Co to jest amorficzne ciało stałe?

Bezpostaciowe ciało stałe to dowolny materiał, który nie ma cząsteczek ułożonych w sieci lub strukturze krystalicznej. Amorficzne ciała stałe są stosunkowo rzadkie, stanowią zaledwie 10 procent ciał stałych na świecie. Najbardziej znanym przykładem bezpostaciowego ciała stałego jest szkło, a w rzeczywistości te ciała stałe są czasami ogólnie nazywane szkłami.

Trzy stany materii - ciało stałe, ciecz i gaz - występują z powodu różnych stopni ruchu cząsteczek tworzących substancje. Cząsteczki i atomy w gazach mają szeroki zakres ruchu, rozprzestrzeniając się, ponieważ cząsteczki są słabo połączone ze sobą. Ciecze mają bardziej ograniczony zakres ruchu, ale ich molekuły nadal poruszają się swobodnie w tych granicach, zmieniając pozycję. Ta swoboda nadaje płynom brak stałego kształtu.

Z drugiej strony cząsteczki w ciałach stałych są związane ze sobą bez prawdziwej swobody ruchu. Jednak cząsteczki wciąż się przesuwają, oscylując w wiązaniach. Ruch oscylacyjny pozwala na rozgrzanie ciał stałych. Im szybciej cząsteczki drżą w wiązaniach, tym cieplejszy staje się obiekt.

W krystalicznych ciałach stałych, które stanowią 90 procent ciał stałych na świecie, cząsteczki są związane w uporządkowany wzór. Ten uporządkowany wzór powtarza się dokładnie w całej strukturze, tworząc sieć molekuł. I odwrotnie, amorficzne ciało stałe może mieć powtarzalny wzór dla małych części makijażu, ale nie dla całości.

Amorficzne ciała stałe mogą być naturalne lub sztuczne. Uderzenie pioruna w naturalny sposób spowoduje powstanie szkła w punkcie uderzenia. Szkło handlowe jest jednak wytwarzane przez człowieka, przy użyciu procesu, który stwarza takie same warunki jak błyskawica, ale w kontrolowanym środowisku. Oprócz szkła jednym z najczęściej stosowanych amorficznych ciał stałych jest tworzywo sztuczne. Plastik jest wykonany z polimerów, długich łańcuchów cząsteczek celowo połączonych ze sobą.

Ponadto bezpostaciowe substancje stałe można wytwarzać z krystalicznych substancji stałych. Na przykład szkło wykonane jest z piasku kwarcowego, krystalicznej substancji stałej. Piasek jest podgrzewany do ekstremalnych temperatur, które skutecznie go topią, a następnie szybko schładzają lub przechładzają, dzięki czemu cząsteczki nie mają czasu na uporządkowanie się z powrotem w formę sieci. To przechłodzenie skutkuje molekularnym ułożeniem szkła podobnym do tego, jakby ktoś zrobił migawkę cieczy.

Ponieważ struktury bezpostaciowych ciał stałych wyglądają podobnie do cieczy, są czasami nazywane cieczami przechłodzonymi. To podobieństwo jest również powodem, dla którego mit rozwinął, że szkło jest tak naprawdę wolno poruszającą się cieczą. Ponadto, w przeciwieństwie do krystalicznego ciała stałego, amorficzne ciało stałe nie ulega natychmiastowej upłynnieniu po wystawieniu na działanie ciepła, ale staje się coraz bardziej miękkie.