Аморфное состояние

(от греч. а — отрицательная частица и morphē — форма)

твёрдое состояние вещества, обладающее двумя особенностями: его свойства (механические, тепловые, электрические и т. д.) в естественных условиях не зависят от направления в веществе (изотропия); при повышении температуры вещество, размягчаясь, переходит в жидкое состояние постепенно, т. е. в А. с. отсутствует определённая точка плавления.

Эти особенности обусловлены отсутствием в А. с. дальнего порядка — характерной для кристаллов (См. Кристаллы) строгой повторяемости во всех направлениях одного и того же элемента структуры (атома, группы атомов, молекулы и т. п.) на протяжении сотен и тысяч периодов. В то же время у вещества в А. с. существует ближний порядок — согласованность в расположении соседних частиц, т. е. порядок, соблюдаемый на расстояниях, сравнимых с размерами молекул (рис.). С расстоянием эта согласованность уменьшается и через 0,5—1 нм исчезает (см. Дальний порядок (См. Дальний порядок и ближний порядок)иБлижний порядок).

Ближний порядок характерен и для жидкостей (См. Жидкость), но в жидкости происходит интенсивный обмен местами между соседними частицами, затрудняющийся по мере возрастания вязкости (См. Вязкость), поэтому, с одной стороны, твердое тело в А. с. принято рассматривать как переохлаждённую жидкость с очень высоким коэффициентом вязкости. С другой стороны, в само понятие «А. с.» включают жидкость.

Изотропия свойств характерна так же для поликристаллического состояния (см. Поликристаллы), но последнее характеризуется строго определённой температурой плавления, что позволяет отличать его от А. с. Отличие структуры А. с. от кристаллического легко обнаруживается с помощью рентгенограмм (См. Рентгенограмма). Монохроматические рентгеновские лучи, рассеиваясь на кристаллах, образуют дифракционную картину в виде отчётливых линий или пятен (см. Дифракция рентгеновских лучей). Для А.с. это не характерно.

Устойчивым твёрдым состоянием вещества при низких температурах является кристаллическое состояние. Однако в зависимости от свойств молекул, Кристаллизация может потребовать больше или меньше времени — молекулы должны успеть при охлаждении вещества выстроиться в кристаллический порядок. Иногда это время бывает очень большим, так что кристаллическое состояние практически не реализуется. В др. случаях А. с. получается путём убыстрения процесса охлаждения. Например, расплавляя кристаллический Кварц и затем быстро охлаждая расплав, получают аморфное кварцевое стекло. Таким же образом ведут себя многие Силикаты, которые при охлаждении дают обычное стекло. Поэтому А. с. часто называют стеклообразным состоянием (См. Стеклообразное состояние). Однако чаще всего даже самое быстрое охлаждение недостаточно быстро для того, чтобы помешать образованию кристаллов. В результате этого большинство веществ получить в А. с. невозможно. В природе А. с. менее распространено, чем кристаллическое. В А. с. находятся: Опал, Обсидиан, Янтарь, Смолы природные, Битумы.

В А. с. могут находиться не только вещества, состоящие из отдельных атомов и обычных молекул, как стекла и жидкости (низкомолекулярные соединения), но и вещества, состоящие из длинноцепочечных макромолекул (См. Макромолекула)— высокомолекулярные соединения, или Полимеры.

Структура аморфных полимеров характеризуется ближним порядком в расположении звеньев или сегментов макромолекул, быстро исчезающим по мере их удаления друг от друга. Молекулы полимеров как бы образуют «рои», время жизни которых очень велико из-за огромной вязкости полимеров и больших размеров молекул. Поэтому в ряде случаев такие рои остаются практически неизменными.

Аморфные полимеры в зависимости от температуры могут находиться в трёх состояниях, отличающихся характером теплового движения: стеклообразном, высоко-эластическом и жидком (вязко-текучем). При низких температурах сегменты молекул не обладают подвижностью и полимер ведёт себя как обычное твёрдое тело в А. с. При достаточно высоких температурах энергия теплового движения становится достаточной для того, чтобы вызвать перемещение сегментов молекулы, но ещё недостаточной для приведения в движение молекулы в целом. Возникает высокоэластическое состояние, характеризующееся способностью полимера легко растягиваться и сжиматься. Переход из высокоэластического состояния в стеклообразное называется стеклованием. В вязко-текучем состоянии могут перемещаться не только сегменты, но и вся макромолекула. Полимеры приобретают способность течь, но, в отличие от обычной жидкости, их течение всегда сопровождается развитием высокоэластической деформации.

Лит.: Китайгородский А. И., Порядок и беспорядок в мире атомов, М., 1966; Кобеко П. П., Аморфные вещества, М.— Л., 1952; Китайгородский А. И., Рентгеноструктурный анализ мелкокристаллических и аморфных тел, М.— Л., 1952. См. также лит. при ст. Полимеры.

