Question:
Y a-t-il des solides amorphes ioniques?
F'x
2012-04-26 06:04:35 UTC
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Cette question sur la cristallisation du NaCl m'a fait me demander: y a-t-il des solides amorphes ioniques? Tout comme les cristaux ioniques sont des matériaux cristallins d'ions attirés électrostatiquement, les ions peuvent-ils former une phase amorphe? Je ne vois aucune raison de le faire, mais je ne vois aucun exemple non plus…

Voulez-vous dire y en a-t-il qui se formeront naturellement ou y a-t-il des moyens de prendre des substances qui formeraient normalement des solides cristallins et de les faire former des solides amorphes à la place (la seconde est certainement possible)
Des exemples @soandos des deux seraient bien… mais je pensais au premier. En fait, je pense avoir déjà un exemple du second, car vous pouvez certainement geler des liquides ioniques dans un état amorphe vitreux ...
c'est dans le sens de ce que je pensais. J'aurais tendance à douter de l'existence du premier type.
Cinq réponses:
#1
+11
Jiahao Chen
2012-05-12 12:16:00 UTC
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Je suppose que vous vouliez dire des phases solides amorphes, car vous pouvez toujours faire fondre n'importe quel composé ionique pour former une phase liquide essentiellement amorphe.

Google "sels amorphes" fait apparaître un bon nombre de résultats dans la littérature primaire , comme ceci et ceci et ceci. La caractéristique de définition de ces phases solides amorphes est qu'elles ne présentent aucune transition de fusion mesurable, c'est-à-dire qu'aucune chaleur latente de fusion ne peut être mesurée dans une expérience de calorimétrie. Il existe également des exemples d'oxydes semi-conducteurs amorphes et d'oxydes métalliques amorphes et de métaux amorphes - n'hésitez pas à les rechercher et à voir par vous-même. Alors oui, ils existent et présentent en fait un intérêt pour la recherche.

#2
+11
Terry Bollinger
2012-04-26 08:08:40 UTC
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La difficulté de créer un verre à liaison ionique est que la création de vrais verres dépend d'une combinaison de liaisons directionnelles entre les atomes (ou molécules) et une vitesse de refroidissement qui ne donne pas à ces liaisons le temps de se déplacer dans des positions optimales. Le résultat est un peu comme empiler des sphères collantes qui se verrouillent avant de pouvoir trouver un arrangement d'empilement optimal.

Les liaisons ioniques pures en revanche ressemblent plus à des sphères glissantes qui sont attirées vers les centres les uns des autres, mais ne n'ont pas de préférences particulières quant aux parties de leurs surfaces qui entrent en contact.

Étant donné que, le résultat le plus probable d'un refroidissement très rapide d'un solide ionique fondu sera de produire des solides ioniques micro ou nanocristallins qui peut ressembler superficiellement à des verres, mais qui, sous la cristallographie par diffraction de rayons X ou de neutrons, se révélerait en fait avoir une structure cristalline à une échelle très fine.

Cela dit, vous pouvez néanmoins trouver une recette pour essayer de fabriquer un solide ionique vraiment vitreux, d'autant plus qu'il n'existe pas de liaison ionique pure. Vous voudriez refroidir une très fine couche de sel fondu à une vitesse incroyablement élevée, au moins des millions de degrés par seconde si je me souviens bien des taux de refroidissement du métal vitreux. Pour les ions ioniques, vous voudriez également que le résultat soit assez proche du zéro absolu, car quel que soit le degré de "collant directionnel" que vous pouvez obtenir avec les solides ioniques, il est susceptible d'être moins uniforme que les liaisons métalliques.

Enfin , si vous voulez vraiment essayer de faire un projet sérieux, vous devez bien sûr consulter la littérature en détail. Ma règle de base est que si vous creusez suffisamment profondément, il n'y a presque aucune idée plausible à laquelle vous pouvez penser dans les sciences physiques sur lesquelles quelqu'un n'a pas au moins écrit un article dans un journal, et peut-être même fait des expériences. / p>

Pourtant, ce que vous demandez est une idée intéressante pour une véritable expérience, et il n'y a pas si longtemps que les verres métalliques et les quasi-cristaux Penrose étaient de nouvelles idées.

Au contraire, il existe de nombreux exemples de sels amorphes, de métaux amorphes et d'oxydes métalliques amorphes dans la littérature de recherche qui ne nécessitent pas des vitesses de refroidissement de "millions de degrés par seconde" pour se former.
Les exemples sont les bienvenus! Les sels organiques seront beaucoup plus faciles, mais si vous pouvez trouver une référence à un simple sel élémentaire qui ne montre aucune structure micro ou nano cristalline sous diffraction des rayons X ("amorphe" peut être un peu ambigu, et comprend souvent de tels vitres), ce serait particulièrement intéressant.
Aussi, une clarification «juste au cas où»: «des millions de degrés par seconde» était juste l'unité utilisée dans certains articles très anciens que j'ai lus. L'unité équivalente de «degrés par microseconde» capture beaucoup mieux les plages modestes. Un tel travail a utilisé des films très minces refroidis très rapidement en effet pour maintenir les liaisons cattywampus (terme technique, pardon) jusqu'au niveau atomique. Les nanocristaux peuvent être difficiles à empêcher, de sorte que les premiers métaux vitreux étaient limités à des films très minces. Cela a été corrigé au fur et à mesure que les gens développaient de meilleurs alliages, ceux qui laissent les atomes se gratter la tête lorsqu'ils décident rapidement à qui se lier ensuite.
Il suffit d'ajouter de nombreuses unités ioniques différentes avec des rapports compliqués pour former un réseau de sel complexe et la vitesse de refroidissement peut être réduite à 1000 ° C / s à partir d'un verre. Après tout, c'est la base des verres métalliques.
#3
+4
soandos
2012-04-26 06:32:23 UTC
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Ce qui suit n'est pas une preuve, mais une idée qui impliquerait qu'il n'est pas possible d'avoir un tel matériau.

Le raisonnement est le suivant:

Dans tout ionique "mer" d'atomes, il existe deux types de situations:

  1. Les atomes ont suffisamment d'énergie pour se déplacer librement, sans tenir compte des forces attractives et répulsives des autres ions de la mer. Cela provoquerait un fluide, car les particules ne maintiennent une position nulle part.
  2. Elles n'ont pas beaucoup d'énergie, et par conséquent elles seront affectées par les charges attractives et répulsives dans la «mer». Il s'ensuit alors qu'il existe une configuration optimale qui va stabiliser l'ensemble de ces forces. Bien que je suppose qu'il soit possible que la configuration optimale ne soit pas périodique (et donc non cristalline), j'aurais tendance à croire que ce n'est pas possible (il semblerait d'après les pavages que si l'on assume certaines caractéristiques de base, elles doivent être régulières ). Dans le même ordre d'idées, je crois qu'il n'est pas possible d'avoir des degrés de liberté dans un tel état optimisé (bien qu'il puisse bien sûr y avoir plus d'un état localement optimal possible) car chaque atome est à un minimum local d'énergie, et il n'a pas la capacité de "remonter" le gradient (s'il avait plus d'énergie, ce serait un liquide).

Je crois donc qu'il est improbable que de telles choses existent.

Par votre argumentation, comment expliquez-vous l'existence d'un verre? Comme je suis sûr que vous le savez (c'est plus pour les autres), l'utilisation de la «preuve» ne doit jamais laisser un tableau dédié aux mathématiques. La "preuve" n'appartient pas à une science physique.
Je crois comprendre que les lunettes refroidissent trop vite. Vous pouvez créer un composé ionique amorphe de n'importe quel type en le refroidissant rapidement (voir commentaire à la question)
#4
+3
Michael Lynch
2014-12-15 16:32:56 UTC
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Je conseillerais à ceux qui doutent de l'existence des solides ioniques de rechercher sur Google les liquides ioniques qui sont largement commercialisés. Ils se solidifient probablement à des températures inférieures à zéro.

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

De nombreux sels pharmaceutiques peuvent être obtenus à l'état solide amorphe par atomisation, lyophilisation ou broyage.

#5
+1
Abel Friedman
2014-10-12 06:00:30 UTC
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L'exemple du manuel est des cristaux isotropes sur des échelles de temps géologiques par l'effet des rayonnements ionisants. Chauffez-les, pour surmonter la barrière d'activation, et ils libèrent l'énergie accumulée et redeviennent cristallins.

Le mot clé pertinent est " effet Wigner".



Ce Q&R a été automatiquement traduit de la langue anglaise.Le contenu original est disponible sur stackexchange, que nous remercions pour la licence cc by-sa 3.0 sous laquelle il est distribué.
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