KIETOSIOS BŪSENOS: CHARAKTERISTIKOS, SAVYBĖS, TIPAI, PAVYZDŽIAI - MOKSLAS - 2024

Kietojo yra vienas iš pagrindinių būdų, kurioje rūpi agregatų, kad galėtų sukurti sutrumpintos ar kietus kūnus. Visa žemės pluta, paliekant jūras ir vandenynus, yra kietųjų dalelių konglomeratas. Kieto būvio daiktų pavyzdžiai yra knyga, akmuo arba smėlio grūdeliai.

Mes galime sąveikauti su kietosiomis medžiagomis, nes atstumia mūsų elektronus su jų atomais ar molekulėmis. Priešingai nei skysčiai ir dujos, tol, kol jie nėra labai toksiški, mūsų rankos negali pro juos praeiti, o greičiau sutraiškyti ar absorbuoti.

Medinė šio arklio statula yra pagaminta iš tvirtai rišlių natūralių polimerų. Šaltinis: Pxhere.

Kietąsias medžiagas paprastai yra daug lengviau tvarkyti ar laikyti nei skysčius ar dujas. Jei jo dalelės nebus gerai suskaidytos, vėjo srovė jos neneš į kitas puses; jie yra fiksuojami erdvėje, apibrėžtoje jų atomų, jonų ar molekulių tarpusavio sąveikos.

Tvirta koncepcija

Kieta medžiaga yra tokia būsena, kurioje yra standus tūris ir forma; dalelės, kurios sudaro kietas medžiagas ar daiktus, yra fiksuotos vienoje vietoje, jos nėra lengvai suspaudžiamos.

Ši materijos būsena yra pati įvairiausia ir turtingiausia chemijos ir fizikos prasme. Mes turime jonines, metalines, atomines, molekulines ir kovalentines kietąsias medžiagas, kurių kiekviena turi savo struktūrinį vienetą; tai yra, su savo kristalais. Kai jų agregavimo būdas neleidžia jiems nustatyti tvarkingų vidinių struktūrų, jie tampa amorfiniai ir painūs.

Kietosios būsenos tyrimas suartėja kuriant ir sintetinant naujas medžiagas. Pavyzdžiui, mediena, natūrali kieta medžiaga, taip pat buvo naudojama kaip dekoratyvinė medžiaga ir namų statybai.

Iš kitų kietų medžiagų galima gaminti automobilius, lėktuvus, laivus, erdvėlaivius, branduolinius reaktorius, sporto prekes, baterijas, katalizatorius ir daugelį kitų objektų ar gaminių.

Bendrosios kietųjų medžiagų charakteristikos

Spyruoklė ir mediena, apkabos komponentai, kietos medžiagos pavyzdys

Pagrindinės kietųjų medžiagų savybės yra:

-Jie apibrėžė masę, tūrį ir formas. Pvz., Dujos neturi pabaigos ar pradžios, nes jos priklauso nuo talpyklos, kurioje jos yra.

-Jie yra labai tankūs. Kietosios dalelės yra tankesnės nei skysčiai ir dujos; nors yra keletas taisyklės išimčių, ypač lyginant skysčius ir kietąsias medžiagas.

- Atstumai, kurie atskiria jo daleles, yra trumpi. Tai reiškia, kad jie tapo labai darnūs arba sutankinti savo atitinkamu tūriu.

-Tai tarpmolekulinės sąveikos yra labai stiprios, kitaip jos nebūtų ir ištirptų ar sublimuotų žemės sąlygomis.

Kieta dalelė, skystis ir dujos

-Kietųjų dalelių mobilumas paprastai yra gana ribotas ne tik materialiu, bet ir molekuliniu požiūriu. Jo dalelės yra fiksuotoje padėtyje, kur jos gali tik vibruoti, bet negali judėti ar suktis (teoriškai).

