Fêste stoffen: eigenskippen, struktuer, tichtens en foarbylden

Solid oprop sokke stoffen dy't by steat te foarmjen it lichem en hawwe in folume. Fan floeistoffen en gassen, sy har ûnderskiede troch harren foarm. De fêste stoffen behâlde de foarm fan it lichem gefolch fan it feit dat harren dieltsjes binne net by steat om him frij te ferpleatsen. Se ferskille yn harren tichtheid, ductility, elektryske conductivity en kleur. Se hawwe ek oare eigenskippen. Bygelyks, de measte fan dy stoffen wurde raand tidens ferwaarming, learen fan 'e floeistof aggregaat steat. Guon fan harren doe't ferwaarme daliks gasified (sublimed). Mar der binne ek dyjingen dy't brekke del yn oare stoffen.

Soarten fêste stoffen

Alle fêste stoffen binne ûnderferdield yn twa groepen.

1. Amorphous, dêr't de ôfsûnderlike dieltsjes binne oardere willekeurich. Mei oare wurden, se hawwe net in dúdlike (spesifyk) struktuer. Dy fêste stoffen kinne wurde raand yn in bepaalde foarskreaune temperatuer ynterfal. De meast foarkommende fan dy ûnder oare glês en hars.
2. Kristal, dat op syn beurt wurde ûnderferdield yn 4 soarten: atomic, molekulêre, ioanyske, metallic. De dieltsjes lizze allinnich yn in spesifyk patroan, nammentlik yn 'e crystal lattice. Its mjitkunde yn ferskillende stoffen kinne ferskille fierders sterk.

Crystalline fêste stoffen hearskje oer amorphous yn har nûmers.

Soarten kristallijn fêste stoffen

Yn suver alle fêste stoffen hawwe in kristallijn struktuer. Se ferskille yn harren struktuer. Yn syn kristallijn lattice nodes befetsje ferskate dieltsjes en chemie. It is yn oerienstimming mei har, en se krigen harren nammen. Eltse type hat spesifike eigenskippen foar it:

• De atomêre kristal lattice bêst dieltsjes ferbûn troch in covalent bond. It falt op troch syn krêft. Troch dit, sokke stoffen hawwe in heech raanpunt en boiling. Dit type is ynklusyf kwarts en diamant.
• Yn it kristal lattice fan de molekulêre bân tusken de dieltsjes wurdt karakterisearre troch har swakkens. Stoffen fan dit type wurde karakterisearre troch in machtich melting en boiling. Se wurde karakterisearre troch volatility, fanwege dêr't hawwe in bepaalde rook. Dy fêste stoffen binne iis, sûker. Moasje fan molekulen yn fêste stoffen fan dit type wurde karakterisearre troch harren aktiviteit.
• De Ioanyske kristal lattice yn de knopen alternative oanbelangjende dieltsjes opladen posityf en negatyf. Se wurde holden troch Electrostatic attraksje. Dit lattice type bestiet yn alkalis, sâlten, Basis oxides. In soad stoffen fan dit type binne maklik oplosber yn wetter. Troch hiel in sterke bân tusken de ioanen binne stege. Hast allegearre fan harren binne reukloos, sûnt se wurde karakterisearre troch net-volatility. Stoffen mei Ioanyske lattice net by steat om te fieren elektryske stroom, lykas yn harren gearstalling gjin frije elektroanen. In typysk foarbyld fan de fêste ion - sâlt. Sa'n kristal lattice jout it broos. Dat komt troch it feit dat ien fan syn shift kin feroarsaakje ion wearzich troepen.
• De metallic crystal lattice allinnich gemyske stoffen ioanen binne oanwêzich yn 'e knopen, posityf rekken brocht. Tusken harren der binne frije elektroanen fia dêr't passearet poerbêst thermische en elektryske enerzjy. Dêrom alle metalen ferskate funksje lykas conductivity.

Algemiene begripen fan bêst

Fêste stoffen en stoffen - it is suver itselde ding. Dizze termen oantsjutten ien fan de 4 steaten fan aggregation. Fêste stoffen hawwe in stabile foarm en karakter fan de termyske beweging fan de atomen. Dy lêste meitsje lytse oscillations tichtby it lykwicht posysjes. Tûke fan wittenskip omgean mei de stúdzje fan komposysje en ynterne struktuer, oantsjut as bêst-state natuerkunde. Der binne oare wichtige gebieten fan kennis belutsen by sokke stoffen. It feroarjen de foarm troch eksterne ynfloeden en beweging neamd meganika fan deformable lichems.

