Det fast tilstand det er en af de vigtigste måder, hvorpå stof tilsættes for at skabe kondenserede eller faste kroppe. Hele jordskorpen, der udelader havene og havene, er et broket konglomerat af faste stoffer. Eksempler på genstande i fast tilstand er en bog, en sten eller sandkorn.
Vi kan interagere med faste stoffer takket være vores elektroners frastødning med deres atomer eller molekyler. I modsætning til væsker og gasser, så længe de ikke er meget giftige, kan vores hænder ikke gå igennem dem, men smuldre eller absorbere dem.
Tørstoffer er generelt meget lettere at håndtere eller opbevare end en væske eller en gas. Medmindre dets partikler er findelt, vil en vindstrøm ikke føre den i andre retninger; er fikseret i rummet defineret af de intermolekylære interaktioner mellem deres atomer, ioner eller molekyler.
Artikelindeks
Det faste stof er en tilstand af stof, hvor der er en stiv volumen og form; partiklerne, der danner materialer eller genstande i fast tilstand, er fikseret ét sted, de er ikke let komprimerbare.
Denne tilstand af stof er den mest varierede og rige med hensyn til kemi og fysik. Vi har ioniske, metalliske, atomare, molekylære og kovalente faste stoffer, hver med sin egen strukturelle enhed; det vil sige med sine egne krystaller. Når deres aggregeringsmetode ikke tillader dem at etablere ordnede interne strukturer, bliver de amorfe og indviklede.
Undersøgelsen af fast tilstand konvergerer i design og syntese af nye materialer. For eksempel er træ, et naturligt fast stof, også blevet brugt som prydmateriale og til opførelse af huse.
Andre faste materialer tillader fremstilling af biler, fly, skibe, rumskibe, atomreaktorer, sportsudstyr, batterier, katalysatorer og mange andre objekter eller produkter..
De vigtigste egenskaber ved faste stoffer er:
-De har bestemt masse, volumen og former. En gas har for eksempel ikke en ende eller en begyndelse, da disse afhænger af beholderen, der opbevarer den..
-De er meget tætte. Tørstof har tendens til at være tættere end væsker og gasser; skønt der er et par undtagelser fra reglen, især når man sammenligner væsker og faste stoffer.
-Afstandene, der adskiller deres partikler, er korte. Dette betyder, at de har været meget sammenhængende eller komprimeret i deres respektive volumen.
-Deres intermolekylære interaktioner er meget stærke, ellers ville de ikke eksistere som sådan og ville smelte eller sublimere under jordiske forhold..
-Mobiliteten af faste stoffer er normalt ret begrænset, ikke kun fra et materielt synspunkt, men også fra et molekylært synspunkt. Dens partikler er begrænset i en fast position, hvor de kun kan vibrere, men ikke bevæge sig eller rotere (i teorien).
Alle faste stoffer, medmindre de nedbrydes under processen, og uanset om de er gode varmeledere eller ej, kan passere i flydende tilstand ved en bestemt temperatur: deres smeltepunkt. Når denne temperatur er nået, formår dets partikler endelig at strømme og flygte fra deres faste positioner..
Dette smeltepunkt afhænger af arten af det faste stof, dets interaktioner, den molære masse og den krystallinske gitterenergi. Som hovedregel har ioniske faste stoffer og kovalente netværk (såsom diamant og siliciumdioxid) tendens til at have de højeste smeltepunkter; mens molekylære faste stoffer er den laveste.
Følgende billede viser, hvordan en isterning (fast tilstand) bliver til en flydende tilstand:
Meget af de faste stoffer er molekylære, da de er forbindelser, hvis intermolekylære interaktioner tillader dem at samle sig på en sådan måde. Imidlertid er mange andre ioniske eller delvist ioniske, så deres enheder er ikke molekyler, men celler: et sæt atomer eller ioner arrangeret på en ordnet måde..
Det er her, hvor formlerne for sådanne faste stoffer skal respektere ladningernes neutralitet, hvilket indikerer deres sammensætning og støkiometriske forhold. For eksempel det faste stof, hvis hypotetiske formel er AtoB4ELLERto påpeger, at det har samme antal A-atomer som O (2: 2), mens det har dobbelt så mange B-atomer (2: 4).
Bemærk, at abonnementerne med formel AtoB4ELLERto de er heltal, hvilket viser, at det er et støkiometrisk fast stof. Sammensætningen af mange faste stoffer er beskrevet ved disse formler. Opladningerne af A, B og O skal tilføje lig med nul, for ellers ville der være en positiv eller negativ ladning.
For faste stoffer er det især nyttigt at vide, hvordan man fortolker deres formler, da sammensætningen af væsker og gasser generelt er enklere.
Strukturer af faste stoffer er ikke perfekte; de præsenterer ufuldkommenheder eller mangler, hvor krystallinske de end måtte være. Dette er ikke tilfældet med væsker eller gasser. Der er ingen regioner med flydende vand, der kan bekræftes på forhånd, som er "forskudt" med hensyn til deres omgivelser..
Sådanne defekter er ansvarlige for, at de faste stoffer er hårde og skøre, viser egenskaber såsom pyroelektricitet og piezoelektricitet eller ophører med at have definerede sammensætninger; de er ikke-støkiometriske faste stoffer (for eksempel A0,4B1.3ELLER0,5).
Tørstoffer er normalt mindre reaktive end væsker og gasser; men ikke på grund af kemiske årsager, men på grund af det faktum, at deres strukturer forhindrer reaktanter i at angribe partiklerne inde i dem og først reagere med dem på overfladen. Derfor har reaktioner, der involverer faste stoffer, en tendens til at være langsommere; medmindre de er pulveriseret.