Savybės

Lydymosi taškai

Visos kietosios medžiagos, nebent jos skyla proceso metu, ir nepriklausomai nuo to, ar jos yra geros šilumos laidumo priemonės, ar ne, tam tikroje temperatūroje gali pereiti į skystą būseną: jų lydymosi temperatūra. Pasiekus šią temperatūrą, jos dalelės pagaliau sugeba tekėti ir išeiti iš savo fiksuotų padėčių.

Ši lydymosi temperatūra priklausys nuo kietos medžiagos pobūdžio, jos sąveikos, molinės masės ir kristalinės gardelės energijos. Paprastai joninės kietosios medžiagos ir kovalentiniai tinklai (tokie kaip deimantas ir silicio dioksidas) turi aukščiausią lydymosi tašką; tuo tarpu mažiausiai molekulinių kietųjų dalelių.

Šis paveikslėlis parodo, kaip ledo kubas (kietos būsenos) virsta skysta būsena:

Stechiometrija

Didžioji dalis kietųjų dalelių yra molekulinės, nes tai junginiai, kurių tarpmolekulinės sąveikos leidžia jiems susilieti tokiu būdu. Tačiau daugelis kitų yra joninės arba iš dalies joninės, todėl jų vienetai yra ne molekulės, o ląstelės: tvarkingai išdėstytas atomų ar jonų rinkinys.

Būtent čia tokių kietų medžiagų formulėse turi būti atsižvelgiama į krūvių neutralumą, nurodant jų sudėtį ir stechiometrinius ryšius. Pavyzdžiui, kieta medžiaga, kurios hipotetinė formulė yra A ₂ B ₄ O _2, rodo, kad ji turi tą patį A atomų skaičių kaip O (2: 2), tuo tarpu turi du kartus daugiau B atomų (2: 4).

Atkreipkite dėmesį, kad formulės A ₂ B ₄ O ₂ indeksai yra sveikieji skaičiai, o tai rodo, kad tai yra stechiometrinė kieta medžiaga. Daugelio kietų medžiagų sudėtis aprašyta šiomis formulėmis. A, B ir O įkrovos turi būti lygios nuliui, nes kitaip būtų teigiamas arba neigiamas krūvis.

Kietosioms medžiagoms ypač naudinga žinoti, kaip suprasti jų formules, nes paprastai skysčių ir dujų sudėtis yra paprastesnė.

Defektai

Kietųjų medžiagų struktūros nėra tobulos; jie turi trūkumų ar trūkumų, kad ir kokie būtų kristaliniai. Tai netaikoma nei skysčiams, nei dujoms. Nebėra skysto vandens regionų, apie kuriuos galima sakyti iš anksto, kad jie būtų „atitraukti“ nuo jų aplinkos.

Dėl tokių trūkumų kietosios dalelės yra kietos ir trapios, pasižyminčios tokiomis savybėmis kaip piroelektriškumas ir pjezoelektriškumas arba nustojusios turėti apibrėžtas kompozicijas; tai yra, jie nėra stechiometrinės kietosios medžiagos (pvz., A _0,4 B _1,3 O _0,5 ).

Reaktyvumas

Kietosios dalelės paprastai yra mažiau reaktyvios nei skysčiai ir dujos; bet ne dėl cheminių priežasčių, bet dėl ​​to, kad jų struktūros neleidžia reagentams pulti į jų viduje esančias daleles, pirmiausia reaguodamos su jų paviršiuje esančiomis dalelėmis. Todėl reakcijos, susijusios su kietosiomis medžiagomis, yra lėtesnės; nebent jie būtų susmulkinti.

Kai kieta medžiaga yra miltelių pavidalo, jos mažesnės dalelės turi didesnį plotą ar paviršių, kad galėtų reaguoti. Štai kodėl smulkios kietosios dalelės dažnai yra žymimos kaip potencialiai pavojingi reagentai, nes jie gali greitai užsidegti arba stipriai reaguoti, susilietę su kitomis medžiagomis ar junginiais.

