Chất rắn: Tính chất, cấu trúc, mật độ và các ví dụ

Rắn gọi chất đó có khả năng hình thành cơ thể và có một khối lượng. Của chất lỏng và khí, họ được phân biệt bởi hình dạng của chúng. Các chất rắn duy trì hình dạng của cơ thể do thực tế rằng các hạt của họ không có khả năng di chuyển tự do. Họ khác nhau về mật độ, độ dẻo, độ dẫn và màu sắc điện của họ. Họ cũng có các tài sản khác. Ví dụ, hầu hết các chất được nấu chảy trong lò sưởi, mua lại trạng thái tổng hợp lỏng. Một số trong số họ khi được làm nóng ngay lập tức khí hóa (thăng hoa). Nhưng cũng có những người phá vỡ thành các chất khác.

Các loại chất rắn

Tất cả các chất rắn được chia thành hai nhóm.

1. Vô định hình, trong đó các hạt riêng biệt được sắp xếp một cách ngẫu nhiên. Nói cách khác, họ không có một cấu trúc rõ ràng (cụ thể). Những chất rắn có thể tan chảy trong một khoảng nhiệt độ quy định nhất định. Phổ biến nhất trong số này bao gồm kính và nhựa.
2. Crystal, mà lần lượt được chia thành 4 loại: nguyên tử, phân tử, ion, kim loại. Các hạt được đặt chỉ trong một mô hình cụ thể, cụ thể là trong mạng tinh thể. hình học của nó trong các chất khác nhau có thể khác nhau rất nhiều.

chất rắn kết tinh chiếm ưu thế trên vô định hình trong số họ.

Các loại chất rắn kết tinh

Trong thực tế tất cả các chất rắn có cấu trúc tinh thể. Họ khác nhau về cấu trúc của chúng. Trong tinh thể của nó nút mạng chứa các hạt khác nhau và hóa chất. Nó là phù hợp với họ, và họ có tên của họ. Mỗi loại có đặc tính cụ thể cho nó:

• Các tinh thể lưới các hạt rắn nguyên tử nối với nhau bằng liên kết hóa trị. Nó được phân biệt bởi sức mạnh của nó. Do đó, các chất đó có một cao điểm nóng chảy và đun sôi. Đây là loại bao gồm thạch anh và kim cương.
• Trong mạng tinh thể của trái phiếu phân tử giữa các hạt được đặc trưng bởi sự yếu đuối của mình. Các chất thuộc loại này được đặc trưng bởi tính dễ tan chảy và sôi. Chúng được đặc trưng bởi biến động, do đó có một mùi nào đó. Những chất rắn là băng, đường. Chuyển động của các phân tử trong chất rắn thuộc loại này được đặc trưng bởi hoạt động của họ.
• Các mạng tinh thể ion trong các nút luân phiên các hạt tương ứng tích điện dương và âm. Họ được tổ chức bởi thu hút tĩnh điện. loại lưới này tồn tại trong chất kiềm, muối, oxit cơ bản. Nhiều chất của loại này là dễ dàng hòa tan trong nước. Do khá một liên kết mạnh mẽ giữa các ion là vật liệu chịu lửa. Hầu như tất cả chúng đều không mùi, kể từ khi họ được đặc trưng bởi tính không hỏng hóc. Chất với lưới ion không thể thực hiện dòng điện, như trong thành phần của họ không có electron tự do. Một ví dụ điển hình của các ion rắn - muối. một mạng tinh thể như vậy cho nó giòn. Điều này là do thực tế là bất kỳ sự thay đổi của nó có thể gây ra lực đẩy ion.
• chỉ có lưới kim loại pha lê hóa chất ion có mặt trong các nút, tích điện dương. Giữa họ có những electron tự do thông qua đó chuyển năng lượng nhiệt và điện tuyệt vời. Đó là lý do tại sao bất kỳ kim loại tính năng khác nhau như dẫn.

