Школьная Энциклопедия
Nav view search
Навигация
Искать
Аморфные тела и их свойства
Подробности Категория: Молекулярно-кинетическая теория Опубликовано 16.11.2014 09:12 Просмотров: 16588
В отличие от кристаллических твёрдых тел, в расположении частиц в аморфном теле нет строгого порядка.
Хотя аморфные твёрдые тела способны сохранять форму, кристаллической решётки у них нет. Некоторая закономерность наблюдается лишь для молекул и атомов, расположенных по соседству. Такой порядок называется ближним порядком. Он не повторяется по всем направлениям и не сохраняется на больших расстояниях, как у кристаллических тел.
Примеры аморфных тел — стекло, янтарь, искусственные смолы, воск, парафин, пластилин и др.
Особенности аморфных тел
Атомы в аморфных телах совершают колебания вокруг точек, которые расположены хаотично. Поэтому структура этих тел напоминает структуру жидкостей. Но частицы в них менее подвижны. Время их колебания вокруг положения равновесия больше, чем в жидкостях. Перескоки атомов в другое положение также происходят намного реже.
Как ведут себя при нагревании твёрдые кристаллические тела? Они начинают плавиться при определённой температуре плавления. И некоторое время одновременно находятся в твёрдом и жидком состоянии, пока не расплавится всё вещество.
У аморфных тел определённой температуры плавления нет . При нагревании они не плавятся, а постепенно размягчаются.
Положим кусок пластилина вблизи нагревательного прибора. Через какое-то время он станет мягким. Это происходит не мгновенно, а в течение некоторого интервала времени.
Так как свойства аморфных тел схожи со свойствами жидкостей, то их рассматривают как переохлаждённые жидкости с очень большой вязкостью (застывшие жидкости). При обычных условиях течь они не могут. Но при нагревании перескоки атомов в них происходят чаще, уменьшается вязкость, и аморфные тела постепенно размягчаются. Чем выше температура, тем меньше вязкость, и постепенно аморфное тело становится жидким.
Обычное стекло — твёрдое аморфное тело. Его получают, расплавляя оксид кремния, соду и известь. Нагрев смесь до 1400 о С, получают жидкую стекловидную массу. При охлаждении жидкое стекло не затвердевает, как кристаллические тела, а остаётся жидкостью, вязкость которой увеличивается, а текучесть уменьшается. При обычных условиях оно кажется нам твёрдым телом. Но на самом деле это жидкость, которая имеет огромную вязкость и текучесть, настолько малую, что она едва различается самыми сверхчувствительными приборами.
Аморфное состоянием вещества неустойчиво. Со временем из аморфного состояния оно постепенно переходит в кристаллическое. Этот процесс в разных веществах проходит с разной скоростью. Мы видим, как покрываются кристаллами сахара леденцы. Для этого нужно не очень много времени.
А для того чтобы кристаллы образовались в обычном стекле, времени должно пройти немало. При кристаллизации стекло теряет свою прочность, прозрачность, мутнеет, становится хрупким.
Изотропность аморфных тел
В кристаллических твёрдых телах физические свойства различаются в разных направлениях. А в аморфных телах они по всем направлениям одинаковы. Это явление называют изотропностью.
Аморфное тело одинаково проводит электричество и теплоту по всем направлениям, одинаково преломляет свет. Звук также одинаково распространяются в аморфных телах по всем направлениям.
Свойства аморфных веществ используются в современных технологиях. Особый интерес вызывают металлические сплавы, которые не имеют кристаллической структуры и относятся к твёрдым аморфным телам. Их называют металлическими стёклами. Их физические, механические, электрические и другие свойства отличаются от аналогичных свойств обычных металлов в лучшую сторону.
Так, в медицине используют аморфные сплавы, прочность которых превышает прочность титана. Из них делают винты или пластины, которыми соединяют сломанные кости. В отличие от титановых деталей крепления этот материал постепенно распадается и со временем заменяется костным материалом.
Применяют высокопрочные сплавы при изготовлении металлорежущих инструментов, арматуры, пружин, деталей механизмов.
В Японии разработан аморфный сплав, обладающий высокой магнитной проницаемостью. Применив его в сердечниках трансформаторов вместо текстурованных листов трансформаторной стали, можно снизить потери на вихревых токах в 20 раз.
Аморфные металлы обладают уникальными свойствами. Их называют материалом будущего.
Источник
Является ли пластилин аморфным веществом
ЗАГАДОЧНЫЕ АМОРФНЫЕ ВЕЩЕСТВА
Автор работы награжден дипломом победителя III степени
Введение
Большинство окружающих человека веществ является твердыми. Люди обитают на поверхности твердого тела – земного шара, живут в домах, построенных из твердых веществ. Тело человека, хотя и содержит около 65% воды, но тоже является твердым. Заглянем в наш дом: многие предметы быта, мебель, бытовая техника тоже сделаны из твердых веществ. Свойства многих твердых веществ мне, ученику 6 класса, уже известны. Так из курса географии я много узнал о минералах и горных породах, на занятиях интеллектуального школьного клуба «ВекТОР» познакомился с такими твердыми веществами как металлы. Пользуясь энциклопедий, выяснил, что все твердые вещества делятся на кристаллические и аморфные. Кристаллическим веществам, как я узнал из сети Интернет, уделяется большое внимание в курсе физики и химии, о них много написано, много известно. А вот об аморфных веществах я, ученик 6 класса, знаю немного. Идея создания данной работы появилась у меня недавно, а именно при просмотре видеоопытов блока «Многообразие веществ» в сети Интернет. Летом, на каникулах, по одному из телевизионных каналов я увидел очередной выпуск детской научной телепередачи «Галилео». Серия телепередачи была посвящена аморфным веществам, а именно, изучению свойств так называемого «умного» пластилина или, как его ещё называют, «Хендгама».У меня появилось огромное желание как можно больше узнать об этих удивительных аморфных веществах, а также самому изготовить в домашних условиях «Хендгам», провести с ним небольшие эксперименты.
Цель работы: используя различные источники информации, собрать полные сведения об аморфных веществах, изучить их свойства, строение и получить в домашних условиях аморфное вещество — «умный» пластилин.
Задачи:
— выяснить, что представляют собой аморфные вещества;
— рассмотреть их внешнее и внутреннее строение, физические свойства;
— найти информацию о природных источниках, о применении и использовании аморфных веществ;
— в условиях домашнего эксперимента получить аморфное вещество — «Хендгам»;
— провести с полученным аморфным веществом серию опытов.
Работу по сбору «портфолио» на аморфные вещества начал с изучения литературы:
Толковый словарь русского языка Д.Н. Ушакова.
Толковый словарь русского языка С.И. Ожегова, Н.Ю. Шведовой.
Новый толково-словообразовательный словарь русского языка Т.Ф. Ефремовой.
Привлекал Интернет-ресурсы при сборе материала.
Основная часть
Глава 1. Этимология слова «Аморфный»
Первый лист моего «Портфолио» на аморфное вещество включал толкование самого понятия. Заглянув в словари и энциклопедии, выяснил, что означает слово «аморфный»:
— Толковый словарь русского языка Д.Н. Ушакова:
«Аморфный» (от греч. amorphos «аморфоз» — бесформенный). Не имеющий правильного кристаллического строения.
— Толковый словарь русского языка. С.И. Ожегова, Н.Ю. Шведовой:
1. Не имеющий кристаллического строения.
— Новый толково-словообразовательный словарь русского языка Т. Ф. Ефремовой:
1. Не имеющий кристаллического строения (о твердом теле).
2. Лишенный четкости и определенности; расплывчатый.
— Энциклопедический словарь, 1998 г.: «Аморфное состояние» — этоконденсированное состояние вещества, характеризующееся изотропией физических свойств, обусловленной неупорядоченным расположением атомов и молекул.
Работая с ресурсами Интернета, нашел примеры употребления слова «аморфный» и в художественной литературе:
— Сергей Лукьяненко, роман «Спектр или Каждый охотник желает знать»:
«Пусть между зданиями будут неспешно прогуливаться — не то идти, не то течь — аморфные амебы, превосходящие размерами человека».
— Роберт Силверберг, роман «Провидец»:
«Моя собственная работа была аморфной, мимолётной: я был тайным советником, создателем предчувствий, аварийщиком, тенью за троном мэра».
— Геннадий Мельников, роман «В страну Восточную придя…»: «Канцлер Гогенлоэ нерешителен, аморфен, пассивен, я достаточно хорошо это знаю по совместной службе в парижском посольстве».
Во всех этих примерах слово «аморфный» употребляется в переносном смысле. Так говорят о человеке, то есть «аморфный» — значит пассивный, вялый, безразличный.
Глава 2. Строение аморфных веществ
Можно ли отнести найденные мною характеристики из художественной литературы к самим аморфным веществам? Как должны выглядеть эти вещества снаружи (т.е. их внешний вид) и изнутри (т.е. их внутреннее строение)?
Я стал искать видео- и фотоматериалы, где запечатлены аморфные вещества. Оказалось, что их много в природе: смола, янтарь, жемчуг, каучук, пемза. Аморфные вещества встречаются в быту: парафин (свечи), стекло, поливинилхлорид (наши любимые пластиковые окна), канифоль (для пайки), пластилин (для лепки). В пищевой промышленности: шоколад, жевательная
резинка, мёд, мармелад, зефир, пищевой пластилин (марципан). В медицине — силикон, гели, вазелин.
Увидел, что амфотерные вещества могут быть разными по цвету, консистенции, они представляют собой нечто бесформенное.
А как выглядят аморфные вещества изнутри? Прочитав соответствующие книги и внимательно изучив иллюстрации, посмотрев Интернет-ресурсы, выяснил следующее: частицы, из которых состоят аморфные вещества, располагаются совершенно беспорядочно и находятся на близком расстоянии друг к другу:
Сравнил с расположением частиц в кристаллических твердых веществах, увидел, что в кристаллах частицы расположены упорядоченно, образуя некий каркас – кристаллическую решетку:
Действительно, во внутренней структуре аморфных веществ царит «хаос».
Такое беспорядочное расположение частиц не может не наложить отпечаток на физические свойства аморфных веществ.
Глава 3. Физические свойства аморфных веществ
У аморфных веществ имеются следующие физические свойства:
Не имеют постоянной температуры плавления (при нагревании размягчаются).
В качестве доказательства приводится опыт с шоколадом. Плитка шоколада, находящаяся в теплой руке человека через 5 минут размягчается.
Обладают текучестью (при более длительном воздействии температуры превращаются в текущую массу).
В качестве доказательства можно привести пример видеоопыта, взятого из коллекции ЦОРов: изменение формы стеклянной трубочки при нагревании её над пламенем газовой горелки.
Самопроизвольно переходят в кристаллическое состояние.
В качестве доказательства приводится опыт с застывающей карамельной массой.
Изотропны, то есть проявляют одинаковые физические свойства по всем направлениям.
Из выше изложенного материала можно сделать вывод: аморфное состояние вещества не подразумевает поддержания какой-либо определенной температуры (при низких показателях тела застывают, при высоких – плавятся).
Глава 4. Экспериментальные находки
Чем больше я узнавал об аморфных веществах, тем сильнее становилось желание самому их получить, тем более, ресурсы Интернета предоставляют массу способов получения аморфных веществ в домашних условиях.
Я попробовал все рецепты и хочу поделиться своими экспериментальными находками.
Готовим «умный» пластилин или «Хендгам» (Приложение №1).
«Хендгам» в переводе означает «Жвачка для рук». Сегодня он является одной из самых популярных игрушек не только для детей, но и для взрослых. Он обладает множеством свойств. Handgum — наиудивительнейший полимер! Приготовить его просто. Чтобы сделать «умный» пластилин необходимо взять следующие ингредиенты:
— натрий тетраборат (его можно купить в аптеке, стоит недорого);
— пищевой краситель, гуашь, зеленка (что-либо одно из перечня);
— пластиковую ёмкость (для смешивания инградиентов);
— перчатки для рук;
— деревянную палочку, либо карандаш
Шаг первый. В ёмкость выдавливаем клей ПВА:
Шаг второй. Добавляем краситель. Все смешиваем тщательно деревянной палочкой:
Шаг третий. Появился однородный цвет, в массу выливаем натрия тетраборат:
Шаг четвертый. Смесь снова перемешиваем до тех пор, пока она не загустеет:
Шаг пятый. Готовый «Хендгам» помещаем в целлофановый пакет, разминаем его, чтобы он стал эластичным и мягким:
Мои наблюдения: «Умный» пластилин твердый и жидкий, одновременно. В длительных промежутках времени он ведет себя подобно жидкости, он медленно стекает, капает и старается растечься в лужу. К примеру, если сделать шарик и положить на стол, то уже через пару минут этот шарик станет лужицей. При более быстром воздействии он поведет себя как твердое тело — как резиновый шарик, который кинули об пол, он подпрыгнет. Также его можно разорвать резким движением или даже забить им гвоздь!
Глава 5. Преимущества домашнего «Хендгама»
Проделав домашний эксперимент и получив «умный» пластилин, я решил выявить его преимущества, сравнив со свойствами обычной жевательной резинки.
На ощупь мой «Хендгам» напоминает жевательную резинку, но не липнет к рукам и другим вещам, поэтому после него не нужно будет делать уборку.
«Хендгам» не оставляет липких пятен, поэтому его можно бросать об стену и на пол (это любят делать все дети).
«Хендгам» совершенно нетоксичен, он не имеет запаха и вкуса.
Эта игрушка может менять свой цвет и свойства при изменении температуры.
Если сделать из него какую-нибудь фигурку, оставить её ненадолго, то через некоторое время она просто растечётся по горизонтальной поверхности стола.
Благодаря силиконовой основе «умный» пластилин не оставляет неприятных ощущений на руках. Его можно рвать на кусочки.
В интернете нашёл такой факт: целых пять лет «умный» пластилин может храниться в упаковке, не теряя своих свойств.
«Хендгам» горит, тонет в воде.
Не следует держать «Хендгам» в холодильнике, так как он испортится
Внимание! «Хендгам» нельзя употреблять в пищу и наклеивать на волосы и другие части тела, которые уязвимы.
Заключение
Меня, как юного исследователя, интересовала не столько развлекательная, сколько практическая и развивающая значимость моего домашнего «Хендгама». Я пришёл к выводу, что «умный» пластилин способствует развитию моего творческого мышления, мелкой моторики рук, почерка и даже речи, ведь когда своим одноклассникам и друзьям я объясняю алгоритм приготовления «умного» пластилина, то оперирую научными и химическими терминами. Ещё один немаловажный психологический факт: «Хендгам» снимает усталость, повышает настроение, дарит покой и гармонию. Такой необычный подарок обязательно оценят и взрослые, и дети. Только не нужно, на мой взгляд, давать его детям до трёх лет, а если кто-то из маленьких ребятишек будет его использовать, то только под строгим присмотром родителей!
Хочется отметить финансовую сторону вопроса, и опять вскрывается преимущество моего домашнего «умного» пластилина: «Хендгам» магазинный стоит порядка двухсот рублей, а самодельный обошёлся мне в пятьдесят два рубля (25 руб. ушло на клей ПВА; 12 руб. — на натрия тетраборат; 15 руб. – на краситель). Чувствуете разницу: дешевле в 4 раза! Какая экономия средств для родителей!
Считаю, что тема моей исследовательской работы достаточно актуальна. Актуальность обусловлена тем, что современная жизнь человека без аморфных веществ была бы немыслима. Ведь они широко используются и в быту, и в науке, и в технике и других областях. Ни одна отрасль промышленности не обходится без пластмасс, смол, каучуков и резины на их основе. Трудно представить современный автомобиль, из которого
убраны все детали, изготовленные из полимеров. Такой автомобиль представляет металлический не окрашенный каркас, в котором половина оборудования отсутствует, нет шин, аккумулятора, такой автомобиль, конечно же, не поедет. Повседневная жизнь также немыслима без изделий из аморфных полимеров: от полиэтиленовой пленки до посуды. Жевательная резинка, мармелад, шоколад – любимое лакомство всех – и детей и взрослых. А если возьмём производство лекарств, медицинских трансплантатов, то тут уж точно не обойтись без аморфных полимерных материалов.
Я пришел к выводу: изготовление домашнего и «умного» пластилина — процесс очень интересный и занимательный. Хендгам – это не только забавная «игрушка» для ребят, но и объект научного исследования, позволяющий рассмотреть важнейшие свойства аморфных веществ и на их основе использовать в различных областях науки, в практике, в повседневной жизни человека.
Своей работой остался доволен. Уверен, что найденный мною материал и озвученный алгоритм пригодятся не только ребятам, но и педагогам школы, так как тема «Вещества и их классификация» изучается и на уроках окружающего мира в начальной школе, и на уроках физики, химии, биологии в основной и старшей школах.
Учащиеся моей школы могут также посмотреть целую коллекцию аморфных веществ под названием «Удивительные аморфные вещества», которую я передал моему учителю, куратору данной исследовательской работы, для дальнейшей учебной работы по изучению веществ на факультативных, кружковых занятиях естественно-научной направленности.
С учителем вместе разместим инструкцию-алгоритм по изготовлению домашнего «Хендгама» (Приложение №1) на сайте нашей
школы, так как сайт образовательной организации посещается родителями, учениками, педагогами, а также людьми, неравнодушными к «школьной жизни», богатой открытиями и достижениями.
Список литературы
Кобеко П.П. Аморфные вещества. Москва. 1952. — 433 с.
Марон А.Е., Марон Е.А. Физика. 8 класс. Дидактические материалы к учебнику А.В. Перышкина. – М.: Дрофа, 2016. — 128 с.
Росин И.В., Томина Л.Д. Общая и неорганическая химия (комплект из 2 книг). – М.: Юрайт, 2012. — 1816 с.
Фролов Ю.Г. Курс коллоидной химии. Поверхностные явления и дисперсные системы. – М.: Альян, 2009. — 464 с.
Физика твердого тела. Лабораторный практикум. Том II. Физические свойства. – М.: Высшая школа, 2001. — 484 с.
Интернет-источники
Алгоритм приготовления домашнего «Хендгама»
В пластиковую ёмкость вылить клей ПВА.
Размешать с помощью деревянной палочки клей ПВА до однородной массы, чтобы избежать сгустков и камков.
По каплям аккуратно добавить любой краситель.
Тщательно перемешать данные ингредиенты до получения ровного цвета аморфной массы.
Добавить к полученной однородной массе натрия тетраборат.
Тщательно размешивать смесь, пока не загустеет.
Поместить смесь в целлофановый пакет, немного размяв её, чтобы она стала эластичной, мягкой.
Источник