Строение кварца SiO₂: а — кристаллического; б — аморфного; чёрные кружки — атомы Si, белые — атомы O.

АМОРФНОЕ СОСТОЯНИЕ - конденсированное состояние вещества, характеризующееся изотропией физических свойств, обусловленной неупорядоченным расположением атомов и молекул. В отличие от кристаллического состояния переход из твердого аморфного в жидкое происходит постепенно. В аморфном состоянии находятся различные вещества: стекла, смолы, пластмассы и т. д.

АМОРФНОЕ СОСТОЯНИЕ, состояние твердого тела, характеризующееся изотропией физических свойств, обусловленной неупорядоченным расположением атомов и молекул. В отличие от кристаллического состояния (смотри Кристаллы), переход из аморфного состояния в жидкое происходит постепенно. Критическая точка, называемая температурой плавления, отсутствует. В аморфном состоянии находятся стекла, смолы, пластмассы и др.

amorphous state

amorphous state

АМОРФНОЕ СОСТОЯНИЕ

(от греч. amorphos — бесформенный), твёрдое состояние в-ва, характеризующееся изотропией св-в и отсутствием точки плавления. При повышении темп-ры аморфное в-во размягчается и переходит в жидкое состояние постепенно.

Эти особенности обусловлены отсутствием у в-ва в А. с. строгой периодичности, присущей кристаллам (рис., а), в расположении атомов, ионов, молекул и их групп на протяжении сотен и тысяч периодов. В то же время у в-ва в А. с. существует согласованность в расположении соседних ч-ц (т. н. ближний порядок, рис., 6). С увеличением расстояния эта согласованность уменьшается и на расстоянии порядка неск. постоянных решётки исчезает (см. ДАЛЬНИЙ И БЛИЖНИЙ ПОРЯДОК). Ближний порядок характерен и для жидкостей, но в жидкости происходит интенсивный обмен местами соседними ч-цами, затрудняющийся по мере возрастания вязкости. Поэтому можно тв. тело в А. с. рассматривать как переохлаждённую жидкость с очень высоким коэфф. вязкости. Иногда понятие «А. с.» обобщают на жидкость.

При низких темп-pax термодинамически устойчиво крист. состояние. Однако процесс кристаллизации может потребовать много времени — молекулы должны успеть «выстроиться». При низких темп-pax это время бывает очень большим, и крист. состояние практически не реализуется. Поэтому А. с. образуется при быстром охлаждении расплава. Напр., расплавляя крист. кварц и затем быстро охлаждая расплав, получают аморфное кварцевое стекло (см. СТЕКЛООБРАЗНОЕ СОСТОЯНИЕ). Однако даже очень быстрого охлаждения часто недостаточно для того, чтобы помешать образованию кристаллов. В результате этого большинство в-в не удаётся получить в А. с. Тем не менее в А. с. получен ряд металлов (см. МЕТАЛЛИЧЕСКИЕ СТЁКЛА), в т. ч. обладающих магн. упорядоченностью, а также ПП (см. АМОРФНЫЕ ПОЛУПРОВОДНИКИ).

В природе А. с. менее распространено, чем кристаллическое. В А. с. могут находиться опал, обсидиан, янтарь, смолы, битумы и полимеры. Структура аморфных полимеров характеризуется ближним порядком в расположении звеньев или сегментов макромолекул, быстро исчезающим по мере их удаления друг от друга. Об электронных процессах в А. с. (см. НЕУПОРЯДОЧЕННЫЕ СИСТЕМЫ).

(от греч. amorphos - бесформенный), конденсированное состояние в-ва, главный признак к-рого - отсутствие атомной или молекулярной решетки, т. е. трехмерной периодичности структуры, характерной для кристаллического состояния. Аморфные тела изотропны, т. е. их св-ва (мех., оптич., электрич. и др.) не зависят от направления. А. с. обычно устанавливают, во-первых, по небольшому числу максимумов на дифракционной картине (как правило, 2-4) на фоне диффузного гало, для к-рых характерны большая полуширина и быстрое убывание интенсивности с ростом угла дифракции; во-вторых, по отсутствию в колебательном или электронном спектре расщеплений полос, связанных с симметрией структуры (см. Дифракционные методы, Молекулярные спектры).

