CHẤT RẮN VÔ ĐỊNH HÌNH: CẤU TRÚC, TÍNH CHẤT, VÍ DỤ - HÓA HỌC - 2024

Chất rắn vô định hình là những chất không có cấu trúc có trật tự trong phạm vi dài. Chúng đối lập với những gì được gọi là chất rắn kết tinh. Các hạt của nó liên kết một cách mất trật tự, tương tự như của chất lỏng, nhưng với lực đủ mạnh để liên kết lại thành một cấu trúc rắn.

Ký tự vô định hình này phổ biến hơn bạn tưởng; thực tế nó là một trong những trạng thái khả dĩ mà vật chất cô đặc có thể áp dụng. Bằng cách này, người ta hiểu rằng bất kỳ hợp chất nào có khả năng đông đặc và do đó, kết tinh, cũng có thể kết tụ một cách không trật tự nếu điều kiện thực nghiệm cho phép.

Kẹo bông là một ví dụ về chất rắn vô định hình. Nguồn: Pixabay.

Điều trên thường áp dụng cho các chất tinh khiết, dù là nguyên tố hay hợp chất. Nhưng nó cũng có giá trị trong trường hợp hỗn hợp. Nhiều hỗn hợp rắn là vô định hình, chẳng hạn như kẹo bông, sô cô la, sốt mayonnaise hoặc khoai tây nghiền.

Thực tế là một chất rắn là vô định hình không làm cho nó kém giá trị hơn một chất kết tinh. Rối loạn cấu trúc đôi khi mang lại cho nó những đặc tính độc đáo mà nó sẽ không thể hiện trong tình trạng tinh thể. Ví dụ, trong ngành công nghiệp quang điện, silicon vô định hình được ưu tiên hơn dạng tinh thể cho một số ứng dụng quy mô nhỏ.

Cấu trúc của chất rắn vô định hình

Sự khác biệt giữa cấu trúc tinh thể và cấu trúc vô định hình. Nguồn: Gabriel Bolívar.

Cấu trúc của một chất rắn vô định hình là lộn xộn; nó thiếu tính tuần hoàn hoặc mô hình cấu trúc. Hình ảnh trên minh họa điểm này. A tương ứng với một chất rắn kết tinh, trong khi B là một chất rắn vô định hình. Lưu ý rằng ở B các hình thoi màu tím được sắp xếp tùy ý, mặc dù cả A và B đều tồn tại cùng một loại tương tác.

Nếu bạn cũng nhìn vào B, bạn sẽ thấy rằng có những khoảng trống dường như trống rỗng; nghĩa là cấu trúc có khuyết tật hoặc bất thường. Do đó, một phần của sự rối loạn vi mô hoặc bên trong của chất rắn vô định hình là do các hạt của nó được "sắp xếp" theo cách mà cấu trúc tạo ra có nhiều điểm không hoàn hảo.

Lúc đầu đề cập đến phạm vi trong mức độ sắp xếp của chất rắn vô định hình. Trong B chỉ có một vài hình thoi có vẻ như được thẳng hàng ngay ngắn. Có thể có các khu vực được đặt hàng; nhưng chỉ ở cự ly gần.

Một chất rắn vô định hình sau đó được cho là được tạo thành từ vô số tinh thể nhỏ có cấu trúc khác nhau. Tổng tất cả những cấu trúc này cuối cùng trở thành mê cung và vô nghĩa: cấu trúc toàn cục trở thành vô định hình, được tạo thành từ các khối tinh thể vô tận nằm rải rác khắp nơi.

Tính chất

Các tính chất của một chất rắn vô định hình khác nhau tùy thuộc vào bản chất của các hạt cấu thành của nó. Tuy nhiên, có những đặc điểm chung nhất định có thể kể đến. Chất rắn vô định hình có thể là thủy tinh thể, khi chúng có các khía cạnh tương tự như tinh thể; hoặc sền sệt, nhựa, hoặc bụi.

Vì cấu trúc của chúng bị xáo trộn nên chúng không tạo ra phổ nhiễu xạ tia X. Tương tự như vậy, điểm nóng chảy của chúng không chính xác, mà bao phủ một loạt các giá trị.

Ví dụ, nhiệt độ nóng chảy đối với chất rắn vô định hình có thể nằm trong khoảng từ 20 đến 60 ° C. Trong khi đó, chất rắn kết tinh nóng chảy ở một nhiệt độ cụ thể, hoặc trong một phạm vi hẹp nếu chúng chứa nhiều tạp chất.

Một đặc điểm khác của chất rắn vô định hình là khi chúng bị vỡ hoặc đứt gãy, chúng không bắt nguồn từ các mảnh hình học có mặt phẳng, mà là các mảnh bất thường có mặt cong. Khi chúng không phải là thủy tinh thể, chúng xuất hiện dưới dạng các thể bụi và mờ đục.

Sự chuẩn bị

Không chỉ là chất rắn vô định hình, khái niệm này nên được coi là 'trạng thái vô định hình'. Tất cả các hợp chất (ion, phân tử, cao phân tử, kim loại, v.v.), ở một mức độ nào đó, và nếu điều kiện thực nghiệm cho phép, có thể tạo thành chất rắn vô định hình và không kết tinh.

Ví dụ, trong tổng hợp hữu cơ, ban đầu thu được các hợp chất rắn ở dạng bột. Hàm lượng tạp chất của nó quá cao nên chúng ảnh hưởng đến trật tự phân tử về lâu dài. Đó là lý do tại sao khi sản phẩm kết tinh lại nhiều lần, chất rắn ngày càng trở nên kết tinh hơn; nó đang mất đi đặc tính vô định hình.

Tuy nhiên, điều này không có nghĩa là chất rắn vô định hình nhất thiết phải là vật liệu không tinh khiết; một số trong số chúng là vô định hình bởi bản chất hóa học của riêng chúng.

Một chất tinh khiết có thể đông đặc một cách vô định hình nếu chất lỏng của nó bị làm lạnh đột ngột, theo cách mà các hạt của nó không kết tinh mà có dạng thủy tinh. Việc làm nguội quá nhanh khiến các hạt không có đủ thời gian để chứa các khối tinh thể gần như không thể "sinh ra".

Ví dụ, nước có khả năng tồn tại ở trạng thái thủy tinh, vô định hình, và không chỉ ở dạng băng.

Ví dụ về chất rắn vô định hình

Khoáng sản và chất dẻo

Obsidian là một trong số ít các khoáng chất vô định hình được biết đến. Nguồn: Pixabay.

Hầu như bất kỳ vật liệu tinh thể nào cũng có thể ở dạng vô định hình (và ngược lại). Điều này xảy ra với một số khoáng chất, vì lý do địa hóa không thể chính thức thành lập các tinh thể thông thường của chúng. Mặt khác, những loại khác không tạo thành tinh thể mà là thủy tinh; đó là trường hợp với obsidian.

Mặt khác, các polyme có xu hướng đông đặc vô định hình, vì phân tử của chúng quá lớn để xác định một cấu trúc có trật tự. Đây là nơi mà nhựa, cao su, bọt polystyrene (anime), nhựa, Teflon, Bakelite, trong số những loại khác, xuất hiện.

Mô sinh học

Chất rắn sinh học hầu hết là vô định hình, chẳng hạn như: mô cơ quan, da, tóc, giác mạc, v.v. Tương tự như vậy, chất béo và protein tạo thành khối vô định hình; Tuy nhiên, với sự chuẩn bị thích hợp, chúng có thể kết tinh (tinh thể DNA, protein, chất béo).

Kính

Thủy tinh, một chất rắn vô định hình

Mặc dù nó đã được để lại gần như cuối cùng, chất rắn vô định hình tiêu biểu nhất cho đến nay chính là thủy tinh. Thành phần của nó về cơ bản giống như thành phần của thạch anh: SiO ₂ . Cả tinh thể thạch anh và thủy tinh đều là mạng cộng hóa trị ba chiều; chỉ có điều mạng tinh thể thủy tinh lộn xộn, với các liên kết Si-O có độ dài khác nhau.

Mẫu kính kim loại

Thủy tinh là chất rắn vô định hình tinh túy, và các vật liệu có vẻ ngoài tương tự được cho là có trạng thái thủy tinh.

Carbon và kim loại

Chúng tôi có than vô định hình, than hoạt tính là một trong những chất quan trọng nhất đối với khả năng hấp thụ của nó. Ngoài ra, còn có silicon và germani vô định hình, với các ứng dụng điện tử, nơi chúng hoạt động như chất bán dẫn.

Và cuối cùng, có những hợp kim vô định hình, do sự chênh lệch của các nguyên tử kim loại phù hợp của chúng không tạo nên cấu trúc tinh thể.

Người giới thiệu

1. Whitten, Davis, Peck & Stanley. (2008). Hóa học (Xuất bản lần thứ 8). CENGAGE Học tập.
2. Rùng mình & Atkins. (2008). Hóa học vô cơ . (Tái bản lần thứ tư). Đồi Mc Graw.
3. Rachel Bernstein và Anthony Carpi. (Năm 2020). Tính chất của chất rắn. Phục hồi từ: visionlearning.com
4. Wikipedia. (Năm 2020). Chất rắn vô định hình. Khôi phục từ: en.wikipedia.org
5. Richard Zallen, Ronald Walter Douglas và những người khác. (Ngày 31 tháng 7 năm 2019). Chất rắn vô định hình. Encyclopædia Britannica. Phục hồi từ: britannica.com
6. Elsevier BV (năm 2020). Chất rắn vô định hình. ScienceDirect. Phục hồi từ: sciricalirect.com
7. Danielle Reid. (Năm 2020). Chất rắn vô định hình: Định nghĩa & Ví dụ. Học. Phục hồi từ: study.com
8. Tác phẩm nghệ thuật hình khối Rubik. (2008). Vật liệu vô định hình là gì? Được khôi phục từ: web.physics.ucsb.edu