Vaste stoffen: eigenschappen, structuur, dichtheid en voorbeelden

Vaste oproep dergelijke stoffen die kunnen vormen het lichaam en een volume. Vloeistoffen en gassen, worden ze onderscheiden door hun vorm. De vaste stof behoudt de vorm van het lichaam als gevolg van het feit dat de deeltjes niet vrij kunnen bewegen. Zij verschillen in dichtheid, taaiheid, elektrische geleidbaarheid en kleur. Ze hebben ook andere eigenschappen. Bijvoorbeeld, de meeste van deze stoffen gesmolten worden tijdens het verwarmen, het verwerven van de vloeibare aggregatietoestand. Sommigen van hen bij verhitting onmiddellijk vergast (gesublimeerd). Maar er zijn ook mensen die af te breken in andere stoffen.

Soorten vaste stoffen

Alle vaste stoffen zijn verdeeld in twee groepen.

1. Amorf, waarbij de afzonderlijke deeltjes zijn willekeurig gerangschikt. Met andere woorden, ze hebben niet een duidelijke (specifieke) structuur. Deze vaste stoffen kunnen worden gesmolten in een bepaalde voorgeschreven temperatuurinterval. De meest voorkomende van deze zijn glas en hars.
2. Kristal, die op hun beurt onderverdeeld in 4 typen: atomaire, moleculaire, ionische, metallic. De partikels bevinden zich slechts in een bepaald patroon, namelijk in het kristalrooster. De geometrie in verschillende stoffen kunnen sterk variëren.

Kristallijne vaste stoffen prevaleren boven amorf van hun aantallen.

Soorten kristallijne vaste stoffen

In praktisch alle vaste stoffen een kristallijne structuur. Ze verschillen in hun structuur. In zijn kristalrooster knooppunten bevatten verschillende deeltjes en chemicaliën. Het is in overeenstemming met hen, en ze kregen hun namen. Elk type heeft specifieke eigenschappen voor haar:

• De atomaire kristalrooster vaste deeltjes gebonden door een covalente binding. Het onderscheidt zich door zijn kracht. Hierdoor dergelijke stoffen hebben een hoog smeltpunt en kookpunt. Dit type omvat kwarts en diamant.
• In het kristalrooster van de moleculaire binding tussen de deeltjes wordt gekenmerkt door zijn zwakte. Stoffen van dit type worden gekenmerkt door eenvoudige smelt- en kookpunt. Ze worden gekenmerkt door volatiliteit, waardoor een bepaalde geur. Deze vaste stoffen zijn ijs, suiker. Beweging van moleculen in vaste stoffen van dit type worden gekenmerkt door hun activiteit.
• De ionische kristalrooster in de schakelelementen afwisselend respectievelijke deeltjes positief en negatief geladen. Zij worden gehouden door elektrostatische aantrekking. Dit roostertype bekend in basen, zouten, basisch oxide. Vele dergelijke stoffen zijn gemakkelijk oplosbaar in water. Als gevolg van een heel sterke band tussen de ionen refractair. Bijna alle van hen zijn geurloos, omdat ze worden gekenmerkt door niet-volatiliteit. Stoffen met ionenrooster staat om elektrische stroom te geleiden, zoals in de samenstelling geen vrije elektronen. Een typisch voorbeeld van de vaste ion - zout. Dergelijke kristalrooster geeft broos. Dit komt door het feit dat elk van de verschuiving ionen afstotende krachten veroorzaken.
• De metallische kristalrooster enige chemische ionen aanwezig in de schakelelementen, positief geladen. Daartussen zijn vrije elektronen waardoorheen uitstekende thermische en elektrische energie. Dat is de reden waarom elke metalen verschillende functie, zoals geleidbaarheid.

Algemene begrippen van vaste

Vaste stoffen en stoffen - het is bijna hetzelfde. Deze voorwaarden verwezen naar een van de 4 staten van aggregatie. Vaste stoffen een stabiele vorm en het karakter van de thermische beweging van atomen. Dit laatste maakt kleine trillingen in de buurt van het evenwicht posities. Tak van de wetenschap omgaan met de studie van samenstelling en interne structuur, aangeduid als solid-state physics. Er zijn nog andere belangrijke gebieden van de kennis die betrokken zijn bij dergelijke stoffen. Door de vorm van externe invloeden en beweging genaamd mechanica van vervormbare lichamen.

Als gevolg van de verschillende eigenschappen van vaste stoffen, zijn zij gebruikt in diverse technische apparaten gemaakt door de mens. Meestal basis van hun gebruik werden eigenschappen zoals hardheid, volume, gewicht, elasticiteit, plasticiteit, brosheid. De moderne wetenschap kan worden gebruikt en andere kwaliteiten van vaste stoffen die alleen in het laboratorium kan worden gedetecteerd.

Wat is kristal

Kristallen - een vast lichaam in een bepaalde volgorde deeltjes. Elke chemische stof heeft zijn eigen structuur. Het atomen een driedimensionaal rooster periodieke stapeling genoemd. Vaste stoffen hebben een andere structuur symmetrie. Vaste kristallijne toestand als stabiel beschouwd, omdat het een minimale hoeveelheid potentiële energie.

De overgrote meerderheid van vaste materialen (natuurlijke) uit een groot aantal willekeurig georiënteerde afzonderlijke korrels (kristallieten). Dergelijke stoffen worden genoemd polykristallijn. Deze omvatten technische legeringen en metalen, evenals een hoop rotsen. Monokristallijn genaamd natuurlijke of synthetische enkele kristallen.

In de meeste dergelijke vaste lichamen worden gevormd uit de staat vloeistoffase onderworpen aan smelt of oplossing. Soms worden ze afgeleid van een gasvormige toestand. Dit proces heet kristallisatie. Met dank aan de wetenschappelijke en technische vooruitgang van de teelt procedure (synthese) van verschillende stoffen die een industriële schaal. Het merendeel van de kristallen heeft een natuurlijke vorm van een regelmatige veelvlak. Hun afmetingen variëren sterk. Zo kan natuurlijk kwarts (bergkristal) maximaal gewicht van honderden kilo, en diamanten - tot enkele gram.

In amorfe vaste stoffen, de atomen zijn constant oscillatie rond willekeurig gelegen punten. Ze slaan een aantal korte-afstands orde, maar geen lange afstand. Dit komt door het feit dat hun moleculen zijn op een afstand die kan worden vergeleken met hun grootte. De meest voorkomende in ons leven voorbeeld hiervan is een solide glasachtige toestand. Amorfe materialen zijn vaak als een vloeistof met een oneindig grote viscositeit. De tijd van de kristallisatie is soms zo groot, dat niet is getoond.

Dat de bovenstaande eigenschappen van deze stoffen maakt ze uniek. Amorfe vaste stoffen worden beschouwd als onbetrouwbaar, omdat na verloop van tijd kan gaan in de kristallijne toestand.

Moleculen, atomen, van welke een vaste gepakt met een hoge dichtheid. Zij praktisch behouden hun relatieve positie ten opzichte van andere deeltjes en worden samengehouden door intermoleculaire interactie. De afstand tussen de moleculen van de vaste stof in verschillende richtingen wordt het kristalrooster parameter. De structuur van de stof en de symmetrie definiëren een aantal eigenschappen zoals elektronen band, splitsing en optica. Bij blootstelling aan vaste voldoend grote krachten, kunnen deze eigenschappen meer of minder geschonden. Wanneer deze vaste vatbaar blijvende vervorming.

De atomen van vaste lichamen oscilleren, die het gevolg is van thermische energie bezit. Omdat ze zijn te verwaarlozen, kunnen ze alleen worden waargenomen onder laboratoriumomstandigheden. De moleculaire structuur van vaste stoffen grotendeels invloed op de eigenschappen.

De studie van vaste stoffen

Eigenschappen van deze materialen, de kwaliteit en deeltjesbeweging bestudeerde verschillende subsecties vastestoffysica.

Voor de studie gebruikt: radio spectroscopische structuuranalyse met röntgenstraling en andere methoden. Dus de studie van de mechanische, fysische en thermische eigenschappen van vaste stoffen. De hardheid, stressbestendigheid, treksterkte, faseovergang bestudeert Materials. Overlapt grotendeels met de fysica van vaste stoffen. Er is een andere belangrijke moderne wetenschap. Het bestuderen van bestaande en synthetiseren van nieuwe stoffen gehouden solid state chemie.

features vaste stoffen

Eigenschappen motion uitwendige elektrondonor vaste stof atomen bepaalt veel van zijn eigenschappen, bijvoorbeeld elektrisch. Er zijn 5 klassen van dergelijke organen. Ze worden ingesteld, afhankelijk van de aard van de atomen:

• Ionische, basiskenmerk waarvan de kracht van elektrostatische aantrekking. Zijn eigenschappen: reflectie en absorptie van licht in het infraroodgebied. Bij lage temperaturen is de ionische binding gekenmerkt door lage elektrische geleidbaarheid. Een voorbeeld van een dergelijk materiaal is het natriumzout zoutzuur (NaCl).
• Covalente uitgevoerd ten koste van een elektronenpaar, die tot twee atomen. Een dergelijke koppeling bestaat uit: single (single), dubbele en driedubbele. Deze namen de aanwezigheid van elektronenparen (1, 2, 3). Dubbele en driedubbele bindingen zijn veelvouden genoemd. Er is een onderdeel van de groep. Dus, afhankelijk van de elektronendichtheidsverdeling geïsoleerde polaire en niet-polaire binding. De eerste wordt gevormd door verschillende atomen, en de tweede - gelijke. Dergelijke vaste aggregatietoestand, waarvan voorbeelden zijn - een ruit (C) en silicium (Si), gekenmerkt door de dichtheid. De meeste vaste kristallen zijn slechts een covalente binding.
• Metaal gevormd door combinatie van de valentie-elektronen van atomen. Hierdoor zijn er in totaal elektronenwolk die onder invloed van een elektrische spanning wordt verplaatst. Metaalbinding wordt gevormd wanneer de binding atomen lang. Dat zij in staat zijn om elektronen te doneren. Vele metalen, complexe verbindingen van deze binding gevormd vaste aggregatietoestand. Voorbeelden: natrium, barium, aluminium, koper, goud. Niet- metaalverbindingen zijn: AlCr _2, Ca ₂ Cu, Zn Cu _{5 8.} Stoffen met een metaalbinding (metalen) zijn divers in fysische eigenschappen. Zij kunnen vloeibaar (Hg), soft (Na, K) zijn zeer hard (W, Nb).
• Moleculaire afkomstig uit gevormde kristallen afzonderlijke moleculen van de materie. Het wordt gekenmerkt door spleten tussen moleculen met nul elektronendichtheid. Kracht verbindende eenheden in deze kristallen aanzienlijk. Tegelijkertijd moleculen zij tot elkaar slechts zwakke intermoleculaire aantrekking. Dat is de reden waarom de banden tussen hen gemakkelijk worden vernietigd door hitte. De verbindingen tussen de atomen instorten veel moeilijker. Moleculaire verbinding is verdeeld in oriëntatie, dispersie en inductie. Een voorbeeld van een dergelijke vaste stof methaan.
• Waterstof, die optreedt tussen de positief gepolariseerde atomen of moleculen daarvan en negatief gepolariseerd kleinste deeltje van een molecuul of andere delen. Deze relaties kunnen worden toegeschreven ijs.

Properties vaste stoffen

Wat doen we vandaag kennen? Wetenschappers hebben lang het bestuderen van de eigenschappen van solid state stoffen. Bij blootstelling aan temperaturen en veranderen. De overgang van de lichaamsvloeistof heet smelten. De transformatie van vaste naar gasvormige toestand heet sublimatie. Met dalende temperatuur optreedt Solid kristallisatie. Sommige stoffen onder invloed van de koude naar de amorfe fase. Dit proces heet vitrificatie wetenschappers.

In faseovergangen verandert de interne structuur van vaste stoffen. De hoogste bestellen verwerft de temperatuur wordt verlaagd. Bij atmosferische druk en een temperatuur T> 0 K stoffen in de natuur bestaan, stollen. Alleen helium, de kristallisatie van die nodig zijn om de druk van 24 atm is, is een uitzondering op deze regel.

Solid state geeft het een verschillende fysische eigenschappen. Ze beschrijven het specifieke gedrag van organen onder de invloed van bepaalde velden en krachten. Deze eigenschappen zijn onderverdeeld in groepen. 3 toewijzen Belichtingswerkwijze overeenkomen met drie soorten energie (mechanisch, thermisch, elektromagnetisch). Dienovereenkomstig bestaat deze drie groepen fysische eigenschappen van vaste stoffen:

• Mechanische eigenschappen met betrekking tot spanning en vervorming van lichamen. Volgens deze criteria worden de vaste stoffen verdeeld elastische, rheologische, kracht en technologie. De rest is het lichaam vormvast, maar kan worden gewijzigd door een uitwendige kracht. In dit geval kan het plastische vervorming (openingsweergave niet teruggekeerd), elastische (terugkeert naar de oorspronkelijke vorm) of destructieve (wanneer een bepaalde drempelwaarde afneemt / pauze) zijn. Geef je mening over deze inspanningen te beschrijven elasticiteitsmoduli. Solid weerstaat niet alleen compressie, stretching, maar ook verschuift, draaien en buigen. rigide lichaam kracht op de oproep van zijn eigendom vernield weerstaan.
• Thermische geopenbaard onder invloed van thermische velden. Een van de belangrijkste eigenschappen - smeltpunt, waarbij het lichaam wordt omgezet in een vloeibare toestand. Opgemerkt wordt in kristallijne vaste stoffen. Amorfe lichamen bezitten latente smeltwarmte, zoals de overgang naar de vloeibare toestand wanneer de temperatuur geleidelijk wordt verhoogd. Bij het bereiken van een zekere warmte amorfe lichaam verliest zijn elasticiteit en plasticiteit wordt. Deze toestand: de toestand van de glasovergangstemperatuur. Bij verhitting optreedt star lichaam vervorming. Bovendien is het vaak uitbreidt. Kwantitatief wordt deze aandoening gekenmerkt door een bepaalde factor. Lichaamstemperatuur beïnvloedt de mechanische eigenschappen zoals vloeivermogen, plasticiteit, stevigheid en sterkte.
• Elektromagnetische door blootstelling aan vaste microdeeltjes stromen en elektromagnetische golven met een hoge stijfheid. Deze omvatten proeftijd en stralingseigenschappen.

bandstructuur

De vaste stoffen werden geclassificeerd en het zogenaamde bandstructuur. Dus, onder hen zijn onderscheiden:

• Geleiders, gekenmerkt doordat de geleidbaarheid en valentiebanden overlappen. Aldus kunnen de elektronen tussen hen, waarbij de kleinste energie. Voor geleiders alle metalen. Wanneer een elektrische stroom wordt gevormd om een dergelijk spanningsverschil lichaam (als gevolg van de vrije beweging van elektronen tussen de punten met de laagste en high potential).
• Diëlektrica welke gebieden elkaar niet overlappen. Het interval ertussen groter dan 4 eV. Om elektronen uit te voeren van de valentie tot grote energiebedrijven geleidingsband vereisen. Dankzij deze eigenschappen diëlektrica niet geleidend.
• Halfgeleiders, gekenmerkt door de afwezigheid van de geleiding en valentiebanden. Het interval ertussen kleiner dan 4 eV. Voor overdracht van elektronen van de valentieband naar de geleidingsband minder energie dan diëlektrica. Pure (niet-gelegeerd en eigenfuncties) halfgeleiders slecht stroom wordt doorgegeven.

Moleculaire beweging van de vaste stoffen zullen hun elektromagnetische eigenschappen.

andere eigenschappen

Vaste stoffen zijn verdeeld en hun magnetische eigenschappen. Er zijn drie groepen:

• Diamagnetische eigenschappen, die weinig op de temperatuur of de toestand van aggregatie afhankelijk zijn.
• Paramagnetisch, als gevolg van de oriëntatie van de geleidingselektronen en magnetische momenten van de atomen. Volgens Curie hun gevoeligheid afneemt wanneer de temperatuur. Dus bij 300 K is 10 ^-5.
• Een magnetisch lichaam met een geordende structuur met lange afstand orde atomen. Bij de knooppunten van het rooster periodiek gerangschikt deeltjes met magnetische momenten. Deze vaste stoffen en stoffen die veelvuldig in verschillende domeinen van de menselijke activiteiten.

De hardste stof in de natuur

Wat zijn dat? vaste dichtheid grotendeels hun hardheid te bepalen. In de afgelopen jaren hebben wetenschappers verschillende materialen die beweren te zijn ontdekt "de meest duurzame lichaam." Stevigste - het fullerite (kristalmoleculen met fullerene), die ongeveer 1,5 keer harder dan diamant. Helaas, het is momenteel alleen beschikbaar in zeer kleine hoeveelheden.

Tot op heden is de hardste stof, die later kan worden gebruikt in de industrie - lonsdalite (zeshoekige diamant). Hij is 58% harder dan diamant. Lonsdalite - allotrope modificatie van koolstof. Het kristalrooster is zeer vergelijkbaar met een diamant. Lonsdaleite cel bevat 4 atomen, maar de diamant - 8. Van de meest gebruikte kristallen vandaag is de hardste diamant.