7.2.2. Аморфное состояние.

Аморфные тела, как и кристаллические тела, способны сохранять свою форму, но, в отличие от последних, не имеют строго упорядоченной кристаллической решетки. Это конденсированное состояние характеризуется наличием только ближнего порядка. Свободному перемещению агрегатов в аморфном теле препятствует высокая вязкость среды, в результате чего система не может перейти в кристаллическое состояние. В результате аморфное состояние не является равновесным, хотя и способно к длительному существованию. Как будет показано ниже, аморфные тела фактически являются переохлажденными жидкостями, "твердость" которых обусловлена высокой вязкостью.

Свойства аморфных тел существенно отличаются от свойств кристаллических тел. Так, аморфные тела не имеют определенной температуры плавления: при нагревании они постепенно размягчаются и без скачкообразного изменения свойств переходят в жидкое состояние. Аморфные тела изотропны: их свойства во всех направлениях изменяются одинаково.

Типичными аморфными веществами являются силикатные стекла и разнообразные органические полимеры. Многие вещества в зависимости от условий и способа получения могут существовать как в аморфном, так и в кристаллическом состоянии; таковы, например, оксид бора В₂О₃ и бораты, диоксид кремния SiО₂, диоксид германия GеО₂.

Как уже указывалось, процесс перехода аморфного состояния в кристаллическое протекает самопроизвольно, но с очень малой скоростью. Однако его можно ускорить. Так, скорость кристаллизации стекла ускоряется, если стекло подвергнуть действию радиоактивного излучения.

7.3. Жидкое состояние вещества

В жидкостях расстояния между частицами вещества существенно больше размеров частиц, в результате чего часть пространства, занятого телом, не заполнена сколько-нибудь плотно упакованными частицами. Средняя потенциальная энергия частиц жидкости близка к их средней кинетической энергии, в силу чего молекулы жидкости способны двигаться поступательно. Поэтому жидкость, сохраняя постоянный объем, не имеет постоянной формы, приобретая форму сосуда, который она заполняет. В то же время расстояние между частицами жидкости не настолько велико, чтобы в жидкости не наблюдалось определенной упорядоченности. В жидкостях имеет место ближний порядок, проявляющийся в том, что число ближайших соседей молекулы жидкости и их взаимное расположение в среднем одинаково для всех частиц, но он не переходит в порядок дальний. В жидкости возможно образование агрегатов с упорядоченным расположением частиц, но эти агрегаты ориентированы друг относительно друга беспорядочно и обладают некоторой свободой перемещения в пространстве. Агрегаты жидкости не стабильны; они образуются, распадаются, обмениваются частицами с другими агрегатами. В результате жидкости изотропны.

Наличие в жидкостях определенной упорядоченности подтверждается при исследовании дифракции потоков электронов, нейтронов и рентгеновских лучей в жидких веществах. Особенно четко общие черты жидкостей и твердых тел проявляются при температурах, близких к температуре кристаллизации.

Жидкостью, структура которой изучена наиболее детально, является вода. Как указывалось в разделе 5.7, кристаллы твердой воды (льда) образуются за счет водородных связей; при этом каждая молекула воды образует связи с четырьмя соседями, находящимися в вершинах тетраэдра. Дж. Бернал и Р. Фаулер на основании данных рентгеноструктурного исследования твердой и жидкой воды показали, что плавление воды сопровождается разрушением лишь части, причем не слишком большой, водородных связей льда. Так, при 0 С разрушается лишь 9% водородных связей, при 25 С - 11%, а при 100 С - 20%. О наличии определенной упорядоченности молекул в жидкой воде свидетельствует и определение числа молекул, составляющих ближайшее окружение молекулы воды. Это число близко к четырем, составляя 4,4 при 2 С и 4,6 при 30 С, т. е. не слишком отличаются от координационного числа воды в кристалле льда.