מוצקים אמורפיים: מבנה, תכונות, דוגמאות - כִּימִיָה - 2025

מוצקים אמורפיים הם אלה בלי טווח ארוך מבנה הורה. הם הפוכים ממה שמכונה מוצק גבישי. חלקיקיו מתחברים בצורה לא מסודרת, דומה לזו של נוזלים, אך עם מספיק כוח להתלכד למבנה מוצק.

הדמות האמורפית הזו נפוצה יותר ממה שאפשר לחשוב; למעשה מדובר באחת המדינות האפשריות שחומר מרוכז יכול לאמץ. בכך מובן כי כל תרכובת המסוגלת להתמצק, ולפיכך להתגבש, יכולה גם להתאחז בצורה לא מסודרת אם התנאים הניסויים מאפשרים זאת.

סוכריות כותנה הן דוגמא למוצק אמורפי. מקור: Pixabay.

האמור לעיל חל בדרך כלל על חומרים טהורים, בין אם אלמנטים או תרכובות. אבל זה תקף גם במקרה של תערובות. תערובות מוצקות רבות הן אמורפיות, כמו סוכריות כותנה, שוקולד, מיונז או פירה.

העובדה שמוצק הוא אמורפי אינה הופכת אותו לפחות בעל ערך מאשר גבישי. הפרעה מבנית מעניקה לה לפעמים תכונות ייחודיות שהיא לא הייתה מפגינה במצב גבישי. לדוגמה, בתעשייה הפוטו-וולטאית עדיפה סיליקון אמורפי על גבישי ליישומים מסוימים בהיקף קטן.

מבנה מוצקים אמורפיים

הבדל בין מבנה גבישי למבנה אמורפי. מקור: גבריאל בוליבר.

המבנה של מוצק אמורפי מבולגן; הוא חסר תקופתיות או תבנית מבנית. התמונה לעיל ממחישה נקודה זו. A מתאים למוצק גבישי ואילו B מייצג מוצק אמורפי. שימו לב שב- B מעוברות הסגולות מסודרות באופן שרירותי, למרות שגם ב- A וגם B קיימות אותו סוג של אינטראקציות.

אם אתה מסתכל גם על B, תראה שיש רווחים שנראים ריקים; כלומר, למבנה יש ליקויים או אי סדרים. לכן חלק מההפרעה המיקרוסקופית או הפנימית של מוצק אמורפי נובע מכך שחלקיקיו "מסודרים" בצורה כזו שלמבנה שנוצר יש פגמים רבים.

תחילה הוזכר ההיקף במידת ההזמנה של מוצקים אמורפיים. ב- B ישנם רק כמה מעברים שנראים מיושרים בקפידה. יתכן ויש אזורים מסודרים; אבל רק בטווח הקרוב.

לאחר מכן נאמר כי מוצק אמורפי מורכב מגבישים זעירים שלא ניתן להבחין בהם במבנים שונים. סכום כל המבנים הללו בסופו של דבר הופך למבוך וחסר משמעות: המבנה הגלובלי הופך לאמורפי, המורכב מגושי גבישים אינסופיים הפזורים בכל מקום.

נכסים

תכונותיו של מוצק אמורפי משתנות בהתאם לאופי החלקיקים המרכיבים אותו. עם זאת, ישנם מאפיינים כלליים מסוימים שניתן להזכיר. מוצקים אמורפיים יכולים להיות זגוגיים, כאשר הם מציגים היבטים דומים לקריסטלים; או ג'לטיני, שרף או מאובק.

מכיוון שהמבנים שלהם לא מופרעים, הם אינם מייצרים ספקטרום דיפרקציה רנטגן אמין, כמו כן, נקודות ההיתוך שלהם אינן מדויקות, אלא מכסות טווח ערכים.

לדוגמה, נקודת ההיתוך של מוצק אמורפי יכולה לנוע בין 20 ל 60 מעלות צלזיוס. בינתיים, מוצקים גבישיים נמסים בטמפרטורה ספציפית, או בטווח צר אם הם מכילים זיהומים רבים.

מאפיין נוסף של מוצקים אמורפיים הוא שכאשר הם נשברים או שברים, הם לא מקורם בשברים גיאומטריים עם פנים שטוחות, אלא שברים לא סדירים עם פנים מעוקלות. כאשר הם אינם זגוגיים הם מופיעים כגופים מאובקים ואטומים.

הכנה

יותר מאשר מוצק אמורפי, יש להתייחס למושג זה כאל 'מצב אמורפי'. כל התרכובות (יוניות, מולקולריות, פולימריות, מתכות וכו ') מסוגלות, עד לנקודה מסוימת, ואם תנאים ניסיוניים מאפשרות, ליצור מוצקים אמורפיים ולא גבישיים.

לדוגמה, בסינתזים אורגניים תרכובות מוצקות מתקבלות בתחילה כמוני אבקה. תוכן הזיהומים שלו כה גבוה עד שהם משפיעים על הסדר המולקולרי שלו בטווח הרחוק. זו הסיבה שכאשר המוצר מתגבש מחדש שוב ושוב, המוצק הופך להיות יותר ויותר גבישי; הוא מאבד את אופיו האמורפי.

אין זה אומר עם זאת שמוצקים אמורפיים הם בהכרח חומרים טמאים; כמה מהם אמורפיים מטבעם הכימי.

חומר טהור יכול להתמצק בצורה אמורפית אם נוזלו מקורר לפתע, באופן שחלקיקיו אינם מתגבשים, אלא במקום זאת מאמצים תצורה מזוגגת. הקירור מהיר כל כך עד שלחלקיקים אין מספיק זמן להכיל את הבלוקים הגבישיים שבקושי מצליחים "להיוולד".

מים, למשל, מסוגלים להתקיים במצב זיגוג ואמורפי ולא רק כקרח.

דוגמאות למוצקים אמורפיים

מינרלים ופלסטיקה

אובסידיאן הוא אחד המינרלים המעטים האמורפיים הידועים. מקור: Pixabay.

כמעט כל חומר גבישי יכול להתאים לצורה אמורפית (ולהיפך). זה קורה בכמה מינרלים, שמסיבות גיאוכימיות לא יכלו לבסס רשמית את הגבישים המקובלים שלהם. אחרים, לעומת זאת, אינם יוצרים גבישים אלא זכוכית; ככה זה אצל אובסידיאן.

מצד שני, פולימרים נוטים להתמצק בצורה אמורפית, מאחר והמולקולות שלהם גדולות מכדי להגדיר מבנה מסודר. כאן נכנסים שרפים, גומי, קצף קלקר (אנימה), פלסטיק, טפלון, בקליט, בין היתר.

רקמות ביולוגיות

מוצקים ביולוגיים הם ברובם אמורפיים, כגון: רקמת איברים, עור, שיער, קרנית וכו '. באופן דומה, שומן וחלבונים יוצרים מסות אמורפיות; עם זאת, בעזרת הכנה מתאימה הם יכולים להתגבש (גבישי DNA, חלבונים, שומנים).

משקפיים

זכוכית, מוצק אמורפי

למרות שהיא נותרה כמעט אחרונה, המוצק האמורפי המייצג ביותר הוא ללא ספק הזכוכית עצמה. הרכבו זהה למעשה לזה של קוורץ: SiO ₂ . גביש קוורץ וזכוכית הן רשתות קוולנטיות תלת ממדיות; רק שסריג הזכוכית מבולגן, עם קשרי Si-O באורכים שונים.

מדגם זכוכית מתכתי

זכוכית היא המוצק האמורפי המובהק, וחומרים הדומים למראה דומה הם בעלי מצב זכוכית.

פחמן ומתכות

יש לנו פחמן אמורפי, כאשר הפחמן הפעיל הוא אחד החשובים ביותר ליכולותיו הסופגות. כמו כן, יש סיליקון וגרמניום אמורפיים, עם יישומים אלקטרוניים שבהם הם משמשים כמוליכים למחצה.

ולבסוף, ישנם סגסוגות אמורפיות שאינן מקימות מבנה גבישי בגלל הפער של האטומי המתכות שלהם.

הפניות

1. וויטן, דייויס, פק וסטנלי. (2008). כִּימִיָה (מהדורה 8). לימוד CENGAGE.
2. שיבר ואטקינס. (2008). כימיה אורגנית. (גרסה רביעית). מק גריי היל.
3. רחל ברנשטיין ואנתוני קרפי. (2020). מאפייני מוצקים. התאושש מ: visionlearning.com
4. ויקיפדיה. (2020). אמורפי מוצק. התאושש מ: en.wikipedia.org
5. ריצ'רד זאלן, רונלד וולטר דגלאס ואחרים. (31 ביולי 2019). אמורפי מוצק. אנציקלופדיה בריטניקה. התאושש מ: britannica.com
6. Elsevier BV (2020). אמורפי מוצק. ScienceDirect. התאושש מ: sciencedirect.com
7. דניאלה ריד. (2020). אמורפי מוצק: הגדרה ודוגמאות. לימוד. התאושש מ: study.com
8. הגרפיקה של רוביק. (2008). מהו חומר אמורפי? התאושש מ: web.physics.ucsb.edu