Amorf (materie)

Opaal is een voorbeeld van een amorf mineraal

De structuur van kwartsglas laat zien dat de regelmaat van een kristalrooster ontbreekt (Het vierde zuurstofatoom ligt steeds boven het siliciumatoom).

Amorf is een term uit de natuurkunde en de scheikunde: amorf materiaal of een amorfe stof is vaste stof zonder een kristallijne structuur.

Etymologie

Amorf komt van het Oudgriekse ἄμορφος, amorphos: 'zonder vorm' (< ἀ-: 'zonder' en μορφή: 'uiterlijk, gedaante, vorm')

Vorming van amorfe vaste stof

Een amorfe vorm wordt verkregen door materiaal vanuit de vloeibare aggregatietoestand heel snel af te koelen, voor metalen moet dat met een snelheid van meer dan 1.000 K per seconde. De atomen of moleculen hebben bij het stollen dan niet voldoende tijd om zich te schikken naar een kristalrooster. De fysische eigenschappen van amorfe materialen zijn beduidend anders dan die van de kristallijne varianten.

Schematisch overzicht van de ordening van atomen in kristallijne, polykristallijne en amorfe materie.

Voorbeelden

Voorbeelden van amorfe materialen en stoffen zijn:

• Suikerspin: wordt gemaakt door gesmolten suiker heel dun weg te spuiten, waardoor het, als gevolg van het grote contactoppervlak aan de lucht, heel snel afkoelt.
• Glas, zoals gewoon vensterglas. Een van de wél kristallijne vormen van glas is kwarts.
• Metallische glazen: vanaf 1974 commercieel op de markt gebracht, in eerste instantie onder de merknaam Metglass.
• Veel synthetische polymeren, bijvoorbeeld polystyreen, hebben een amorfe structuur.
• Organische vaste stoffen zoals bijenwas en paraffine, maar bijvoorbeeld ook barnsteen.
• Glasachtige stoffen die in de natuur worden aangetroffen, zoals obsidiaan en opaal.

Natuurkundige eigenschappen

Amorfe stoffen ontstaan uit een vloeibare fase door snel afkoelen. Doordat de stof zo snel afkoelt, krijgen de atomen of de moleculen, die in de vloeistof snel en willekeurig door elkaar bewegen, tijdens het stollen geen tijd om zich in hun kristalstructuur te vestigen, ook al is de kristallijne fase energetisch gunstiger.

Er bestaan nog veel vragen over het hoe en waarom van de natuurkundige eigenschappen van amorfe stoffen, en er wordt dan ook nog steeds veel onderzoek naar gedaan.

De temperatuur waarbij een amorfe stof smelt wordt de glastemperatuur genoemd T_g. Meestal is de stof boven de glastemperatuur zeer viskeus. Soms is de glastemperatuur niet goed te bepalen, omdat de overgang van vaste stof naar vloeistof heel geleidelijk verloopt.

Soms is het moeilijk een amorfe vorm van een stof te maken. Het afkoelen moet zeer snel gebeuren. Sommige materialen raken makkelijk in de toestand van onderkoelde vloeistof, die vervolgens zeer snel kan kristalliseren.

Amorfe structuren ontstaan vaak door het toevoegen van een andere stof. Zo ontstaat glas uit siliciumdioxide (SiO₂) door toevoegen van soda. Deze techniek bestaat al duizenden jaren. Van het amorfe glas kunnen, juist door de amorfe structuur, gemakkelijk allerlei vormen gemaakt worden. Van kristallijne stoffen gaat dat veel minder goed, vooral niet als ze hard zijn (zoals siliciumoxide). Een zachtere kristallijne stof, zoals een metaal, kan wel gevormd worden in allerlei vormen, door de stof te smeden bijvoorbeeld.

Amorfe materialen hebben, door de grotere afstand tussen de atomen, een lagere dichtheid dan de overeenkomstige kristallijne vorm. Bovendien zijn de stoffen minder hard, en meer bros.

Zie ook

• Amorf silicium
• Semikristalliniteit