Кристалдық емес күйдегі конденсирленген ортаға химиялық типтің әсер ету мүмкіншілігі.

Потенциалдық энергияның U қ атты дене мен жазық тық тың ара қ ашық тығ ына Х (4.1- сурет) байланысын қ арастырайық. Егер бө лшектер арасына сферикалық симметрия, қ атты полярлы, металлдық немесе молекулааралық химиялық байланыстар ә сер етсе, онда бө лшектердің жылулық тербеліс амплитудасы жеткілікті жоғ ары болады. Ол бө лшектердің ү лкен қ озғ алысын ертіндіде қ амтамасыз етеді, оның кіші жиынтығ ы мен кристалл тү ріндіегі қ атаюын қ амтамасыз етеді. Бұ ндай бө лшектер мен бө лшегінің ү лкею ара қ ашық тығ ы энергия байланысының азаюна алып келеді (4.1а- сурет). Қ ажеттіз энергия бө лу процесі кезіндегі бө лшектердің жиынтығ ы осығ ан байланысты. Аз уақ ытта бағ ытталғ ан химиялық кү штердің байланысы кезінде, мысалы, қ осалқ ы электрондық ковалентте немесе дипольдік, атомдардың кішігірім қ оспасында энергияны қ ажет етеді, химиялық байланыстардың энергиямен бірге ө лшенсін.(4.1б-сурет). Бұ ндай ерітінділердің қ айта топталғ ан бө лшектері оның қ атаюында қ иындық қ а ә келіп соқ тырады, бұ ндай бө лшектердің қ атты денеде ретсіз сақ талуына ә келеді, ө зіндік сұ йық та.

4.1-сурет U-Потенциялдық энергияның X-қ ашық тық тағ ы атомаралық тә уелділігі. а -полярлық заттар ү шін| Ui(x) |, б- ковалентті заттар ү шін| Ua(x) | (Еа – активациялық энергия D –диссосациялану энергиясы)

Осылай, реттсіз қ ашық тық та жү йеленген бө лшектердің бір келкі статикалық орналасуы аморфты заттарғ а ұ қ сас болып келеді. Ә р келкі ретсіз бө лшектердің кең істікте орналасуы ол изотропты, аморфты дененің қ асиетіне байланысты.

4.1- суретінде кө рсетілгендей бірқ алаыпты энергия Е, А бө лшекті жою ү шін оның ара қ ашық тығ ы Δ х₂ полярлы бө лшектпен коваленнтік бө лшектің Δ х₁, Δ х₂ > > Δ х₁.А бө лшекті жою ү шін полярлық жә не коваленттік заттарды бір қ ашық тық та Δ х, бірінші кезекте керегі қ ажетсіз энергияны ε жұ мсау, кішкентай энергияларды Е (ε < < Е). Кө бінесе иондық заттардың бө лшектері қ айта топталады, егер де аз кө лемдегі энергия активациясы болса, бұ л энергия активациясы Δ х₃ қ ашық тық тағ ы х₀ тепе тең дікте орналасқ ан бө лшектерді жою ү шін қ ажет.Қ исық потенциалды ө рісті жапқ ан кезде ковалентті заттарғ а қ арағ анда, ерекшелігі байланыс ү зілмейді. Бұ л байланыстағ ы бө лшектер осы Δ х₃ қ ашық тық та орналасқ ан байланысқ а ү зілуге ә келеді.

Заттың аморфтық кү йі сұ йық жә не кристаллдық арасында ауысатындық тан, ол термодинамикалық тұ рақ сыз болады. Бірақ қ алыпты температура бұ л бір кү йден екінші кү йге ауысуы мың дағ ан жылдар бойы сақ талады, яғ ни аморфты заттар кө бісі кинетикалық тұ рақ ты. Мысалы, Фива қ аласындағ ы моласында ө ткен жү з жылдық тағ ы 40-шы жылы жасыл тү сті ә йнек тә різді мойыншақ табылды, оның жасы 5 мың жылғ а жуық. Вулкандық ә йнек бұ дан да кө не болып келеді, яғ ни біздің заманымызғ а дейін (5 млн. жыл).

Аморфтық затының кристализациялау процесінің қ озғ алыс кү йі жалпы жағ дайда оның ішкі энергиясы мен ұ зындық тың қ атынасына байланысты болады, кристалдың жә не аморфтың кү йдегі энтропиялар Гиббс тең деуінен шығ ады.

G = Н – TS

G - Гиббстің ерікті энергиясы, Н –энтальпия, S- энтропия

Аморфты заттар геометриялық тә ртібі болмайды, оның ішкі энергиясы немесе энталпиясы ұ қ сас қ ұ рамды кристалдық заттан ә рқ ашан ү лкен болады. (H_аморф > Н_кр). Бірақ осы жағ дайлар болғ анда аморфтық дененің энтрописы кристалл энтропиясынан ү лкен (Sам > Sкр). Осыдан, анық талғ ан қ ұ рамы мен температурасы мынандай жағ дайлар бола алады, мынадай болғ анда Σ (H – TS)_кр > Σ (H – TS) жә не аморфтық заттар термодинамикалық тұ рақ ты фазағ а айналады. Бұ ндай аморфты денелерді температура тө мендету температура балқ ыту интервалында кристаллдау ә рдайым орындалмайды.

Термодинамикалық факторлардан басқ а ә йнектің кристаллизацияғ а тө зімділігіне жә не кристаллдық процесінің кинетикасын ә сер етеді.

4.2-суретте кристаллизациялы ә йнектің энергия диаграммасы берілген. Бұ нда G₁ – Гиббс кристалының ерікті энергиясы, G₂ – аморфтық заттың Гиббс ерікті энергиясы, G₃- активті жиынтығ ының Гиббс ерікті энергиясы. Е_а' - бастапқ ы аморфты заттан қ ұ ралғ ан активті жиынтық тың энергия активациясы; Е_а'' – балқ ыту температурасы тө мен кү йіндегі кері кристаллдық процесінің аморфтық кү йге айналуының энергия активациясы.

4.2-сурет. Аморфты заттардың кристаллизация процесінің қ арапайым

энергиялық диаграммасы

Ә йнектің экзотермиялық процесі қ арастырылғ ан.

Δ G = G1 – G2 < 0

4.2- суреттен бастапқ ы аморфтық заттан активті жиынтық қ ұ ру ү шін Еа' анық талғ ан энергиясын жұ мсау қ ажет. Активация энергиясы қ аншалық ты жоғ ары болғ андық тан, термодинамикалық тұ рақ сыз аморфтық заттың тұ рақ ты кристалдық кү йге ө туі ық тимал, бірақ бұ ндай кү йге ө ту термодинамикалық қ олайлы, ол деген ерікті Гиббс энергиясының кішірейуіне байланысты жү реді.

Аморфтық заттар дисперстік жә не компакттік форма тү рінде келеді. Дисперстік форма ұ нтақ тү рінде де, жә не пленка тү рінде де келеді. Аморфтық ұ нтақ деп, мысалы, қ ызыл фосфор, кү йе жә не тағ ы басқ а қ арапайым жә не кү рделі заттар. Кө птеген элементарлық шала ө ткізгіштер, кремний сияқ ты, германий, сұ р мышьяк, сурьма, бор, сонымен қ атар екілік шала ө ткізгіштің A^IIIB^V типі жә не одан кү рделіліері бұ ны аморфтық ұ нтақ тар ретінде де жә не аморфтық пленка ретінде де немесе басқ а жолымен да алуғ а болады. Сонғ ы жылдарда амоф кү йдегі кө птеген металлдар жә не олардың балқ ытулары жоғ ары суыту ә дісімен алынады. Жің ішке ұ нтақ тү ріндегі дисперсттік аморфтық кү йі немесе аморфтық пленкасының заты бө лек агрегаттардан тұ рады, реттеу мен қ ұ рылысы жоқ.Бұ ндай агрегаттар арасындағ ы химиялық байланыс болмайды, мысалы поликристалл немесе ұ нтақ кристалл ұ нтақ тары сияқ ты. Бірақ кристаллды ұ нтақ ұ сақ аморфтық кристалғ а қ арағ анда ө зінің анық талғ анбалқ ыту температурасы болады, кө п жағ дайда жұ мсартылғ ан куйге ө туі, содан кейін анық талғ ан интервал температурада балқ ытылғ ан куйі.