(от греч. а - отрицательная частица и morphe - форма), твердое 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 , размягчаясь, переходит в жидкое состояние постепенно, т. . в . . отсутствует определенная точка плавления. Эти особенности обусловлены отсутствием в А. с. дальнего порядка - характерной для кристаллов строгой повторяемости во всех направлениях одного и того же элемента структуры (атома, группы атомов, молекулы и т. п.) на протяжении сотен и тысяч периодов. В то же время у вещества в А. с. существует ближний порядок - согласованность в расположении соседних частиц, т. е. порядок, соблюдаемый на расстояниях, сравнимых с размерами молекул (рис.). С расстоянием эта согласованность уменьшается и через 0,5-1 нм исчезает (см. Дальний порядок 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, с одной стороны, твердое тело в А. с. принято рассматривать как переохлажденную жидкость с очень высоким коэффициентом вязкости. С другой стороны, в само понятие «А. с.» включают жидкость. Изотропия свойств характерна так же для поликристаллического состояния (см. Поликристаллы), но последнее характеризуется строго определенной температурой плавления, что позволяет отличать его от А. с. Отличие структуры А. с. от кристаллического легко обнаруживается с помощью рентгенограмм. Монохроматические рентгеновские лучи, рассеиваясь на кристаллах, образуют дифракционную картину в виде отчетливых линий или пятен (см. Дифракция рентгеновских лучей). Для А.с. это не характерно. Устойчивым твердым состоянием вещества при низких температурах является кристаллическое состояние. Однако в зависимости от свойств молекул, кристаллизация может потребовать больше или меньше времени - молекулы должны успеть при охлаждении вещества выстроиться в кристаллический порядок. Иногда это время бывает очень большим, так что кристаллическое состояние практически не реализуется. В др. случаях А. с. получается путем убыстрения процесса охлаждения. Например, расплавляя кристаллический кварц и затем быстро охлаждая расплав, получают аморфное кварцевое стекло . Таким же образом ведут себя многие силикаты , которые при охлаждении дают обычное стекло. Поэтому А. с. 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 А. с. невозможно. В природе А. с. менее распространено, чем кристаллическое. В А. с. находятся: опал , обсидиан , янтарь , смолы природные, битумы . В А. с. могут находиться не только вещества, состоящие из отдельных атомов и обычных молекул, как стекла и жидкости (низкомолекулярные соединения), но и вещества, состоящие из длинноцепочечных макромолекул - высокомолекулярные соединения , или 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. Поэтому в ряде случаев такие рои остаются практически неизменными. Аморфные полимеры в зависимости от температуры могут находиться в трех состояниях, отличающихся характером теплового движения : стеклообразном, высоко-эластическом и жидком (вязко-текучем). При низких температурах Переход из высокоэластического состояния в стеклообразное называется стеклованием. В вязко-текучем состоянии могут перемещаться не только сегменты, но и вся макромолекула . Полимеры приобретают способность течь, но, в отличие от обычной жидкости, их течение всегда сопровождается развитием высокоэластической деформации. Лит.: Китайгородский А. И., Порядок и беспорядок в мире атомов, М., 1966; Кобеко . П., Аморфные вещества, М.- Л., 1952; Китайгородский А. И., Рентгеноструктурный анализ мелкокристаллических и аморфных тел, М.- Л., 1952. См. также лит. при ст. Полимеры.

Человек – социальное существо. Для того чтобы нормально существовать, большинству людей необходим постоянный контакт с себе подобными, а также проведение сравнительного анализа своего окружения и себя самого. Коту, для того чтобы осознавать себя котом, нет необходимости общаться с другими котами. Ему даже не нужно осознавать себя котом. Человек без идентификации себя, как части социума, может затрудниться с определением собственной личности и с выбором стиля общения с другими членами общества.

Классификация осуществляется на основе зыбких понятий и определений. Подчас выводы о том, стоит или нет продолжать общение, достойный ли партнер, делаются на основе гороскопов и тому подобных рекомендаций. Часто мы даже не можем сформулировать своих требований к тем, с кем нам случается общаться, вне зависимости от того, насколько тесным является общение: к членам нашей семьи, коллегам по работе, друзьям или случайным знакомым. К примеру, каково значение слова «аморфный» по отношению к человеку?

