Sự khác biệt giữa tinh thể và vô định hình

Vô định hình và tinh thể là hai trạng thái mô tả các chất rắn điển hình trong hóa học. Sử dụng thí nghiệm nhiễu xạ tia X, cấu trúc của chất rắn có thể được phân loại thành tinh thể hoặc vô định hình (không kết tinh).

Chất rắn là một trong ba trạng thái cơ bản của vật chất bao gồm chất lỏng và chất khí. Chúng được đặc trưng bởi một cấu trúc cứng nhắc của các phân tử, ion và nguyên tử được sắp xếp một cách có trật tự hoặc không theo trật tự. Những sắp xếp có trật tự hoặc không theo trật tự đã dẫn đến việc phân loại là vô định hình và kết tinh và bài viết này mở ra sự khác biệt chính giữa hai thuật ngữ.

Kết tinh là gì?

Một chất rắn kết tinh là trong đó các hạt cấu thành được sắp xếp theo thứ tự theo mô hình ba chiều được gọi là mạng tinh thể với các lực liên phân tử đồng nhất và các hạt giao nhau ở các góc đặc trưng của tinh thể.

Cấu trúc bên trong có hình dạng hình học riêng biệt, và nó cho thấy sự phân tách rõ ràng khi cắt bất cứ nơi nào trong cấu trúc. Mẫu ba chiều nhìn thấy bằng tia X được sử dụng để xác định vật rắn. Tuy nhiên, không dễ để phát hiện sự khác biệt giữa các chất rắn kết tinh và không kết tinh bằng cách chạm vào chúng. Chúng khác nhau về nhiều mặt bao gồm các tính chất hóa học và vật lý.

Chất rắn kết tinh (tinh thể) cần nhiệt độ cực cao để phá vỡ các lực liên phân tử. Chúng có một sức nóng nhất định của phản ứng tổng hợp và điểm nóng chảy vì sự sắp xếp đồng đều các thành phần của chúng. Môi trường địa phương cũng đồng đều. Tuy nhiên, khi cắt theo bất kỳ hướng nào, các tính chất vật lý khác nhau do đó được gọi là bất đẳng hướng. Khi xoay quanh trục, cấu trúc của các tinh thể vẫn giữ nguyên và được gọi là sự sắp xếp đối xứng của các phân tử, nguyên tử hoặc ion.

Một số chất rắn kết tinh có thể cuối cùng là vô định hình tùy thuộc vào quá trình làm mát. Những người khác có thể có các thành phần của họ bị sai lệch do sự hiện diện của tạp chất. Ngoài ra, các chất làm mát nhanh chóng có thể dẫn đến một cấu trúc vô định hình với hình dạng hình học không đều. Chẳng hạn, thạch anh kết tinh với các nguyên tử Silicone và Oxy một cách có trật tự. Nhưng, khi được làm lạnh nhanh, nó có thể dẫn đến thủy tinh cấu trúc vô định hình. Điều này xảy ra bình thường là quá trình kết tinh được tránh bằng cách nấu chảy các chất nhanh chóng để tạo ra chất rắn vô định hình vì các ứng dụng công nghiệp rộng rãi của chúng. Cao su, polymer và thủy tinh là một trong những ví dụ hoàn hảo của chất rắn vô định hình quan trọng được sử dụng chủ yếu vì lợi ích to lớn và tính chất đẳng hướng độc đáo của chúng.

Chỉ số khúc xạ, độ bền cơ học, độ dẫn nhiệt và độ dẫn điện của chất rắn kết tinh khác nhau theo các hướng khác nhau. Đó là nhược điểm của các loại chất rắn này so với chất rắn không kết tinh. Mặt tốt của một vật rắn dị hướng là nó biểu thị một cấu trúc bên trong được sắp xếp hoàn hảo với các lực hấp dẫn đồng nhất trong một mạng tinh thể. Nó mô tả các tính chất thực sự của vật rắn với trật tự tầm xa và cấu trúc cứng nhắc.

Vô định hình là gì?

Từ vô định hình có nguồn gốc từ tiếng Hy Lạp vô định hình có nghĩa là hình dạng không rõ ràng. Đây là sự sắp xếp hình dạng, rối loạn và không đều của các hạt cấu thành của vật rắn. Các lực liên phân tử của chúng không giống nhau, cũng không phải là khoảng cách giữa các hạt. Khi bị phân cắt, chất rắn vô định hình tạo ra các mảnh hoặc bề mặt cong vì hình dạng hình học không đều.

Một số chất rắn vô định hình có thể có các phần của các mẫu sắp xếp có trật tự được gọi là tinh thể. Các nguyên tử, ion hoặc phân tử của chất rắn phụ thuộc vào quá trình làm mát. Như đã nói ở trên, tinh thể thạch anh khác với thủy tinh thạch anh vì quá trình kết tinh. Nhưng, nói chung, nhiều chất rắn vô định hình có mô hình rối loạn. Chúng thường được gọi là chất rắn siêu lạnh vì cấu trúc có chung một số tính chất với chất lỏng. Ngoài ra, chúng không thể hiện các tính chất thực sự của chất rắn, nhưng dù sao cũng được sử dụng chủ yếu trong nhiều ứng dụng.

Độ dẫn nhiệt, độ bền cơ học, độ dẫn điện và chỉ số khúc xạ là như nhau trong tất cả các hướng của chất rắn vô định hình. Điều này giải thích tên đẳng hướng xuất phát từ đâu. Các chất rắn không có điểm nóng chảy mạnh hoặc nhiệt dung nhất định. Một phạm vi nhiệt độ rộng cần phải được áp dụng trước khi chúng có thể tan chảy do không có một loạt các thành phần được đặt hàng. Hơn nữa, chất rắn vô định hình được đặc trưng bởi một trật tự phạm vi ngắn. Ví dụ về chất rắn vô định hình bao gồm polyme, cao su, nhựa và thủy tinh.

Nếu một chất rắn vô định hình bị bỏ lại trong một thời gian dài dưới điểm nóng chảy của nó, nó có thể biến thành chất rắn kết tinh. Nó có thể mô tả các tính chất tương tự được sở hữu bởi các chất rắn kết tinh.

Sự khác biệt chính giữa vô định hình và tinh thể

Cấu trúc của tinh thể và vô định hình

Các chất rắn kết tinh có hình dạng xác định với các ion, phân tử hoặc nguyên tử được sắp xếp theo thứ tự trong một mô hình ba chiều thường được gọi là mạng tinh thể. Nếu cắt, chúng mô tả một sự phân tách rõ ràng với các bề mặt giao nhau ở các góc đặc trưng của tinh thể. Mặt khác, chất rắn vô định hình có một mảng các thành phần bị rối loạn không hiển thị hình dạng xác định. Khi cắt, chúng cho thấy hình dạng không đều thường có bề mặt cong. Các thành phần tinh thể được giữ với nhau bởi các lực liên phân tử đồng nhất trong khi ở chất rắn vô định hình, các lực này khác nhau từ nguyên tử này sang nguyên tử khác.

Điểm nóng chảy của tinh thể và vô định hình

Các chất rắn vô định hình không có điểm nóng chảy xác định mà tan chảy trong một phạm vi nhiệt độ rộng vì hình dạng không đều. Mặt khác, chất rắn kết tinh có điểm nóng chảy mạnh.

Tính chất vật lý của tinh thể và vô định hình

Các chất rắn kết tinh có độ dẫn điện khác nhau, độ dẫn nhiệt, chiết suất và độ bền cơ học trong một tinh thể theo các hướng khác nhau do đó chúng được gọi là dị hướng. Vô định hình được gọi là đẳng hướng vì tính chất vật lý tương tự từ một trong hai hướng.

Ví dụ về tinh thể và vô định hình

Ví dụ về chất rắn kết tinh bao gồm NaCl, đường và kim cương trong khi các ví dụ về chất rắn vô định hình bao gồm thủy tinh, cao su và polyme.

Xem biểu đồ so sánh cho các câu thơ vô định hình dưới đây:

Tóm tắt các câu thơ vô định hình

• Các chất rắn kết tinh có kiểu ba chiều thông thường gồm các ion, nguyên tử hoặc phân tử trong khi chất rắn vô định hình có sự sắp xếp ngẫu nhiên của các thành phần này
• Chất rắn kết tinh có điểm nóng chảy chính xác trong khi chất rắn vô định hình tan chảy trong một phạm vi nhiệt độ
• Chất rắn vô định hình tạo ra các mảnh có hoa văn không đều khi bị phân cắt trong khi chất rắn kết tinh mô tả một hình dạng xác định
• Tinh thể được gọi là dị hướng vì các tính chất vật lý khác nhau theo mọi hướng trong khi vô định hình được gọi là đẳng hướng
• Ví dụ về vô định hình bao gồm thủy tinh và tinh thể bao gồm kim cương.