Иногда аморфное. Аморфные тела: характеристика, описание и свойства

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ГОУ ВПО ИРКУТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

А.Л.Петров, А.А.Гаврилюк, С.М.Зубрицкий

СТРУКТУРА И СВОЙСТВА НЕУПОРЯДОЧЕННЫХ ТВЕРДЫХ ТЕЛ

Учебное пособие

Иркутск 2004

УДК 539.213.2

Печатается по решению редакционно-издательского совета Иркутского государственного университета

Рецензенты: д-р хим. наук, профессор Л.А.Щербаченко, кафедра общей физики Иркутского госуниверситета, к.ф-м.н, доцент кафедры физики ИГПУ А.Е. Гафнер.

А.Л.Петров, А.А.Гаврилюк, С.М.Зубрицкий. Структура и свойства неупорядоченных твердых тел.

Рассматриваются физические основы строения и некристаллических твердых тел. Помимо теоретического материала, в котором описаны основные фундаментальные свойства стеклообразного состояния вещества, в учебном пособии дается информация о наиболее применимых в технике аморфных материалах и их преимущество перед кристаллическими аналогами.

Предназначено для студентов старших курсов физического факультета университета.

Библиогр. 7 назв. Ил. 13.

©Петров А.Л., Гаврилюк А.А., Зубрицкий С.М., 2004.

ВВЕДЕНИЕ…………………………………………………………………...4

1. АМОРФНОЕ СОСТОЯНИЕ ……………………………………………..5

1.1. Природа аморфного состояния………………………………………….5

1.2. Общие закономерности аморфизации и кристаллизации……………..6

1.3. Термодинамика аморфного состояния ………………………………..13

1.4. Различие между аморфным и стеклообразным состояниями ……….17

1.5. Особенности структуры аморфных веществ …………………………18

2. АМОРФНЫЕ МЕТАЛЛИЧЕСКИЕ СПЛАВЫ …………………………24

2.1. Классификация аморфных металлических сплавов ……………….…25

2.2. Способы получения АМС ………………………………………….…..25

2.3. Модели структуры АМС …………………………………………….…30

2.4. Структурная релаксация …………………………………………….…34

2.5. Дефекты в АМС ………………………………………………………...36

2.6. Упругие и неупругие свойства АМС ……………………………….…39

2.7. Электрические и магнитные свойства АМС ……………………….…42

2.8. Магнитные структуры …………………………………………….……42

2.9. Влияние аморфности металла на магнитное состояние ………….….44

2.10. Магнитные возбуждения в аморфных металлах …………………....44

3. НЕКРИСТАЛЛИЧЕСКИЕ ПОЛУПРОВОДНИКИ. ……………….…...45

3.1. Топологически неупорядоченные полупроводники…………….……47

3.2. Зонная структура ………………………………………………….……56

3.3. Получение аморфных полупроводников…………………………..….59

3.4. Электропроводность…………………………………………..…….….61

3.5. Оптические свойства…………………………………………..….……62

3.6. Наиболее изученные аморфные полупроводники……………...…….62

3.7. Аморфный кремний ……………………………………………...…….63

3.8. Селен ………………………………………………………………...….64

3.9. Халькогенидные стекла……………………………………………...…65

ЗАКЛЮЧЕНИЕ…………………………………………………………...…66

ввиду больших значений возмущения и распространенности этих систем в

сердечников магнитных головок, материалов магнитомеханических датчиков,

получения новых некристаллических материалов, а для получения нужных

макросвойств необходимо поучение связи: состав - условия получения -

структура - свойство. Над решением этой проблемы и работают сегодня

ученые, специализирующиеся в области физики твердого тела и физико-

химического материаловедения.

1. АМОРФНОЕ СОСТОЯНИЕ

1.1 Природа аморфного состояния.

Аморфное состояние - одна из форм существования твердых тел. Среди

других видов твердых тел аморфные вещества отличаются, чт емо они получаются при переохлаждении жидкости в условиях, когда кристаллизация

не успевает осуществиться до перехода вещества в твердое состояние. В

аморфном, состоянии подвижность составляющих жидкость частиц становится столь малой, что скорость кристаллизационных процессов стремится к нулю, и

вещество сохраняется в твердом аморфном состоянии сколь угодно долгое время.