Troch de ferskillende eigenskippen fan fêste stoffen, se binne brûkt yn ferskate technyske apparaten makke troch de minske. Meast faak de basis fan harren brûken wienen eigenskippen lykas hurdens, folume, massa, elastisiteit, plasticity, brittleness. Moderne wittenskip kin brûkt wurde en oare kwaliteiten fan fêste stoffen dy't kin wurde opspoard allinnich yn it laboratoarium.

Wat is crystal

Crystals - in stevige lichem pleatst yn in beskate folchoarder dieltsjes. Elts gemyske hat syn eigen struktuer. Har atomen foarmje in trije-dimensionally periodike Stacking neamd lattice. Solid stoffen hawwe in oare struktuer symmetry. Solid kristallijn state wurdt sjoen as stabyl, omdat it hat in minimumbedrach fan potinsjele enerzjy.

De grutte mearderheid fan de bêst materialen (natuerlike) bestiet út in grut oantal willekeurich rjochte yndividuele kerrels (crystallites). Sokke stoffen wurde neamd polycrystalline. Te tinken falt technyske alloys en metalen, krektas in soad rotsen. Monocrystalline neamd natuerlike of syntetyske single kristallen.

Yn de measte sokke bêst lichems binne foarme út 'e tastân fan floeibere faze, yntsjinne om melt of oplossing. Soms, se binne ôflaat fan in gasfoarmige steat. Dat proses hjit crystallization. Tank oan wittenskiplike en technyske foarútgong fan de teelt proseduere (synteze) fan ferskate stoffen produsearre in yndustrieel skaal. It grutste part fan 'e kristallen hat in natuerlike foarm fan in regelmjittige polyhedron. Har maten fariearje wiidferspraat. Bygelyks, natuerlike kwarts (rock crystal) kin weigh oant hûnderten kilogram, en diamanten - up oan ferskate gram.

Yn amorphous fêste stoffen, de atomen binne yn konstant oscillation om willekeurich leit punten. Se bewarje inkele koarte-range oarder, mar gjin lange-ôfstân. Dat komt troch it feit dat harren molekulen binne oardere op in ôfstân dat kin wurde ferlike mei harren maat. De meast foarkommende yn ús libben foarbyld hjirfan is in bêst Glassy steat. Amorphous materialen wurde faak beskôge as in floeistof mei in ûneinich grutte viscosity. De tiid fan crystallization is soms sa grut, dat is net werjûn.

Dat boppesteande eigenskippen fan dy stoffen meitsje se unyk. Amorphous fêste stoffen wurde sjoen as stabyl om't mear as tiid kin gean yn de kristallijn steat.

Molekulen, atomen, of dat bestiet út in bêst grôtfol hege tichtheid. Se praktysk hanthavenje har relative posysje mei respekt foar oare dieltsjes en wurde holden elkoar troch intermolecular ynteraksje. De ôfstân tusken de molekulen fan de bêst yn ferskate rjochtings hjit de crystal lattice parameter. De struktuer fan it stof en de symmetry define in mearfâldichheid fan eigenskippen lykas elektron band, Cleavage en optika. Wannear't bleatsteld oan bêst foldwaande grutte troepen, dy kwaliteiten kinne mear of minder skeind. As dizze bêst amenable wat immen noch deformation.

De atomen fan bêst lichems oscillate, dat is fanwege besit fan termyske enerzjy. Sûnt se gjin ferskil dat útmakket, kinne se allinnich te nimmen binne ûnder laboratoarium betingsten. De molekulêre struktuer fan fêste stoffen foar in grut part ynfloed op syn eigenskippen.

De stúdzje fan fêste stoffen

Eigenskippen eigenskippen fan dy materialen, harren kwaliteit en dieltsje moasje studearre ferskate subsections fan bêst steat natuerkunde.

Foar de stúdzje brûkt: radio spectroscopy, strukturele analyze mei help fan X-rays en oare metoaden. Sa studearje de meganyske, fysike en termyske eigenskippen fan fêste stoffen. De hurdens, stress ferset, tensile sterkte, faze transformaasje studearret Materials. It grutste part oerlapet mei de fysika fan fêste stoffen. Der is in oare wichtige moderne wittenskip. Studearje besteande en synthesizing nije stoffen hâlden bêst steat skiekunde.

Features fêste stoffen

Character beweging eksterne elektron bêst atomen bepaalt in protte fan syn eigenskippen, bygelyks, elektrysk. Der binne 5 klassen fan sokke lichems. Se wurde ynsteld ôfhinklik fan it type fan de atomen:

• Ioanyske, basis karakteristyk fan dat is de krêft fan Electrostatic attraksje. Syn eigenskippen: refleksje en opname fan it ljocht yn it ynfraread regio. By lege temperatuer, de Ioanyske bining wurdt karakterisearre troch lege elektryske conductivity. In foarbyld fan sa'n materiaal is de sodium sâlt fan hydrochloric acid (NaCl).
• Covalent útfierd op kosten fan in elektron pear, dy't heart ta beide atomen. Sa'n keppeling is ferdield yn: ien (single), dûbele en triple. Dy nammen wize de oanwêzigens fan elektron pearen (1, 2, 3). Dûbele en triple biningen wurde neamd multiples. Der is in oare ferdieling fan de groep. Sa, ôfhinklik fan it elektron tichtens ferdieling fan isolearre polar en nonpolar obligaasje. It earste wurdt foarme troch ferskate atomen, en de twadde - gelyk. Sa'n fêste tastân fan matearje, foarbylden dêrfan binne - in diamant (C) en silisium (Si), karakterisearre troch syn tichtheid. De measte bêst kristallen binne gewoan in covalent bond.
• Metal foarme troch de kombinaasje fan de Valence elektroanen fan de atomen. Dêrtroch is der in totaal elektron wolken dy't wurdt ferdreaun ûnder de ynfloed fan in elektryske spanning. Metal bining wurdt foarme as de Safety atomen lang. Dat se by steat te donate elektroanen. In protte metalen, komplekse ferbiningen fan dy bân wurdt foarme de fêste tastân fan matearje. Foarbylden: sodium, barium, aluminium, koper, goud. Non-Metaal ferbiningen binne de neikommende: AlCr _2, Ca ₂ Cu, Cu ₅ Zn _8. Stoffen mei in metalen Safety (metalen) binne ferskillend yn fysike eigenskippen. Se meie wêze vloeistof (Hg), sêft (Na, K), hiel hurd (W, Nb).
• Molekulêre dy't yn kristallen dy't foarme aparte molekulen fan matearje. It wurdt karakterisearre troch de lakunes tusken molekulen mei nul elektron tichtens. Force linking atomen yn dizze kristallen binne grut. By deselde molekulen se wurde oanlutsen foar elkoar allinnich swak intermolecular attraksje. Dat is wêrom't de keppelings tusken harren binne maklik fernield troch waarmte. De ferbiningen tusken de atomen ynstoarte folle dreger. Molekulêre bining is ferdield yn oriïntaasje, dispersion en induction. In foarbyld fan sa'n bêst stof is metaan.
• Wetterstof, dy't optreedt tusken de posityf polarized atomen of molekulen dêrfan en negatyf polarized lytste dieltsje fan in molekule of oare dielen. Dy relaasjes kinne wurde taskreaun iis.

eigenskippen fêste stoffen

Wat witte wy hjoed? Wittenskippers hawwe lang west bestudearret de eigenskippen fan de bêst steat stoffen. Wannear't bleatsteld oan temperatueren en feroaret dat. De oergong fan it lichem floeistof hjit triennen befrijt. It omfoarmjen fan bêst oan de gasfoarmige steat hjit sublimaasje. Mei ôfnimmend temperatuer komt Solid crystallization. Guon stoffen ûnder de ynfloed fan 'e kjeld oerdroegen oan it amorphous faze. Dat proses hjit vitrification wittenskippers.

Yn faze transysjes feroaret de ynterne struktuer fan fêste stoffen. De heechste oarderjen is kriget de temperatuer wurdt ferlege. By atmosfearyske druk en in temperatuer T> 0 K gjin stof besteande yn natuer, solidify. Allinnich helium, de crystallization dêrfan is nedich om de druk fan 24 atm, is in útsûndering oan dizze regel.

Solid steat jout it in oare lichaamlike eigenskippen. Se beskriuwe de spesifike gedrach fan lichems ûnder de ynfloed fan beskate fjilden en krêften. Dy eigenskippen binne ûnderferdield yn groepen. 3 allocate exposure metoade oerienkomt mei trije soarten fan enerzjy (meganyske, termyske, electromagnetic). Accordingly se bestean trije groepen fan fysike eigenskippen fan fêste stoffen:

