ЧВРСТО СТАЊЕ: КАРАКТЕРИСТИКЕ, СВОЈСТВА, ВРСТЕ, ПРИМЕРИ - НАУКА - 2025

ССД је један од главних начина на који предметом агрегате за креирање кондензована или чврстих тела. Читава земаљска кора, изостављајући мора и океане, разнолик је конгломерат чврстих тела. Примери предмета у чврстом стању су књига, камен или зрнца песка.

Ми можемо да комуницирамо са чврстим материјама захваљујући одбојности наших електрона са оним њихових атома или молекула. За разлику од течности и гасова, све док нису јако токсични, наше руке не могу да прођу кроз њих, већ да их мрве или апсорбују.

Дрвена статуа овог коња направљена је од чврсто кохезивних природних полимера. Извор: Пкхере.

Чврсте супстанце су углавном много лакше руковати или складиштити него течност или гас. Ако се његове честице фино не поделе, струја ветра неће је пренети у другим смеровима; они су фиксирани у простору који је дефинисан интермолекуларним интеракцијама њихових атома, јона или молекула.

Чврсти концепт

Чврста супстанца је стање материје у којој постоји крути волумен и облик; честице које формирају материјале или предмете у чврстом стању су фиксиране на једном месту, нису лако стисљиве.

Ово стање материје је најразличитије и најбогатије у погледу хемије и физике. Имамо јонске, металне, атомске, молекуларне и ковалентне чврсте материје, свака са својом структурном јединицом; то јест, са сопственим кристалима. Када им начин агрегирања не допушта да успоставе уредне унутрашње структуре, оне постају аморфне и замршене.

Студија чврстог стања конвергира се у дизајну и синтези нових материјала. На пример, дрво, природна чврста материја, такође се користи као украсни материјал и за изградњу кућа.

Остали чврсти материјали омогућавају производњу аутомобила, авиона, бродова, свемирских бродова, нуклеарних реактора, спортске робе, батерија, катализатора и многих других предмета или производа.

Опште карактеристике чврстих тела

Опруга и дрво, компоненте шестера, пример чврстог материјала

Главне карактеристике крутих честица су:

- Они су дефинисали масу, запремину и облике. Гас, на пример, нема краја ни почетка, пошто они зависе од контејнера у коме се складишти.

- Веома су густи. Чврсти састојци су гушћи од течности и гасова; иако постоји неколико изузетака од правила, посебно када се упоређују течности и чврсте материје.

-Удаљености које раздвајају његове честице су кратке. То значи да су постали врло кохезивни или сабијени у свом обиму.

- Његове међудолекуларне интеракције су врло јаке, иначе не би постојале као такве и растопиле би се или сублимирале у земаљским условима.

Разлике између честица чврсте супстанце, течности и гаса

-Мобилност чврстих материја обично је прилично ограничена, не само са материјалног становишта, већ и на молекуларној основи. Његове честице су затворене у фиксном положају, где могу само да вибрирају, али не и да се крећу или окрећу (у теорији).

Својства

Тачке топљења

Све чврсте материје, осим ако се не разграде у процесу и без обзира да ли су добри проводници топлоте, могу прећи у течно стање на одређеној температури: талиште. Када се та температура достигне, њене честице коначно успевају да течу и побјегну из својих фиксних положаја.

Тачка топљења зависиће од природе течности, његових интеракција, моларне масе и енергије кристалне решетке. По правилу, јонске чврсте супстанце и ковалентне мреже (попут дијаманта и силицијумског диоксида) имају највише тачке топљења; док су молекуларне чврсте супстанце најниже.

Следећа слика показује како ледена коцка (чврсто стање) претвара се у течно стање:

Стехиометрија

Велики део чврстих материја је молекулских, јер су то једињења чија интермолекуларна интеракција омогућава им да се коалирају на такав начин. Међутим, многи други су јонски или делимично јонски, тако да њихове јединице нису молекуле, већ ћелије: скуп атома или јона који су правилно распоређени.

Овде формуле такве чврсте супстанце морају да поштују неутралност набоја, указујући на њихов састав и стехиометријске односе. На пример, чврсти чије хипотетички формуле А ₂ Б ₄ О ₂ сигнали који имају исту количину А атома који чине О (2: 2), док је поседује двоструко број атома Б (2: 4).

Имајте на уму да су претплатници формуле А ₂ Б ₄ О ₂ цели бројеви, што показује да је стехиометријско чврсто тело. Састав многих чврстих супстанци је описан овим формулама. Накнаде за А, Б и О морају износити нулу, јер би у супротном било позитивног или негативног набоја.

За чврсте материје је посебно корисно знати како тумачити њихове формуле, јер су генерално композиције течности и гасова једноставније.

Квар

Структуре чврстих тела нису савршене; представљају несавршености или недостатке, колико год кристални били. То није случај са течностима, нити са гасовима. Не постоје региони течне воде за које се може унапред рећи да су „дислоцирани“ из своје околине.

Такве оштећења су одговорна за то да су чврсте супстанце тврде и крхке, показују својства као што су пироелектричност и пиезоелектричност или престају да имају дефинисане композиције; то јест, они су нестехиометријска чврста супстанца (нпр. _0,4 Б _1,3 О _0,5 ).

Реактивност

Чврсте супстанце су обично мање реактивне од течности и гасова; али не због хемијских узрока, већ чињенице да њихове структуре спречавају реактанте да нападну честице унутар њих, реагујући прво са онима на њиховој површини. Због тога су реакције у којима учествују чврсте супстанце спорије; осим ако се не уситњавају.

Кад је чврста супстанца у облику праха, њене мање честице имају већу површину или површину за реакцију. Због тога се ситне круте материје често означавају као потенцијално опасни реагенси, јер се могу брзо запалити или снажно реагирати у контакту са другим супстанцама или једињењима.

Често се чврста супстанца раствара у реакционом медијуму да се хомогенизује систем и изведе синтеза са већим приносом.

Физички

Изузев тачке топљења и оштећења, оно што је речено до сада више одговара хемијским својствима чврстих материја него њиховим физичким својствима. Физика материјала је дубоко усмерена на то како светлост, звук, електрони и топлота утичу на чврсте материје, било да су кристалне, аморфне, молекуларне итд.

Овде долази оно што је познато као пластична, еластична, крута, непрозирна, провидна, суправодљива, фотоелектрична, микропорозна, феромагнетска, изолациона или полуводичка чврста супстанца.

На пример, у хемији су занимљиви материјали који не апсорбирају ултраљубичасто зрачење или видљиву светлост, јер се користе за прављење мерних ћелија за УВ-Вис спектрофотометре. Исто се дешава и са инфрацрвеним зрачењем, када желите да карактеришете једињење добијањем његовог ИР спектра, или проучите напредак реакције.

Проучавање и манипулисање свим физичким својствима чврстих материја захтева огромну посвећеност, као и њихову синтезу и дизајн, одабиром „комада“ неорганске, биолошке, органске или органометалне конструкције за нове материјале.

Врсте и примери

Пошто је хемијски видљиво неколико врста чврстих материја, за сваког ће бити одвојено наведени репрезентативни примери.

Кристалне чврсте супстанце

С једне стране постоје кристалне чврсте супстанце. Ови елементи су карактеристични по томе што су молекули који их сачињавају конфигурисани на исти начин, што се понавља као образац кроз кристал. Сваки узорак назива се јединична ћелија.

Кристалне чврсте супстанце су такође карактеристичне по томе што имају дефинисану тачку топљења; То значи да, с обзиром на уједначеност распореда његових молекула, постоји једнака удаљеност између сваке јединичне ћелије, што омогућава целој структури да се непрестано трансформише под истом температуром.

Примери кристалних чврстих материја могу бити со и шећер.

Аморфне чврсте супстанце

Аморфне чврсте супстанце су карактеристичне по томе што конформација њихових молекула не реагује на образац, већ варира на целој површини.

Како не постоји такав образац, тачка топљења аморфне чврсте материје није дефинисана, за разлику од кристалних, што значи да се она топи постепено и под различитим температурама.

