Fasta ämnen: egenskaper, struktur, densitet och exempel

Fasta samtals sådana ämnen, som har förmåga att bilda kroppen och har en volym. Av vätskor och gaser, de utmärker sig genom sin form. Det fasta materialet bibehåller formen på kroppen på grund av det faktum att deras partiklar inte kan röra sig fritt. De skiljer sig i sin densitet, formbarhet, elektrisk ledningsförmåga och färg. De har också andra egenskaper. Till exempel är de flesta av dessa substanser smältes under uppvärmning, förvärva den flytande aggregationstillstånd. Några av dem vid upphettning omedelbart förgasas (sublimerad). Men det finns också de som bryter ner till andra ämnen.

Typer av fasta ämnen

Alla fasta ämnen är indelade i två grupper.

1. Amorft, i vilka de individuella partiklarna är anordnade slumpmässigt. Med andra ord, de har inte en klar (specifik) struktur. Dessa fasta ämnen kan smältas på ett visst föreskrivet temperaturintervall. Den vanligaste av dessa inkluderar glas och plast.
2. Kristall, som i sin tur är indelade i 4 typer: atom, molekylära, jonisk, metalliskt. Partiklarna är belägna endast i ett visst mönster, nämligen i kristallgittret. Dess geometri i olika ämnen kan variera kraftigt.

Kristallina fasta företräde framför amorft i deras antal.

Typer av kristallina fasta ämnen

I praktiskt taget alla fasta ämnen har en kristallin struktur. De skiljer sig i sin struktur. I sin kristallina gitternoder innehålla olika partiklar och kemikalier. Det är i enlighet med dem, och de fick sina namn. Varje typ har specifika egenskaper för det:

• Atomkristallgitter fasta partiklar förenade genom en kovalent bindning. Den utmärker sig genom sin styrka. På grund av detta, sådana ämnen har en hög smältpunkt och kokpunkt. Denna typ omfattar kvarts och diamant.
• I kristallgittret av molekylbindning mellan partiklarna kännetecknas av sin svaghet. Ämnen av denna typ kännetecknas av enkel smältning och kokning. De kännetecknas av volatilitet, på grund av vilka har en viss lukt. Dessa fasta ämnen är is, socker. Rörelse av molekyler i fasta ämnen av denna typ kännetecknas av deras aktivitet.
• Den joniska kristallgittret i noderna alternera respektive partiklar laddade positivt och negativt. De innehas av elektrostatisk attraktion. Detta gitter typen förekommer i alkalier, salter, basiska oxider. Många ämnen av denna typ är lättlösliga i vatten. På grund av en ganska stark bindning mellan jonerna är eldfasta. Nästan alla av dem är luktfri, eftersom de kännetecknas av icke-flyktighet. Ämnen med joniska gitter inte kan leda elektrisk ström, som i sin sammansättning inga fria elektroner. Ett typiskt exempel på den fasta ion - salt. Sådan kristallgitter ger den spröda. Detta beror på det faktum att någon av dess skift kan orsaka jon repulsiva krafter.
• Den metalliska kristallgittret endast kemikalier joner är närvarande i noderna, positivt laddade. Mellan dem finns fria elektroner genom vilka passerar utmärkt termisk och elektrisk energi. Det är därför alla metaller olika funktion som ledningsförmåga.

Allmänna begreppen fast

Solids och ämnen - det är praktiskt taget samma sak. Dessa villkor avses en av de 4 aggregationstillstånd. Fasta ämnen har en stabil form och karaktär av den termiska rörelsen hos atomer. Det senare gör små svängningar i närheten jämviktslägen. Gren av vetenskapen som behandlar studier av sammansättning och inre struktur, hänvisad till som fasta tillståndets fysik. Det finns andra viktiga kunskapsområden involverade i sådana ämnen. Ändra formen av yttre påverkan och rörelse kallas mekanik av deformerbara kroppar.

På grund av de olika egenskaperna av fasta ämnen, har de använts i olika tekniska anordningar som skapats av människan. Oftast grundval av deras användning var egenskaper såsom hårdhet, volym, massa, elasticitet, plasticitet, sprödhet. Moderna vetenskapen kan användas och andra kvaliteter av fasta ämnen, som kan detekteras endast i laboratoriet.

Vad är kristall

Kristaller - en fast kropp placerad i en viss ordning partiklar. Varje kemikalie har sin egen struktur. Dess atomer bildar en tredimensionellt periodisk stapling kallas gitter. Fasta ämnen har en annan struktur symmetri. Solid kristallina tillståndet bedöms vara stabil, eftersom den har ett minimum av potentiell energi.

Den stora majoriteten av fasta material (naturliga) består av ett stort antal slumpmässigt orienterade individuella korn (kristalliter). Sådana ämnen kallas polykristallint. Dessa inkluderar tekniska legeringar och metaller, samt en hel del stenar. Monokristallint kallade naturliga eller syntetiska enkristaller.

I de flesta sådana fasta kroppar bildas från tillståndet av vätskefasen, framlagt för att smälta eller lösning. Ibland är de härrör från en gasform. Denna process kallas kristallisering. Tack vare vetenskapliga och tekniska utvecklingen av odlingsförfarandet (syntes) av olika ämnen som produceras i industriell skala. De flesta av kristallerna har en naturlig form av en vanlig polyeder. Deras storlek varierar kraftigt. Till exempel kan naturlig kvarts (bergkristall) väga upp till hundratals kilogram, och diamanter - upp till flera gram.

I amorfa fasta ämnen, atomerna är i ständig svängning runt slumpmässigt belägna punkter. De lagrar några korta avstånd ordning, men ingen lång räckvidd. Detta beror på det faktum att deras molekyler är anordnade på ett avstånd som kan jämföras med deras storlek. Den vanligaste i våra liv exempel på detta är en solid glasartad tillstånd. Amorfa material är ofta betraktas som en vätska med en oändligt stor viskositet. Tiden för kristallisering är ibland så stor att inte visas.

Att ovanstående egenskaperna hos dessa ämnen gör dem unika. Amorfa fasta anses instabil eftersom tiden kan gå in i kristallina tillståndet.

Molekyler, atomer, av vilka innefattar en fast packad med hög densitet. De hävdar praktiskt deras relativa position i förhållande till andra partiklar och hålls samman av inter interaktion. Avståndet mellan molekylerna i den fasta substansen i olika riktningar kallas kristallgitterparameter. Strukturen av ämnet och dess symmetri definierar ett flertal egenskaper, såsom elektronband, klyvning och optik. När de exponeras för fasta tillräckligt stora krafter, kan dessa egenskaper vara mer eller mindre kränks. När detta fasta mottaglig kvarstående deformation.

Atomerna i fasta kroppar oscillera, vilket beror på innehav av termisk energi. Eftersom de är försumbara, kan de endast observeras under laboratorieförhållanden. Molekylstrukturen hos fasta ämnen i hög grad påverka dess egenskaper.

Studien av fasta ämnen

Egenskaper egenskaperna hos dessa material, studerade deras kvalitet och partikelrörelse olika undersektioner av fasta tillståndets fysik.

För studien användes: radio spektroskopi, strukturanalys med hjälp av röntgen och andra metoder. Så studera de mekaniska, fysikaliska och termiska egenskaperna hos fasta material. Hårdheten, stresstålighet, draghållfasthet, fasomvandling studerar Materials. Den överlappar till stor del med fysiken av fasta ämnen. Det finns en annan viktig modern vetenskap. För att studera befintliga och syntetisera nya ämnen hålls fasta tillståndets kemi.

Funktioner fasta

Karaktär rörelse externa elektron fasta atomer bestämmer många av dess egenskaper, exempelvis, elektriskt. Det finns 5 klasser av sådana organ. De ligger beroende på vilken typ av atomer:

• Ionic, vars grundläggande kännetecken kraft elektrostatisk attraktion. Dess funktioner: reflektion och absorption av ljus i det infraröda området. Vid låg temperatur, är den joniska bindningen kännetecknas av låg elektrisk ledningsförmåga. Ett exempel på ett sådant material är natriumsaltet av saltsyra (NaCl).
• Kovalent utförs på bekostnad av ett elektronpar, som hör till båda atomer. En sådan koppling är uppdelad i: enkel (singel), dubbel och trippel. Dessa namn indikerar närvaron av elektronpar (1, 2, 3). Dubbel- och trippelbindningar kallas multiplar. Det finns en annan uppdelning av gruppen. Så, beroende på fördelningen av isolerade polär och icke-polär bindning elektrondensitet. Den första är bildad av olika atomer, och den andra - lika. Sådan fast tillstånd av materia, av vilka exempel är - en diamant (C) och kisel (Si), som kännetecknas av dess densitet. De flesta fasta kristaller är bara en kovalent bindning.
• Metaller som formats genom att kombinera de valenselektroner av atomer. Som ett resultat, finns det en total elektronmoln som förskjuts under inverkan av en elektrisk spänning. Metallbindning bildas när de bindningsatomer lång. Att de har möjlighet att donera elektroner. Många metaller, komplexa föreningar av denna bindning bildas det fasta tillståndet av materia. Exempel: natrium, barium, aluminium, koppar, guld. Icke-metalliska föreningar är följande: AlCr _2, Ca ₂ Cu, Cu ₅ Zn _8. Ämnen med en metallbindning (metaller) är olika i fysikaliska egenskaper. De kan vara flytande (Hg), mjuk (Na, K), mycket hårt (W, Nb).
• Molekyl uppkommer i kristaller som bildas separata molekyler av materia. Den kännetecknas av spalter mellan molekyler med noll elektrontäthet. Kraftlänkande atomerna i dessa kristaller är avsevärda. Vid samma molekyler de attraheras till varandra endast svag intermolekylär attraktion. Det är därför sambanden mellan dem lätt förstörs av värme. Anslutningarna mellan atomerna kollapsa mycket svårare. Molekylär bindning är uppdelad i orientering, dispersion och induktion. Ett exempel på en sådan fast substans är metan.
• Väte, som förekommer mellan de positivt polariserade atomer eller molekyler därav och negativt polariserad minsta partikel av en molekyl eller andra delar. Dessa relationer kan tillskrivas is.

egenskaper fasta ämnen

Vad vet vi idag? Forskare har länge studerat egenskaper solid state ämnen. När de utsätts för temperaturer och ändra det. Övergången av kroppsvätskan kallas smältning. Omvandlingen av fast material till det gasformiga tillståndet kallas sublimering. Med sjunkande temperatur inträffar Solid kristallisation. Vissa ämnen under inverkan av det kalla överförs till den amorfa fasen. Denna process kallas förglasning forskare.

I fasövergångar ändrar den inre strukturen av fasta ämnen. Den högsta beställning det förvärvar temperaturen sänks. Vid atmosfärstryck och en temperatur T> 0 K något ämne som finns i naturen, stelna. Endast helium, kristallisation av som krävs för att trycket av 24 atm, är ett undantag från denna regel.

Solid state ger det en annan fysikaliska egenskaper. De beskriver det specifika beteendet hos organ under inflytande av vissa områden och krafter. Dessa egenskaper är indelade i grupper. 3 Tilldela exponeringsförfarande motsvarande tre typer av energi (mekanisk, termisk, elektromagnetisk). Följaktligen de existerar tre grupper av fysikaliska egenskaper hos fasta ämnen:

• Mekaniska egenskaper relaterade till stress och deformation av kroppar. Enligt dessa kriterier är fasta uppdelade i elastisk, reologiska, styrka och teknik. Resten är kroppen behåller sin form, men det kan ändras genom en extern kraft. I detta fall kan det vara av plastisk deformation (initial vy inte returneras), elastiska (återgår till den ursprungliga formen) eller destruktiv (när en viss tröskel avklingar / paus). Granska dessa ansträngningar beskriver elastiska moduler. Fast inte bara motstår kompression, stretching, men också flyttas, vridning och böjning. stel kropp styrka för att motstå samtalet sin egendom förstörd.
• Termisk manifest under påverkan av termiska fält. En av de viktigaste egenskaperna - smältpunkt, vid vilken kroppen omvandlar till ett flytande tillstånd. Det observeras i kristallina fasta ämnen. Amorfa organ besitter latent smältvärme, eftersom deras övergång till flytande tillstånd när temperaturen höjs gradvis. Vid uppnående av en viss värme amorf kropp förlorar sin elasticitet och blir plasticitet. Detta tillstånd innebär uppnåendet av deras glasövergångstemperatur. När uppvärmning sker stel kropp deformation. Dessutom ofta expanderar den. Kvantitativt, är detta tillstånd som kännetecknas av en viss faktor. Kroppstemperatur påverkar de mekaniska egenskaperna, såsom flytbarhet, plasticitet, fasthet och styrka.
• Elektromagnetiska samband med exponering för fasta mikropartiklar flöden och elektromagnetiska vågor med hög styvhet. Dessa inkluderar övervakaren och strålningsegenskaper.

bandstruktur

De fasta ämnena klassificeras och den så kallade bandstruktur. Så bland dem kan urskiljas:

• Ledare, kännetecknad av att ledningsförmågan och valensbanden överlappar varandra. Således elektronerna kan röra sig mellan dem, vilket ger den minsta energi. För ledare är alla metaller. När en elektrisk ström är bildad för att en sådan potentialskillnad kropp (på grund av den fria rörligheten för elektroner mellan punkterna med den lägsta och hög potential).
• Dielektrikum, vilka områden inte överlappar varandra. Intervallet mellan dem är större än 4 eV. Att leda elektroner från valens att kräva stora energiledningsbandet. Tack vare dessa egenskaper dielektrika praktiskt taget icke-ledande.
• Halvledare, kännetecknas av frånvaron av de lednings- och valensbanden. Intervallet mellan dem är mindre än 4 eV. För överföring av elektroner från valensen till ledningsbandet kräver mindre energi än dielektrika. Rena (olegerat och egenfunktioner) halvledare dåligt ström leds.

Molecular rörelse i det fasta materialet orsakar deras elektromagnetiska egenskaper.

andra egenskaper

Fasta ämnen är uppdelade och deras magnetiska egenskaper. Det finns tre grupper:

• Diamagnetiska egenskaper, vilka beror lite på temperaturen eller tillståndet av aggregering.
• Paramagnetiska, som resulterar från orienteringen av ledningselektroner och magnetiska moment av atomerna. Enligt Curie deras känslighet minskar när temperaturen. Således, vid 300 K är det 10 ^-5.
• En magnetisk kropp med en ordnad struktur med lång räckvidd ordning av atomer. I noderna i gittret är periodiskt anordnade partiklar med magnetiska moment. Dessa fasta ämnen och ämnen som ofta används i olika områden av mänsklig aktivitet.

Den svåraste ämnet i naturen

Vilka är de? fasta ämnen densitet bestämmer i stor utsträckning deras hårdhet. Under de senaste åren har forskare upptäckt flera material som påstår sig vara "den mest hållbara kroppen." Mest solida - det fullerite (kristallmolekylerna med en fulleren), vilket är ungefär 1,5 gånger hårdare än diamant. Tyvärr är det för närvarande endast tillgänglig i mycket små mängder.

Hittills det hårdaste ämne som senare kan användas i branschen - lonsdalite (sexkantiga diamant). Han är 58% hårdare än diamant. Lonsdalite - allotropisk modifikation av kol. Dess kristallgittret är mycket lik en diamant. Lonsdaleit cell innehåller 4 atomer, men diamanten - 8. Av de vanligen använda kristallerna idag är det svåraste diamant.