KIINTEÄ TILA: OMINAISUUDET, OMINAISUUDET, TYYPIT, ESIMERKIT - TIEDE

SSD on yksi tärkeimmistä tavoista, joilla väliä aggregaatit luomaan tai tiivistetyn kiinteitä kappaleita. Koko maapallonkuori, jättäen meren ja valtameren ulkopuolelle, on kiinteiden aineiden ryhmittymä. Esimerkkejä kiinteässä tilassa olevista esineistä ovat kirja, kivi tai hiekkajyvät.

Voimme olla vuorovaikutuksessa kiinteiden aineiden kanssa elektronien torjumisen ansiosta heidän atomiensa tai molekyyliensä kanssa. Toisin kuin nesteet ja kaasut, niin kauan kuin ne eivät ole kovin myrkyllisiä, kätemme eivät voi mennä niiden läpi, vaan murenevat tai imevät ne.

Tämän hevosen puinen patsas on tehty vahvasti koheesioivista luonnollisista polymeereistä. Lähde: Pxhere.

Kiinteät aineet ovat yleensä paljon helpompia käsitellä tai varastoida kuin neste tai kaasu. Ellei sen hiukkaset ole hienojakoisia, tuulen virta ei kanna sitä muihin suuntiin; ne ovat kiinteitä tilassa, jonka määrittelevät atomien, ionien tai molekyylien molekyylien väliset vuorovaikutukset.

Kiinteä käsite

Kiinteä aine on ainetila, jossa on jäykkä tilavuus ja muoto; hiukkaset, jotka muodostavat materiaaleja tai esineitä kiinteässä tilassa, kiinnittyvät yhteen paikkaan, ne eivät ole helposti puristuvia.

Tämä ainetila on kemiallisesti ja fysikaalisesti monimuotoisin ja rikkain. Meillä on ioni-, metalli-, atomi-, molekyyli- ja kovalenttisia kiinteitä aineita, jokaisella on oma rakenneyksikkö; eli omilla kiteillä. Kun heidän aggregointitilansa ei salli niiden perustaa hallittuja sisäisiä rakenteita, niistä tulee amorfisia ja monimutkaisia.

Kiintoaineiden tutkimus lähentyy uusien materiaalien suunnittelussa ja synteesissä. Esimerkiksi puuta, luonnollista kiinteää ainetta, on käytetty myös koristemateriaalina ja talonrakennuksessa.

Muut kiinteät materiaalit sallivat autojen, lentokoneiden, alusten, avaruusalusten, ydinreaktorien, urheiluvälineiden, akkujen, katalysaattoreiden ja monien muiden esineiden tai tuotteiden valmistuksen.

Kiintoaineiden yleiset ominaisuudet

Jousi ja puu, paksuuden osat, esimerkki kiinteästä aineesta

Kiinteiden aineiden pääominaisuudet ovat:

-Neillä on määritelty massa, tilavuus ja muodot. Esimerkiksi kaasulla ei ole loppua tai alkua, koska ne riippuvat säiliöstä, joka sitä varastoi.

-Ne ovat erittäin tiheitä. Kiinteillä aineilla on taipumus olla tiheämpiä kuin nesteet ja kaasut; vaikka säännöstä on muutamia poikkeuksia, varsinkin kun verrataan nesteitä ja kiinteitä aineita.

-Etäisyydet, jotka erottavat sen hiukkaset, ovat lyhyet. Tämä tarkoittaa, että niistä on tullut hyvin yhtenäisiä tai tiivistyneitä tilavuudeltaan.

- Sen väliset molekyylien väliset vuorovaikutukset ovat erittäin vahvoja, muuten niitä ei sellaisenaan olisi olemassa ja ne sulaisivat tai sublimoituisivat maanpäällisissä olosuhteissa.

Kiinteän aineen, nesteen ja kaasun hiukkasten erot

- Kiinteiden aineiden liikkuvuus on yleensä melko vähäistä paitsi materiaalin kannalta myös molekyylin näkökulmasta. Sen hiukkaset ovat rajattu kiinteään asentoon, jossa ne voivat vain värähtellä, mutta eivät liikkua tai pyöriä (teoriassa).

ominaisuudet

Sulamispisteet

Kaikki kiinteät aineet voivat siirtyä nestemäiseen tilaan tietyssä lämpötilassa, elleivät ne hajoa prosessissa ja riippumatta siitä ovatko ne hyviä lämmönjohtimia. Kun tämä lämpötila saavutetaan, sen hiukkaset onnistuvat vihdoin virtaamaan ja pakenemaan kiinteistä asemistaan.

Tämä sulamispiste riippuu kiinteän aineen luonteesta, sen vuorovaikutuksista, moolimassasta ja kiteisen hilan energiasta. Ionisilla kiinteillä aineilla ja kovalenttisilla verkoilla (kuten timantilla ja piidioksidilla) on yleensä korkeimmat sulamispisteet; kun taas molekyyliset kiinteät aineet ovat alhaisimmat.

Seuraava kuva näyttää kuinka jääpala (kiinteä tila) muuttuu nestemäiseksi:

stoikiometria

Suuri osa kiinteistä aineista on molekyylisiä, koska ne ovat yhdisteitä, joiden molekyylien väliset vuorovaikutukset antavat niiden yhdistyä tällä tavalla. Kuitenkin monet muut ovat ionisia tai osittain ionisia, joten niiden yksiköt eivät ole molekyylejä, vaan soluja: ryhmä atomien tai ionien järjestettyä järjestyksessä.

Siellä tällaisten kiintoaineiden kaavojen on kunnioitettava varausten neutraalisuutta osoittaen niiden koostumus ja stökiometriset suhteet. Esimerkiksi, kiinteä aine, jonka hypoteettinen kaava on ₂ B ₄ O ₂ osoittaa, että se on sama määrä A atomien O (2: 2), kun se on kaksinkertainen määrä B-atomit (2: 4).

Huomaa, että kaavan A ₂ B ₄ O ₂ alaindeksit ovat kokonaislukuja, mikä osoittaa, että se on stökiömetrinen kiinteä aine. Monien kiinteiden aineiden koostumus kuvataan näillä kaavoilla. A: n, B: n ja O: n varausten on oltava nollassa, koska muuten siinä olisi positiivinen tai negatiivinen varaus.

Kiinteille aineille on erityisen hyödyllistä osata tulkita niiden kaavoja, koska yleensä nesteiden ja kaasujen koostumukset ovat yksinkertaisempia.

viat

Kiintoaineiden rakenteet eivät ole täydellisiä; niissä on puutteita tai puutteita, vaikka ne ovatkin kiteisiä. Tämä ei koske nesteitä eikä kaasuja. Ei ole sellaisia nestemäisen veden alueita, joiden voidaan sanoa etukäteen olevan "siirretty" ympäristöönsä.

Tällaiset viat ovat vastuussa siitä, että kiinteät aineet ovat kovia ja hauraita, ja niillä on ominaisuuksia, kuten pyroelektrisyys ja pietsosähköisyys, tai lakkaa olemasta määriteltyjä koostumuksia; eli ne ovat ei-stökiometrisiä kiinteitä aineita (esim. A _0,4 B _1,3 O _0,5).

reaktiivisuus

Kiinteät aineet ovat yleensä vähemmän reaktiivisia kuin nesteet ja kaasut; mutta ei kemiallisten syiden takia, vaan siitä tosiasiasta, että niiden rakenteet estävät reagensseja hyökkäämästä niiden sisällä olevia hiukkasia reagoidessaan ensin niiden pinnalla olevien kanssa. Siksi reaktiot, joissa on kiintoaineita, ovat yleensä hitaampia; ellei niitä jauheta.

Kun kiinteä aine on jauhemuodossa, sen pienemmillä hiukkasilla on suurempi pinta-ala tai pinta reagoida. Siksi hienojakoisia kiinteitä aineita merkitään usein potentiaalisesti vaarallisiksi reagensseiksi, koska ne voivat syttyä nopeasti tai reagoida voimakkaasti kosketuksessa muiden aineiden tai yhdisteiden kanssa.

Usein kiinteät aineet liuotetaan reaktioväliaineeseen järjestelmän homogenoimiseksi ja suuremman saannon synteesin suorittamiseksi.

fyysinen

Lukuun ottamatta sulamispistettä ja vikoja, toistaiseksi sanottu vastaa enemmän kiinteiden aineiden kemiallisia ominaisuuksia kuin niiden fysikaalisia ominaisuuksia. Materiaalien fysiikka keskittyy syvästi siihen, kuinka valo, ääni, elektronit ja lämpö vuorovaikutuksessa kiinteiden aineiden kanssa ovat ne kiteisiä, amorfisia, molekyylisiä jne.

Tässä kohtaa tulee niin kutsuttu muovi, joustava, jäykkä, läpinäkymätön, suprajohtava, valosähköinen, mikrohuokoinen, ferromagneettinen, eristävä tai puolijohteinen kiinteä aine.

Esimerkiksi kemiassa kiinnostavat materiaalit, jotka eivät absorboi ultravioletti säteilyä tai näkyvää valoa, koska niitä käytetään mittauskennojen valmistukseen UV-Vis-spektrofotometreille. Sama tapahtuu infrapunasäteilyn kanssa, kun haluat karakterisoida yhdistettä saamalla sen IR-spektrin tai tutkia reaktion etenemistä.

Kiinteiden aineiden kaikkien fysikaalisten ominaisuuksien tutkiminen ja manipulointi vaatii valtavaa sitoutumista, samoin kuin niiden synteesi ja suunnittelu, valitsemalla epäorgaanisen, biologisen, orgaanisen tai metalliorgaanisen rakenteen "kappaleet" uusille materiaaleille.

Tyypit ja esimerkit

Koska kemiallisesti on useita tyyppejä kiinteitä aineita, edustavat esimerkit mainitaan erikseen jokaisesta.

Kiteiset kiinteät aineet

Toisaalta on kiteisiä kiinteitä aineita. Nämä elementit ovat karakterisoituja, koska ne muodostavat molekyylit on konfiguroitu samalla tavalla, mikä toistuu kuviona koko kidessä. Jokaista kuviota kutsutaan yksikkösoluksi.

Kiteisille kiintoaineille on myös tunnusomaista, että niillä on määritelty sulamispiste; Tämä tarkoittaa, että ottaen huomioon sen molekyylien järjestelyn yhdenmukaisuus, kunkin yksikkösolun välillä on sama etäisyys, mikä antaa koko rakenteen muuttua jatkuvasti saman lämpötilan alla.

Esimerkkejä kiteisistä kiintoaineista voivat olla suola ja sokeri.

Amorfiset kiinteät aineet

Amorfisille kiinteille aineille on ominaista se, että niiden molekyylien konformaatio ei vastaa kuviota, vaan vaihtelee koko pinnan välillä.

Koska tällaista mallia ei ole, amorfisten kiinteiden aineiden sulamispistettä ei ole määritelty, toisin kuin kiteisissä, mikä tarkoittaa, että se sulaa asteittain ja eri lämpötiloissa.

Esimerkkejä amorfisista kiintoaineista voi olla lasi ja useimmat muovit.

Ionicsdn

Ionisille kiintoaineille on ominaista, että niissä on kationeja ja anioneja, jotka ovat vuorovaikutuksessa toistensa kanssa sähköstaattisella vetovoimalla (ioninen sitoutuminen). Kun ionit ovat pieniä, syntyvät rakenteet ovat yleensä aina kiteisiä (ottaen huomioon niiden viat). Joidenkin ionisten kiintoaineiden joukossa meillä on:

-NaCl (Na ⁺ Cl ^-), natriumkloridi

-MgO (Mg2 ⁺ O ²), magnesiumoksidi

-CaCO ₃ (Ca ^{2 +} CO ₃ ^2-), kalsiumkarbonaattia

-CuSO ₄ (Cu ²⁺ SO ₄ ²), kuparisulfaattia

-KF (K ⁺ F ^-), kaliumfluoridia

-NH ₄: lla (NH ₄ ⁺: lla ^-), ammoniumkloridia

-ZnS (Zn ²⁺ S ^2-), sinkkisulfidi

-Fe (C ₆ H ₅ COO) ₃, rauta bentsoaatti

metallinen

Kuten nimensä osoittavat, ne ovat kiinteitä aineita, joissa on metallisia atomeja vuorovaikutuksessa metallisidoksen kautta:

-Hopea

-Kulta

-Johtaa

-Messinki

-Pronssi

-Valkoinen kulta

-Tina

-Steels

-Duralumin

Huomaa, että seokset ovat tietysti myös metallisia kiinteitä aineita.

Atomi

Metalliset kiinteät aineet ovat myös atomia, koska teoriassa metallisten atomien (MM) välillä ei ole kovalenttisia sidoksia. Jalokaasut lasketaan kuitenkin pääasiassa atomilajeiksi, koska vain Lontoon hajottavat voimat ovat hallitsevia niiden joukossa.

Siksi, vaikka ne eivät olekaan korkean sovelluksen kiinteitä aineita (ja vaikeasti saatavia), kiteytetyt jalokaasut ovat esimerkkejä atomisista kiinteistä aineista; ts.: helium, neoni, argon, kryptoni jne., kiinteät aineet.

Molekyyliset ja polymeeriset

Molekyylit voivat olla vuorovaikutuksessa Van der Walls -voimien kautta, missä niiden molekyylimassat, dipolimomentit, vety sidokset, rakenteet ja geometriat ovat tärkeässä roolissa. Mitä vahvempi tällainen vuorovaikutus on, sitä todennäköisemmin ne ovat kiinteässä muodossa.

Toisaalta sama päättely pätee polymeereihin, jotka korkeiden keskimääräisten molekyylimassiensa vuoksi ovat melkein aina kiinteitä ja useat niistä ovat amorfisia; koska sen polymeeriyksiköiden on vaikea järjestää itsensä siististi kiteiden muodostamiseksi.

Siten meillä on joidenkin molekyylisten ja polymeeristen kiinteiden aineiden joukossa seuraavat:

-Kuivajää

Sokeri

-Jodi

-Bentsoehappo

-asetamidi

-Rombinen rikki

-Palmitiinihappo

-Fullerenos

-Ottelu

-Kofeiini

naftaleenia

-Puu ja paperi

-Silkki

-Teflon

-Polyethylene

-Kevlar

-Bakelite

-Polyvinyylikloridi

-Polystyreeni

-Polypropylene

proteiineissa

-Suklaapatukka

Kovalenttiset verkot

Viimeinkin meillä on kovalenttiset verkot kovimman ja korkeimmin sulavan kiintoaineen välillä. Joitakin esimerkkejä ovat:

-Grafiitti

-Timantti

-Kvartsi

- piikarbidia

-Boronitrididi

-Alumiinifosfidi

-Gallium-arsenidi

Viitteet

Shiver ja Atkins. (2008). Epäorgaaninen kemia. (Neljäs painos). Mc Graw Hill.
Whitten, Davis, Peck ja Stanley. (2008). Kemia (8. painos). CENGAGE -oppiminen.
Wikipedia. (2019). Kiinteän tilan kemia. Palautettu osoitteesta: en.wikipedia.org
Elsevier BV (2019). Kiinteän tilan kemia. ScienceDirect. Palautettu osoitteesta: sciencedirect.com
Tri Michael Lufaso. (SF). Solid State Chemistry -luennot. Palautettu: unf.edu
askIITians. (2019). Kiinteän olomuodon yleiset ominaisuudet. Palautettu osoitteesta: askiitians.com
David Wood. (2019). Kuinka atomit ja molekyylit muodostavat kiinteät aineet: kuviot ja kristallit. Tutkimus. Palautettu osoitteesta study.com

KIINTEÄ TILA: OMINAISUUDET, OMINAISUUDET, TYYPIT, ESIMERKIT - TIEDE - 2026