Проект Аморфные тела

Муниципальное Общеобразовательное бюджетное учреждение

«Средняя общеобразовательная школа №7» п. Веселый

Чунского района Иркутской области

Итоговый индивидуальный проект

Тема: «Аморфные тела»

Направление:

Тип проекта: информационный.

Вид представляемого результата (продукта) ИИП: ИКТ- продукт (презентация); доклад.

Автор: ученик 9 класса

Одинец Артём

Руководитель: учитель физики

Витько Марина Андреевна.

Работа допущена к защите:

«__»___________2021 г.

Руководитель проекта:

_________ Витько М.А..

2021 год

Оглавление

Введение 2

Строение аморфных и кристаллических тел……………………………………3

Свойства кристаллов……………………………………………………………...4

Свойства аморфных тел 4

Ситалл 8

Аморфные вещества в быту, технике, медицине 9

Примеры аморфных тел ………………………………………………………...11

Заключение 13

Список использованной литературы и интернет источников 14

Введение

До начала XX в. технический прогресс и наличие большого количества полезных ископаемых позволяли преимущественно использовать природные материалы. В последнее время появилось множество новых материалов. Исследуя микроскопический мир строения молекул, в 19 веке отечественный химик А. М. Бутлеров, высказал предположение о возможности создания определенных материалов с заранее заданными свойствами. Это привело к изменениям во многих областях нашей жизни. Многое создаётся не из готовых природных материалов, а из синтетических материалов с заранее заданными свойствами.

Для создания новых материалов необходимо изучать строение, свойства и возможность использования имеющихся веществ и изготовленных из них тел.

Цель данной работы: изучить аморфные тела.

Задачи:

1. Исследовать строение аморфных и кристаллических тел.

2. Выяснить, какими свойствами обладают аморфные тела.

3. Изучить примеры аморфных тел в природе, технике и быту.

4. На примере ситалла изучить, как получают материалы с заранее известными свойствами, где и для чего их используют.

Актуальность работы состоит в том, что природные материалы не всегда удаётся использовать по разным причинам (борьба за экологию, высокая себестоимость, уменьшение запасов и т.д.), поэтому проблему создания материалов с заранее заданными свойствами в наши дни необходимо решать.

Строение аморфных и кристаллических тел Существует 4 агрегатных состояния вещества: твёрдое, жидкое, газообразное, плазма (огонь) Твердые тела существуют в двух основных состояниях, отличающихся своим внутренним строением, что приводит различию их физических свойств. Это — кристаллическое и аморфное состояния твердых тел. Основным признаком кристаллов является строгий, повторяющийся порядок расположения атомов. Аморфные вещества (от греческого слова “аморфос” — бесформенный) не имеют упорядоченной, кристаллической структуры. По своему строению аморфные вещества похожи на жидкости. Рис. 1. На рисунке слева (а) изображена кристаллическая решетка молекул кварца, а справа (б) расположение молекул кварцевого стекла, которое является аморфным телом. Аморфно-кристаллические вещества представляют собой тела, которые могут содержать как аморфную, так и кристаллическую фазы. Типичными примерами таких веществ являются материалы из керамики, фарфора.

Свойства кристаллов и аморфных тел .

1. Свойства кристаллов

Монокристаллы, например, кварц, слюда, железо, обладают анизотропией. Наличие естественных граней в монокристаллах приводит к выраженному различию физических свойств тела в разных направлениях. Это может относиться к механической прочности, тепловой и электрической проводимости, упругости. В поликристаллах принято говорить о средних значениях физических величин, поскольку вдоль любого выбранного направления будут отдельные кристаллы, произвольно ориентированные внутри тела. 2. Свойства аморфных тел Аморфные тела, например, стекло, смола, янтарь, канифоль, при внешних воздействиях обнаруживают одновременно упругие свойства (при ударах раскалываются на куски как твердые тела) и текучесть (при длительном воздействии текут как жидкости). При низких температурах аморфные тела по своим свойствам напоминают твердые тела, а при высоких температурах - подобны очень вязким жидкостям. В силу своего строения, в отличие от кристаллических тел, аморфные обладают следующими основными свойствами:

1. Аморфные вещества изотропны по всем направлениям. Это означает, что все физические свойства (тепловые, электрические, оптические, механические) аморфных тел оказываются абсолютно одинаковы независимо от направления.

2. Текучесть, например, если оставить кусочек смолы на твёрдой поверхности, то со временем смола растечётся по этой поверхности, на стекле, долго простоявшем в окне, образуется помутнение, потёк.

3. Отсутствие определенной температуры плавления. Аморфные тела не имеют определенной температуры плавления, а значит, и температуры кристаллизации. При нагревании они постепенно размягчаются.

Аморфные тела занимают промежуточное положение между кристаллическими твердыми телами и жидкостями. Переход в жидкое состояние происходит постепенно, по мере размягчения аморфного тела.

При низких температурах аморфные тела по своим свойствам напоминают твердые тела, а при высоких температурах - подобны очень вязким жидкостям.