Можно сформулировать следующее определение: веществом в аморфном

состоянии называется твердое некристаллическое вещество, образующееся в

результате охлаждения жидкости со скоростью, достаточной для

предотвращения кристаллизации во время охлаждения. Из этого следует целый ряд особенностей последнего. Структура аморфного вещества должна быть очень близкой к структуре жидкости, из которой это вещество получено.

Структура жидкости при аморфизации как бы замораживается, когда составляющие вещество частицы при низких температурах теряют свою подвижность и вещество становится твердым, - дальнейшее изменение его структуры невозможно.

Известно, что при кристаллизации жидкости структура вещества

меняется кардинальным образом. Следовательно, в легко кристаллизующихся веществах при температуре кристаллизации скачком изменяются и все без исключения свойства вещества. При охлаждении вещества, способного переходить в аморфное состояние, все его свойства меняются с температурой

1.2 Общие закономерности аморфизации и кристаллизации.

Считается, что в принципе расплав любого вещества можно перевести в

некоторые металлы, как, например Pb, Cu, Ag, In и другие не удается получить

в аморфном состоянии даже при конденсации паров металла на подложку,

охлажденную до температуры жидкого гелия (4.2 К). Скорость охлаждения при

этом может достигать более1010 К/с. Кварцевые стекла, напротив, можно получить, используя очень небольшие скорости охлаждения(до 10-5 К/с).

Достаточно хорошо аморфизуются сплавы двойных, тройных и более сложных систем, что указывает на определяющую роль атомной структурырасплава и межатомных связей в формировании аморфного состояния. При оценке склонности расплава к образованию аморфной фазы очень важной является

кристаллов Ульманом было получено выражение для времениt , необходимого для кристаллизации в ничтожно малом объемеx .

Здесь η – вязкость,a 0 – средний атомный диаметр,N V 0 - число атомов в единице объема,H – молярная теплота плавления,f – доля участков на межфазной границе, которые могут занимать атомы при кристаллизации, имеется возможность роста кристаллов из этих мест. Причемf =1 для шероховатых

(неровных) межфазных границ и f=0.2 T r для гладких (ровных) поверхностей

раздела, T r =T/T m и T r =(T m -T)/T m , T m – температура плавления.

Рассмотрим причины перехода жидкости в аморфное состояние при

соединений и чистых веществ дает правильный порядок величины R k .

Таким образом, при охлаждении жидкости ниже температуры плавления

Т m она либо кристаллизуется, либо аморфизуется. При кристаллизации вязкость

η , объемV и энтропияН изменяются скачкообразно. Если удалось избежать кристаллизации, эти свойства с температурой поменяются быстро, но не

1013 Па. При такой высокой вязкости движения атомов затруднены, время релаксации для атомных перестроек становится сравнимым со временем эксперимента или даже превышает его.

Некоторые другие параметры, связанные с этим переходом, такие как

коэффициент термического расширения α Т , удельная теплоемкостьC p (наклон кривых зависимостиV иН отТ ), изменяются так же быстро, но непрерывно от значений, характерных для жидкого состояния, до близких к таковым для

кристаллического состояния. Во время перехода не происходит существенных изменений в пространственных атомных конфигурациях. Таким образом,

несмотря на большое различие в собственных свойствах, жидкость и стекло

скорости охлаждения. Аморфное тело имеет большие удельный объем и энтальпию, если оно получено при более высокой скорости охлаждения. Этот результат представлен на рисунке 1.1. В данном случае g1 иg2 соответствуют стеклообразным состояниям, полученным при охлаждении жидкости со скоростямиvl иv2 , причемv2 > vl . При последующем нагреве со скоростью,

меньшей чем vl илиv2 , стекло стремится релаксировать в направлении более стабильной структуры, причем это происходит при температурах, лежащих нижеТ g (температуры стеклования). На рисунке 1.1 этот процесс представлен пунктирной линией. Согласно модели свободного объема или энтропийной модели жидкого состояния, все жидкости должны переходить в аморфное

Для описания процесса кристаллизации служат две характеристики: скорость образования центров, кристаллизации I и скорость роста кристаллитовU . Для

T mT

Рис.1.1. Зависимость величины удельного объемаV и энтальпииН о температуры при различных скоростях охлаждения.

Уравнения показывают, что I резко снижается с увеличениемα 3 β . Из этого следует, что жидкость, не содержащая каких либо затравок, приα β 1/3 >0.9

не будет кристаллизоваться, а в жидкостях, для которых α β 1/3 < 0.25, подавить кристаллизацию невозможно.

Появление кристаллического зародыша(центра кристаллизации) в

расплаве приводит к появлению раздела между кристаллической и жидкой

фазами. Это вызывает рост свободной, энепр гииопорциональной

произведению поверхности раздела на величину поверхностного натяжения на

фазовой границе. С другой стороны, свободная энергия объема

образовавшегося в жидкости кристаллического зародыша при температурах

При достаточно низких температурах эта скорость становится близкой к нулю и рост зародышей прекращается.

Отсюда следует, что при охлаждении жидкости обязательно должна быть достигнута такая область температур, где кинетический фактор, ведущий к

снижению скорости образования центров при снижении температуры, должен оказаться доминирующим. В результате неизбежно появление на кривой температурной зависимости скорости образования центров кристаллизации максимума (рис.1.2). При температурах выше температуры этого максимума

можно пренебречь влиянием поверхностного натяжения на границе раздела жидкость - кристалл, так как в данном случае мало отношение площади

кристаллов должны приводить к увеличению скорости роста при меньших

переохлаждениях, чем это характерно для скорости образования центров

(ввиду отсутствия фактора поверхностного натяжения), и к началу ее снижения при температурах, отвечающих меньшей вязкости(ввиду роли диффузного

переноса). Таким образом, максимум скорости роста кристаллитов всегда

приходится на область более высоких температур, чем максимум скорости образования центров (рис.1.3).

В режиме охлаждения от температуры, существенно превышающей температуру ликвидуса Т Л , жидкое вещество оказывается более устойчивым к кристаллизации, чем в режиме нагревания из аморфного состояния. Это

АМОРФНОЕ СОСТОЯНИЕ (от греч. amorphos - бесформенный)- твердое некристаллич. состояние вещества, характеризующееся изотропией свойств и отсутствием точки . При повышении темп-ры аморфное вещество размягчается и переходит в жидкое состояние постепенно. Эти особенности обусловлены отсутствием в А. с., в отличие от кристаллич. состояния, т. н. дальнего порядка - строгой периодич. повторяемости в пространстве одного и того же элемента структуры (атома, группы атомов, молекулы и т. п.). В то же время у вещества в А. с. существует согласованность в расположении соседних частиц - т.н. ближний порядок, соблюдаемый в пределах 1-й координац. сферы (см. Координационное число )и постепенно теряющийся при переходе ко 2-й и 3-й сферам, т. е. соблюдающийся на расстояниях, сравнимых с размерами частиц. Т. о., с расстоянием согласованность уменьшается и через 0,5-1 нм исчезает (см. Дальний и ближний порядок ).

Ближний порядок характерен и для жидкостей, но в жидкости происходит интенсивный обмен местами между соседними частицами, затрудняющийся по мере возрастания вязкости. Поэтому твёрдое тело в аморфном состоянии принято рассматривать как переохлаждённую жидкость с очень высоким коэффициентом вязкости. Иногда в само понятие "А. с." включают жидкость.

Термодинамически устойчивым твёрдым состоянием вещества при низких темп-pax является кристаллич. состояние. Однако в зависимости от свойств частиц кристаллизация может потребовать больше или меньше времени - молекулы должны успеть при охлаждении вещества "выстроиться". Иногда это время бывает столь большим, что кристаллич. состояние практически не реализуется. Обычно А. с. образуется при быстром охлаждении расплава. Напр., расплавляя кристаллич. кварц и затем быстро охлаждая расплав, получают аморфное кварцевое стекло (см. Стеклообразное состояние ).Однако иногда даже самое быстрое охлаждение недостаточно быстро для того, чтобы помешать образованию кристаллов. В природе А. с. (опал, обсидиан, янтарь, смолы) менее распространено, чем кристаллическое. В А. с. могут находиться нек-рые металлы и сплавы, в т. ч. металлич. стёкла (см. Аморфные металлы ),а также (см. Аморфные и стеклообразные полупроводники )и полимеры. Структура аморфных полимеров характеризуется ближним порядком в расположении звеньев или сегментов макромолекул, быстро исчезающим по мере их удаления друг от друга. Молекулы полимеров как бы образуют "рои", время жизни которых очень велико из-за огромной вязкости полимеров и больших размеров молекул.

Аморфное состояние амо́рфное состоя́ние

твёрдое состояние вещества, характеризующееся изотропией физических свойств, обусловленной неупорядоченным расположением атомов и молекул. В отличие от кристаллического состояния переход из твёрдого аморфного состояния в жидкое происходит постепенно. В аморфном состоянии находятся различные вещества: стёкла, смолы, пластмассы и т. д.

АМО́РФНОЕ СОСТОЯ́НИЕ, твердое конденсированное состояние (см. КОНДЕНСИРОВАННОЕ СОСТОЯНИЕ) вещества, характеризующееся изотропией (см. ИЗОТРОПИЯ) физических свойств, обусловленной неупорядоченным расположением атомов и молекул. Кроме изотропии свойств (механических, тепловых, электрических, оптических и т. д.) для аморфного состояния вещества характерно наличие температурного интервала, в котором аморфное вещество при повышении температуры переходит в жидкое состояние. Этот процесс происходит постепенно: при нагревании аморфные вещества в отличие от кристаллических, сначала размягчаются, затем начинают растекаться и, наконец, становятся жидкими, т. е. аморфные вещества плавятся в широком интервале температур.
Изотропия свойств характерна и для поликристаллического состояния (см. Поликристаллы (см. ПОЛИКРИСТАЛЛЫ) ), но поликристаллы имеют строго определенную температуру плавления, что позволяет отличать поликристаллическое состояние от аморфного.
В аморфных веществах, в отличие от кристаллических, отсутствует дальний порядок (см. ДАЛЬНИЙ ПОРЯДОК И БЛИЖНИЙ ПОРЯДОК) в расположении частиц вещества, но присутствует ближний порядок (см. БЛИЖНИЙ ПОРЯДОК) , соблюдаемый на расстояниях, соизмеримых с размерами частиц. Поэтому аморфные вещества не образуют правильной геометрической структуры, представляя собой структуры неупорядоченно расположенных молекул.
Структурное отличие аморфного вещества от кристаллического обнаруживается с помощью рентгенограмм. Монохроматические рентгеновские лучи, рассеиваясь на кристаллах, образуют дифракционную картину в виде отчетливых линий или пятен (см. Дифракция рентгеновских лучей (см. ДИФРАКЦИЯ РЕНТГЕНОВСКИХ ЛУЧЕЙ) ). Для аморфного состояния это не характерно.
В отличие от кристаллического состояния, аморфное состояние вещества не является равновесным. Оно возникает в результате кинетических факторов и со структурной точки зрения эквивалентно жидкому состоянию: аморфное вещество представляет собой переохлажденную жидкость, обладающую очень большой вязкостью. Обычно аморфное состояние образуется при быстром охлаждении расплава, когда не успевает пройти кристаллизация вещества. Такой процесс характерен для получения стекол, поэтому аморфное состояние часто называют стеклообразным состоянием. Однако чаще всего даже самое быстрое охлаждение недостаточно быстро для того, чтобы помешать образованию кристаллов. В результате этого большинство веществ получить в аморфном состоянии невозможно.
Самопроизвольный процесс перестройки аморфного вещества в равновесную кристаллическую структуру за счет диффузионных тепловых смещений атомов практически бесконечен. Но иногда такие процессы можно достаточно легко осуществить. Например, аморфное стекло после выдержки при определенной температуре «расстекловывается», т.е. в нем появляются мелкие кристаллики и стекло мутнеет.
В природе аморфное состояние менее распространено, чем кристаллическое. В аморфном состоянии находятся: опал (см. ОПАЛ) , обсидиан (см. ОБСИДИАН) , янтарь (см. ЯНТАРЬ) , смолы природные (см. СМОЛЫ ПРИРОДНЫЕ) , битумы (см. БИТУМЫ) . В аморфном состоянии могут находиться не только вещества, состоящие из отдельных атомов и обычных молекул, такие, как стекла неорганические (см. СТЕКЛО НЕОРГАНИЧЕСКОЕ) и жидкости (низкомолекулярные соединения), но и вещества, состоящие из длинноцепочечных макромолекул - высокомолекулярные соединения, или полимеры (см. аморфные полимеры (см. АМОРФНЫЕ ПОЛИМЕРЫ) ). Физические свойства аморфных веществ сильно отличаются от кристаллических, благодаря чему они нашли широкое применение в промышленности (см. аморфные и стеклообразные полупроводниковые материалы (см. АМОРФНЫЕ И СТЕКЛООБРАЗНЫЕ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ МАТЕРИАЛЫ) , аморфные магнетики (см. АМОРФНЫЕ МАГНЕТИКИ) , аморфные металлы (см. АМОРФНЫЕ МЕТАЛЛЫ) ).

Энциклопедический словарь . 2009 .

• Амон
• аморфность

Смотреть что такое "аморфное состояние" в других словарях:

АМОРФНОЕ СОСТОЯНИЕ - (от греч. amorphos бесформенный), твёрдое состояние в ва, характеризующееся изотропией св в и отсутствием точки плавления. При повышении темп ры аморфное в во размягчается и переходит в жидкое состояние постепенно. Эти особенности обусловлены… … Физическая энциклопедия

Аморфное состояние - – твёрдое состояние вещества, обладающее двумя особенностями: его свойства (механические, тепловые, электрические и т. д.) в естественных условиях не зависят от направления в веществе (изотропия); при повышении температуры вещество,… … Энциклопедия терминов, определений и пояснений строительных материалов

АМОРФНОЕ СОСТОЯНИЕ - АМОРФНОЕ СОСТОЯНИЕ, состояние твердого тела, характеризующееся изотропией физических свойств, обусловленной неупорядоченным расположением атомов и молекул. В отличие от кристаллического состояния (смотри Кристаллы), переход из аморфного состояния … Современная энциклопедия

АМОРФНОЕ СОСТОЯНИЕ - конденсированное состояние вещества, характеризующееся изотропией физических свойств, обусловленной неупорядоченным расположением атомов и молекул. В отличие от кристаллического состояния переход из твердого аморфного в жидкое происходит… … Большой Энциклопедический словарь - – состояние твердого вещества, у которого отсутствует строгая периодичность, присущая кристаллам (дальний порядок). Из за меньшей упорядоченности аморфные вещества при тех же Р Т имеют больший объем и большую внутреннюю энергию, чем кристаллы.… … Палеомагнитология, петромагнитология и геология. Словарь-справочник.

Аморфное состояние - (от греч. а отрицательная частица и morphē форма) твёрдое состояние вещества, обладающее двумя особенностями: его свойства (механические, тепловые, электрические и т. д.) в естественных условиях не зависят от направления в веществе… … Большая советская энциклопедия

АМОРФНОЕ СОСТОЯНИЕ - тв. некристаллич. состояние в ва, характеризующееся изотропией физ. свойств и отсутствием точки плавления. При повышении темп ры аморфное в во размягчается и постепенно переходит в жидкое состояние. Эти особенности обусловлены отсутствием в А. с … Естествознание. Энциклопедический словарь

Аморфное состояние - твердое конденсированное состояние вещества, характеризующееся изотропией физических свойств, обусловленной неупорядоченным расположением атомов и молекул. Кроме изотропии свойств (механических, тепловых, электрических, оптических и т. д.) для аморфного состояния вещества характерно наличие температурного интервала, в котором аморфное вещество при повышении температуры переходит в жидкое состояние. Этот процесс происходит постепенно: при нагревании аморфные вещества в отличие от кристаллических, сначала размягчаются, затем начинают растекаться и, наконец, становятся жидкими, т. е. аморфные вещества плавятся в широком интервале температур .

Изотропия свойств характерна и для поликристаллического состояния, но поликристаллы имеют строго определенную температуру плавления, что позволяет отличать поликристаллическое состояние от аморфного.

В аморфных веществах, в отличие от кристаллических, отсутствует дальний порядок в расположении частиц вещества, но присутствует ближний порядок, соблюдаемый на расстояниях, соизмеримых с размерами частиц. Поэтому аморфные вещества не образуют правильной геометрической структуры, представляя собой структуры неупорядоченно расположенных молекул (рис. 1).

Структурное отличие аморфного вещества от кристаллического обнаруживается с помощью рентгенограмм. Монохроматические рентгеновские лучи, рассеиваясь на кристаллах, образуют дифракционную картину в виде отчетливых линий или пятен, что не характерно для аморфного состояния.

В отличие от кристаллического состояния, аморфное состояние вещества не является равновесным. Оно возникает в результате кинетических факторов и со структурной точки зрения эквивалентно жидкому состоянию: аморфное вещество представляет собой переохлажденную жидкость, обладающую очень большой вязкостью. Обычно аморфное состояние образуется при быстром охлаждении расплава, когда не успевает пройти кристаллизация вещества. Такой процесс характерен для получения стекол, поэтому аморфное состояние часто называют стеклообразным состоянием. Однако чаще всего даже самое быстрое охлаждение недостаточно быстро для того, чтобы помешать образованию кристаллов. В результате этого большинство веществ получить в аморфном состоянии невозможно.

Рисунок 1 - Строение решётки. a-кристаллическое строение; b-аморфное строение .

Самопроизвольный процесс перестройки аморфного вещества в равновесную кристаллическую структуру за счет диффузионных тепловых смещений атомов практически бесконечен. Но иногда такие процессы можно достаточно легко осуществить. Например, аморфное стекло после выдержки при определенной температуре «расстекловывается», т.е. в нем появляются мелкие кристаллы и стекло мутнеет.

В природе аморфное состояние менее распространено, чем кристаллическое. В аморфном состоянии находятся: опал, обсидиан, янтарь, смолы природные, битумы. В аморфном состоянии могут находиться не только вещества, состоящие из отдельных атомов и обычных молекул, такие, как стекла неорганические и жидкости (низкомолекулярные соединения), но и вещества, состоящие из длинноцепочечных макромолекул -высокомолекулярные соединения, или полимеры. Физические свойства аморфных веществ сильно отличаются от кристаллических, благодаря чему они нашли широкое применение в промышленности (аморфные и стеклообразные полупроводниковые материалы, аморфные магнетики, аморфные металлы).

Строение твердого вещества определяется не только взаимным расположением внутри химических частиц, но и размещением самих частиц в пространстве относительно друг друга и расстояниями между ними. В зависимости от расположения частиц в пространстве различают ближний и дальний порядок.

Ближний порядок заключается в том, что частицы вещества закономерно размещаются в пространстве на определенных расстояниях и направлениях друг от друга. Если такая упорядоченность сохраняется или периодически повторяется во всем объеме твердого вещества, то формируется дальний порядок. Иначе говоря, дальний и ближний порядки — это наличие корреляции микроструктуры вещества либо в пределах всего макроскопического образца (дальний), либо в области с ограниченным радиусом (ближний). В зависимости от совокупного (или подавляющего) действия ближнего или дальнего порядка размещения частиц твердое тело может иметь кристаллическое или аморфное состояние.

Наиболее упорядоченным является размещение частиц в кристаллах (от греческого « кристалос » — лед), в которых атомы, молекулы или ионы расположены только в определенных точках пространства, названных узлами .

Кристаллическое состояние — это упорядоченная периодическая структура, которая характеризуется наличием как ближнего, так и дальнего порядка размещения частиц твердого вещества.

Характерным признаком кристаллических веществ по сравнению с аморфными является анизотропия.

Анизотропия — это разница физико-химических свойств кристаллического вещества (электро- и теплопроводности, прочности, оптических характеристик и т.д.) в зависимости от выбранного направления в кристалле.

Анизотропия обусловлена ​​внутренним строением кристаллов. В разных направлениях расстояние между частицами в кристалле разная, поэтому и количественная характеристика того или иного свойства для этих направлений будет разной.

Особенно ярко анизотропия проявляется в монокристаллах. На этом свойстве основано производство лазеров, обработка монокристаллов полупроводников, изготовление кварцевых резонаторов и ультразвуковых генераторов. Типичным примером анизотропного кристаллического вещества является графит, структура которого представляет собой параллельные слои с различными энергиями связи в середине слоев и между отдельными слоями. Благодаря этому теплопроводность вдоль слоев в пять раз выше, чем в перпендикулярном направлении, а электропроводность в направлении отдельного слоя близка к металлической и сотни раз больше электропроводности в перпендикулярном направлении.

Структура графита (указана длина связи С-С внутри слоя и расстояние между отдельными слоями в кристалле)

Иногда одно и то же вещество может образовывать кристаллы различной формы. Это явление называют полиморфизмом, а различные кристаллические формы одного вещества — полиморфными модификациями, например, алотропы алмаз и графит; a-, b-, g- и d-железо; a- и b-кварц (обратите внимание на различие понятий «аллотропия», которое относится исключительно к простым веществам в любом , и «полиморфизм», которое характеризует строение только кристаллических соединений).

В то же время различные по составу вещества могут образовывать кристаллы одинаковой формы — это явление называют изоморфизмом. Так, изоморфными веществами, имеющими одинаковые кристаллические решетки, являются Al и Cr и их оксиды; Ag и Au; BaCl 2 и SrCl 2 ; KMnO 4 и BaSO 4 .

Подавляющее большинство твердых веществ при обычных условиях существует в кристаллическом состоянии.

Твердые вещества, не имеющие периодической структуры, относятся к аморфным (от греческого « аморфос » — бесформенный). Однако некоторая упорядоченность структуры в них присутствует. Она проявляется в закономерном размещении вокруг каждой частицы ее ближних «соседей», то есть аморфные вещества имеют только ближний порядок и этим напоминают жидкости, поэтому их с некоторым приближением можно рассматривать как переохлажденные жидкости с очень высокой вязкостью. Разница между жидким и твердым аморфным состоянием определяется характером теплового движения частиц: в аморфном состоянии они способны лишь к колебательным и вращательным движения, но не могут перемещаться в толще вещества.

Аморфное состояние — это твердое состояние вещества, характеризующееся наличием ближнего порядка в размещении частиц, а также изотропностью — одинаковыми свойствами в любом направлении.

Аморфное состояние веществ менее стабильно по сравнению с кристаллическим, так аморфные вещества могут переходить в кристаллическое состояние под действием механических нагрузок или при изменении температуры. Однако некоторые вещества могут находиться в аморфном состоянии в течение достаточно большого периода. Например, вулканическое стекло (возраст которого доходит до нескольких миллионов лет), обычное стекло, смолы, воск, большинство гидроксидов переходных металлов и тому подобное. При определенных условиях в аморфном состоянии могут находиться почти все вещества, кроме металлов и некоторых ионных соединений. С другой стороны, известны вещества, способные существовать только в аморфном состоянии (органические полимеры с неравномерной последовательностью элементарных звеньев).

Физические и химические свойства вещества в аморфном состоянии могут существенно отличаться от ее свойств в кристаллическом состоянии. Реакционная способность веществ в аморфном состоянии значительно выше, чем в кристаллическом. Например, аморфный GeO 2 значительно активнее в химическом отношении, чем кристаллический.

Переход твердых веществ в жидкое состояние в зависимости от строения имеет свои особенности. Для кристаллического вещества плавления происходит при определенной , которая является фиксированной для данного вещества, и сопровождается скачкообразным изменением ее свойств (плотность, вязкость и т.д.). Аморфные вещества, напротив, переходят в жидкое состояние постепенно, в течение некоторого интервала температур (так называемый интервал размягчения), во время которого происходит плавное, медленное изменение свойств.

Сравнительная характеристика аморфных и кристаллических веществ: