan uzamsal bir kafestir. Atomların dış elektron yörüngeleri temas halindedir, bu nedenle kristal kafes içindeki atomların paketleme yoğunluğu çok yüksektir.

kristal katılar kristal tanelerden oluşur - kristalitler. Bitişik tanelerde, kristal kafesler birbirlerine göre belirli bir açıyla döndürülür.

Kristalitlerde kısa menzilli ve uzun menzilli siparişler gözlenir. Bu, en yakın komşularının belirli bir atomunu çevreleyen düzenli bir düzenleme ve stabilitenin varlığı anlamına gelir. (kısa sipariş), ve ondan tane sınırlarına kadar önemli mesafelerde bulunan atomlar (uzun menzilli sipariş).

Metaller, atomları düzensiz bir durumda olan amorf cisimlerin (örneğin reçine) aksine, atomları geometrik olarak doğru bir sırayla düzenlenmiş, kristaller oluşturan kristal gövdelerdir.

Kimyasal bir element olarak ve bir madde olarak “metal” kavramı arasında bazı farklar olduğuna dikkat edilmelidir. Kimya, tüm elementleri kimyasal reaksiyonlardaki davranışlarına göre metaller ve metal olmayanlar olarak ayırır. Metalik hal teorisi, karakteristik metalik özelliklere sahip büyük metal atom kümelerini dikkate alır: plastisite, yüksek termal ve elektriksel iletkenlik ve metalik parlaklık. Bu özellikler, büyük atom gruplarının karakteristiğidir. Bireysel atomların böyle özellikleri yoktur.

Bir metaldeki atomlar iyonize haldedir. Metal atomları, dış değerlik elektronlarının bir kısmını bağışlar ve pozitif yüklü iyonlar haline gelir. Serbest elektronlar sürekli olarak aralarında hareket ederek hareketli bir elektron gazı oluşturur.

Oda sıcaklığında cıva dışındaki tüm metaller kristal yapılı katılardır. Kristaller, bir kristal kafes oluşturan iyonların uzayında kesin olarak tanımlanmış bir düzenleme ile karakterize edilir.

Metallerde katı bir düzende bulunan atomlar, düzlemdeki atomlar bir atomik ızgara ve uzayda - bir atomik kristal kafes oluşturur. Farklı metaller için kristal kafes türleri farklıdır. En yaygın kafesler, gövde merkezli kübik, yüz merkezli kübik ve altıgen sıkı paketlenmiştir.

Bu tür kristal kafeslerin temel hücreleri, Şek. 1.2. Bu diyagramlardaki çizgiler koşulludur; gerçekte hiçbir çizgi yoktur ve atomlar denge noktaları, yani kafes bölgeleri etrafında yüksek frekansta titreşir. Kübik gövde merkezli bir kafesin hücresinde, atomlar küpün köşelerinde ve küpün merkezinde bulunur; krom, vanadyum, tungsten, molibden vb. böyle bir kafese sahiptir.Küp yüz merkezli bir kafesin bir hücresinde, atomlar küpün köşelerinde ve her bir yüzünün merkezinde bulunur; alüminyum, nikel, bakır, kurşun vb. böyle bir kafese sahiptir.Altıgen bir kafes hücresinde, atomlar prizmanın altıgen tabanlarının köşelerinde, bu tabanların merkezinde ve prizmanın içinde bulunur; magnezyum, titanyum, çinko vb. böyle bir kafese sahiptir.Gerçek bir metalde, kristal kafes çok sayıda hücreden oluşur.

Kristal hali doğada çok yaygındır: katıların çoğu (mineraller, metaller, bitkisel lifler, proteinler, kurum, kauçuk vb.) kristallerdir. Bununla birlikte, bu cisimlerin tümü, daha önce ele alınan aynı açıkça ifade edilen kristalin özelliklere sahip değildir. Bu bakımdan cisimler iki gruba ayrılır: tek kristaller ve polikristaller.

monokristal- tüm parçacıkları ortak bir uzaysal kafese uyan bir gövde. Tek kristal anizotropiktir. Minerallerin çoğu monokristaldir.

polikristal- birbirine göre rastgele yerleştirilmiş birçok küçük tek kristalden oluşan bir gövde. Bu nedenle polikristaller izotropiktir, yani bir bölgedir.

Pirinç. 1.2. Metallerin kristal kafeslerinin ana türleri: a- kübik (hücre başına 1 atom); b - vücut merkezli kübik (hücre başına 2 atom);

içinde- yüz merkezli kübik (hücre başına 4 atom); G- altıgen sıkı paketlenmiş (hücre başına 6 atom)

her yöne aynı fiziksel özellikleri verir. Metaller polikristallere örnektir. Bununla birlikte, eriyik, içine ilk önce bu metalin bir kristali (çekirdek adı verilen) sokularak yavaş yavaş soğutulursa, metal tek bir kristal şeklinde de elde edilebilir. Bu çekirdeğin etrafında bir metal tek kristal büyüyecek.

Kristal kafesin hangi parçacıklardan oluştuğuna bağlı olarak, dört ana kafes grubu vardır: iyonik, atomik, moleküler ve metalik.

iyonik kafes Elektrik kuvvetleri tarafından kafes bölgelerinde tutulan zıt yüklü iyonlardan oluşur. Kristallerin büyük çoğunluğu iyonik bir kafese sahiptir.

atomik kafes kimyasal (değerlik) bağlarla kafes bölgelerinde tutulan nötr atomlar tarafından oluşturulur: komşu atomlar ortak dış (değerlik) elektronlara sahiptir. Örneğin grafit, atomik bir kafese sahiptir.

moleküler kafes Kafes bölgelerinde de elektrik kuvvetleri tarafından tutulan polar (dipol) moleküller tarafından oluşturulur. Ancak polar moleküller için bu kuvvetlerin etkisi iyonlara göre daha zayıftır. Bu nedenle, moleküler kafesli maddeler nispeten kolay deforme olurlar. Çoğu organik bileşik (selüloz, kauçuk, parafin vb.) moleküler bir kristal kafese sahiptir.

metal ızgara serbest elektronlarla çevrili pozitif metal iyonlarından oluşur. Bu elektronlar metal kafesin iyonlarını birbirine bağlar. Böyle bir kafes metallerin karakteristiğidir.

Modern fizik, kristal cisimleri katı cisimler olarak kabul eder. Sıvılar, daha önce belirtildiği gibi, rastgele bir parçacık düzenlemesi ile karakterize edilir, bu nedenle sıvılar izotropiktir. Bazı sıvılar, katı (kristal) hale gelmeden aşırı derecede soğutulabilir. Bununla birlikte, bu tür sıvıların viskozitesi o kadar büyüktür ki, katılar gibi şekillerini koruyarak pratik olarak akışkanlıklarını kaybederler. Bu tür cisimlere amorf denir. Amorf cisimler örneğin cam, reçine - reçine vb. içerir. Amorf cisimlerin izotropik olduğu açıktır. Bununla birlikte, amorf cisimlerin zamanla (uzun süre) kristal bir duruma geçebileceği akılda tutulmalıdır. Örneğin camda zamanla kristaller ortaya çıkar: bulutlu hale gelir ve polikristal bir gövdeye dönüşür.

amorf durum- atomların ve moleküllerin düzensiz düzenlenmesi nedeniyle fiziksel özelliklerin izotropisi ile karakterize edilen katı, yoğun bir madde durumu. Özelliklerin izotropisine (mekanik, termal, elektrik, optik vb.) ek olarak, bir maddenin amorf durumu, amorf bir maddenin artan sıcaklıkla sıvı hale geçtiği bir sıcaklık aralığının varlığı ile karakterize edilir. Bu süreç kademeli olarak gerçekleşir: amorf maddeler ısıtıldığında, kristalin olanlardan farklı olarak, önce yumuşar, sonra yayılmaya başlar ve nihayet sıvı hale gelir, yani amorf maddeler geniş bir sıcaklık aralığında erir.

Özelliklerin izotropisi de polikristal halin karakteristiğidir, ancak polikristallerin kesin olarak tanımlanmış bir erime noktası vardır, bu da polikristal hali amorf halden ayırt etmeyi mümkün kılar.

Amorf maddelerde kristalli olanlardan farklı olarak, maddenin taneciklerinin dizilişinde uzun menzilli bir düzen yoktur, ancak tanecik boyutları ile orantılı mesafelerde gözlenen kısa menzilli bir düzen vardır. Bu nedenle, amorf maddeler, rastgele düzenlenmiş moleküllerin yapılarını temsil eden düzenli bir geometrik yapı oluşturmazlar.

Amorf bir madde ile kristal bir madde arasındaki yapısal fark, X-ışını desenleri kullanılarak tespit edilir. Kristaller üzerinde saçılan monokromatik x-ışınları, farklı çizgiler veya noktalar şeklinde bir kırınım deseni oluşturur. Bu amorf durum için tipik değildir.

Kristal halinden farklı olarak, maddenin amorf hali dengede değildir. Kinetik faktörlerin bir sonucu olarak ortaya çıkar ve yapısal olarak sıvı duruma eşdeğerdir: amorf bir madde, çok yüksek viskoziteye sahip aşırı soğutulmuş bir sıvıdır. Genellikle, amorf durum, maddenin kristalleşmesinin geçmesi için zaman olmadığında, eriyiğin hızlı soğuması sırasında oluşur. Böyle bir işlem, cam elde etmek için tipiktir; bu nedenle, amorf durum genellikle camsı durum olarak adlandırılır. Ancak çoğu zaman en hızlı soğutma bile kristal oluşumunu önleyecek kadar hızlı değildir. Sonuç olarak, çoğu madde amorf halde elde edilemez.

Atomların difüzyon termal yer değiştirmeleri nedeniyle amorf bir maddenin bir denge kristal yapısına kendiliğinden yeniden düzenlenmesi süreci pratikte sonsuzdur. Ancak bazen bu tür işlemler oldukça kolay uygulanabilir. Örneğin amorf cam belirli bir sıcaklıkta tutulduktan sonra “vitrifiye olur” yani içinde küçük kristaller belirir ve cam bulanıklaşır.

Doğada, amorf hal kristal halinden daha az yaygındır. Şunları içerir: opal, obsidiyen, kehribar, doğal reçineler, bitüm. Amorf durumda, yalnızca inorganik camlar ve sıvılar (düşük moleküler ağırlıklı bileşikler) gibi tek tek atomlardan ve sıradan moleküllerden oluşan maddeler değil, aynı zamanda uzun zincirli makromoleküllerden - yüksek moleküler ağırlıklı bileşikler veya polimerlerden oluşan maddeler de olabilir. Amorf maddelerin fiziksel özellikleri, amorf maddelerin endüstride geniş uygulama alanı bulması nedeniyle kristal maddelerin özelliklerinden çok farklıdır.

Polimerler yaygın olarak kullanılır - bireysel molekülleri kimyasal (değerlik) bağları nedeniyle birbirine bağlanan (polimerize) organik amorf maddeler, bazı durumlarda binlerce ayrı molekülden oluşan uzun zincirler halinde. Polimerin tipik bir temsilcisi plastiklerdir. Polimerlerin çok değerli bir özelliği, yüksek elastikiyetleri ve mukavemetleridir. Örneğin bazı polimerler, orijinal uzunluklarının 2-5 katı elastik bir gerilmeye dayanır. Polimerin bu özellikleri, uzun moleküler zincirlerin deformasyon sırasında yoğun bobinler halinde katlanabilmesi veya tersine düz çizgiler halinde gerilmesi ile açıklanmaktadır. Şu anda, istenen özelliklere (hafif, güçlü, elastik, kimyasal olarak dayanıklı, elektriksel olarak yalıtkan, ısıya dayanıklı vb.) sahip polimerler oluşturmak için doğal ve yapay organik bileşikler kullanılmaktadır.

Maksimum sıralaması nedeniyle, kristal durum minimum bir iç enerji ile karakterize edilir ve verilen parametreler - basınç, sıcaklık, bileşim (durumda) için termodinamik olarak bir denge durumudur. katı çözümler) ve diğerleri Kesin olarak söylemek gerekirse, tamamen düzenli bir kristal durum gerçekten gerçekleştirilemez, buna bir yaklaşım sıcaklık 0 K eğiliminde olduğunda (ideal kristal olarak adlandırılır) gerçekleşir. Kristal haldeki gerçek cisimler her zaman bir miktar içerirler. kusurlar Hem kısa menzilli hem de uzun menzilli düzeni ihlal eden. Özellikle tek tek parçacıkların ve gruplarının uzayda istatistiksel olarak farklı konumları işgal ettiği katı çözeltilerde çok şey gözlenir.

Atomik yapının üç boyutlu periyodikliği nedeniyle, ana özellikler, özellikle belirli oluşum koşulları altında kristallerin çokyüzlü şeklini almasıyla ifade edilen hem özelliklerin hem de simetrinin homojenliğidir (bkz. ). Kristalin yüzeyindeki ve yakınındaki bazı özellikler, özellikle simetri kırılması nedeniyle kristalin içindeki bu özelliklerden önemli ölçüde farklıdır. Bileşim ve buna bağlı olarak özellikler, kristal büyüdükçe ortamın bileşimindeki kaçınılmaz değişiklik nedeniyle kristalin hacmi boyunca değişir. Bu nedenle, özelliklerin homojenliği ve ayrıca uzun menzilli düzenin varlığı, "ideal" kristal durumun özelliklerini ifade eder.

Kristal haldeki cisimlerin çoğu polikristaldir ve çok sayıda küçük kristalitlerin (tanelerin) iç içe büyümeleridir - 10 -1 -10 -3 mm boyutunda, düzensiz şekilli ve farklı yönelimli bölümler. Taneler, tanelerin düzeninin bozulduğu taneler arası tabakalarla birbirinden ayrılır. Taneler arası katmanlarda, kristalizasyon sürecinde safsızlıkların konsantrasyonu da meydana gelir. Tanelerin rastgele oryantasyonu nedeniyle, bir bütün olarak polikristal gövde (oldukça fazla tane içeren hacim) izotropik olabilir, örneğin sonuncusu ile kristalli olarak elde edilebilir. . Ancak genellikle süreçte ve özellikle plastikte bir doku ortaya çıkar. - avantajları, kristal tanelerin belirli bir yönde yönlenmesi, özelliklerin anizotropisine yol açar.

Kristal halinden dolayı, nispeten düşük sıcaklıklar ve yüksek sıcaklıklar bölgesinde bulunan birkaç alan, tek bileşenli bir sisteme tepki verebilir. Kristal halin sadece bir alanı varsa ve madde artan sıcaklıkla kimyasal olarak ayrışmıyorsa, o zaman kristal halinin alanı, sırasıyla erime ve süblimleşme - yoğunlaşma ve sıvı ve gaz hatları boyunca alanlar ve gaz ile sınırlıdır. (buhar) sahada, kristal halinde yarı kararlı (aşırı soğutulmuş) bir durumda olabilirken, kristalli durum sahada veya buharda olamaz, yani kristalli madde erime veya süblimleşme sıcaklığının üzerinde aşırı ısıtılamaz. Bazıları (mezojenler) ısıtıldığında sıvı kristal durumuna dönüşür (bkz. sıvı kristaller). Tek bileşenli bir sistemin diyagramında iki veya daha fazla kristal durum alanı varsa, bu alanlar polimorfik dönüşümler çizgisi boyunca sınırlanır. Kristalli madde, polimorfik dönüşüm sıcaklığının altında aşırı ısıtılabilir veya aşırı soğutulabilir. Bu durumda, düşünülen kristal hali diğer kristal modifikasyonları alanında olabilir ve yarı kararlıdır.

Buharlaşma hattında kritik bir noktanın varlığından dolayı sıvı ve buhar sürekli olarak birbirine dönüşebilirken, kristal halin sürekli karşılıklı dönüşüm olasılığı sorunu nihai olarak çözülmemiştir. Bazı maddeler için kritik parametreleri - DH pl ve DV pl'nin sıfıra eşit olduğu basınç ve sıcaklık, yani kristal durum ve sıvının termodinamik olarak ayırt edilemez olduğu tahmin etmek mümkündür. Ancak gerçekte, hiçbirinde böyle bir dönüşüm gözlenmedi (bkz. Kritik durum).

Kristal halden bir madde, yalnızca durum parametrelerini (basınç, sıcaklık, bileşim) değiştirerek değil, aynı zamanda iyonlaşmaya maruz bırakarak minimum serbest enerjiye karşılık gelmeyen düzensiz bir duruma (amorf veya camsı) aktarılabilir. radyasyon veya ince öğütme. Artık kristal halinden bahsetmenin anlamsız olduğu kritik parçacık boyutu yaklaşık 1 nm'dir, yani. birim hücre boyutuyla aynı sıradadır.