Рис. 2. Графики перехода аморфного и кристаллического тел в жидкое состояние. С ростом температуры аморфные тела постепенно размягчаются, превращаясь в вязкую жидкость. Такое свойство, например, стекла широко используется в стеклодувном производстве, благодаря чему стеклянным изделиям можно придавать практически любую форму. Рис. 3.Стеклодув Если налить воду в воронку, то она просто выльется из нее. То же самое будет и с любыми другими текучими веществами. А свойства аморфных тел не позволяют им проделывать такие «трюки». Если воск поместить в воронку, то он предварительно растечется по поверхности и лишь потом начнет стекать с нее. Это связано с тем, что молекулы в веществе перескакивают из одного положения равновесия в абсолютно другое, не имея основного местоположения. Аморфным веществом также является смола (или гудрон, битум). Если раздробить её на мелкие части и получившейся массой заполнить сосуд, то через некоторое время смола сольётся в единое целое и примет форму сосуда. Рис. 4. Гудрон Есть вещества, обладающие одновременно свойствами и жидкости и кристалла, а именно текучестью и анизотропией. Такое состояние вещества называется жидкокристаллическим. В основном жидкими кристаллами являются органические вещества, молекулы которых имеют форму плоских пластин или нитевидную форму. Эти вещества являются основой для жидкокристаллических экранов телевизоров. Рис. 5. Телевизор с жидкокристаллическим экраном ИНТЕРЕСНО. Одно и то же вещество может встречаться и в кристаллическом и в некристаллическом виде. В аморфном состоянии могут находиться и такие вещества, которые обычно имеют кристаллическую структуру. Например, кристалл кварца SiO2 если его расплавить (при температуре 1700 ⁰С), при охлаждении образует плавленый кварц, имеющий меньшую плотность, чем кристаллический, и обладающий свойствами одинаковыми по всем направлениям, притом сильно отличающимися от свойств кристаллического кварца. В жидком расплаве вещества частицы движутся совершенно беспорядочно. Если, например, расплавить сахар, то: 1. Если расплав застывает медленно, спокойно, то частицы собираются в ровные ряды и образуются кристаллы. Так получается сахарный песок или кусковой сахар; 2. Если остывание происходит очень быстро, то частицы не успевают построиться правильными рядами и расплав затвердевает некристаллическим. Так, если вылить расплавленный сахар в холодную воду или на очень холодное блюдце, образуется сахарный леденец, некристаллический сахар. У аморфных тел внутренняя энергия больше, чем у кристаллических. Удивительно! С течением времени некристаллическое вещество может «переродиться», или, точнее, закристаллизоваться, частицы в них собираются в правильные ряды. Только срок для разных веществ различен: для сахара это несколько месяцев, а для камня — миллионы лет. Пусть леденец полежит спокойно месяца два-три. Он покроется рыхлой корочкой. Посмотрите на нее в лупу: это мелкие кристаллики сахара. В некристаллическом сахаре начался рост кристаллов. Подождите еще несколько месяцев — и уже не только корочка, но и весь леденец закристаллизуется. Мёд с течением времени тоже становится непрозрачным, «засахаривается». Этот процесс можно назвать кристаллизацией. Рис. 6. Кристаллизация сахара и мёда. Даже наше обыкновенное оконное стекло может закристаллизоваться. Очень старое стекло становится иногда совершенно мутным, потому что в нем образуется масса мелких непрозрачных кристаллов. На стекольных заводах иногда в печи образуется глыба кристаллического стекла. Это кристаллическое стекло очень прочное. Легче разрушить печь, чем выбить из нее кристаллическое стекло. Исследовав его, ученые создали новый очень прочный материал из стекла - ситалл. Это стеклокристаллический материал, полученный в результате объёмной кристаллизации стекла. Ситалл

1. Процесс изготовления ситалла

Процесс изготовления этого материала напоминает стеклокерамику. Для начала готовят исходные материалы - шихту. В неё может входить несколько составляющих. На один миллиметр кубический приходится несколько биллионов мельчайших кристаллов. Затем такая шихта обязательно поддаётся плавлению. Сначала кристаллизуется центр камня, потом температуру повышают, пока вокруг него не вырастут новые агрегаты. После этого камень поддаётся охлаждению. Вот так получают ситалл.

1. Как применяют ситалл

Свойства ситалла можно регулировать, добавляя в его состав те или иные элементы, например, такие: перлит, доломит, медь, серебро. Поэтому ситалл широко используется в машиностроении. Он является прекрасным электроизолятором, достаточно прозрачный, годится для изготовления линз, зеркал, светофильтров. Служит прекрасным материалом для покрытия металлических деталей. С такой защитой металл не ржавеет и имеет красивый внешний вид. Трубы с ситалловым покрытием используются в нефтеперерабатывающей сфере. Камень с элементами алюминия и лития применяют в стоматологии (для изготовления пломб). Технологией изготовления ситалла воспользовались при выливании рубинового стекла для кремлёвских звёзд в Москве.

Рис. 7. Кремлёвская звезда.

Самое распространённое применение получил этот искусственный камень в ювелирной сфере.

Камень в ювелирных целях используется очень широко.

Рис. 8. Ситалл в ювелирных украшениях.

Аморфные вещества в быту, технике, медицине

Использование аморфных веществ наиболее активно осуществляется в области медицины. Например, быстро охлажденный металл активно используется в хирургии. Благодаря событиям, связанным с этим, многие люди получили возможность самостоятельно передвигаться после тяжелых травм. Дело в том, что вещество аморфной структуры является отличным биоматериалом для имплантации в кости. Полученные специальные винты, пластины, штифты, вставляются в случае серьезных переломов. Ранее в хирургии для таких целей использовались сталь и титан. Только позже было замечено, что аморфные вещества очень медленно разлагаются в организме, и это удивительное свойство позволяет восстановить костную ткань. Впоследствии вещество заменяется костью.

Точная механика основана именно на точности, и поэтому ее так и называют. Особенно важную роль в этой отрасли, а также в метрологии играют ультраточные индикаторы измерительных приборов, которые могут быть достигнуты при использовании аморфных тел в приборах. Благодаря точным измерениям в институтах в области механики и физики проводятся лабораторные и научные исследования, получены новые лекарства и улучшены научные знания.

Аморфные вещества, интенсивно используются в промышленности. Сверхупругое состояние позволяет полимерам деформироваться так, как им нравится, но это состояние достигается благодаря повышенной гибкости звеньев и молекул. Дальнейшее повышение температуры приводит к тому, что полимер приобретает еще более упругие свойства. Он начинает переходить в особое жидкое и вязкое состояние.

Межмолекулярное воздействие превращает полимер в твердое вещество (каучук). Такой процесс называется механическим стеклованием. Полученное вещество используется для производства пленок и волокон.

На основе полимеров, полиамидов могут быть получены полиакрилонитрилы. Чтобы сделать полимерную пленку, нужно протолкнуть полимеры через фильеры, которые имеют щелевидное отверстие, и нанести на ленту. Таким образом, изготавливаются упаковочные материалы и ленточные основы. Полимеры также включают различные лаки (образующие пену в органическом растворителе), клеи и другие связующие материалы, композиты (полимерная основа с наполнителем) и пластмассы.

Другие примеры использования аморфных тел:

Электроизоляционный материал - поливинилхлорид, или всем известные пластиковые окна из ПВХ. Он устойчив к пожарам, так как считается трудногорючим, обладает повышенной механической прочностью и электроизоляционными свойствами.

Оргстекло или полиметилметакрилат. Мы можем использовать его в области электротехники или в качестве материала для конструкций.

Вероятно, самым известным полимером для нас является полиэтилен. Материал устойчив к воздействию агрессивных сред, абсолютно не пропускает влагу. Если упаковка изготовлена из полиэтилена, вы можете не бояться, что ее содержимое испортится под воздействием сильного дождя. Полиэтилен также является диэлектриком. Его применение обширно. Из него изготавливаются трубные конструкции, различные электротехнические изделия, изоляционная пленка, оболочки для телефонных и силовых кабелей, детали для радио и другого оборудования.

Примеры аморфных тел Аморфными являются огромное количество веществ. Вот только некоторые:

стёкла (искусственные и вулканические), смолы (естественные и искусственные

пластмассы, пластилин;

• шоколад, парафин, воск, клей, сургуч, эбонит

янтарь

Рис. 9. Примеры аморфных тел.

К аморфным телам относится органические вещества: целлюлоза, кожа.

Рис. 10. Целлюлоза, кожа

Заключение

В своей работе я рассмотрел, что из себя представляют твердые тела в аморфном состоянии. Выяснил, что структура этих веществ не имеет порядка размещения атомов. Физические свойства аморфных тел не зависят от направления внутри тела.

Аморфные твердые вещества можно назвать замороженными жидкостями, потому что, когда они меняют форму, можно заметить такую характерную особенность, как вязкость.

Аморфные вещества прочно вошли в нашу жизнь. Они используются везде.

Вывод: зная, как свойства веществ зависят от их внутреннего строения, можно создавать материалы с заранее известными свойствами. Для создания новых материалов необходимо изучать строение, свойства и возможность использования имеющихся веществ и изготовленных из них тел.

Список использованной литературы и интернет источников

1. Пёрышкин А.В. Физика. 8 класс. Учебник для общеобразовательных организаций. М.: Дрофа, 2019

2. http://steklazerkala.ru/g-art/steklo.jpg

3. https://im0-tub-by.yandex.net/i?id=059a116ab21f2f977ca92dbf0c5c615d&n=33&h=215&w=344

4. http://www.electrolux.ua/Global/Innovation/Vac%20from%20the%20sea/collageTWO.jpg

5. http://velikiynovgorod.ru/upload/iblock/9f6/9f6e91a92321dc648ead750d8b55be94.jpg

6. http://img.weiku.com/photo/5615/561532/product/color_pillar_candle_factory_20131226155919108.jpg

7. http://i-guide.su/wp-content/uploads/2014/12/gdf56-1.jpg

8. http://siliconvalleyventurefunds.com/photo/56b1a831a038d.jpg

9. http://cs407324.vk.me/v407324053/96e5/c4AF62byXJ0.jpg

10. https://obrazovaka.ru/fizika/amorfnye-tela-primery.html