Плохо ли быть подобным человеком?

Значение слова «аморфный» в определении человека чаще всего несет в себе негативный смысл. Никто не хочет себе в мужья такого типа, общество подобных индивидов не внушает доверия, и быть аморфным никто прямо не желает. Но вот четкого определения, что это за зверь такой, аморфный человек, не существует.

И каждый понимает его «в меру своей испорченности»:

• Кто-то полагает, что аморфный – синоним безвольного и бесхребетного;
• Для кого-то аморфным считается человек, не имеющий принципов, легко меняющий свои убеждения;
• Аморфными называются неконфликтные люди, не умеющие или нежелающие отстаивать свои права – мнимые или реальные;
• Ленивые телом или мозгом тоже попадают в эту категорию;
• А также несообразительные и несобранные, безынициативные, плывущие по течению, безответственные, не имеющие цели, и всем довольные;
• Не совершающие ничего ценного и не имеющие амбиций, довольствующиеся малым, и не стремящиеся получить больше.

Список черт характера, которые считаются проявлением аморфности в человеке можно еще продолжать и продолжать. Только при ближайшем рассмотрении, много ли среди нас тех, кто готов отдать жизнь за свои принципы и убеждения, стремящихся стать чемпионом, сделать карьеру, открывших еще один закон мироздания, названный в их честь? Написавших бессмертную трагедию или создавших еще что-нибудь оставшееся в памяти благодарных потомков?

В большинстве случаев, мы все стремимся избегать конфликтов и пытаться решать свои проблемы за чужой счет. Мы ленимся, опасаемся проявлять инициативу или не имеем ее.

Не пунктуальны и безответственны, плывем по течению, и совершенно не готовы что-то менять в своей уютной жизни. Практически любого можно назвать аморфным человеком, ориентируясь на качества характера, которые приписываются людям, «не имеющим формы» . Так почему же эпитет «аморфный» считается негативным, если подавляющее большинство тех, кто нас окружает, так или иначе, может соответствовать определяющим параметрам аморфности.

Почему плохо быть мягким человеком; не имеющего формы вряд ли признают положительным. Может, это не отклонение, а норма общества?

Физика и лирика

К аморфным телам или веществам, с точки зрения физики, относятся те, которые не имеют кристаллической решетки, т.е. обладают ближним порядком атомной структуры в конденсированном состоянии, и не имеют дальнего. Но то, что понятно в физике, сложно поддается осмыслению в описании социальной жизни человека. Согласно общему мнению, быть таким – плохо.

Если твой парень является или считается аморфным человеком, тебе не повезло и стоит поискать другого спутника жизни. Если в твоем подчинении аморфные сотрудники, то успехов в бизнесе не достичь. Но, кстати, никто особенно не страдает от того, что его девушка или супруга аморфна. Может, аморфное состояние характерно только для человека мужского пола?

Бытие определяет сознание, аморфное состояние – это не врожденная черта характера, а результат того, как на формирование личности и характера человека повлияло окружение, воспитание. И в зависимости от обстановки и происходящих событий большинство людей способно радикально меняться.

Физические аморфные тела тоже способны приобретать свойства кристаллических веществ, при определенных воздействиях – давлении, электромагнитном поле, и пр.

Так ли нужна точность в науках об обществе или личности?

Для специалистов-социологов, психологов, точные определения необходимы, как и для любых других профессионалов. Иначе им сложно понимать друг друга в их профессиональной деятельности. Но для чего мы классифицируем тех, кто нас окружает?

Для чего нам знать, сангвиник или холерик наш будущий муж, насколько полно относится к сентиментальному типу характера наша девушка, и в какой степени «рыхлым» допускается быть человеку, чтобы в него не тыкали пальцем в приличном обществе.

Мы думаем, что прочитав руководство по популяризированной психологии, мы сможем управлять окружающими людьми и добиться от них того, чего хотим.

Мы верим, что ориентируясь на гороскоп, мы сможем устроить свою жизнь проще и лучше.

Если бы это было так, все бы жили долго и счастливо, а количество разводов, рухнувших надежд, и несбывшихся мечтаний стремилось к нулю.

Однако в реальной жизни такого благолепия не наблюдается. И если бы слабовольность, лень, беспринципность и стремление иметь жизнеустройство, плывущее спокойно по течению, были бы основополагающими факторами, лишающими счастья, кто бы из нас мог похвастаться счастливой жизнью?

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.

В последнее время интенсивно развивается физика некристаллических веществ, к которым, в частности, относятся аморфорные материалы. Основное отличие аморфных материалов от кристаллов состоит в том, что последние имеют и ближний, и дальний порядок симметрии, а первые – только ближний порядок. Напомним, что ближним порядком называют сохранение симметрии на длине в несколько межатомных расстояний. Соответственно дальний порядок для большинства материалов составляет ~10 нм – расстояние, в области которого сохраняется кристаллический порядок.

Идеальные кристаллы имеют и дальний, и ближний порядок. Даже реальные кристаллы по определению имеют оба порядка. Аморфные же тела – только ближний порядок. Атомы в таком теле располагаются в виде трехмерной непрерывной сетки , сходной с кристаллической решеткой соответствующего кристалла. Однако, в отличие кристаллической решетки, эта сетка неправильная: каждая ячейка немного деформирована. Исчезновение дальнего порядка также может быть связано с разрывом связей и флуктуациями состава в сложных соединениях (рис. 1.12, а ). Структура аморфных тел похожа на структуру жидкостей, что неудивительно, поскольку одним из способов получения аморфных тел является интенсивное охлаждение расплавов (рис. 1.12, б ).

а ) б )

Рис. 1.12. Структура аморфного тела (а ) и график его получения (б )

Сплав вливают на вращающийся вокруг своей оси барабан с жидким азотом (T = 73K). Скорость охлаждения составляет около 10 6 К /c, и расплав не успевает кристаллизироваться, процесс затвердевания идет по верхней кривой и характеризуется не температурой кристаллизации T к , а температурным интервалом Т к – Т а (рис. 1,12, б ). На графике видно, что плотность аморфного тела несколько ниже, чем кристалла.

Аморфные материалы иногда называют стеклами. Они обладают иными свойствами, чем кристаллы. Аморфные материалы характеризуются отсутствием таких дефектов, как дислокации, границы зерен и т.д., что обуславливает очень высокую прочность и износостойкость. Так, например, предел прочности аморфных сплавов на основе железа значительно выше, чем у наиболее прочных сталей. Такие свойства аморфных металлов уже используются в головках магнитных записей, микроподшипниках, работающих без смазки и т.д.

В электронике применяются аморфные полупроводники. Их относительно слабая чувствительность к посторонним примесям позволяет использовать для изготовления более простые и дешевые методы, чем в случае выращивания монокристаллов.

В настоящее время наиболее перспективными областями применения аморфных полупроводников считаются следующие.

Электрофотография (ксерография ) – процесс, в котором используются фотопроводящие свойства селенового стекла. Для получения копии сначала обрабатывают верхнюю поверхность пленки из селенового стекла, распыляя по ней положительные ионы. При этом металлическая подложка приобретает отрицательный заряд. Затем пленку освещают отраженным от копируемого оригинала светом. Там, где на оригинале было изображение, свет поглощается; там, где изображения не было, свет отражается от листа и попадает на пленку. Так формируют позитивное изображение на аморфной пленке. После этого краситель притягивается к позитиву, переносится на лист положительно заряженной бумаги и закрепляется нагреванием.

Солнечные батареи – устройства для прямого преобразования световой энергии в электрическую (п. 7.8). Основным материалом для таких батарей является кремний, второй по распространенности в земной коре элемент. Однако сложность и энергоемкость получения чистого кристаллического кремния сдерживают работы в этом направлении. Использование аморфного кремния, малочувствительного к примесям, открывает широкие перспективы.

Переключатели и запоминающие устройства являются основой цифровой электроники. Халькогенидные стекла на основе серы, селена, теллура обладают свойством переходить из одного состояния в другое – переключаться. Эти состояния имеют различную проводимость. На рис. 1.13, а , б приводятся графики ВАХ таких элементов.

Рис. 1.13. Вольт-амперные характеристики с переключением

График на рис. 1.13, а соответствует так называемому пороговому переключению . Приложение к элементу напряжения выше порогового (U п ) приводит к скачку ВАХ с ветви 1 на ветвь 2, что соответствует росту проводимости на шесть порядков (состояние «включено»). Если напряжение, приложенное к элементу, уменьшить до точки возврата, элемент снова переключится в состояние с малой проводимостью.

Эффект переключения связан с особенностями электронной структуры халькогенидных стекол. Установлено, что проводящее состояние включается тогда, когда все присутствующие в стекле положительно и отрицательно заряженные ловушки заполняются носителями заряда. При этом время жизни инжектированных носителей резко возрастает. Если оно до переключения было много меньше времени, за которое носители успевают пересечь пленку, то после переключения время становится намного больше требуемого.

Переключение с запоминанием наблюдается в стеклах, которые могут легко кристаллизоваться. В момент, когда напряжение достигает порогового значения, в стекле образуются кристаллические нити, которые делают возможным запоминание. Стирается такая информация путем пропускания импульса, расплавляющего кристаллическую нить и возвращающего элемент в аморфное состояние.

Контрольные вопросы и задания

1.1. Каков характер сил, действующих в твердом теле?

1.2. Какое положение называют равновесным?

1.3. Дайте определение кристаллической решетки.

1.4. В чем причина изменения структуры твердого тела?

2.1. Дайте определение идеального кристалла.

2.2. Что называют трансляционным вектором?

2.3. Как определяются решетки Бравэ?

2.4. Дайте понятие элементарной ячейки.

2.5. Сколько частиц содержит элементарная ячейка?

2.6. Какова функция индексов Миллера?

2.7. Изобразите графически в кубической решетке плоскости Миллера (011), (211), (121), (121).

3.1. Какие колебания называют нормальными?

3.2. Каков частотный диапазон нормальных колебаний?

3.3. Чем отличается кристалл от непрерывной среды?

3.5. Дайте определение фазовой и групповой скоростей волны.

3.6. Какие колебания называют акустическими?

3.7. Чем отличаются оптические колебания от акустических?

3.8. Дайте определение фонона.

3.9. Как определить энергию фонона?

3.10. Что является причиной теплового расширения кристаллов?

4.1. Дайте определение реального кристалла.

4.2. Какие Вы знаете точечные дефекты?

4.3. Перечислите поверхностные дефекты.

4.4. Как влияет температура на дефектность тела?

4.6. Что можно сказать о движении дефектов?

4.7. Как появляются и исчезают дефекты?

4.8. Сравните концентрацию дефектов по Френкелю при изменении температуры на 100ºC.

5.1. Какие свойства относятся к структурозависимым?

5.2. Как влияют дефекты на электропроводность металлов?

5.3. Как влияют дефекты на электропроводность полупроводников?

5.4. Что называют центрами окраски?

5.5. Какие дефекты определяют механическую прочность твердых тел?

5.6. Объясните механизм упрочняющих операций.

6.1. Дайте определение жидких кристаллов.

6.2. Что представляет собой ближний порядок симметрии?

6.3. Какова структура нематических жидких кристаллов (ЖК)?

6.4 Какова структура холестерических ЖК?

6.5. Какова структура смектических ЖК?

6.6. Какие факторы влияют на структуры и свойства жидких кристаллов?

6.7. Назовите области применения жидких кристаллов.

7.1. Дайте определение аморфного состояния.

7.2. Назовите способы получения аморфных тел.

7.3. Опишите свойства аморфных полупроводников.

7.4. Где применяются аморфные металлы?

7.5. Где и как используются аморфные полупроводники?

7.6. Опишите механизм эффектов переключения.

Глава 2
ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ КВАНТОВОЙ МЕХАНИКИ

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: