Mikä on amorfinen kiinteä aine?

Amorfinen kiinteä aine on mikä tahansa materiaali, jonka molekyylit eivät ole järjestetty hilaan tai kiteiseen rakenteeseen. Amorfiset kiintoaineet ovat suhteellisen harvinaisia, ja ne muodostavat vain 10 prosenttia maailman kiintoaineista. Tunnetuin esimerkki amorfisesta kiinteästä aineesta on lasi, ja itse asiassa näitä kiintoaineita kutsutaan joskus yleisesti lasiksi.
Kolme aineen tilaa – kiinteä, neste ja kaasu – esiintyvät aineita muodostavien molekyylien vaihtelevan liikkeen vuoksi. Kaasujen molekyyleillä ja atomeilla on laaja liikealue, joka leviää, koska molekyylit ovat heikosti yhteydessä toisiinsa. Nesteillä on rajoitettu liikealue, mutta niiden molekyylit liikkuvat edelleen vapaasti näissä rajoissa ja muuttavat asentoa. Tämä vapaus antaa nesteille pysyvän muodon puutteen.

Kiinteiden aineiden molekyylit sen sijaan sitoutuvat yhteen ilman todellista liikkumisvapautta. Molekyylit kuitenkin siirtyvät edelleen, heiluttaen sidoksiaan. Värähtelevä liike mahdollistaa kiintoaineiden lämpenemisen. Mitä nopeammin molekyylit ravistavat sidoksiaan, sitä kuumemmaksi esine tulee.

Kiteisissä kiintoaineissa, jotka muodostavat 90 prosenttia maailman kiintoaineista, molekyylit sidotaan järjestyksessä. Tämä järjestetty kuvio toistuu täsmälleen koko rakenteessa, jolloin muodostuu molekyylien hila. Päinvastoin, amorfisella kiinteällä aineella voi olla toistuva kuvio pienille osille sen koostumusta, mutta ei koko.

Amorfiset kiintoaineet voidaan tehdä luonnollisiksi tai ihmisen tekemiksi. Salaman iskevä hiekka aiheuttaa luonnollisesti lasin muodostumisen iskupaikkaansa. Kaupallinen lasi on kuitenkin ihmisen tekemää prosessia, joka luo samat olosuhteet kuin salama, mutta kontrolloidussa ympäristössä. Lasin lisäksi yksi yleisimmin käytetyistä amorfisista kiintoaineista on muovi. Muovi on valmistettu polymeereistä, pitkiä ketjuja molekyylejä, jotka on ketjutettu tarkoituksella yhteen.

Lisäksi amorfisia kiintoaineita voidaan valmistaa kiteisistä kiintoaineista. Esimerkiksi lasi on valmistettu kvartsihiekasta, kiteisestä kiinteästä aineesta. Hiekka kuumennetaan äärilämpötiloihin, mikä sulaa sen tehokkaasti, ja jäähdytetään sitten nopeasti tai jäähdytetään, joten molekyyleillä ei ole aikaa järjestyä takaisin ristikkomuotoon. Tämä ylikuumeneminen johtaa lasin molekyylijärjestelyyn, joka on samanlainen kuin jos joku olisi ottanut tilannekuvan nesteestä.

Koska amorfisten kiintoaineiden rakenteet näyttävät samanlaisilta kuin nesteet, niitä kutsutaan joskus ylikuumennetuiksi nesteiksi. Tämä samankaltaisuus on myös syy siihen, miksi myytti kehitti, että lasi on itse asiassa hitaasti liikkuva neste. Lisäksi toisin kuin kiteinen kiinteä aine, amorfinen kiinteä aine ei nesteyty heti, kun se altistuu lämmölle, vaan kasvaa yhä pehmeämmäksi.