Διαφορά μεταξύ ισοτροπικού και ανισότροπου

Κύρια διαφορά – Ισοτροπικό εναντίον Ανισότροπο

Το ισοτροπικό και το ανισότροπο είναι δύο σημαντικοί όροι που χρησιμοποιούνται ευρέως για να εξηγήσουν τις ιδιότητες των υλικών στην επιστήμη των υλικών και τη μορφολογία των κρυστάλλων στη βασική κρυσταλλογραφία. Σε ορισμένα υλικά όπως οι κρύσταλλοι, ο προσανατολισμός των ατόμων είναι πολύ σημαντικός καθώς επηρεάζει τις φυσικές και μηχανικές τους ιδιότητες. Με βάση τον προσανατολισμό των ατόμων, τα υλικά χωρίζονται ευρέως σε δύο κατηγορίες και συγκεκριμένα:ισότροπα υλικά και ανισότροπα υλικά. Η κύρια διαφορά μεταξύ ισοτροπικού και ανισότροπου είναι ότι οι ιδιότητες των ισοτροπικών υλικών είναι ίδιες προς όλες τις κατευθύνσεις, ενώ στα ανισότροπα υλικά, οι ιδιότητες εξαρτώνται από την κατεύθυνση.

Αυτό το άρθρο εξετάζει,

1. Τι είναι το Ισοτροπικό
      – Ορισμός, Ιδιότητες, Παραδείγματα
2. Τι είναι το Ανισότροπο
      – Ορισμός, Ιδιότητες, Παραδείγματα
3. Ποια είναι η διαφορά μεταξύ Ισοτροπικού και Ανισότροπου

Τι είναι Ισότροπο

Αν οι ιδιότητες (μηχανικές, φυσικές, θερμικές και ηλεκτρικές ιδιότητες) ενός υλικού δεν αλλάζουν με διαφορετικούς κρυσταλλογραφικούς προσανατολισμούς, ή με άλλα λόγια, οι ιδιότητες είναι ανεξάρτητες από την κατεύθυνση, αυτό το υλικό ονομάζεται ισότροπος. Οι ισοτροπικοί κρύσταλλοι έχουν έναν δείκτη διάθλασης προς όλες τις κατευθύνσεις. Κρύσταλλοι με κυβική συμμετρία και άμορφα υλικά όπως τα γυαλιά θεωρούνται ισοτροπικά υλικά. Παραδείγματα κυβικών κρυστάλλων περιλαμβάνουν το ορυκτό αλάτι και το χλωριούχο νάτριο. Ωστόσο, δεν είναι όλες οι ιδιότητες των κυβικών κρυστάλλων ισότροπες. Συνήθως, οι κυβικοί κρύσταλλοι είναι ισότροποι ως προς την ηλεκτρική αγωγιμότητα και το πυροηλεκτρικό τους αποτέλεσμα. Ωστόσο, οι κυβικοί κρύσταλλοι δεν είναι ανεξάρτητοι από την κατεύθυνση σε σχέση με τις ελαστικές τους ιδιότητες όπως η ακαμψία, η διάτμηση και οι συντελεστές όγκου. Οι ισοτροπικοί κρύσταλλοι χρησιμοποιούνται συχνά για παράθυρα και φακούς. Τα φυτικά κυτταρικά τοιχώματα θεωρούνται ισότροπα καθώς είναι πάνω κάτω τα ίδια παντού.

Εικόνα 01:Το γυαλί είναι ένα παράδειγμα ισοτροπικού υλικού .

Τι είναι το Ανισότροπο

Ο όρος ανισότροπος χρησιμοποιείται για να αναφέρεται σε υλικά που έχουν ατομικές διατάξεις που εξαρτώνται από την κατεύθυνση. Με άλλα λόγια, οι φυσικές ιδιότητες ποικίλλουν κατά τις διαφορετικές κατευθύνσεις μέσα στο υλικό. Συνήθως, τα ανισότροπα υλικά είναι πολύ κοινά στη φύση από τα ισότροπα υλικά λόγω της μεγάλης διακύμανσης των ατομικών προσανατολισμών. Σχεδόν όλοι οι κρύσταλλοι εκτός από τους κυβικούς κρυστάλλους θεωρούνται ως ανισότροποι. Οι ανισότροποι κρύσταλλοι έχουν πολλούς δείκτες διάθλασης. Εξαιτίας αυτού, οι ανισότροποι κρύσταλλοι επηρεάζουν τη διπλή διάθλαση, την οπτική δραστηριότητα, τη διχρωμία και τη διασπορά των κρυστάλλων. Η διπλή διάθλαση είναι γνωστή ως η διαφορά στη μετάδοση φωτός ενός κρυστάλλου. Ορισμένοι κρύσταλλοι όπως τα κουαρτάκια περιστρέφονται όταν το πολωμένο φως περνά μέσα από αυτά. Τέτοιοι κρύσταλλοι ονομάζονται οπτικά ενεργοί κρύσταλλοι. Η ικανότητα απορρόφησης ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας κατά μήκος δύο διαφορετικών αξόνων δόνησης ονομάζεται διχρωμία . Όταν ο ίδιος κρύσταλλος έχει διαφορική διάθλαση διαφορετικού μήκους κύματος φωτός, ονομάζεται διασπορά. Οι ανισότροποι κρύσταλλοι χρησιμοποιούνται για πολλές οπτικές εφαρμογές, όπως πολωτές, οπτικές πλάκες κυμάτων, σφήνες κ.λπ. Το ξύλο και τα σύνθετα υλικά είναι τα κοινά παραδείγματα ανισότροπων υλικών. Στα φυτικά κύτταρα, το εσωτερικό τμήμα ή το κυτταρόπλασμα θεωρείται ανισότροπο λόγω της παρουσίας ενδοκυτταρικών οργανιδίων.

Εικόνα 02:Το ξύλο είναι ένα παράδειγμα ανισότροπου υλικού.

Διαφορά μεταξύ ισοτροπικού και ανισότροπου

Ορισμός

Ισοτροπικά υλικά: Ορισμένες ιδιότητες του υλικού δεν αλλάζουν κατά μήκος των ατομικών του διατάξεων

Ανισότροπα υλικά: Οι ιδιότητες του υλικού ποικίλλουν ανάλογα με τις ατομικές του διατάξεις.

Ιδιότητες 

Ισοτροπικά υλικά: Οι ιδιότητες των ισοτροπικών υλικών είναι ανεξάρτητες από την κατεύθυνση.

Ανισότροπα υλικά: Οι ιδιότητες των ανισότροπων υλικών εξαρτώνται από την κατεύθυνση.

Παραδείγματα

Ισοτροπικά υλικά: Κρύσταλλοι με κυβική συμμετρία και άμορφα υλικά όπως γυαλιά είναι παραδείγματα.

Ανισότροπα υλικά: Όλοι οι κρύσταλλοι εκτός από τους κυβικούς κρυστάλλους, το ξύλο και τα σύνθετα υλικά είναι παραδείγματα ανισότροπων υλικών.

Δείκτης RI

Ισοτροπικά υλικά: Τα ισοτροπικά υλικά έχουν έναν ενιαίο δείκτη διάθλασης.

Ανισότροπα υλικά: Τα ανισότροπα υλικά έχουν περισσότερους από έναν δείκτες διάθλασης.

Χαρακτηριστικά 

Ισοτροπικά υλικά: Οι ισοτροπικοί κρύσταλλοι δεν παρουσιάζουν χαρακτηριστικά όπως διπλή διάθλαση, οπτική δραστηριότητα, διχρωμία και διασπορά λόγω διαφορετικών δεικτών διάθλασης.

Ανισότροπα υλικά:  Οι ανισότροποι κρύσταλλοι εμφανίζουν διπλή διάθλαση, οπτική δραστηριότητα, διχρωμία και διασπορά λόγω διαφορετικών δεικτών διάθλασης.

Εφαρμογές στο οπτικό πεδίο

Ισοτροπικά υλικά: Οι ισοτροπικοί κρύσταλλοι χρησιμοποιούνται για παράθυρα και φακούς.

Ανισότροπα υλικά:  Οι ανισότροποι κρύσταλλοι χρησιμοποιούνται για πολωτές, οπτικές πλάκες κυμάτων και σφήνες.

Σύνοψη

Isotropic και anisotropic είναι δύο όροι που χρησιμοποιούνται ευρέως στην επιστήμη των υλικών και την κρυσταλλογραφία για να εξηγήσουν τον ατομικό προσανατολισμό, τη δομή και τη μορφολογία των υλικών. Σε ισοτροπικά υλικά όπως κυβικοί κρύσταλλοι και άμορφα υλικά (π.χ. γυαλί), οι ιδιότητες δεν αλλάζουν κατά την κατεύθυνση του υλικού. Σε ανισότροπα υλικά όπως το ξύλο και τα σύνθετα υλικά, οι ιδιότητες ποικίλλουν ανάλογα με τις κατευθύνσεις του υλικού. Αυτή είναι η κύρια διαφορά μεταξύ ισοτροπικού και ανισότροπου.

Αναφορές:
1. Hammond, C., &Hammond, C. (2009). Τα βασικά της κρυσταλλογραφίας και της περίθλασης (Τόμος 12). Οξφόρδη:Oxford University Press.
2. Furukawa, Y., &Nakajima, K. (2001). Πρόοδοι στην έρευνα για την ανάπτυξη κρυστάλλων. Elsevier.
3. Bell, S., &Morris, K. (2009). Εισαγωγή στη μικροσκοπία. CRC Press.
4. Sivasankar, B. (2008). Μηχανική χημεία (σελ. 499). Νέο Δελχί:Tata McGraw-Hill.

Εικόνα Ευγενική προσφορά:Pixabay.com