khái niệm chung của rắn

Chất rắn và chất - đó là thực tế điều tương tự. Những thuật ngữ này được gọi là một trong 4 quốc gia của tập hợp. Chất rắn có một hình thức ổn định và đặc điểm của chuyển động nhiệt của các nguyên tử. Sau đó thực hiện dao động nhỏ gần vị trí cân bằng. Chi nhánh của khoa học đối phó với việc nghiên cứu thành phần và cấu trúc bên trong, được gọi là vật lý trạng thái rắn. Có những khu vực quan trọng khác của kiến thức liên quan đến các chất đó. Thay đổi hình dạng bằng cách ảnh hưởng bên ngoài và chuyển động được gọi là cơ học của vật thể biến dạng.

Do các đặc tính khác nhau của các chất rắn, họ đã được sử dụng trong các thiết bị kỹ thuật khác nhau được tạo ra bởi con người. Thông thường các cơ sở sử dụng của họ là đặc tính như độ cứng, khối lượng, khối lượng, độ đàn hồi, dẻo, giòn. Khoa học hiện đại có thể được sử dụng và chất lượng khác của các chất rắn có thể được phát hiện chỉ trong phòng thí nghiệm.

tinh thể là gì

Crystal - một cơ thể rắn đặt trong một hạt trật tự nhất định. Mỗi hóa học có cấu trúc riêng của mình. nguyên tử của nó tạo thành một xếp chồng kỳ ba chiều được gọi là mạng. chất rắn có tính đối xứng cấu trúc khác nhau. trạng thái rắn kết tinh được coi là ổn định, bởi vì nó có một số tiền tối thiểu năng lượng tiềm năng.

Phần lớn các vật liệu rắn (tự nhiên) bao gồm một số lượng lớn các hạt cá nhân theo định hướng một cách ngẫu nhiên (tinh thể). chất đó được gọi là đa tinh thể. Chúng bao gồm các hợp kim kỹ thuật và kim loại, cũng như rất nhiều đá. Monocrystalline gọi là đơn tinh thể tự nhiên hoặc tổng hợp.

Trong hầu hết các cơ quan vững chắc như vậy được hình thành từ trạng thái của pha lỏng, nộp cho tan chảy hoặc dung dịch. Đôi khi, họ có nguồn gốc từ một trạng thái khí. Quá trình này được gọi là kết tinh. Nhờ tiến bộ khoa học kỹ thuật của quy trình trồng trọt (tổng hợp) của các chất khác nhau được sản xuất quy mô công nghiệp. Hầu hết các tinh thể có hình dạng tự nhiên của một khối đa diện đều. Kích thước của chúng rất khác nhau. Ví dụ, thạch anh tự nhiên (đá pha lê) có thể nặng lên đến hàng trăm kg, và kim cương - lên đến vài gram.

Trong chất rắn vô định hình, các nguyên tử đang dao động liên tục quanh các điểm nằm một cách ngẫu nhiên. Họ lưu trữ một số thứ tự tầm ngắn, nhưng không tầm xa. Điều này là do thực tế là các phân tử của họ được bố trí ở một khoảng cách mà có thể được so sánh với kích thước của chúng. Phổ biến nhất trong ví dụ cuộc sống của chúng ta về đây là một trạng thái thủy tinh rắn. vật liệu vô định hình thường được coi là một chất lỏng với độ nhớt vô cùng lớn. Thời điểm kết tinh là đôi khi quá lớn nên không được hiển thị.

Đó là các thuộc tính trên của các chất này làm cho họ độc đáo. Chất rắn vô định hình được coi là không ổn định vì theo thời gian có thể đi vào tình trạng tinh.

Phân tử, nguyên tử, trong đó bao gồm một chất rắn đóng gói với mật độ cao. Họ hầu như duy trì vị trí tương đối của họ đối với các hạt khác với và được tổ chức với nhau bằng sự tương tác giữa các phân tử. Khoảng cách giữa các phân tử của chất rắn theo các hướng khác nhau được gọi là tham số pha lê mạng. Cấu trúc của chất và đối xứng của nó xác định được đa số thuộc tính như ban nhạc điện tử, phân chia và quang học. Khi tiếp xúc với lực lượng đủ lớn vững chắc, những phẩm chất này có thể nhiều hay ít vi phạm. Khi rắn tuân biến dạng dư này.

Các nguyên tử của các cơ quan rắn dao động, đó là do sở hữu của năng lượng nhiệt. Vì họ là không đáng kể, họ chỉ có thể được quan sát trong điều kiện phòng thí nghiệm. Cấu trúc phân tử của chất rắn chủ yếu ảnh hưởng đến tính chất của nó.

Nghiên cứu của các chất rắn

Thuộc tính thuộc tính của các vật liệu, chất lượng và hạt chuyển động của họ đã nghiên cứu phần phụ khác nhau của vật lý chất rắn.

Cho việc nghiên cứu sử dụng: đài phát thanh phổ, phân tích cấu trúc sử dụng X-quang và các phương pháp khác. Vì vậy, nghiên cứu các tính chất cơ học, vật lý và nhiệt của chất rắn. Độ cứng, khả năng chống stress, độ bền kéo, chuyển đổi giai đoạn nghiên cứu Vật liệu. Nó chủ yếu là trùng lặp với tính chất vật lý của các chất rắn. Có một khoa học hiện đại quan trọng. Nghiên cứu hiện và tổng hợp chất mới tổ chức hóa học trạng thái rắn.

Các tính năng chất rắn

Nhân vật chuyển động bên ngoài electron nguyên tử rắn xác định nhiều thuộc tính của nó, ví dụ, bằng điện. Có 5 lớp của các cơ quan đó. Chúng được thiết lập tùy thuộc vào loại của các nguyên tử:

• Ionic, đặc trưng cơ bản trong số đó là động lực thu hút tĩnh điện. tính năng của nó: phản xạ và hấp thụ ánh sáng trong vùng hồng ngoại. Ở nhiệt độ thấp, trái phiếu ion được đặc trưng bởi tính dẫn điện thấp. Một ví dụ về một loại vật liệu như vậy là muối natri của axit hydrochloric (NaCl).
• Kết cộng hóa trị thực hiện tại các chi phí của một cặp electron, mà thuộc về cả hai nguyên tử. liên kết đó được chia thành: đơn (single), đôi và ba. Những tên chỉ ra sự hiện diện của cặp electron (1, 2, 3). liên kết đôi và gấp ba lần được gọi là bội. Có một bộ phận của nhóm. Vì vậy, tùy thuộc vào sự phân bố mật độ electron của trái phiếu cực và không phân cực bị cô lập. Là người đầu tiên được hình thành bởi các nguyên tử khác nhau, và lần thứ hai - bình đẳng. Như một trạng thái rắn của vật chất, ví dụ trong số đó là - một viên kim cương (C) và silicon (Si), đặc trưng bởi mật độ của nó. Hầu hết các tinh thể rắn chỉ là một liên kết hóa trị.
• Kim loại được hình thành bằng cách kết hợp các electron hóa trị của các nguyên tử. Kết quả là, có một đám mây điện tử tổng được di dời do ảnh hưởng của một điện áp điện. trái phiếu kim loại được hình thành khi dài các nguyên tử liên kết. Rằng họ có thể đóng góp electron. Nhiều kim loại, các hợp chất phức tạp của các trái phiếu này được hình thành trạng thái rắn của vật chất. Ví dụ: natri, bari, nhôm, đồng, vàng. hợp chất phi kim loại như sau: AlCr _2, Ca ₂ Cừ, Củ ₅ Zn _8. Chất với một liên kết kim loại (kim loại) rất đa dạng về tính chất vật lý. Họ có thể lỏng (Hg), mềm (Na, K), rất cứng (W, Nb).
• Phân tử phát sinh trong tinh thể được hình thành phân tử riêng biệt của vật chất. Nó được đặc trưng bởi khoảng cách giữa các phân tử với mật độ zero electron. Lực lượng nguyên tử liên kết trong những tinh thể này là đáng kể. Tại các phân tử cùng họ bị cuốn hút bởi từng thu hút giữa các phân tử chỉ ở mức yếu khác. Đó là lý do tại sao các liên kết giữa chúng có thể dễ dàng bị phá hủy bởi nhiệt. Các mối liên hệ giữa các nguyên tử sụp đổ nhiều khó khăn hơn. trái phiếu phân tử được chia thành định hướng, phân tán và cảm ứng. Một ví dụ của một chất rắn như vậy là khí metan.
• Hydro, mà xảy ra giữa các nguyên tử phân cực tích cực hay phân tử đó và phân cực tiêu cực hạt nhỏ nhất của một phân tử hoặc các bộ phận khác. Những mối quan hệ có thể là do băng.

