Άμορφα και κρυσταλλικά στερεά

Εισαγωγή

Κρυσταλλικά στερεά και άμορφα στερεά είναι δύο τύποι στερεών που σχηματίζονται από άτομα, ιόντα ή μόρια. Μοριακά, ιοντικά, ομοιοπολικά και μεταλλικά κρυσταλλικά στερεά είναι οι κύριοι τύποι κρυστάλλων που σχηματίζονται από συστατικά με καθορισμένες δομές. Ένα άμορφο στερεό είναι ένα υλικό χωρίς καλά καθορισμένη δομή και ακριβές σημείο τήξης. Τόσο το άμορφο όσο και το κρυστάλλινο έχουν διακριτούς χαρακτήρες. Στη χημεία, τα στερεά μόρια χαρακτηρίζονται από το τελικό τους σχήμα, δύναμη, πυκνότητα και ακαμψία και όχι από υγρά και αέρια. Τα στερεά είναι άκαμπτα λόγω της έλλειψης μεταφορικής κίνησης των δομικών στοιχείων. Οι μονάδες κρατούνται στη μέση τους με ισχυρή έλξη.

Κρυσταλλικό Στερεό

Κρυσταλλικά στερεά ή οι κρύσταλλοι έχουν χαρακτηριστικές εσωτερικές δομές, οι οποίες με τη σειρά τους καταλήγουν σε χαρακτηριστικά επίπεδα ή επίπεδα. Αυτά τα επίπεδα τέμνονται σε μια συγκεκριμένη για το υλικό γωνία. Όταν αποκαλύπτεται στις ακτίνες Χ, ένα μοναδικό σχέδιο αποδεικνύεται από κάθε δομή που μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την αναγνώριση του υλικού. Το μέγεθος του κρυστάλλου δεν εξαρτάται από τα χαρακτηριστικά ή τις πτυχές των γωνιών. αντανακλούν τη σταθερά συχνή διαμόρφωση στο χώρο των συστατικών ατόμων, μορίων ή ιόντων. Για παράδειγμα, όταν ένας ιονικός κρύσταλλος κόβεται, οι απωστικές αλληλεπιδράσεις τον προκαλούν να σπάσει κατά μήκος του στερεού επιπέδου, δημιουργώντας νέα επίπεδα που βρίσκονται στην ίδια γωνία με τον αρχικό κρύσταλλο. Σε ομοιοπολικά στερεά όπως τα κομμένα διαμάντια, η γωνία στην οποία συναντώνται τα επίπεδα δεν είναι επίσης τυχαία, αλλά μάλλον καθορίζεται από τη διάταξη των ατόμων άνθρακα στον κρύσταλλο.

Χρήσεις κρυσταλλικών στερεών

Τα μέταλλα και τα κεραμικά, που χρησιμοποιούμε στην καθημερινή μας ζωή, είναι στην πραγματικότητα κρυστάλλινα. Για παράδειγμα, ο χάλυβας, το κράμα χαλκού, το κράμα αλουμινίου κ.λπ. είναι όλα κρυσταλλικά μεταλλικά υλικά. Κάτω από ορισμένες συνθήκες επεξεργασίας, όπως η πολύ γρήγορη ψύξη του μετάλλου, το μέταλλο μπορεί να γίνει άμορφο . Ονομάζονται μεταλλικά γυαλιά. Ομοίως, τα κεραμικά όπως το Al2O3 και το SiC είναι κρυσταλλικά αλλά μπορούν να μετατραπούν σε άμορφη φάση. Χαρακτηριστικό παράδειγμα είναι το SiO2, του οποίου η κρυσταλλική (π.χ. χαλαζίας) και η άμορφη (π.χ. συντηγμένο πυρίτιο) φάσεις είναι κοινές.