• Meganyske eigenskippen ferbân mei stress en deformation fan lichems. Neffens dy kritearia, de fêste stoffen wurde ûnderferdield yn elastisch, rheological, sterkte en technology. De rest is it liif behâldt syn foarm, mar it kin feroare wurde troch in eksterne krêft. Yn dit gefal kin it wêze keunststof deformation (earste werjefte net werom), elastysk (werom nei de oarspronklike foarm) of destruktive (wannear't in beskate drompel ferfalt / pauze). Review dizze ynspanningen beskriuwe elastysk moduli. Solid net allinne tsjin kompresje, dat rûn, mar ek ferskoot, draaien en bend. rigid lichem sterkte te wjerstean de oprop fan syn eigendom fernield.
• Thermal iepenbiere ûnder de ynfloed fan de termyske fjilden. Ien fan de meast wichtige eigenskippen - raanpunt, dêr't it lichem konvertearret nei in floeibere steat. It spilet him ôf yn kristallijn fêste stoffen. Amorphous liven besitte latinte waarmte fan fúzje, as har oergong nei it floeibere steat at de temperatuer wurdt grutbrocht stadichoan. Op it berikken fan in beskate waarmte amorphous liif ferliest syn elastisiteit en wurdt plasticity. Dit steat betsjut it berikken fan har glêzen oergong temperatuer. Wannear't ferwaarming komt stijf lichem deformation. Boppedat faak út. Kwantitatyf, dy tastân wurdt karakterisearre troch in bepaalde faktor. Body temperatuer effekt op de meganyske eigenskippen lykas flowability, plasticity, fêstichheid en sterkte.
• Elektromagnetyske assosjearre mei bleatstelling oan bêst microparticles streamt en elektromagnetyske weagen fan hege rigidity. Te tinken falt proeftiid en radiative eigenskippen.

band struktuer

De fêste stoffen waarden yndield en de saneamde band struktuer. Dus, ûnder har binne ûnderskieden:

• Diriginten, karakterisearre yn dat de conductivity en Valence bands oerlaapje. Dêrmei de elektroanen kinne bewege tusken harren, ynskiklik de lytste enerzjy. Foar diriginten binne allegear metalen. As in elektryske stroom wurdt foarme ta sa'n mooglike ferskil lichem (fanwege it frije ferkear fan elektroanen tusken de punten mei de leechste en hege potinsjele).
• Dielectrics, hokker gebieten net oerlaapje. It ynterval tusken harren is grutter as 4 eV. Te fieren elektroanen út de Valence te nedich grutte enerzjy conduction band. Mei tank oan dizze eigenskippen dielectrics goed as net-conductive.
• Semiconductors, karakterisearre troch it ûntbrekken fan 'e conduction en Valence bands. It ynterval tusken harren is lytser as 4 eV. Foar oerdracht fan de elektroanen fan 'e Valence nei it conduction band freget minder enerzjy as dielectrics. Pure (unalloyed en eigenfunctions) Semiconductors slecht hjoeddeistige wurdt trochjûn.

Molekulêre beweging yn 'e fêste stoffen feroarsaakje harren elektromagnetyske eigenskippen.

oare eigenskippen

Fêste stoffen wurde opdield en harren magnetyske eigenskippen. Der binne trije groepen:

• Diamagnetic eigenskippen dy't ôfhinklik bytsje op de temperatuer of de steat fan aggregation.
• Paramagnetic, gefolch fan de oriïntaasje fan de conduction elektroanen en magnetyske stuiten fan de atomen. Neffens Curie harren ûntfanklikheid ôfnimt as temperatuer. Sa, at 300 K is it 10 ^-5.
• In magnetyske lichem mei in oardere struktuer hawwende lange-range folchoarder fan atomen. Yn de knopen fan 'e traeljefinster wurde periodyk ynrjochte dieltsjes mei magnetyske mominten. Dy fêste stoffen en stoffen faak brûkt yn ferskillende fasetten fan minsklike aktiviteit.

De hurdste stof yn natuer

Wat binne se? fêste stoffen tichtens foar it grutste part bepale harren hurdheid. Yn de ôfrûne jierren, wittenskippers hawwe ûntdutsen ferskate materialen dy't opeaskje te wêzen "de meast duorsume lichem." Meast bêst - It fullerite (crystal molekulen mei in fullerene), dat is likernôch 1,5 kear hurder as diamant. Spitigernôch is it op dit stuit beskikber allinnich yn tige lytse hoeveelheden.

Om datum, de hurdste stof, dy't letter meie wurde brûkt yn de yndustry - lonsdalite (hexagonal diamant). Hy is 58% hurder as diamant. Lonsdalite - allotropic modifikaasje fan koalstof. Its crystal lattice is tige te ferlykjen mei in diamant. Lonsdaleite sel befettet 4 atomen, mar de diamant - 8. Fan de algemien brûkte kristallen hjoed is de hurdste diamant.