Примјери аморфних чврстих твари могу бити стакло и већина пластике.

Јоника

Јонска чврста супстанца карактерише да имају катионе и анионе који међусобно делују електростатском привлачношћу (јонско везивање). Када су јони мали, добијене структуре су обично увек кристалне (узимајући у обзир њихове недостатке). Међу јонским чврстим материјама имамо:

-НаЦл (На ⁺ Цл ^- ), натријум хлорид

-МгО (Мг ²⁺ О ^2- ), магнезијум оксид

-ЦаЦО ₃ (Ца ²⁺ ЦО ₃ ^2- ), калцијум карбонат

-ЦуСО ₄ (Цу ²⁺ СО ₄ ^2- ), бакар сулфат

-КФ (К ⁺ Ф ^- ), калијум флуорид

-НХ ₄ Цл (НХ ₄ ⁺ Цл ^- ), амонијум хлорид

-ЗнС (Зн ²⁺ С ^2- ), цинк сулфид

-Фе (Ц ₆ Х ₅ ЦОО) ₃ , гвожђе бензоат

Металик

Као што им име говори, они су чврста супстанца која имају металне атоме који међусобно делују кроз металну везу:

-Силвер

-Злата

-Откријте

-Мраде

-Бронца

-Бело злато

-Певтер

-Стеелс

-Дуралумин

Имајте на уму да се легуре такође рачунају као металне чврсте материје.

Атомско

Металне чврсте материје су такође атомске, јер у теорији не постоје ковалентне везе између металних атома (ММ). Међутим, племенити гасови се у бити рачунају као атомске врсте, јер међу њима преовлађују само лондонске дисперзивне силе.

Стога, иако нису чврсте супстанце велике примене (и тешко их је добити), кристализовани племенити гасови су пример атомске чврсте материје; тј .: хелијум, неон, аргон, криптон итд., чврсте супстанце.

Молекуларни и полимерни

Молекуле могу комуницирати путем Ван дер Валлс снага, гдје њихове молекуларне масе, диполни моменти, водоничне везе, структуре и геометрије играју важну улогу. Што су јаче такве интеракције, то је вероватније да ће бити у чврстом облику.

С друге стране, исто образложење важи за полимере, који су због високе просечне молекулске масе готово увек чврсте супстанце, а неколико њих је и аморфно; будући да је због његових полимерних јединица тешко да се уредно уреде за стварање кристала.

Дакле, имамо неке молекуларне и полимерне чврсте материје следеће:

-Суви лед

- Шећер

-Од јода

-Бензоеве киселине

-Ацетамид

-Ромбични сумпор

-Палмитинска киселина

-Фуллеренос

-Утакмица

-Кафеин

-Нафтален

- Дрво и папир

-Силк

-Тефлон

-Полиетилен

-Кевлар

-Бакелит

-Поливинил хлорид

-Полиистирен

-Полипропилен

-Протеини

-Чоколада

Ковалентне мреже

Коначно, имамо ковалентне мреже између најтврђих и најталијих чврстих материја. Неки примери су:

-Графит

-Дијамант

-Куартз

-Силиицијумов карбид

-Боров нитрид

-Алуминијев фосфид

-Галлијум арсенид

Референце

1. Схивер & Аткинс. (2008). Неорганска хемија. (Четврто издање). Мц Грав Хилл.
2. Вхиттен, Давис, Пецк и Станлеи. (2008). Хемија (8. изд.). ЦЕНГАГЕ Учење.
3. Википедиа. (2019). Хемија у чврстом стању. Опоравак од: ен.википедиа.орг
4. Елсевиер БВ (2019). Чврста стања хемије. СциенцеДирецт. Опоравак од: сциенцедирецт.цом
5. Др Мицхаел Луфасо. (сф) Биљешке о предавању из хемије о чврстом стању. Опоравак од: уне.еду
6. питаоци. (2019). Опште карактеристике чврстог стања. Опоравак од: аскиитианс.цом
7. Давид Воод. (2019). Како атоми и молекуле формирају чврсте материје: узорци и кристали. Студи. Опоравак од: студи.цом