SOLID TILSTAND: EGENSKAPER, EGENSKAPER, TYPER, EKSEMPLER - VITENSKAP - 2026

Det faste tilstand er en av de viktigste måter som er viktige aggregater for å opprette kondensert eller faste legemer. Hele jordskorpen, som forlater havene og havene, er et broket konglomerat av faste stoffer. Eksempler på gjenstander i fast tilstand er en bok, en stein eller sandkorn.

Vi kan samhandle med faste stoffer takket være frastøtningen av elektronene våre med atomene eller molekylene deres. I motsetning til væsker og gasser, så lenge de ikke er alvorlig giftige, kan ikke hendene våre gå gjennom dem, men heller smuldre eller absorbere dem.

Trestatuen til denne hesten er laget av sterkt sammenhengende naturlige polymerer. Kilde: Pxhere.

Faststoffer er generelt mye lettere å håndtere eller lagre enn en væske eller gass. Med mindre partiklene er fint delt, vil en vindstrøm ikke føre den i andre retninger; de er faste i det rommet som er definert av intermolekylære interaksjoner mellom atomer, ioner eller molekyler.

Solid konsept

Det faste stoffet er en sakstilstand der det er et stivt volum og form; partiklene som danner materialer eller gjenstander i fast tilstand er fikset et sted, de er ikke lett komprimerbare.

Denne sakstilstanden er den mest varierte og rike når det gjelder kjemi og fysikk. Vi har ioniske, metalliske, atomære, molekylære og kovalente faste stoffer, hver med sin egen strukturelle enhet; det vil si med sine egne krystaller. Når deres modus for aggregering ikke tillater dem å etablere ordnede interne strukturer, blir de amorfe og intrikate.

Studien av faststoff konvergerer i design og syntese av nye materialer. For eksempel er tre, et naturlig fast stoff, også blitt brukt som prydmateriale og til bygging av hus.

Andre faste materialer tillater produksjon av biler, fly, skip, romskip, atomreaktorer, sportsutstyr, batterier, katalysatorer og mange andre gjenstander eller produkter.

Generelle egenskaper ved faste stoffer

Vår og tre, komponenter av en tykkelse, eksempel på fast stoff

De viktigste egenskapene til faste stoffer er:

-De har definert masse, volum og former. En gass har for eksempel ikke slutt eller begynnelse, siden disse avhenger av beholderen som lagrer den.

-De er veldig tette. Faststoffer har en tendens til å være tettere enn væsker og gasser; selv om det er noen få unntak fra regelen, spesielt når du sammenligner væsker og faste stoffer.

-Distansene som skiller partiklene er korte. Dette betyr at de har blitt veldig sammenhengende eller komprimert i hvert sitt volum.

-Dens intermolekylære interaksjoner er veldig sterke, ellers ville de ikke eksistere som sådan og ville smelte eller sublimere under jordforhold.

Forskjeller mellom partiklene i et fast stoff, en væske og en gass

-Mobiliteten til faste stoffer er vanligvis ganske begrenset, ikke bare fra et materielt synspunkt, men også molekylært. Partiklene er innesperret i en fast stilling, hvor de bare kan vibrere, men ikke bevege seg eller rotere (i teorien).

Egenskaper

Smeltepunkter

Alle faste stoffer, med mindre de spaltes i prosessen, og uavhengig av om de er gode ledere av varme, kan passere til en flytende tilstand ved en viss temperatur: deres smeltepunkt. Når denne temperaturen er nådd, klarer partiklene endelig å flyte og flykte fra sine faste posisjoner.

Dette smeltepunktet vil avhenge av det faste stoffets natur, dets interaksjoner, molmassen og den krystallinske gitterenergien. Som hovedregel har ioniske faste stoffer og kovalente nettverk (som diamant og silisiumdioksid) en tendens til å ha de høyeste smeltepunktene; mens de molekylære faste stoffer, den laveste.

Følgende bilde viser hvordan en isbit (fast tilstand) blir til en flytende tilstand:

støkiometri

Mye av de faste stoffene er molekylære, siden de er forbindelser hvis intermolekylære interaksjoner gjør at de kan samles opp på en slik måte. Imidlertid er mange andre ioniske eller delvis ioniske, så enhetene deres er ikke molekyler, men celler: et sett med atomer eller ioner som er ordnet på en ordnet måte.

Det er her formlene for slike faste stoffer må respektere nøytraliteten til ladningene, noe som indikerer sammensetning og støkiometriske forhold. For eksempel indikerer det faste stoffet hvis hypotetiske formel er A ₂ B ₄ O ₂ at det har samme antall A-atomer som O (2: 2), mens det har dobbelt så mange B-atomer (2: 4).

Merk at underskriptene med formelen A ₂ B ₄ O ₂ er heltall, noe som viser at det er et støkiometrisk fast stoff. Sammensetningen av mange faste stoffer er beskrevet av disse formlene. Ladningene på A, B og O må legge opp til null, for ellers vil det være en positiv eller negativ ladning.

For faste stoffer er det spesielt nyttig å vite hvordan man tolker formlene deres, da sammensetningen av væsker og gasser generelt er enklere.

defekter

Strukturen til faste stoffer er ikke perfekte; de presenterer ufullkommenheter eller defekter, hvor krystallinske de enn måtte være. Dette er ikke tilfelle med væsker, heller ikke med gasser. Det er ingen regioner med flytende vann som på forhånd kan sies å være "dislokert" fra omgivelsene.

Slike defekter er ansvarlige for at faste stoffer er harde og sprø, viser egenskaper som pyroelektrisitet og piezoelektrisitet, eller slutter å ha definerte sammensetninger; det vil si, de er ikke-støkiometriske faststoffer (f.eks A _0,4 B _1,3 O _0.5 ).

reaktivitet

Faststoffer er vanligvis mindre reaktive enn væsker og gasser; men ikke på grunn av kjemiske årsaker, men av det faktum at deres strukturer forhindrer reaktanter fra å angripe partiklene inni dem, og reagerer først med de på overflaten. Derfor har reaksjoner som involverer faste stoffer en tendens til å være tregere; med mindre de er pulveriserte.

Når et faststoff er i pulverform, har dets mindre partikler et større område eller overflate å reagere. Det er grunnen til at fine faste stoffer ofte blir merket som potensielt farlige reagenser, da de kan antenne raskt, eller reagere kraftig i kontakt med andre stoffer eller forbindelser.

Ofte oppløses faste stoffer i et reaksjonsmedium for å homogenisere systemet og utføre en syntese med høyere utbytte.

Fysisk

Med unntak av smeltepunktet og manglene, tilsvarer det som er sagt hittil mer de kjemiske egenskapene til faste stoffer enn med deres fysiske egenskaper. Materialenes fysikk er dypt fokusert på hvordan lys, lyd, elektroner og varme samvirker med faste stoffer, enten de er krystallinske, amorfe, molekylære, etc.

Det er her det som er kjent som plast, elastisk, stivt, ugjennomsiktig, gjennomsiktig, superledende, fotoelektrisk, mikroporøst, ferromagnetisk, isolerende eller halvleder.

I kjemi er for eksempel materialer som ikke tar opp ultrafiolett stråling eller synlig lys interessante, siden de brukes til å lage måleceller for UV-Vis-spektrofotometre. Det samme skjer med infrarød stråling, når du vil karakterisere en forbindelse ved å skaffe IR-spekteret, eller studere fremdriften for en reaksjon.

Studie og manipulering av alle de fysiske egenskapene til faste stoffer krever enormt engasjement, samt syntese og design, ved å velge “stykker” av uorganisk, biologisk, organisk eller organometallisk konstruksjon for nye materialer.

Typer og eksempler

Siden det er flere typer faste stoffer kjemisk, vil representative eksempler bli nevnt separat for hver.

Krystallinske faste stoffer

På den ene siden er det krystallinske faste stoffer. Disse elementene er karakterisert fordi molekylene som utgjør dem er konfigurert på samme måte, som gjentas som et mønster i hele krystallen. Hvert mønster kalles en enhetscelle.

Krystallinske faste stoffer er også karakterisert ved å ha et definert smeltepunkt; Dette betyr at, gitt uniformiteten i arrangementet av dens molekyler, er det den samme avstanden mellom hver enhetscelle, noe som gjør at hele strukturen kan transformeres konstant under samme temperatur.

Eksempler på krystallinske faste stoffer kan være salt og sukker.

Amorfe faste stoffer

Amorfe faste stoffer kjennetegnes ved at konformasjonen av molekylene deres ikke svarer på et mønster, men varierer over hele overflaten.