Når et fast stof er i pulverform, har dets mindre partikler et større område eller en større overflade at reagere på. Derfor mærkes fine faste stoffer ofte som potentielt farlige reagenser, da de hurtigt kan antænde eller reagere kraftigt i kontakt med andre stoffer eller forbindelser..
Faste stoffer opløses ofte i et reaktionsmedium for at homogenisere systemet og udføre en syntese med højere udbytte..
Med undtagelse af smeltepunktet og defekterne svarer det hidtil sagt mere til faste stoffers kemiske egenskaber end til deres fysiske egenskaber. Materialets fysik er dybt fokuseret på, hvordan lys, lyd, elektroner og varme interagerer med faste stoffer, uanset om de er krystallinske, amorfe, molekylære osv..
Det er her, hvad der er kendt som plast, elastisk, stift, uigennemsigtigt, gennemsigtigt, superledende, fotoelektrisk, mikroporøst, ferromagnetisk, isolerende eller halvlederfaststof..
I kemi er f.eks. Materialer, der ikke absorberer ultraviolet stråling eller synligt lys, af interesse, da de bruges til at fremstille måleceller til UV-Vis-spektrofotometre. Det samme sker med infrarød stråling, når du ønsker at karakterisere en forbindelse ved at opnå dens IR-spektrum eller studere fremskridtet for en reaktion.
Undersøgelse og manipulation af alle fysiske egenskaber af faste stoffer kræver enorm dedikation, såvel som deres syntese og design, ved at vælge "stykker" af uorganisk, biologisk, organisk eller organometallisk konstruktion til nye materialer.
Da der er flere typer faststoffer kemisk, vil repræsentative eksempler blive nævnt separat for hver..
På den ene side er der krystallinske faste stoffer. Disse elementer er karakteriseret, fordi molekylerne, der udgør dem, er konfigureret på samme måde, hvilket gentages som et mønster gennem krystallen. Hvert mønster kaldes en enhedscelle.
Krystallinske faste stoffer er også kendetegnet ved at have et defineret smeltepunkt; Dette betyder, at der i betragtning af ensartetheden af arrangementet af dets molekyler er den samme afstand mellem hver enhedscelle, hvilket gør det muligt for hele strukturen at transformere konstant under den samme temperatur..
Eksempler på krystallinske faste stoffer kan være salt og sukker..
Amorfe faste stoffer er karakteriseret, fordi konformationen af deres molekyler ikke reagerer på et mønster, men snarere varierer over hele overfladen.
Da der ikke er noget sådant mønster, defineres smeltepunktet for amorfe faste stoffer ikke i modsætning til i krystallinske, hvilket betyder, at det smelter gradvist og under forskellige temperaturer..
Eksempler på amorfe faste stoffer kan være glas og de fleste plastmaterialer.
Ioniske faste stoffer er kendetegnet ved at have kationer og anioner, som interagerer med hinanden ved elektrostatisk tiltrækning (ionbinding). Når ionerne er små, er de resulterende strukturer normalt altid krystallinske (under hensyntagen til deres mangler). Blandt nogle ioniske faste stoffer har vi:
-NaCl (Na+Cl-), natriumchlorid
-MgO (Mgto+ELLERto-magnesiumoxid
-Tyv3 (ACto+CO3to-), calciumcarbonat
-RUTE4 (Cuto+SW4to-kobbersulfat
-KF (K+F-), kaliumfluorid
-NH4Cl (NH4+Cl-ammoniumchlorid
-ZnS (Znto+Sto-), zinksulfid
-Fe (C6H5COO)3, jernbenzoat
Som deres navn indikerer, er de faste stoffer, der har metalliske atomer, der interagerer gennem den metalliske binding:
-Sølv
-Guld
-At føre
-Messing
-Bronze
-hvidt guld
-Tin
-Stål
-Duralumin
Bemærk, at legeringer også tydeligt tæller som metalliske faste stoffer.
Metalliske faste stoffer er også atomare, da der i teorien ikke er nogen kovalente bindinger mellem metalliske atomer (MM). Ædle gasser tæller dog i det væsentlige som atomarter, da kun de spredende kræfter i London dominerer blandt dem..
Derfor, selv om de ikke er faste stoffer med høj anvendelse (og vanskelige at opnå), er krystalliserede ædelgasser eksempler på atomare faste stoffer; dvs. helium, neon, argon, krypton osv., faste stoffer.
Molekyler kan interagere gennem Van der Walls kræfter, hvor deres molekylære masser, dipolmomenter, hydrogenbindinger, strukturer og geometrier spiller en vigtig rolle. Jo stærkere sådanne interaktioner er, jo mere sandsynligt er de at være i form af et fast stof.
På den anden side gælder den samme begrundelse for polymerer, som på grund af deres høje gennemsnitlige molekylmasse næsten altid er faste stoffer, og flere af dem er amorfe; siden dets polymere enheder har svært ved at arrangere sig selv for at skabe krystaller.
Således har vi blandt nogle molekylære og polymere faste stoffer følgende:
-Tøris
-Sukker
-Jod
-Benzoesyre
-Acetamid
-Rhombisk svovl
-Palmitinsyre
-Fullerener
-Match
-Koffein
-Naphthalen
-Træ og papir
-Silke
-Teflon
-Polyethylen
-Kevlar
-Bakelit
-Polyvinylchlorid
-Polystyren
-Polypropylen
-Protein
-Chokoladebar
Endelig har vi de kovalente netværk mellem de hårdeste og mest smeltende faste stoffer. Nogle eksempler er:
-Grafit
-Diamant
-Kvarts
-Siliciumcarbid
-Bor nitrid
-Aluminiumphosphid
-Galliumarsenid
Endnu ingen kommentarer