Расплавы всех в-в выше их т-ры плавления Т _пл, находятся обычно в термодинамически равновесном состоянии, в к-ром любая термодинамич. ф-ция состояния (уд. объем, энтальпия, энтропия) однозначно определяется т-рой, давлением и др. параметрами. При Т _пл в-во переходит в равновесное твердое состояние-кристаллизуется (см. рис.). Однако в определенных условиях при т-рах ниже Т _пп м. б. получено неравновесное состояние переохлажденной жидкости, а при дальнейшем охлаждении ниже т-ры стеклования Т _ст - неравновесное твердое А. с. (см. Стеклообразное состояние). В этом состоянии в-во м. б. устойчиво в течение длит. времени; известны, напр., вулканич. стекла (обсидиан и др.), возраст к-рых исчисляется миллионами лет. Термодинамич. ф-ции стеклообразного А. с. определяются не только т-рой и давлением, но зависят также от предыстории образца (напр., скорости охлаждения). Физ. и хим. св-ва в-ва в стеклообразном А. с. обычно близки к св-вам кристаллич. модификации того же в-ва, однако они могут существенно отличаться. Так, стеклообразный GeO₂ раств. в воде и р-рах щелочей, реагирует с фтористоводородной и соляной к-тами, тогда как модификация GeO₂ в воде практически не растворима, очень медленно раств. в р-рах щелочей при нагревании, не реагирует с указанными к-тами.

Температурные интервалы существования аморфного и кристаллического состояний в-ва: сплошная линия -равновесное состояние, штрихпунктирная - неравновесное.

Переход из переохлажденного жидкого в стеклообразное А. с. происходит обычно в узком температурном интервале и сопровождается резким изменением св-в, в частности вязкости (на 10-15 порядков), температурного коэф. расширения (в 10-100 раз), модулей упругости (в 10-1000 раз), теплоемкости, плотности и др., чем формально напоминает фазовый переход II рода. Однако образование стеклообразного А. с. не сопровождается появлением зародышей новой фазы и физ. границы раздела фаз. Т _ст не является термодинамич. характеристикой в-ва и в зависимости от условий измерения может меняться на неск. десятков градусов. Это обусловлено тем, что в температурном интервале стеклования резко замедляется перестройка структуры ближнего порядка жидкости (структурная релаксация), т. е. кинетич. природой стеклования. Ниже Т _ст структурные превращения в в-ве прекращаются совсем (при конечном времени наблюдения), частицы (атомы, молекулы, фрагменты молекул) способны лишь к колебательным и мелкомасштабным вра-щат. движениям, трансляционная подвижность, характерная для жидкого состояния, теряется. Т. обр., различие в св-вах жидкого и твердого А. с. определяется характером теплового движения частиц.

Существуют в-ва, к-рые не удается получить в кристаллич. состоянии. К таким в-вам относятся статистич. сополимеры и атактич. полимеры, в макромолекулах к-рых последовательность мономерных звеньев нерегулярна в направлении оси цепи. Считается, что из-за отсутствия периодичности в строении макромолекул ни при каких условиях не может возникнуть трехмерная периодич. структура и, следовательно, эти в-ва существуют только в А. с. Вопрос о термодинамич. природе равновесного твердого А. с. пока остается открытым (см. Третье начало термодинамики). Ряд жесткоцепных полимеров с высокими Т _ст существует только в стеклообразном состоянии, т. к. при нагр. выше Т _ст они разлагаются. Попытки создания физ. моделей А. с. пока к успеху не привели.

Лит.: Тарасов В. В., Проблемы физики стекла, под ред. Г. М. Бартенева, 2 изд., М., 1979; Филлипс Дж., Физика стекла, в сб.: Физика за рубежом, М., 1983, с. 154-78; ZallenR., The physics of amorphous solid, N. Y., 1983. Э. Ф. Олейник. Г. З. Пинскер.

амо́рфное состоя́ние

твёрдое состояние вещества, характеризующееся изотропией физических свойств, обусловленной неупорядоченным расположением атомов и молекул. В отличие от кристаллического состояния переход из твёрдого аморфного состояния в жидкое происходит постепенно. В аморфном состоянии находятся различные вещества: стёкла, смолы, пластмассы и т. д.

* * *

АМО́РФНОЕ СОСТОЯ́НИЕ, твердое конденсированное состояние(см. КОНДЕНСИРОВАННОЕ СОСТОЯНИЕ) вещества, характеризующееся изотропией(см. ИЗОТРОПИЯ) физических свойств, обусловленной неупорядоченным расположением атомов и молекул. Кроме изотропии свойств (механических, тепловых, электрических, оптических и т. д.) для аморфного состояния вещества характерно наличие температурного интервала, в котором аморфное вещество при повышении температуры переходит в жидкое состояние. Этот процесс происходит постепенно: при нагревании аморфные вещества в отличие от кристаллических, сначала размягчаются, затем начинают растекаться и, наконец, становятся жидкими, т. е. аморфные вещества плавятся в широком интервале температур.

Изотропия свойств характерна и для поликристаллического состояния (см. Поликристаллы(см. ПОЛИКРИСТАЛЛЫ)), но поликристаллы имеют строго определенную температуру плавления, что позволяет отличать поликристаллическое состояние от аморфного.