Thuộc tính chất rắn

Chúng ta biết gì ngày hôm nay? Các nhà khoa học từ lâu đã nghiên cứu các tính chất của vật rắn. Khi tiếp xúc với nhiệt độ và thay đổi nó. Việc chuyển đổi của chất lỏng cơ thể được gọi là nhiệt độ nóng chảy. Sự biến đổi của rắn sang trạng thái khí được gọi là thăng hoa. Với giảm nhiệt độ xảy ra rắn kết tinh. Một số các chất dưới ảnh hưởng của cái lạnh chuyển sang giai đoạn vô định hình. Quá trình này được gọi là các nhà khoa học đông lạnh nhanh.

Trong giai đoạn chuyển tiếp làm thay đổi cấu trúc bên trong của các chất rắn. Trật tự cao nhất nó mua lại nhiệt độ được hạ xuống. Ở áp suất khí quyển và nhiệt độ T> 0 K bất kỳ chất hiện có trong tự nhiên, củng cố. Chỉ heli, kết tinh trong số đó là cần thiết để áp lực của 24 atm, là một ngoại lệ cho quy tắc này.

Rắn nhà nước cung cấp cho nó một tính chất vật lý khác nhau. Họ mô tả các hành vi cụ thể của các cơ quan chịu ảnh hưởng của các lĩnh vực và các lực lượng nhất định. Các tính chất này được chia thành các nhóm. 3 Phân bổ phương pháp tiếp xúc tương ứng với ba loại năng lượng (cơ, nhiệt, điện từ). Theo đó chúng tồn tại ba nhóm tính chất vật lý của các chất rắn:

• Tính chất cơ học liên quan đến căng thẳng và biến dạng của các cơ quan. Theo các tiêu chí này, các chất rắn được chia thành đàn hồi, lưu biến, sức mạnh và công nghệ. Phần còn lại là cơ quan duy trì hình dạng của nó, nhưng nó có thể được thay đổi bởi một ngoại lực. Trong trường hợp này nó có thể biến dạng dẻo (xem ban đầu không trả lại), đàn hồi (trở về hình dạng ban đầu) hoặc phá hoại (khi một ngưỡng nhất định phân rã / nghỉ). Xem lại các nỗ lực mô tả môđun đàn hồi. Rắn không chỉ chống lại nén, kéo dài, mà còn chuyển, xoắn và uốn. sức mạnh cơ thể cứng nhắc để chống lại tiếng gọi của tài sản của mình bị phá hủy.
• Nhiệt biểu hiện dưới ảnh hưởng của lĩnh vực nhiệt. Một trong những đặc tính quan trọng nhất - điểm nóng chảy, lúc đó cơ thể chuyển hóa sang trạng thái lỏng. Người ta quan sát thấy trong chất rắn kết tinh. cơ quan vô định hình có nhiệt ẩn của phản ứng tổng hợp, như quá trình chuyển đổi của họ để trạng thái lỏng khi nhiệt độ được nâng lên dần dần. Khi đạt đến một cơ thể vô định hình nhiệt nhất định mất tính đàn hồi và trở nên dẻo. Trạng thái này có nghĩa là việc đạt được nhiệt độ chuyển thủy tinh của họ. Khi làm nóng xảy ra biến dạng cơ thể cứng nhắc. Hơn nữa, nó thường được mở rộng. Số lượng, tình trạng này được đặc trưng bởi một yếu tố nhất định. nhiệt độ cơ thể ảnh hưởng đến tính chất cơ học như độ linh động, mềm dẻo, độ cứng và sức mạnh.
• Điện từ liên quan đến việc tiếp xúc với các dòng vi hạt rắn và sóng điện từ của độ cứng cao. Chúng bao gồm quản chế và tính chất bức xạ.

Cơ cấu ban nhạc

Các chất rắn được phân loại và cái gọi là cấu trúc ban nhạc. Vì vậy, trong số đó được phân biệt:

• Dây dẫn, khác biệt ở chỗ ban nhạc dẫn và hóa trị chồng chéo lên nhau. Do đó các electron có thể di chuyển giữa chúng, năng suất năng lượng nhỏ nhất. Đối với dây dẫn đều kim loại. Khi một dòng điện được thành lập để một cơ thể khác biệt tiềm năng như vậy (do sự di chuyển tự do của các electron giữa các điểm với mức thấp nhất và tiềm năng cao).
• Chất điện môi, trong đó khu vực không chồng chéo. Khoảng cách giữa chúng là lớn hơn 4 eV. Để tiến hành các electron từ hóa trị để yêu cầu ban nhạc năng lượng dẫn lớn. Nhờ những tính chất điện môi hầu như không dẫn điện.
• Chất bán dẫn, đặc trưng bởi sự vắng mặt của các ban nhạc dẫn và hóa trị. Khoảng cách giữa chúng là nhỏ hơn 4 eV. Đối với chuyển nhượng các electron từ hóa trị vào vùng dẫn đòi hỏi ít năng lượng hơn so với chất điện môi. bán dẫn tinh khiết (thuần khiết và eigenfunctions) kém hiện nay được thông qua.

chuyển động phân tử trong chất rắn gây ra tính chất điện từ của họ.

các tài sản khác

Chất rắn được chia và tính chất từ của họ. Có ba nhóm:

• tính chất nghịch từ mà phụ thuộc ít vào nhiệt độ hoặc trạng thái của tập hợp.
• Thuận từ, phát sinh từ việc định hướng của các electron dẫn và những khoảnh khắc từ của các nguyên tử. Theo Curie nhạy cảm của họ giảm khi nhiệt độ. Như vậy, ở 300 K nó là 10 ^-5.
• Một cơ thể từ với một cấu trúc lệnh có trật tự tầm xa của các nguyên tử. Trong các nút của mạng được định kỳ sắp xếp các hạt với những khoảnh khắc từ. Những chất rắn và các chất thường được sử dụng trong các lĩnh vực khác nhau của hoạt động của con người.

Chất cứng nhất trong tự nhiên

Vậy chúng là gì? chất rắn mật độ lớn xác định độ cứng của họ. Trong những năm gần đây, các nhà khoa học đã phát hiện một số vật liệu mà tự xưng là "cơ thể bền nhất." rắn nhất - nó fullerite (phân tử tinh thể với một fullerene), đó là khó khăn hơn so với kim cương khoảng 1,5 lần. Thật không may, nó hiện chỉ có sẵn với số lượng rất nhỏ.

Cho đến nay, các chất khó khăn nhất, mà sau này có thể được sử dụng trong ngành công nghiệp - lonsdalite (lục giác kim cương). Ông là cứng hơn kim cương 58%. Lonsdalite - sửa đổi thù hình của carbon. mạng tinh thể của nó rất giống với một viên kim cương. tế bào lonsdaleite chứa 4 nguyên tử, nhưng kim cương - 8. Trong số các tinh thể thường được sử dụng hiện nay là viên kim cương khó khăn nhất.