Dažnai kietos medžiagos ištirpinamos reakcijos terpėje, kad būtų homogenizuota sistema ir atlikta sintezė, gauta didesniu išeiga.

Fizinis

Išskyrus lydymosi tašką ir trūkumus, tai, kas iki šiol buvo pasakyta, labiau atitinka kietųjų medžiagų chemines savybes, o ne jų fizines savybes. Medžiagų fizika gilinasi į tai, kaip šviesa, garsas, elektronai ir šiluma sąveikauja su kietosiomis medžiagomis, nesvarbu, ar jos yra kristalinės, amorfinės, molekulinės ir kt.

Čia patenka tai, kas vadinama plastikine, elastinga, standžia, nepermatoma, permatoma, superlaidžia, fotoelektrine, mikroporine, feromagnetine, izoliacine ar puslaidininkine kietąja medžiaga.

Pavyzdžiui, chemijoje domina medžiagos, nesugeriančios ultravioletinių spindulių ar matomos šviesos, nes jos naudojamos matuojant UV-Vis spektrofotometrus. Tas pats atsitinka su infraraudonųjų spindulių spinduliuote, kai norite apibūdinti junginį, gaudami jo IR spektrą, arba ištirti reakcijos eigą.

Visų fizikinių kietųjų medžiagų savybių tyrimas ir manipuliavimas reikalauja didžiulio atsidavimo, taip pat jų sintezei ir dizainui, pasirenkant neorganinės, biologinės, organinės ar metalo metalo konstrukcijos „gabalus“ naujoms medžiagoms.

Tipai ir pavyzdžiai

Kadangi chemiškai yra keletas kietų medžiagų rūšių, tipiniai pavyzdžiai bus paminėti atskirai kiekvienam.

Kristalinės kietosios medžiagos

Viena vertus, yra kristalinių kietų medžiagų. Šie elementai apibūdinami tuo, kad juos sudarančios molekulės yra sukonfigūruotos vienodai, o tai pakartojama kaip piešinys visame kristaluose. Kiekvienas raštas vadinamas vieneto langeliu.

Kristalinėms kietosioms medžiagoms taip pat būdinga apibrėžta lydymosi temperatūra; Tai reiškia, kad atsižvelgiant į jo molekulių išdėstymo vienodumą, tarp kiekvienos ląstelės vienetų yra tas pats atstumas, kuris leidžia visai struktūrai nuolat keistis toje pačioje temperatūroje.

Kristalinių kietų medžiagų pavyzdžiai gali būti druska ir cukrus.

Amorfinės kietosios medžiagos

Amorfinėms kietosioms medžiagoms būdinga tai, kad jų molekulių konformacija nereaguoja į modelį, bet kinta visame paviršiuje.

Kadangi tokio modelio nėra, amorfinių kietųjų medžiagų lydymosi temperatūra nėra apibrėžta, skirtingai nei kristalinės, tai reiškia, kad ji lydosi palaipsniui ir esant skirtingoms temperatūroms.

Amorfinių kietų medžiagų pavyzdžiais gali būti stiklas ir dauguma plastikų.

Joninės

Joninėms kietosioms medžiagoms būdingi katijonai ir anijonai, kurie sąveikauja tarpusavyje elektrostatiniu traukos būdu (joninis ryšys). Kai jonai yra maži, susidariusios struktūros paprastai visada yra kristalinės (atsižvelgiant į jų trūkumus). Tarp kai kurių joninių kietųjų medžiagų turime:

-NaCl (Na ⁺ Cl ^- ), natrio chloridas

-MgO (Mg ²⁺ O ^2- ), magnio oksidas

-CaCO ₃ (Ca ²⁺ CO ₃ ^2- ), kalcio karbonatas

-CuSO ₄ (Cu ²⁺ SO ₄ ^2- ), vario sulfatas

-KF (K ⁺ F ^- ), kalio fluoridas

-NH ₄ Cl (NH ₄ ⁺ Cl ^- ), amonio chlorido

-ZnS (Zn ²⁺ S ^2- ), cinko sulfidas

-Fe (C ₆ H ₅ COO) ₃ , geležies benzoatas

Metalinis

Kaip rodo jų pavadinimas, tai yra kietosios medžiagos, turinčios metalo atomus, sąveikaujančius per metalinę jungtį:

-Sidabras

-Auksas

-Vadovauti

-Žalvaris

-Bronze

-Baltas auksas

-Pewter

- Plienai

-Duraluminas

Atminkite, kad lydiniai, be abejo, taip pat laikomi metalinėmis kietosiomis medžiagomis.

Atominis

Metalinės kietosios medžiagos taip pat yra atominės, nes teoriškai nėra kovalentinių ryšių tarp metalinių atomų (MM). Tačiau tauriosios dujos iš esmės laikomos atominėmis rūšimis, nes tarp jų vyrauja tik Londone sklindančios jėgos.

Taigi, nors kristalizuotosios kilmingosios dujos nėra didelės kietosios dalelės (ir jas sunku gauti), jos yra kietų atominių medžiagų pavyzdžiai; T. y .: helio, neono, argono, kriptono ir kt., kietosios medžiagos.

Molekuliniai ir polimeriniai

Molekulės gali sąveikauti per Van der Walls jėgas, kur svarbų vaidmenį vaidina jų molekulinės masės, dipolio momentai, vandenilio jungtys, struktūros ir geometrija. Kuo stipresnė tokia sąveika, tuo didesnė tikimybė, kad jos bus tvirtos formos.

Kita vertus, tas pats samprotavimas galioja ir polimerams, kurie dėl savo didelės vidutinės molekulinės masės beveik visada yra kietos medžiagos, o keli iš jų yra amorfiniai; nes jo polimeriniams vienetams sunku tvarkingai susitvarkyti, kad būtų sukurti kristalai.

Taigi tarp kai kurių molekulinių ir polimerinių kietų medžiagų yra šios:

-Sausas ledas

-Cukrus

-Jodų

-Benzoinė rūgštis

-Acetamidas

-Rombinė siera

-Palmito rūgštis

-Fullerenos

-Mačiukas

-Kofeinas

-Naftalenas

-Mediena ir popierius

-Silk

-Teflonas

-Polietilenas

-Kevlaras

-Bakelitas

-Polivinilchloridas

-Polistirenas

-Polipropilenas

-Proteinai

-Šokolado plytelė

Kovalentiniai tinklai

Galiausiai turime kovalentinius tinklus tarp kietiausių ir aukščiausių lydymosi kietųjų medžiagų. Keli pavyzdžiai:

-Grafitas

-Dimantas

-Kvarcas

-Silicio karbidas

-Borono nitridas

- Aliuminio fosfidas

-Galio arsenidas

Nuorodos

1. Šiveris ir Atkinsas. (2008). Neorganinė chemija. (Ketvirtasis leidimas). Mc Graw Hill.
2. Whittenas, Davisas, Peckas ir Stanley. (2008). Chemija (8-asis leidimas). CENGAGE mokymasis.
3. Vikipedija. (2019 m.). Kietojo kūno chemija. Atkurta iš: en.wikipedia.org
4. „Elsevier BV“ (2019 m.). Kietojo kūno chemija. „ScienceDirect“. Atkurta iš: sciencedirect.com
5. Dr Michael Lufaso. (sf). Kietojo kūno chemijos paskaitų užrašai. Atgauta iš: unf.edu
6. paklauskIITians. (2019 m.). Bendrosios kietojo kūno charakteristikos. Atkurta iš: askiitians.com
7. Davidas Woodas. (2019 m.). Kaip atomai ir molekulės sudaro kietąsias medžiagas: raštai ir kristalai. Tyrimas. Atgauta iš: study.com