В аморфных веществах, в отличие от кристаллических, отсутствует дальний порядок(см. ДАЛЬНИЙ ПОРЯДОК И БЛИЖНИЙ ПОРЯДОК) в расположении частиц вещества, но присутствует ближний порядок(см. БЛИЖНИЙ ПОРЯДОК), соблюдаемый на расстояниях, соизмеримых с размерами частиц. Поэтому аморфные вещества не образуют правильной геометрической структуры, представляя собой структуры неупорядоченно расположенных молекул.

Структурное отличие аморфного вещества от кристаллического обнаруживается с помощью рентгенограмм. Монохроматические рентгеновские лучи, рассеиваясь на кристаллах, образуют дифракционную картину в виде отчетливых линий или пятен (см. Дифракция рентгеновских лучей(см. ДИФРАКЦИЯ РЕНТГЕНОВСКИХ ЛУЧЕЙ)). Для аморфного состояния это не характерно.

В отличие от кристаллического состояния, аморфное состояние вещества не является равновесным. Оно возникает в результате кинетических факторов и со структурной точки зрения эквивалентно жидкому состоянию: аморфное вещество представляет собой переохлажденную жидкость, обладающую очень большой вязкостью. Обычно аморфное состояние образуется при быстром охлаждении расплава, когда не успевает пройти кристаллизация вещества. Такой процесс характерен для получения стекол, поэтому аморфное состояние часто называют стеклообразным состоянием. Однако чаще всего даже самое быстрое охлаждение недостаточно быстро для того, чтобы помешать образованию кристаллов. В результате этого большинство веществ получить в аморфном состоянии невозможно.

Самопроизвольный процесс перестройки аморфного вещества в равновесную кристаллическую структуру за счет диффузионных тепловых смещений атомов практически бесконечен. Но иногда такие процессы можно достаточно легко осуществить. Например, аморфное стекло после выдержки при определенной температуре «расстекловывается», т.е. в нем появляются мелкие кристаллики и стекло мутнеет.

В природе аморфное состояние менее распространено, чем кристаллическое. В аморфном состоянии находятся: опал(см. ОПАЛ), обсидиан(см. ОБСИДИАН), янтарь(см. ЯНТАРЬ), смолы природные(см. СМОЛЫ ПРИРОДНЫЕ), битумы(см. БИТУМЫ). В аморфном состоянии могут находиться не только вещества, состоящие из отдельных атомов и обычных молекул, такие, как стекла неорганические(см. СТЕКЛО НЕОРГАНИЧЕСКОЕ) и жидкости (низкомолекулярные соединения), но и вещества, состоящие из длинноцепочечных макромолекул — высокомолекулярные соединения, или полимеры (см. аморфные полимеры(см. АМОРФНЫЕ ПОЛИМЕРЫ)). Физические свойства аморфных веществ сильно отличаются от кристаллических, благодаря чему они нашли широкое применение в промышленности (см. аморфные и стеклообразные полупроводниковые материалы(см. АМОРФНЫЕ И СТЕКЛООБРАЗНЫЕ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ МАТЕРИАЛЫ), аморфные магнетики(см. АМОРФНЫЕ МАГНЕТИКИ), аморфные металлы(см. АМОРФНЫЕ МЕТАЛЛЫ)).

(от греч.amorphos — бесформенный) — один из видов конденсированного (конкретно здесь — твердого) состояния вещества, главной особенностью которого в данном случае является отсутствие т. н. дальнего порядка, т. е. отсутствие характерной для кристаллов строгой периодической повторяемости во всех направлениях одного и того же элемента структуры: атома, группы атомов, молекулы. В аморфном состоянии находятся различные вещества: стекла, смолы, пластмассы и т. д.

(от греч. amorphos -бесформенный) - состояние твёрдого в-ва, в к-ром, в отличие от кристаллич. состояния, частицы расположены беспорядочно и в-во изотропно, т. е. имеет одинаковые физ. св-ва по всем направлениям; кроме того, отсутствует чётко выраженная темп-ра плавления. Аморфные тела бывают природные (янтарь и др. смолы) и искусств. (стекло, пластмассы, аморфные металлы н сплавы).

amorphous state

* * *

amorphous state

stato amorfo

тв. некристаллич. состояние в-ва, характеризующееся изотропией физ. свойств и отсутствием точки плавления. При повышении темп-ры аморфное в-во размягчается и постепенно переходит в жидкое состояние. Эти особенности обусловлены отсутствием в А. с., в отличие от кристаллич., дальнего порядка. А. с., как и жидкому, присущ ближний порядок, поэтому тв. тело в аморфном состоянии принято рассматривать как переохлаждённую жидкость с очень высокой вязкостью. Обычно А. с. образуется при очень быстром охлаждении расплава. В А. с. находятся стёкла, полимеры, нек-рые металлы, сплавы и полупроводники.