1.4. Твердые вещества

Твердое состояние вещества — это агрегатное состояние, которое характеризуется большими силами взаимодействия между частицами вещества (атомами, молекулами, ионами).

Твердые вещества характеризуются устойчивостью формы. Составляющие их атомы, ионы и молекулы совершают малые колебания относительно некоторых фиксированных положений. Связь между атомами в твердых телах может быть ионной, ковалентной, металлической, водородной. Возможно образование межмолекулярных связей. Во многих твердых телах одновременно присутствует несколько типов связей.

1.4.1. Аморфные вещества

При понижении температуры жидкость может замораживаться без упорядочения структуры. Вещество при этом уже находиться в твёрдом состоянии, но структура его приближается к структуре жидкости – такие вещества называются аморфными (от греческого "аморфос" - бесформенный)

Свойства аморфных тел:

• Главный признак - отсутствие атомной или молекулярной решетки, то есть трехмерной периодичности структуры, характерной для кристаллического состояния.

• Для аморфного состояния характерно наличие только ближнего порядка. Структуры аморфных веществ напоминают жидкости, однако обладают гораздо меньшей текучестью.

• Аморфное состояние обычно неустойчиво. Аморфное состояние обладает некоторым избыточным запасом внутренней энергии, поэтому самопроизвольно переходит в кристаллическое состояние как более устойчивое. Из-за этого большинство веществ в обычных условиях всё же находятся в кристаллическом состоянии.

• Под действием механических нагрузок или при изменении температуры аморфные тела могут закристаллизоваться.

• Текучесть (т.к. по некоторым теориям аморфные тела рассматриваются как переохлаждённые жидкости). Это свойство можно обнаружить при внимательном исследовании оконных стёкол, очень старых домов. Оконные стёкла в таких домах внизу несколько толще, так как долгое время стекло постоянно перетекало вниз под влиянием силы тяжести. Сравнительно недавно научились получать в стеклообразном состоянии металлы. Для этого металл расплавляют, а затем за очень короткое время охлаждают. Вследствие быстрого охлаждения в металле не возникает правильной кристаллической структуры, он становиться стеклообразным. Металлостёкла отличаются высокой твёрдостью, износоустойчивостью и коррозийной стойкостью.

• Аморфные тела изотропны, то есть их механические, оптические, электрические и другие свойства не зависят от направления.

• У аморфных тел нет фиксированной температуры плавления: плавление происходит в некотором температурном интервале. Переход аморфного вещества из твердого состояния в жидкое не сопровождается скачкообразным изменением свойств. Например: интервал температуры плавления силикатных стёкол составляет приблизительно 200С.

Физическая модель аморфного состояния до сих пор не создана.

Реакционная способность веществ в аморфном состоянии значительно выше, чем в кристаллическом.

Примеры аморфных веществ: естественные: мёд, янтарь, канифоль, смола, битум;

искусственные: стекло, многие оксиды, гидроксиды.

Существуют вещества, которые в твердом виде могут находиться только в аморфном состоянии. Это относится к полимерам с нерегулярной последовательностью звеньев.

В ряде случаев одно и тоже вещество может находиться в различных состояниях, например: SiO₂ существует в стеклообразном и в нескольких кристаллических состояниях; также S-сера, есть аморфная сера и две кристаллические модификации (ромбическая и моноклинная).