Άμορφα στερεά

Γενικά, άμορφα στερεά έχουν δύο χαρακτηριστικά. Όταν κόβονται ή ραγίζονται, δημιουργούν θραύσματα ακανόνιστες, συνήθως καμπύλες επιφάνειες. και έχουν ασαφείς διατάξεις όταν αποκαλύπτονται στις ακτίνες Χ επειδή τα συστατικά τους δεν είναι συστηματικά διατεταγμένα σε ένα κανονικό πλέγμα. Τα άμορφα, ημιδιαφανή στερεά ονομάζονται γυαλί. Εάν η υγρή φάση ψύχεται αρκετά γρήγορα, τότε το μεγαλύτερο μέρος της ουσίας μπορεί να στερεοποιηθεί σε άμορφη μορφή. Ωστόσο, ορισμένα στερεά είναι άμορφα στη φύση επειδή οι συνθέσεις τους δεν ταιριάζουν αρκετά για να σχηματίσουν ένα σταθερό πλέγμα ή επειδή περιέχουν ακαθαρσίες που διαταράσσουν το πλέγμα. Για παράδειγμα, ενώ ο κρύσταλλος χαλαζία και το γυαλί χαλαζία μοιράζονται την ίδια χημική σύνθεση και βασικά δομικά στοιχεία - και τα δύο είναι SiO2 και αποτελούνται και τα δύο από συνδεδεμένα τετράεδρα SiO4 - η διάταξη των ατόμων στο διάστημα διαφέρει. Ο κρυσταλλικός χαλαζίας αποτελείται από εξαιρετικά διατεταγμένες διατάξεις ατόμων πυριτίου και οξυγόνου, τα άτομα είναι διατεταγμένα σχεδόν τυχαία σε ποτήρια χαλαζία. Το γυαλί χαλαζία σχηματίζεται όταν το λιωμένο SiO2 ψύχεται γρήγορα (4Κ/λεπτό) και οι μεγάλοι ιδανικοί ή άψογοι κρύσταλλοι χαλαζία που πωλούνται σε καταστήματα ορυκτών έχουν κρυώσει εδώ και χιλιάδες χρόνια. Αντίθετα, το αλουμίνιο κρυσταλλώνεται πολύ πιο γρήγορα. Το άμορφο αλουμίνιο σχηματίζεται αποκλειστικά όταν το υγρό ψύχεται με εκπληκτικό ρυθμό 4 × 1013 K/s, εμποδίζοντας τα άτομα να οργανωθούν σε κανονικά δίκτυα.

Χρήσεις άμορφων στερεών

Μερικά παραδείγματα είναι Καουτσούκ, Γυαλί, Πλαστικό, Πυρίτιο κ.λπ.

Το γυαλί χρησιμοποιείται ευρέως σε κουτιά τροφίμων, μπουκάλια σόδας και άλλες συσκευασίες, γυάλινα σκεύη, μαγειρικά σκεύη και άλλα επιτραπέζια σκεύη στην παραγωγή και κατασκευή. Το καουτσούκ χρησιμοποιείται για την κατασκευή δερμάτινων τσαντών, παπουτσιών, σχοινιών και ως πρώτη ύλη για άλλα βιομηχανικά υλικά. Τα πλαστικά χρησιμοποιούνται ευρέως στην παρασκευή τεχνητών ινών, Tupperware, σανίδων βακελίτη, νάιλον σχοινιών κ.λπ. 

Το πυρίτιο θεωρείται το φωτοβολταϊκό υλικό που χρησιμοποιείται σε ηλιακούς συλλέκτες για τη μετατροπή της ηλιακής ενέργειας σε ηλεκτρική.

Διαφορά μεταξύ άμορφων και κρυσταλλικών στερεών

Μερικές είναι οι ουσιαστικές διαφορές μεταξύ του κρυσταλλικού και άμορφα στερεά δίνονται παρακάτω :-

Κρυσταλλικά στερεά έχουν καθαρή δομή και οξύ σημείο τήξης, αλλά άμορφα στερεά δεν έχουν καθαρή δομή και οξύ σημείο τήξης.

Τα συστατικά των κρυσταλλικών στερεών ταξινομούνται ευρέως σε ένα κρυσταλλικό πλέγμα. Αλλά σε ένα άμορφο στερεό, τα συστατικά δεν έχουν σειρά.

Κρυσταλλικά στερεά έχουν καθορισμένη θερμότητα σύντηξης, ενώ τα άμορφα στερεά έχουν απροσδιόριστη θερμότητα σύντηξης.

Η ανισοτροπία για τα κρυσταλλικά στερεά είναι ανισότροπη και για τα άμορφα είναι ισότροπη.

Η φύση των κρυσταλλικών είναι τα αληθινά στερεά, ενώ τα άμορφα έχουν ψευδοστερεά.

Συμπέρασμα

Τα στερεά χαρακτηρίζονται από λεπτές τρισδιάστατες διατάξεις ατόμων, ιόντων ή μορίων, των οποίων τα συστατικά είναι συχνά κλειδωμένα στις θέσεις τους. Τα εξαρτήματα μπορούν να διαταχθούν σε ένα τακτικά επαναλαμβανόμενο τρισδιάστατο πλέγμα (πλέγμα), με αποτέλεσμα κρυσταλλικά στερεά , ή περισσότερο ή λιγότερο αυθαίρετα, άμορφα στερεά . Κρυσταλλικά στερεά έχουν καλά καθορισμένες άκρες και όψεις, λυγίζουν τις ακτίνες Χ και τείνουν να έχουν έντονα σημεία τήξης. Τα άμορφα στερεά βρίσκονται σε καμπύλες επιφάνειες ή έχουν ανωμαλίες και δεν παρουσιάζουν καλά διαχωρισμένα μοτίβα περίθλασης ακτίνων Χ και λιώνουν σε θερμοκρασία μεγάλου εύρους φάσματος. Κρυσταλλικά στερεά έχουν τακτικά διατεταγμένα πλέγματα που συγκρατούνται μεταξύ τους με ομοιόμορφες διαμοριακές δυνάμεις, ενώ τα συστατικά των άμορφων στερεών δεν είναι διατεταγμένα σε κανονικό πλέγμα.