AMORFE VASTE STOFFEN: STRUCTUUR, EIGENSCHAPPEN, VOORBEELDEN - CHEMIE - 2026

De amorfe vaste stoffen zijn die zonder een geordende structuur over lange afstand. Ze zijn het tegenovergestelde van wat bekend staat als een kristallijne vaste stof. De deeltjes associëren zich op een ongeordende manier, vergelijkbaar met die van vloeistoffen, maar met voldoende kracht om samen te smelten tot een solide structuur.

Dit amorfe karakter komt vaker voor dan je misschien denkt; het is in feite een van de mogelijke toestanden die gecondenseerde materie kan aannemen. Hiermee wordt begrepen dat elke verbinding die kan stollen en daarom kan kristalliseren, ook op een ongeordende manier kan agglomereren als de experimentele omstandigheden dit toelaten.

Suikerspin is een voorbeeld van een amorfe vaste stof. Bron: Pixabay.

Het bovenstaande is meestal van toepassing op zuivere stoffen, of het nu elementen of verbindingen zijn. Maar het is ook geldig in het geval van mengsels. Veel vaste mengsels zijn amorf, zoals suikerspin, chocolade, mayonaise of aardappelpuree.

Het feit dat een vaste stof amorf is, maakt het niet minder waardevol dan een kristallijne. Structurele wanorde schenkt het soms unieke eigenschappen die het in kristallijne toestand niet zou vertonen. In de fotovoltaïsche industrie heeft amorf silicium bijvoorbeeld de voorkeur boven kristallijn voor bepaalde kleinschalige toepassingen.

Structuur van amorfe vaste stoffen

Verschil tussen een kristallijne structuur en een amorfe structuur. Bron: Gabriel Bolívar.

De structuur van een amorfe vaste stof is rommelig; het mist periodiciteit of structureel patroon. De afbeelding hierboven illustreert dit punt. A komt overeen met een kristallijne vaste stof, terwijl B een amorfe vaste stof voorstelt. Merk op dat in B de paarse ruiten willekeurig zijn gerangschikt, hoewel zowel in A als in B dezelfde soort interacties bestaan.

Als je ook naar B kijkt, zie je dat er spaties zijn die leeg lijken te zijn; dat wil zeggen, de structuur heeft gebreken of onregelmatigheden. Daarom is een deel van de microscopische of interne wanorde van een amorfe vaste stof het gevolg van het feit dat de deeltjes zodanig zijn "gerangschikt" dat de resulterende structuur veel onvolkomenheden heeft.

Als eerste werd melding gemaakt van de omvang in de ordeningsgraad van amorfe vaste stoffen. In B zijn er slechts een paar ruiten die netjes uitgelijnd lijken te zijn. Er kunnen geordende regio's zijn; maar alleen van dichtbij.

Een amorfe vaste stof zou dan bestaan ​​uit onmetelijke kleine kristallen met verschillende structuren. De som van al deze structuren wordt uiteindelijk labyrintisch en zinloos: de globale structuur wordt amorf, opgebouwd uit eindeloze kristallijne blokken die overal verspreid zijn.

Eigendommen

De eigenschappen van een amorfe vaste stof variëren afhankelijk van de aard van de samenstellende deeltjes. Er zijn echter bepaalde algemene kenmerken die kunnen worden genoemd. Amorfe vaste stoffen kunnen glasachtig zijn, wanneer ze soortgelijke aspecten vertonen als kristallen; of gelatineus, harsachtig of stoffig.

Omdat hun structuren ongeordend zijn, genereren ze geen betrouwbare röntgendiffractiespectra en evenzo zijn hun smeltpunten niet nauwkeurig, maar bestrijken ze een reeks waarden.

Het smeltpunt van een amorfe vaste stof kan bijvoorbeeld variëren van 20 tot 60 ° C. Ondertussen smelten kristallijne vaste stoffen bij een specifieke temperatuur, of in een smal bereik als ze veel onzuiverheden bevatten.

Een ander kenmerk van amorfe vaste stoffen is dat wanneer ze breken of breken, ze geen geometrische fragmenten met platte vlakken voortbrengen, maar onregelmatige fragmenten met gebogen vlakken. Als ze niet glasachtig zijn, zien ze eruit als stoffige en ondoorzichtige lichamen.

Voorbereiding

Dit concept is meer dan een amorfe vaste stof, het moet worden behandeld als een 'amorfe toestand'. Alle verbindingen (ionisch, moleculair, polymeer, metallisch, enz.) Zijn tot op zekere hoogte in staat, en als de experimentele omstandigheden dit toelaten, amorfe en niet-kristallijne vaste stoffen te vormen.

In organische syntheses worden bijvoorbeeld vaste verbindingen aanvankelijk als poedervormige massa verkregen. Het gehalte aan onzuiverheden is zo hoog dat ze op de lange termijn de moleculaire orde beïnvloeden. Dat is de reden waarom wanneer het product keer op keer herkristalliseert, de vaste stof steeds kristallijn wordt; het verliest zijn amorf karakter.

Dit betekent echter niet dat amorfe vaste stoffen noodzakelijkerwijs onzuivere materialen zijn; verscheidene van hen zijn amorf door hun eigen chemische aard.

Een zuivere stof kan amorf worden als de vloeistof plotseling wordt afgekoeld, zodanig dat de deeltjes niet kristalliseren, maar een glasachtige vorm aannemen. De afkoeling gaat zo snel dat de deeltjes niet genoeg tijd hebben om de kristallijne blokken op te vangen die amper "geboren" kunnen worden.

Water kan bijvoorbeeld in een glazige, amorfe toestand bestaan, en niet alleen als ijs.

Voorbeelden van amorfe vaste stoffen

Mineralen en kunststoffen

Obsidiaan is een van de weinige amorfe mineralen die bekend zijn. Bron: Pixabay.

Vrijwel elk kristallijn materiaal kan zich conformeren aan een amorfe vorm (en vice versa). Dit gebeurt met sommige mineralen, die om geochemische redenen formeel hun conventionele kristallen niet konden vestigen. Anderen daarentegen vormen geen kristallen maar glas; dat is het geval met obsidiaan.

Aan de andere kant hebben polymeren de neiging om amorf te stollen, omdat hun moleculen te groot zijn om een ​​geordende structuur te definiëren. Hier komen onder andere harsen, rubbers, piepschuim (anime), plastics, teflon, bakeliet binnen.

Biologisch weefsel

Biologische vaste stoffen zijn meestal amorf, zoals: orgaanweefsel, huid, haar, hoornvlies, enz. Evenzo vormen vet en eiwitten amorfe massa's; Met de juiste voorbereiding kunnen ze echter kristalliseren (DNA-kristallen, eiwitten, vetten).

Bril

Glas, een amorfe vaste stof

Hoewel het bijna als laatste is achtergelaten, is de meest representatieve amorfe vaste stof verreweg het glas zelf. De samenstelling is in wezen dezelfde als die van kwarts: SiO ₂ . Zowel kwartskristal als glas zijn driedimensionale covalente netwerken; alleen dat het glasrooster rommelig is, met Si-O-bindingen van verschillende lengtes.

Metaalglasmonster

Glas is de typische amorfe vaste stof, en materialen die er ongeveer hetzelfde uitzien, zouden een glazige toestand hebben.

Koolstof en metalen

We hebben amorfe koolstof, waarvan actieve kool een van de belangrijkste is vanwege zijn absorberende eigenschappen. Er is ook amorf silicium en germanium, met elektronische toepassingen waar ze als halfgeleiders werken.

En tot slot zijn er amorfe legeringen, die vanwege de ongelijkheid van hun conforme metaalatomen geen kristallijne structuur tot stand brengen.

Referenties

1. Whitten, Davis, Peck & Stanley. (2008). Chemie (8e ed.). CENGAGE Leren.
2. Shiver & Atkins. (2008). Anorganische scheikunde . (Vierde druk). Mc Graw Hill.
3. Rachel Bernstein en Anthony Carpi. (2020). Eigenschappen van vaste stoffen. Hersteld van: visionlearning.com
4. Wikipedia. (2020). Amorfe vaste stof. Hersteld van: en.wikipedia.org
5. Richard Zallen, Ronald Walter Douglas en anderen. (31 juli 2019). Amorfe vaste stof. Encyclopædia Britannica. Hersteld van: britannica.com
6. Elsevier BV (2020). Amorfe vaste stof. ScienceDirect. Hersteld van: sciencedirect.com
7. Danielle Reid. (2020). Amorfe vaste stof: definitie en voorbeelden. Studie. Hersteld van: study.com
8. Rubik's kubus kunstwerk. (2008). Wat is een amorf materiaal? Hersteld van: web.physics.ucsb.edu