Особенности стекла как аморфного вещества

Кристаллическое и аморфное состояния вещества. Некоторые вещества при одних и тех же условиях могут находиться как угодно долго в кристаллическом и в аморфном состояниях. Типичным представителем таких веществ является кремнезем ЗЮа, который при обычных условиях существует как в виде кристаллического кварца, так и в виде аморфного кварцевого стекла. Свойства кремнезема в этих состояниях совершенно различны. Это обусловлено различным внутренним строением кристаллического и аморфного состояний вещества. С молекулярной точки зрения различие между кристаллическим и аморфным состояниями вещества состоит в том, что в кристаллическом веществе частицы (молекулы, атомы или ионы) фиксируются в пространстве и устойчиво, и симметрично, а в аморфном состоянии частицы вещества располагаются в пространстве и менее устойчиво и в общем несимметрично. Поэтому аморфное состояние вещества является менее устойчивым, чем кристаллическое его состояние, а само вещество всегда стремится перейти из аморфного в кристаллическое состояние. Однако этот переход у разных веществ осуществляется с разной скоростью. Чем сложнее и причудливее строение молекул вещества, тем с меньшей скоростью реализуется возможность перехода его из аморфного состояния в кристаллическое. Поэтому в некоторых случаях чистые вещества со сложным строением молекул и различные смеси, содержащие компоненты со сложным строением молекул, могут быть получены лишь в аморфном состоянии. Характерной особенностью таких веществ в жидком состоянии является то, что вязкость их весьма велика и резко увеличивается при понижении температуры. Это является причиной того, что при отнятии тепла от такой жидкости она легко переохлаждается до такой температуры, при которой вязкость ее достигает огромной величины (порядка 10 н- сек - м "). При такой вязкости молекулы жидкости практически прекращают свое поступательное движение и фиксируются в пространстве в том порядке, какой был к этому времени в жидкости, и жидкость затвердевает, т. е. получается аморфное состояние вещества. Хотя образовавшееся аморфное состояние вещества является менее устойчивым, чем кристаллическое, тем не менее [c.50]

Большинство веществ при охлаждении ниже температуры плавления переходят в кристаллическую форму. Но некоторые вещества, как, например, стекло, вар и многие органические полимеры, особенно при быстром охлаждении, не способны достичь той степени упорядоченности, которая характерна для кристаллических решеток. Из-за того, что их молекулы обладают большими размерами, причудливой формой и недостаточно большой подвижностью, эти вещества образуют структуры, которые иногда называют переохлажденными жидкостями или стеклами. В таких структурах ближайшие соседи могут занимать почти правильные положения в решетке, но следующие соседи гораздо больше отклоняются от правильных положений в решетке, и поэтому за пределами одной элементарной ячейки в расположении частиц не удается установить достаточной степени упорядоченности. Подобные твердые вещества называют аморфными (бесформенными) телами. На рис. 10.18 структура аморфного вещества сопоставляется с настоящей кристаллической решеткой. [c.180]

Свойства стекла. Стекло представляет собой продукт совместного плавления нескольких минеральных веществ. Характерной особенностью стекла является то, что при охлаждении в определенных условиях расплавленной стекольной массы обычно образуется прозрачное аморфное твердое тело. При очень медленном охлаждении расплав стекла затвердевает с образованием кристаллов. [c.645]

Атмосферная пыль часто содержит частицы самого кристаллизующегося продукта, особенно на промышленных предприятиях или в лабораториях, где образцы кристаллического материала подвергают самым различным операциям. Довольно часто какое-либо инертное аморфное вещество в пыли действует в качестве затравки было установлено, что иногда добавка небольших количеств мелких частиц таких веществ как кизельгур (инфузорная земля, диатомит), кварц и стекло, истертые в порошок, способствуют принудительной кристаллизации. [c.152]

Особенности кристаллизации высокомолекулярных веществ. Анализ явления эластичности дает основание предполагать, что каучук находится в аморфном состоянии, но, в отличие от стекла, силы взаимодействия между макромолекулами малы. Однако если натураль- [c.278]

ОСОБЕННОСТИ СТЕКЛА КАК АМОРФНОГО ВЕЩЕСТВА [c.5]

Но на практике при охлаждении и монодисперсных полимеров (особенно с весьма большим молекулярным весом) в большинстве случаев не удается ни определить, ни вообще добиться их кристаллизации вследствие чрезвычайной медленности процесса. Охлаждая полимер, мы так быстро проходим температуру кристаллизации, что за это время громоздкие макромолекулы не успевают перейти из неупорядоченного состояния в состояние порядка (кристалл). При переходе же к еще более низким температурам из-за ослабления обоих родов движения в цепях перегруппировка макромолекул практически прекращается в результате полимер остается по своей неупорядоченной структуре в аморфно-жидком состоянии и при температурах ниже температуры кристаллизации. Таким образом, даже при сильном охлаждении высокополимеры переходят не в кристаллическое, а в переохлажденнде или, по аналогии с такого рода явлением в стекле, стеклообразное состояние. Понятно, что вследствие все большего ослабления обоих родов движения в стеклообразном состоянии полимер постепенно теряет свои как эластические, так и пластические свойства и приобретает свойство хрупкости. В то время как при кристаллизации все свойства вещества изменяются резко, скачком и при строго определенной температуре, процесс застекловывания совершается в некотором, иногда довольно значительном температурном интервале, а изменение свойств в процессе застекловывания идет без резкого скачка. Однако в указанном температурном интервале на кривой исследуемого свойства замечается характерный излом. Явление застекловывания получило наименование фазового перехода второго рода, а та температурная область, в которой происходит такой переход (определяемая по изгибу кривой какого-либо свойства), называется температурой перехода. В частности, для явления застекловывания она называется температурой застекловывания, или точкой хрупкости , и обозначается tg. Фазовый переход второго рода не сопровождается тепловым эффектом и его нельзя смешивать с фазовым переходом первого рода (конкретно—с затвердеванием и плавлением) низкомолекулярных веществ, который происходит скачкообразно, с тепловым эффектом, и имеет иной физический смысл. В зависимости от того свойства (объем, теплоемкость, вязкость и т. д.), по излому на кривой которого находят tg, величина последнего несколько меняется, но если сравнивать величины, найденные по одному и тому же свойству, то они становятся характерными для каждого высокополимера. Так, например, для полистирола / .ж+80°. [c.170]

Очень много труда было затрачено на исследование строения простого кварцевого стекла ЗЮг и силикагеля, которому приписывают такую же химическую формулу. И то и другое вещество признаются в первом приближении аморфными, так как характерной особенностью рентгенограммы является очень сильная вуаль. Однако, кроме этой вуали, на рентгенограмме или электронограмме возможно различить в обоих случаях и диффузное кольцо, положение которого определяется величиной —=0,12 А. Это значит, что в веществе имеется веко [c.94]

С. Поскольку Ж. с. не истинный, а коллоидный раствор, при длительном стоянии он стареет и разлагается с выделением аморфного кремнезема (тем быстрее, чем выше его силикатный модуль). Под действием минеральных к-т происходит его разложение с образованием раствора солей натрия или калия соответствующих к-т и выделением коллоидного гидрата окиси кремния (силикагеля) в виде студнеобразной массы или аморфного осадка. Разложению способствует наличие в воздухе углекислого газа (карбонизация). Ж. с, реагирует с растворимыми солями, особенно кислыми, с основаниями, с минер, и органическими веществами, образуя нерастворимые силикаты или разлагаясь на соли щелочных металлов с выделением кремнегелей. Клеющая способность Ж. с. в три—пять раз выше, чем у силикатных цементов и др. вяжущих материалов. Ж. С. используют для склеивания картона, бумаги, деревянных и силикатных изделий, стекла с металлом, для изготовления литейных форм, для нане- [c.446]

Данный критерий используется как характеристика склонности расплава к стеклообразованию [112], Вещества, легко образующие стекла, обычно имеют высокое значение энергии активации вязкого течения (е > 20—25), в то время как для металлических расплавов, не образующих стекол, 8 2 [112], Точные оценки выведенного критерия стеклообразования д затрудняются необходимостью уточнения коэффициентов Р и особенно для расплавов, имеющих сравнительно небольшую вязкость. Однако в принципе в соответствии с уравнением (75) при сверхвысоких скоростях охлаждения все расплавы могут быть переведены в аморфное состояние. Максимальные скорости охлаждения веществ достигаются при конденсации паров на охлаждаемые подложки, на которых в этом случае легко образуются аморфные пленки [121, 122]. Отогревание аморфных пленок ряда веществ сопровождается ударным режимом кристаллизации [124], [c.27]

Высокие механические и другие свойства стеклокристаллических материалов по сравнению с исходным стеклом, из которого они получены, определяются не просто превращением аморфного вещества в кристаллическое. Известно много случаев, когда кристаллизация не улучшает, а ухудшает механические и другие свойства. Главная особенность ситаллов — их тонкозернистость, которая в значительной степени сообщает им повышенные механические свойства. Другие свойства определяются фазовым составом кристаллических зерен и составом остаточной стеклофазы. Кроме повышенной термостойкости, механической и абразивной прочности, стеклокристаллические материалы и покрытия обладают температурой размягчения на 100—400° С выше по сравнению с исходным стеклом, что позволяет эксплуатировать их при более высоких температурах. Новые материалы отличаются от стекол тем, что имеют в основном кристаллическое строение, а от керамики — значительно меньшим размером кристаллов (не более 1 мкм в поперечном сечении). [c.264]

Аморфные полимеры. Аморфное твердое состояние вещества называется стеклообразным (ввиду того что затвердевание жидкости без кристаллизации особенно характерно для обычного стекла), а переход в стеклообразное состояние — стеклованием. [c.22]

Но твердые тела являются не только в кристаллическом виде, представляющем неодинаковость сцепления и упругости по разным направлениям и этим (а также и оптическими, электрическими и другими свойствами) резко отличающемся от жидкостей (однородно сложенных по всем направлениям или изотропных), но и в изотропно-аморфном (бесформенном) состоянии — без всякого различия сложения по направлениям, лучшим примером чему служит обыкновенное стекло. И когда тела твердые образуются застыванием из жидкостей (т.-е. из расплавленного состояния), чаще всего большинство тел принимает аморфный вид, переходящий в кристаллический или от воздействия других твердых тел (особенно кристаллов того же яли сходного вещества), или при определенных условиях температуры и давления. Предмет этот, особенно после исследований (юрьевского (дерптского) [ныне геттингенского] проф. Таммана (1890—1902), приобретает большой интерес не только с физико-механической, но и с химической стороны, но в нашем изложении Основ Химии", имея в виду преимущественно характеристику химических элементов, мы не можем вдаться в эту интереснейшую часть физико-химии. Лишь в виде примера и вскользь упомянем о том, что даже лед из воды, подобно многим твердым телам, при определенных пределах понижающейся температуры и возвышающегося давления, претерпевает, по открытию Таммана, оставаясь твердым телом, такую перемену свойств (напр., плотности, температуры плавления, скрытого тепла и т. п.), которая сходна с изомериею. или диморфизмом, или вообще с переменою состояния и всего строения ( чему наглядные примеры увидим в прочных видоизменениях серы, фосфора и т. п.). [c.374]

Структура жидкостей имеет много общего со структурой аморфных веществ. В гл. 10 было показано, что стекло можно рассматривать как переохлажденную жидкость, т. е. такую жидкость, молекулы которой имеют недостаточную кинетическую энергию, чтобы совершать свободное движение. Имеются данные, указывающие на то, что молекулы в жидкостях находятся почти столь же близко друг к другу, как и в твердых веществах, однако в жидкостях не обнаруживается распространяющегося на столь большие расстояния порядка, какой наблюдается в кристаллических решетках. Чтобы представить себе строение жидкости, можно видоизменить плотноупако-ванную модель твердого тела, сместив в ней из своих положений один-два атома и расположив все остальные атомы по возможности упорядоченным образом (рис. 11.1). Возникающая неупорядоченность остальных атомов показывает, к каким далеко идущим последствиям приводят даже небольшие отклонения от полного совершенства плотноупакованной структуры. Очень важно отметить еще одну особенность жидкости по сравнению с твердым веществом структура жидкости имеет неустойчивый характер, она непрерывно изменяется, в то время как структура твердого кристаллического вещества остается неизменной, если не считать того, что в нем проис- [c.187]

Ближний порядок в кристалле заставляет рентгеновские лучи отклоняться при отражении, например, в установке, по геометрии подобной камере Дебая — Шерера, всего на несколько градусов от оси пучка. Таким малоугловым рассеянием пользуются для изучения мелких включений (- 10 см) в кристаллах, малых медленно меняющихся деформаций и упорядочения в жидкостях и стеклах. Малоугловое рассеяние успешно используют [20—23] для псследования кластерообразования в жидкостях при температурах, близких к температуре затвердевания, и изучения структуры растворов. Для изучения флуктуаций с амплитудами больше 10 см прибегают к рассеянию света, тогда как малоугловое рассеяние рентгеновских лучей позволяет исследовать более слабые флуктуации. Оно особенно ценно при изучении упорядочения в жидкостях, стеклах и растворах. Хотя к малоугловому рассеянию почти не прибегают для определения кристалличности, этот способ удобен для выявления начальной стадии кристаллизации (расстекловывания) в аморфных веществах. [c.24]

Различные виды кремнеземных адсорбентов кристаллический тонкопористый силикалит, аморфные непористые (аэросилы) и пористые кремнеземы (оилохромы, силикагели, пористые стекла). Регулирование размеров пор от нанометров до микронов. Инфракрасный спектр поглощения кремнезема и его изменение при дегидратации, дегидроксилировании и дейтерообмене. Особенности адсорбции воды. Адсорбция и хроматография паров органических веществ на чистом и содержащем примеси кремнеземе. [c.47]

Прн охлаждении жидкости (особенно при переохлаждении) увеличивается ее коэффициент вязкости и уменьшается энергия теплового движения E kT). Это препятствует перегруппировке молекул, необходимой для образования кристаллической решетки. ПрН некоторой температуре коэффициент вязкости жидкости приближается к 10 Э/гз, что соответствует значению коэффициента вязкости твердого тела. Переохлажденная жидкость отвердевает, но кристаллической решетки не образуется — вешество переходит в стеклообразное состояние, стеклуется, застекловывается. Темпера-" тура. При которой вязкость аморфного вешества становится равной ]0 3 пз, называется температурой стеклования и обозначается Гс (или T a), При стекловании все спойства вешества изменяются те-., ряются свойства, характерные для жидкого состояния, и вещество Приобретает свойства твердо сР тела. Эти изменения происходят не скачкообразно, а постепенно в некоторой области температур, охватывающей примерно 10—20° С. Поэтому температура Стек. ю-вакия — это не точка, а средняя температура этой области, [c.129]

Паркс и Хафман превосходно дополнили работу Самсёна (см. А. И, 253 и 254), особенно в вопросах обычных явлений, общих для всех аморфных и стеклообразных веществ. Они исследовали органические соединения, например этиловый и га-пропилов6ш спирты, пропиленовый гликоль и глицерин. Согласно предыдущим исследованиям Гибсона, Паркса и Латимера , Симона и Гибсона и Гиока величины удельных теплоемкостей для стекол в хрупком и жидком состояниях сильно отличаются друг от друга. В узкой температурной области 10—20° находится Переходный интервал, в котором удельная теплоемкость стекла достигает максимального значения, после чего она приближается к величине [c.192]

Уоррен подтвердил, что многие чистые стекло-образуюЩие окислы дают очень устойчивые стекла. Тенденция к кристаллизации возрастает с увеличением содержания катионов. Основываясь на этом, Хегг разработал основные условия, которым должен удовлетворять химизм веществ, способных образовывать стекла. Такая разработка была тем более необходимой, что развитие изучения стеклообразного состояния нуждалось в обобщении и расширении правил Захариасена, особенно для органических стекол, которые представляют собой типичные продукты процессов конденсации и полимеризации . Поэтому вопрос о том, будет ли данный расплав образовывать стекло при переохлаждении, зависит не только от координации ионов, но также от полярных сил, формы и размера молекул, которые могут препятствовать правильной ориентации в кристаллической структуре. Ионы и малые радикалы в расплавах неорганических солей не способны образовывать стекла, так же как расплавы металлов и органические вещества с небольшим числом молекул. Чем более неправильны, крупны и объемисты атомные группы (например в смолах, алкалоидах, сахарах и т. д., которые Тамман в своих классических исследованиях называл модельными стеклами) , тем более они способны затвердевать в виде аморфных или стекловидных агрегатов. Эти теоретические предположения были подтверждены Парксом и его сотрудниками на органических, стекловидных веществах (см. А. II, 254, 266 и ниже). Особенно ценны полученные ими результаты изучения полимеров углеводородов типа полиизобутилена, так как эти полимеры представляют пример полимеризации неполярных молекул до образования комплексов с высоким молекулярным весом — около 5000. На этих агрегатах обнаружена, вследствие препятствующих стерических эффектов, отчетливая тенденция к образованию стекла кроме того, они обладают ди-польным моментом, возрастающим с увеличением степе-, ни полимеризации. [c.202]

В литературе недостаточно данных для того, чтобы заключить, имеют ли молекулярный вес, плотность и т. п. такое же значение при растрескивании под действием растворителей, как при разрушении полиэтилена под влиянием поверхностно-активных веществ. Очевидно, влияние молекулярного веса должно сохраниться, так как он определяет прочностные свойства полимеров. В работе Изаксе-ка и др. указывается, что в отношении полиэтиленов растворители менее активны, чем нерастворяющие агенты. Несмотря на определенные различия в поведении разных материалов, можно отметить закономерность в изменении их поведения при переходе от более гибких к более жестким полимерам. Эта закономерность особенно интересна, так как она проявляется иезавнсилю от химического строенпя и структурных особенностей полимеров и охватывает как высококристаллические полполефины, так и полностью аморфные органические стекла. [c.363]

Теория Негели не встретила поддержки у его современников, подверглась резкой критике и вскоре была забыта. В те времена господствовал выдвинутый Т. Гремом взгляд об аморфности коллоидных веществ. Особенно резкой по отношению к мицеллярной теории была критика гистолога Эбнера (1882 г.), /который утверждал, что описанное Негели двойное лучепреломление является ложным и возникает в результате одностороннего натяжения. При этом последнем, как ему удалось показать, двойное лучеорепомле-ние может возникать и в аморфных изотропных субстанциях с шарообразными частицами. Примером может служить обычное стекло, которое становится двояколучепреломляющим при одностороннем давлении. [c.326]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология