ผลึกกับอสัณฐาน: ความแตกต่างและการเปรียบเทียบ

วัสดุผลึกมีโครงสร้างอะตอมที่มีลำดับสูงและมีคาบเป็นช่วงยาว ส่งผลให้เกิดรูปแบบทางเรขาคณิตที่แตกต่างกันและจุดหลอมเหลวที่คมชัด ในทางกลับกัน วัสดุอสัณฐานขาดลำดับระยะยาว แสดงการจัดเรียงอะตอมที่ไม่เป็นระเบียบโดยไม่มีจุดหลอมเหลวที่แน่นอน แสดงคุณสมบัติไอโซโทรปิกและโครงสร้างที่ไม่ใช่ผลึก

ประเด็นที่สำคัญ

1. โครงสร้าง: สารที่เป็นผลึกมีโครงสร้างที่ชัดเจนและเป็นระเบียบ ในขณะที่วัสดุอสัณฐานไม่มีการจัดเรียงตามคำสั่งนี้
2. คุณสมบัติ: สารที่เป็นผลึกมีจุดหลอมเหลวที่คมชัดและมีคุณสมบัติเฉพาะตัวที่สามารถใช้เพื่อระบุได้ ในขณะที่วัสดุอสัณฐานจะมีคุณสมบัติที่แปรผันมากกว่า
3. การก่อตัว: วัสดุที่เป็นผลึกเกิดขึ้นจากการระบายความร้อนอย่างช้าๆ ของสารหลอมเหลวหรือผ่านการตกผลึกตามธรรมชาติ วัสดุอสัณฐานเกิดขึ้นจากสารที่หลอมละลายอย่างรวดเร็วหรือโดยการเติมสิ่งเจือปน

ผลึกกับอสัณฐาน

ของแข็งที่เป็นผลึกมีการจัดเรียงอะตอมที่เรียงลำดับและซ้ำซ้อนอย่างมากซึ่งจัดเรียงในรูปแบบเฉพาะหรือโครงสร้างขัดแตะ ของแข็งอสัณฐานมีการจัดเรียงอะตอมที่ไม่เป็นระเบียบและไม่สม่ำเสมอ และไม่มีพื้นผิวและรูปร่างที่ชัดเจน ทำให้เกิดไอโซโทรปิก

ตารางเปรียบเทียบ

ลักษณะ	เกี่ยวกับผลึก	สัณฐาน
การจัดเรียงอะตอม	มีลำดับสูงและซ้ำซ้อน สร้างโครงสร้างที่แตกต่างด้วยเซลล์หน่วยที่ทำซ้ำ	ขาดลำดับระยะยาว โดยอะตอมจัดเรียงแบบสุ่มหรืออยู่ในรูปแบบระยะสั้นและไม่ซ้ำกัน
ลักษณะ	มักมีรูปร่างที่ชัดเจน เช่น ลูกบาศก์ ปริซึม หรือเข็ม	โดยทั่วไปแล้วจะมีลักษณะที่ไม่เป็นผลึกและไม่สม่ำเสมอ
จุดหลอมเหลว	มีจุดหลอมเหลวเฉียบพลันที่อุณหภูมิเฉพาะ	ค่อยๆ อ่อนลงในช่วงอุณหภูมิก่อนที่จะละลายจนหมด
ความแตกแยก	สามารถทำลายระนาบของจุดอ่อนเฉพาะได้เนื่องจากโครงสร้างที่ได้รับคำสั่ง	ไม่สามารถแยกออกได้ง่ายเนื่องจากการจัดเรียงอะตอมแบบสุ่ม
ความแข็ง	โดยทั่วไปจะแข็งและเปราะมากขึ้นเนื่องจากแรงระหว่างอะตอมที่แข็งแกร่งในโครงสร้างที่ได้รับคำสั่ง	โดยทั่วไปจะนิ่มกว่าและยืดหยุ่นได้มากกว่าเนื่องจากแรงระหว่างอะตอมที่อ่อนกว่าในการจัดเรียงแบบสุ่ม
ค่าการนำไฟฟ้า	อาจเป็นตัวนำหรือฉนวนที่ดีก็ได้ขึ้นอยู่กับวัสดุ	โดยทั่วไปแล้วตัวนำไฟฟ้าไม่ดี
ตัวอย่าง	เพชร ควอตซ์ เกลือ (NaCl) โลหะ	แก้ว ยาง พลาสติก น้ำผึ้ง

คริสตัลลีนคืออะไร?

วัสดุผลึกถือเป็นคลาสพื้นฐานในฟิสิกส์โซลิดสเตต โดยมีลักษณะพิเศษคือการจัดเรียงอะตอมที่มีลำดับสูง การทำความเข้าใจโครงสร้างของพวกมันเกี่ยวข้องกับการเจาะลึกถึงโครงสร้างโมเลกุลที่ซับซ้อนและคุณสมบัติที่มองเห็นด้วยตาเปล่า

การจัดเรียงอะตอม

หัวใจของของแข็งผลึกคือการจัดเรียงอะตอมหรือโมเลกุลสามมิติซ้ำๆ ที่เรียกว่าตาข่ายคริสตัล โครงสร้างขัดแตะนี้ขยายไปทั่ววัสดุ ทำให้เกิดรูปแบบที่สม่ำเสมอซึ่งทำซ้ำเป็นระยะๆ ในทุกทิศทาง การจัดเรียงอะตอมภายในโครงตาข่ายที่แม่นยำจะกำหนดคุณสมบัติเฉพาะของสารผลึกแต่ละชนิด

สั่งซื้อระยะยาว

คุณลักษณะที่โดดเด่นอย่างหนึ่งของวัสดุผลึกคือลำดับระยะไกล โดยที่การจัดเรียงอะตอมจะยังคงอยู่ในระยะห่างอันกว้างใหญ่ภายในวัสดุ ความเป็นระเบียบเรียบร้อยนี้ทำให้เกิดรูปทรงเรขาคณิตและความสมมาตรที่โดดเด่น ซึ่งเห็นได้จากลักษณะเฉพาะของคริสตัล

จุดหลอมเหลวที่คมชัด

สารที่เป็นผลึกมีจุดหลอมเหลวที่กำหนดไว้อย่างดี ซึ่งเป็นผลมาจากการจัดเรียงอะตอมอย่างสม่ำเสมอภายในโครงตาข่าย เมื่ออยู่ภายใต้อุณหภูมิที่เพิ่มขึ้น พลังงานความร้อนจะเอาชนะแรงระหว่างโมเลกุลที่ยึดโครงตาข่ายไว้ด้วยกันในที่สุด ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงอย่างกะทันหันจากสถานะของแข็งไปเป็นของเหลวที่อุณหภูมิที่กำหนด

คุณสมบัติทางโครงสร้าง

โครงสร้างอะตอมที่มีลำดับสูงของวัสดุผลึกทำให้พวกมันมีคุณสมบัติทางโครงสร้างที่หลากหลาย รวมถึงแอนไอโซโทรปี ซึ่งคุณสมบัติทางกายภาพของพวกมันจะแตกต่างกันไปตามทิศทาง นอกจากนี้ องค์กรนี้ยังอำนวยความสะดวกในการแพร่กระจายของคลื่นบางชนิด เช่น รังสีเอกซ์และอิเล็กตรอน ส่งผลให้เกิดรูปแบบการเลี้ยวเบนลักษณะเฉพาะซึ่งทำหน้าที่เป็นเครื่องมืออันทรงพลังสำหรับการวิเคราะห์โครงสร้าง

ตัวอย่าง

วัสดุที่เป็นผลึกประกอบด้วยสารหลายชนิด ตั้งแต่เกลือแกงทั่วไป (โซเดียมคลอไรด์) และควอตซ์ ไปจนถึงโลหะ เช่น เหล็กและเพชร แต่ละแห่งจัดแสดงโครงสร้างผลึกที่แตกต่างกัน ซึ่งมีส่วนทำให้เกิดคุณสมบัติและการประยุกต์เฉพาะตัวในสาขาต่างๆ รวมถึงวัสดุศาสตร์ เคมี และวิศวกรรมศาสตร์

อสัณฐานคืออะไร?

วัสดุอสัณฐานเป็นตัวแทนของสารประเภทต่างๆ ที่มีคุณลักษณะเฉพาะคือไม่มีลำดับระยะยาวในการจัดเรียงอะตอม คุณลักษณะโครงสร้างที่โดดเด่นนี้ก่อให้เกิดคุณสมบัติและลักษณะการทำงานที่เป็นเอกลักษณ์ ทำให้พวกเขาแตกต่างจากคู่ที่เป็นผลึก

โครงสร้างอะตอมที่ไม่เป็นระเบียบ

ที่แกนกลางของวัสดุอสัณฐานมีการจัดเรียงอะตอมหรือโมเลกุลที่ไม่เป็นระเบียบ ปราศจากรูปแบบซ้ำๆ ที่พบในของแข็งที่เป็นผลึก ต่างจากวัสดุผลึกซึ่งมีโครงตาข่ายคริสตัลที่ชัดเจนซึ่งขยายไปทั่ววัสดุ สารอสัณฐานขาดลำดับระยะยาวดังกล่าว ตำแหน่งอะตอมของพวกมันขาดคาบ ส่งผลให้มีการกระจายแบบสุ่มและไม่สม่ำเสมอ

ไม่มีจุดหลอมเหลวที่คมชัด

ต่างจากวัสดุผลึกที่มีจุดหลอมเหลวแหลมคม สารอสัณฐานจะค่อยๆ เปลี่ยนจากสถานะของแข็งไปเป็นของเหลวตลอดช่วงอุณหภูมิ พฤติกรรมนี้เกิดจากการไม่มีโครงผลึกที่ชัดเจน ทำให้วัสดุมีความอ่อนตัวและไหลอย่างค่อยเป็นค่อยไป แทนที่จะเป็นการเปลี่ยนเฟสกะทันหัน

คุณสมบัติไอโซโทรปิก

วัสดุอสัณฐานแสดงคุณสมบัติไอโซโทรปิก ซึ่งหมายความว่าคุณสมบัติทางกายภาพของพวกมันยังคงสม่ำเสมอในทุกทิศทาง ไอโซโทรปีนี้เกิดจากการขาดการวางแนวอะตอมหรือแกนผลึกศาสตร์ที่พบในของแข็งผลึก เป็นผลให้คุณสมบัติต่างๆ เช่น การนำความร้อน ดัชนีการหักเหของแสง และความแข็งแรงเชิงกล ไม่แสดงการพึ่งพาทิศทางในวัสดุอสัณฐาน

ลักษณะโครงสร้าง

ธรรมชาติที่ไม่เป็นระเบียบของวัสดุอสัณฐานทำให้เกิดคุณลักษณะทางโครงสร้างที่เป็นเอกลักษณ์ รวมถึงลำดับระยะสั้นและการจัดเรียงอะตอมเฉพาะที่ แม้ว่าวัสดุเหล่านี้จะขาดลำดับของพิสัยไกล แต่ก็ยังอาจแสดงลำดับในระยะสั้นหรือการรวมกลุ่มกันของอะตอมในระยะทางที่จำกัดในระดับหนึ่ง การทำความเข้าใจคุณลักษณะโครงสร้างเฉพาะที่เหล่านี้มีความสำคัญอย่างยิ่งในการอธิบายคุณสมบัติและพฤติกรรมของวัสดุอสัณฐาน

ตัวอย่างและการใช้งาน

วัสดุอสัณฐานสามารถนำไปประยุกต์ใช้งานได้หลากหลายสาขา รวมถึงแก้ว โพลีเมอร์ และฟิล์มบาง ตัวอย่างทั่วไป ได้แก่ กระจกหน้าต่าง พลาสติกบางชนิด และการเคลือบฟิล์มบางที่ใช้ในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ โครงสร้างอะตอมที่ไม่เป็นระเบียบของวัสดุเหล่านี้ทำให้มีคุณสมบัติที่ต้องการ เช่น ความโปร่งใส ความยืดหยุ่น และความต้านทานการกัดกร่อน ทำให้วัสดุเหล่านี้มีคุณค่าอย่างยิ่งในการประยุกต์ทางเทคโนโลยีมากมาย

ความแตกต่างหลักระหว่างผลึกและอสัณฐาน

• การจัดเรียงอะตอม:
  • ผลึก: มีโครงสร้างอะตอมที่มีลำดับสูงพร้อมตาข่ายสามมิติที่ซ้ำกัน
  • อสัณฐาน: ขาดลำดับระยะยาว แสดงการจัดเรียงอะตอมที่ไม่เป็นระเบียบโดยไม่มีโครงสร้างขัดแตะที่กำหนดไว้
• จุดหลอมเหลว:
  • ผลึก: แสดงจุดหลอมเหลวที่คมชัดและมีการกำหนดไว้อย่างดีเนื่องจากการจัดเรียงอะตอมอย่างสม่ำเสมอ
  • อสัณฐาน: ผ่านการเปลี่ยนแปลงอย่างค่อยเป็นค่อยไปจากสถานะของแข็งเป็นของเหลวในช่วงอุณหภูมิเนื่องจากไม่มีโครงสร้างขัดแตะที่ชัดเจน
• คุณสมบัติทางโครงสร้าง:
  • ผลึก: แสดงคุณสมบัติแอนไอโซทรอปิกและรูปแบบการเลี้ยวเบนของลักษณะเฉพาะ
  • อสัณฐาน: แสดงคุณสมบัติไอโซโทรปิกโดยไม่มีการพึ่งพาทิศทางในลักษณะทางกายภาพ
• ตัวอย่าง:
  • ผลึก: รวมถึงสารต่างๆ เช่น ควอตซ์ เพชร และโลหะ ซึ่งมีรูปทรงเรขาคณิตและความสมมาตรที่แตกต่างกัน
  • อสัณฐาน: ประกอบด้วยวัสดุ เช่น แก้ว โพลีเมอร์บางชนิด และฟิล์มบาง ขาดการสั่งซื้อในระยะยาว แต่มีคุณสมบัติเฉพาะตัว เช่น ความโปร่งใสและความยืดหยุ่น

อ้างอิง

1. https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0169409X01000977
2. https://books.google.com/books?hl=en&lr=&id=Pl1b_yhKH-YC&oi=fnd&pg=PP1&dq=crystalline&ots=d7r_cEFX-f&sig=yfunsduS0YhIFEujbVKyNyTgUKc
3. https://www.tandfonline.com/doi/abs/10.1080/00018738600101911
4. https://aip.scitation.org/doi/abs/10.1063/1.1659873

อัพเดตล่าสุด : 03 มีนาคม 2024