Vraag:
Zijn er ionische amorfe vaste stoffen?
F'x
2012-04-26 06:04:35 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Deze vraag over NaCl-kristallisatie deed me eigenlijk afvragen: zijn er ionische amorfe vaste stoffen? Kunnen ionen, zoals ionische kristallen kristallijne materialen zijn van elektrostatisch aangetrokken ionen, een amorfe fase vormen? Ik zie geen reden waarom niet, maar ik kan ook geen voorbeeld bedenken ...

Bedoel je: zijn er die zich van nature zullen vormen, of zijn er manieren om stoffen te nemen die normaal kristallijne vaste stoffen zouden vormen en ze in plaats daarvan amorfe vaste stoffen te laten vormen (de tweede is zeker mogelijk)
@soandos voorbeelden van beide zouden leuk zijn ... maar ik dacht aan het eerste. Ik denk zelfs dat ik al een voorbeeld van de tweede heb, omdat je ionische vloeistoffen zeker kunt bevriezen tot een glazige, amorfe staat ...
dat is in de trant van wat ik dacht. Ik zou geneigd zijn te twijfelen aan het bestaan ​​van het eerste type.
Vijf antwoorden:
#1
+11
Jiahao Chen
2012-05-12 12:16:00 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Ik neem aan dat je amorfe vaste fasen bedoelde, aangezien je elke ionische verbinding altijd kunt smelten om een ​​in wezen amorfe vloeibare fase te vormen.

Googelen naar "amorfe zouten" levert een behoorlijk aantal resultaten op in de primaire literatuur , zoals dit en dit en dit. Het bepalende kenmerk van dergelijke amorfe vaste fasen is dat ze geen meetbare smeltovergang vertonen, dat wil zeggen dat er geen latente smeltwarmte kan worden gemeten in een calorimetrie-experiment. Er zijn ook voorbeelden van amorfe halfgeleideroxiden en amorfe metaaloxiden en amorfe metalen - zoek deze gerust op en ontdek het zelf. Dus ja, ze bestaan ​​echt, en zijn in feite van belang voor onderzoek.

#2
+11
Terry Bollinger
2012-04-26 08:08:40 UTC
view on stackexchange narkive permalink

De moeilijkheid bij het maken van een ionisch bindingsglas is dat het maken van echt glas afhangt van een combinatie van directionele binding tussen atomen (of moleculen) en een afkoelsnelheid die die bindingen geen tijd geeft om in optimale posities te komen. Het resultaat is een beetje zoals het op elkaar stapelen van kleverige bollen die worden vergrendeld voordat ze een optimale stapelopstelling kunnen vinden.

Pure ionische bindingen zijn daarentegen meer als gladde bollen die naar elkaars middelpunt worden aangetrokken, maar hebben geen specifieke voorkeuren over welke delen van hun oppervlak contact maken.

Gezien het feit dat het meest waarschijnlijke resultaat van een zeer snelle afkoeling van een gesmolten ionische vaste stof zal zijn, zal het produceren van micro- of nanokristallijne ionische vaste stoffen zijn die lijkt misschien oppervlakkig op een bril, maar die onder röntgen- of neutronendiffractie kristallografie in feite een kristalstructuur zou hebben op een zeer fijne schaal.

Met dat gezegd, kun je toch een recept bedenken voor proberen een echt glasachtige ionische vaste stof te maken, vooral omdat er niet zoiets bestaat als een pure ionische binding. Je zou een heel dun laagje gesmolten zout met een ongelooflijk hoge snelheid willen afkoelen, tenminste miljoenen graden per seconde als ik me de afkoelsnelheden van glasachtig metaal goed herinner. Voor ionisch materiaal zou je ook willen dat het resultaat redelijk dicht bij het absolute nulpunt ligt, aangezien de mate van "gerichte kleverigheid" die je uit ionische vaste stoffen kunt halen, waarschijnlijk minder gelijk is dan metallische bindingen.

Ten slotte , als je echt wilt proberen zoiets als een serieus project te maken, moet je natuurlijk de literatuur in detail raadplegen. Mijn vuistregel is dat als je diep genoeg graaft, er bijna geen redelijk plausibele ideeën zijn die je kunt bedenken in de natuurwetenschappen waar iemand niet op zijn minst een artikel over heeft geschreven in een tijdschrift, en misschien zelfs wat experimenten heeft gedaan. / p>

Wat je echter vraagt, is een intrigerend idee voor een echt experiment, en het was niet zo lang geleden dat zowel metalen glazen als quasi-kristallen met Penrose-tegels nieuwe ideeën waren.

Integendeel, er zijn talloze voorbeelden van amorfe zouten, amorf metaal en amorf metaaloxiden in de onderzoeksliteratuur die geen koelsnelheden van "miljoenen graden per seconde" vereisen om te worden gevormd.
Voorbeelden welkom! Organische zouten zullen veel gemakkelijker zijn, maar als je een verwijzing kunt vinden naar een eenvoudig elementair zout dat geen micro- of nanokristallijne structuur vertoont onder röntgendiffractie ('amorf' kan een beetje dubbelzinnig zijn en omvat vaak dergelijke niet-echte- glastoestanden), dat zou vooral interessant zijn.
Ook een "voor het geval dat" verduidelijking: "miljoenen graden per seconde" was slechts de eenheid die werd gebruikt in een heel vroeg artikel dat ik las. De equivalente eenheid van "graden per microseconde" legt de bescheiden bereiken een stuk beter vast. Bij dergelijk werk werden zeer dunne films gebruikt die zeer snel werden gekoeld om de obligaties cattywampus (technische term, sorry) tot op atomair niveau te houden. Nanokristallen kunnen moeilijk te voorkomen zijn, dus de vroegste glasachtige metalen waren beperkt tot zeer dunne films. Dat werd verholpen toen mensen betere legeringen ontwikkelden, degenen die de atomen achter hun hoofd laten krabben wanneer ze snel beslissen met wie ze zich als volgende gaan hechten.
Voeg gewoon veel verschillende ionische eenheden toe met gecompliceerde verhoudingen om een ​​ingewikkeld zoutrooster te vormen en de afkoelsnelheid kan worden teruggebracht tot 1000C / s bij een glas. Dat is tenslotte de basis van een metalen bril.
#3
+4
soandos
2012-04-26 06:32:23 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Het volgende is geen bewijs, maar een idee dat zou impliceren dat het niet mogelijk is om dergelijk materiaal te hebben.

De redenering is als volgt:

In elk ionisch "zee" van atomen, er zijn twee soorten situaties:

  1. De atomen hebben genoeg energie om vrij te bewegen, zonder rekening te houden met de aantrekkende en afstotende krachten van de andere ionen in de zee. Dit zou een vloeistof veroorzaken, aangezien de deeltjes nergens een positie behouden.
  2. Ze hebben niet zoveel energie en daarom zullen ze worden beïnvloed door de aantrekkelijke en afstotende ladingen in de "zee". Hieruit volgt dat er een optimale configuratie is die al deze krachten zal stabiliseren. Hoewel ik veronderstel dat het mogelijk zou kunnen zijn dat de optimale configuratie niet periodiek is (en dus niet kristallijn), zou ik geneigd zijn te geloven dat het niet mogelijk is ). In dezelfde geest geloof ik dat het niet mogelijk is om vrijheidsgraden te hebben in zo'n geoptimaliseerde toestand (hoewel er natuurlijk meer dan één lokaal optimale toestand mogelijk kan zijn), aangezien elk atoom een ​​lokaal minimum aan energie heeft, en mist het vermogen om de helling "omhoog te bewegen" (als het meer energie had, zou het een vloeistof zijn).

Ik denk daarom dat het onwaarschijnlijk is dat dergelijke dingen bestaan.

Hoe verklaar je met je argument het bestaan ​​van een glas? Zoals je zeker weet (dit is meer voor andere mensen), mag het gebruik van 'bewijs' nooit een schoolbord met wiskunde achterlaten. "Bewijs" hoort niet thuis in een natuurwetenschap.
Een bril koelt te snel af, begrijp ik. U kunt een amorfe ionische verbinding van elk type maken door deze snel af te koelen (zie opmerking bij vraag)
#4
+3
Michael Lynch
2014-12-15 16:32:56 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Ik zou degenen die twijfelen aan het bestaan ​​van ionische vaste stoffen aanraden om ionische vloeistoffen te googlen die op grote schaal worden gecommercialiseerd. Ze stollen waarschijnlijk bij temperaturen onder het vriespunt.

http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/ie101653n?journalCode=iecred

Veel farmaceutische zouten kunnen in vaste amorfe toestand worden verkregen door sproeidrogen, vriesdrogen of malen.

#5
+1
Abel Friedman
2014-10-12 06:00:30 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Het schoolvoorbeeld zijn kristallen die over geologische tijdschalen geïsotropiseerd zijn door het effect van ioniserende straling. Verwarm ze om de activeringsbarrière te overwinnen en ze laten de verzamelde energie vrij en worden weer kristallijn.

Het relevante sleutelwoord is " Wigner-effect".



Deze Q&A is automatisch vertaald vanuit de Engelse taal.De originele inhoud is beschikbaar op stackexchange, waarvoor we bedanken voor de cc by-sa 3.0-licentie waaronder het wordt gedistribueerd.
Loading...