Siden det ikke er noe slikt mønster, er ikke smeltepunktet for amorfe faste stoffer definert, i motsetning til krystallinske, noe som betyr at det smelter gradvis og under forskjellige temperaturer.

Eksempler på amorfe faste stoffer kan være glass og mest plast.

Ionics

Ioniske faste stoffer kjennetegnes ved å ha kationer og anioner, som samvirker med hverandre ved elektrostatisk tiltrekning (ionisk binding). Når ionene er små, er de resulterende strukturer vanligvis alltid krystallinske (under hensyntagen til deres feil). Blant noen ioniske faste stoffer har vi:

-NaCl (Na ⁺ Cl ^- ), natriumklorid

-MgO (Mg ²⁺ O ^2- ), magnesiumoksyd

-CaCO ₃ (Ca ²⁺ CO ₃ ^2- ), kalsiumkarbonat

-CuSO ₄ (Cu ²⁺ SO ₄ ^2- ), kobbersulfat

-KF (K ⁺ F ^- ), kaliumfluorid

-NH ₄ Cl (NH ₄ ⁺ Cl ^- ), ammoniumklorid

-ZnS (Zn ²⁺ S ^2- ), sinksulfid

-Fe (C ₆ H ₅ COO) ₃ , jern benzoat

metallic

Som navnet tilsier er de faste stoffer som har metalliske atomer som samvirker gjennom den metalliske bindingen:

-Sølv

-Gull

-Lede

-Messing

-Bronse

-Hvitt gull

-Pewter

-Steels

-Duralumin

Legg merke til at legeringer også selvfølgelig teller som metalliske faste stoffer.

Atomisk

Metalliske faste stoffer er også atomære, siden det i teorien ikke er noen kovalente bindinger mellom metalliske atomer (MM). Edelgasser teller imidlertid hovedsakelig som atomarter, da bare spredningskreftene i London dominerer blant dem.

Selv om de ikke er faste stoffer med høy påføring (og vanskelig å få tak i), er krystalliserte edle gasser eksempler på atomart. dvs. helium, neon, argon, krypton, etc., faste stoffer.

Molekylær og polymer

Molekyler kan samhandle gjennom Van der Walls krefter, der deres molekylmasser, dipolmomenter, hydrogenbindinger, strukturer og geometrier spiller en viktig rolle. Jo sterkere slike interaksjoner er, desto mer sannsynlig er de for å være i solid form.

På den annen side gjelder den samme resonnementet for polymerer, som på grunn av deres høye gjennomsnittlige molekylmasse nesten alltid er faste stoffer, og flere av dem er amorfe; siden dets polymere enheter har vanskelig for å ordne seg pent for å lage krystaller.

Dermed har vi blant noen molekylære og polymere faste stoffer følgende:

-Tørris

-Sukker

-Jod

-Bensoesyre

-acetamid

-Rombisk svovel

-Palmitinsyre

-Fullerenos

-Kamp

-Koffein

-natfalen

-Ved og papir

-Silke

-Teflon

-polyetylen

-Kevlar

-Bakelite

-Polyvinylklorid

-Polystyrene

-polypropylen

-Proteins

-Sjokoladeplate

Kovalente nettverk

Endelig har vi de kovalente nettverkene mellom de hardeste og høyeste smeltende faste stoffer. Noen eksempler er:

grafitt

-Diamant

-Quartz

-Siliciumkarbid

-Boronnitrid

-Aluminiumfosfid

-Galliumarsenid

referanser

1. Shiver & Atkins. (2008). Uorganisk kjemi. (Fjerde utgave). Mc Graw Hill.
2. Whitten, Davis, Peck & Stanley. (2008). Kjemi (8. utg.). CENGAGE Læring.
3. Wikipedia. (2019). Solid-state kjemi. Gjenopprettet fra: en.wikipedia.org
4. Elsevier BV (2019). Solid-state kjemi. Science. Gjenopprettet fra: sciencedirect.com
5. Dr. Michael Lufaso. (SF). Solid State kjemi forelesningsnotater. Gjenopprettet fra: unf.edu
6. askIITians. (2019). Generelle kjennetegn på solid tilstand. Gjenopprettet fra: askiitians.com
7. David Wood. (2019). Hvordan atomer og molekyler danner faste stoffer: Mønstre og krystaller. Studere. Gjenopprettet fra: study.com