FAST TILLSTÅND: EGENSKAPER, EGENSKAPER, TYPER, EXEMPEL - VETENSKAP - 2025

Det fasta tillståndet är ett av de viktigaste sätten på vilka material aggregerar för att skapa kondenserade eller fasta kroppar. Hela jordskorpan som lämnar hav och hav är ett brokigt konglomerat av fasta ämnen. Exempel på föremål i fast tillstånd är en bok, en sten eller sandkorn.

Vi kan interagera med fasta ämnen tack vare avvisningen av våra elektroner med deras atomer eller molekyler. Till skillnad från vätskor och gaser, så länge de inte är allvarligt giftiga, kan våra händer inte gå igenom dem utan snarare smula eller absorbera dem.

Trästatyn av denna häst är tillverkad av starkt sammanhängande naturpolymerer. Källa: Pxhere.

Fastämnen är i allmänhet mycket lättare att hantera eller lagra än en vätska eller gas. Om inte dess partiklar är finfördelade, kommer en vindström inte att bära den i andra riktningar; de är fixerade i utrymmet definierat av intermolekylära interaktioner mellan deras atomer, joner eller molekyler.

Solid koncept

Det fasta materialet är ett tillstånd av materia där det finns en styv volym och form; partiklarna som bildar material eller föremål i fast tillstånd fixeras på ett ställe, de är inte lätt komprimerbara.

Detta ämnesläge är det mest varierade och rika när det gäller kemi och fysik. Vi har joniska, metalliska, atomära, molekylära och kovalenta fasta ämnen, var och en med sin egen strukturella enhet; det vill säga med sina egna kristaller. När deras aggregeringssätt inte tillåter dem att etablera ordnade interna strukturer, blir de amorfa och komplicerade.

Studien av fast tillstånd konvergerar i design och syntes av nya material. Till exempel har trä, ett naturligt fast ämne, också använts som prydnadsmaterial och för husbyggnad.

Andra fasta material tillåter tillverkning av bilar, flygplan, fartyg, rymdskepp, kärnreaktorer, sportartiklar, batterier, katalysatorer och många andra föremål eller produkter.

Allmänna egenskaper hos fasta ämnen

Vår och trä, delar av en bromsok, exempel på fast material

De viktigaste egenskaperna hos fasta ämnen är:

-De har definierat massa, volym och former. En gas har till exempel inget slut eller början, eftersom dessa beror på behållaren som lagrar den.

-De är väldigt täta. Fast material tenderar att vara tätare än vätskor och gaser; även om det finns några undantag från regeln, särskilt när man jämför jämnvätskor och fasta ämnen.

- Avstånden som separerar dess partiklar är korta. Detta betyder att de har blivit mycket sammanhängande eller komprimerade i respektive volym.

-Dina intermolekylära interaktioner är mycket starka, annars skulle de inte existera som sådana och skulle smälta eller sublimera under jordförhållanden.

Skillnader mellan partiklarna i ett fast ämne, en vätska och en gas

- Mobiliteten hos fasta ämnen är vanligtvis ganska begränsad, inte bara ur en materiell synvinkel utan också molekylärt. Dess partiklar är begränsade i ett fast läge, där de bara kan vibrera, men inte röra sig eller rotera (i teorin).

Egenskaper

Smältpunkter

Alla fasta ämnen, om de inte sönderdelas i processen, och oavsett om de är goda värmeledare eller inte, kan passera till ett flytande tillstånd vid en viss temperatur: deras smältpunkt. När denna temperatur uppnås lyckas dess partiklar slutligen flyta och fly från sina fasta positioner.

Denna smältpunkt beror på det fasta ämnets natur, dess interaktioner, molmassan och den kristallina gitterenergin. I allmänhet tenderar joniska fasta ämnen och kovalenta nätverk (såsom diamant och kiseldioxid) att ha de högsta smältpunkterna; medan de molekylära fasta ämnena är de lägsta.

Följande bild visar hur en isbit (fast tillstånd) förvandlas till ett flytande tillstånd:

stökiometri

Mycket av de fasta ämnena är molekylära eftersom de är föreningar vars intermolekylära interaktioner tillåter dem att sammanfogas på ett sådant sätt. Många andra är emellertid joniska eller delvis joniska, så deras enheter är inte molekyler, utan celler: en uppsättning atomer eller joner arrangerade på ett ordnat sätt.

Det är här där formlerna för sådana fasta ämnen måste respektera laddningens neutralitet, vilket anger deras sammansättning och stökiometriska förhållanden. Till exempel indikerar det fasta ämnet vars hypotetiska formel är A ₂ B ₄ O ₂ att det har samma antal A-atomer som O (2: 2), medan det har dubbelt så många B-atomer (2: 4).

Observera att underskrifterna med formeln A ₂ B ₄ O ₂ är heltal, vilket visar att det är ett stökiometriskt fast ämne. Kompositionen för många fasta ämnen beskrivs med dessa formler. Avgifterna på A, B och O måste lägga till noll, för annars skulle det vara en positiv eller negativ laddning.

För fasta ämnen är det särskilt användbart att veta hur man tolkar deras formler, eftersom kompositionerna av vätskor och gaser i allmänhet är enklare.

defekter

Strukturerna för fasta ämnen är inte perfekta; de uppvisar brister eller defekter, oavsett kristallina de kan vara. Detta är inte fallet med vätskor och inte heller med gaser. Det finns inga områden med flytande vatten som kan sägas i förväg att "flyttas" från omgivningen.

Sådana defekter är ansvariga för att de fasta partiklarna är hårda och spröda, vilket visar egenskaper såsom pyroelektricitet och piezoelektricitet eller upphör att ha definierade kompositioner; det vill säga, de är icke-stökiometriska fastämnen (t.ex. A _0,4 B _1,3 O _0,5 ).

Reaktivitet

Fastämnen är vanligtvis mindre reaktiva än vätskor och gaser; men inte på grund av kemiska orsaker, utan av det faktum att deras strukturer förhindrar reaktanter från att attackera partiklarna inuti dem, reagerar först med de på deras yta. Därför tenderar reaktioner med fasta ämnen att vara långsammare; såvida de inte är pulveriserade.

När ett fast ämne är i pulverform har dess mindre partiklar ett större område eller en yta att reagera. Det är därför fina fasta ämnen märks ofta som potentiellt farliga reagens, eftersom de kan antändas snabbt eller reagera kraftigt i kontakt med andra ämnen eller föreningar.

Ofta löses fasta ämnen i ett reaktionsmedium för att homogenisera systemet och genomföra en syntes med högre utbyte.

Fysisk

Med undantag för smältpunkten och defekterna motsvarar det som hittills sagts mer de fasta ämnets kemiska egenskaper än deras fysiska egenskaper. Materialens fysik är djupt fokuserad på hur ljus, ljud, elektroner och värme interagerar med fasta ämnen, oavsett om de är kristallina, amorfa, molekylära, etc.

Det är här som kallas plast, elastisk, stel, opak, transparent, superledande, fotoelektrisk, mikroporös, ferromagnetisk, isolerande eller halvledande fasta substans.

I kemi är till exempel material som inte absorberar ultraviolett strålning eller synligt ljus intressanta, eftersom de används för att göra mätceller för UV-Vis-spektrofotometrar. Samma sak händer med infraröd strålning, när du vill karakterisera en förening genom att erhålla dess IR-spektrum, eller studera utvecklingen av en reaktion.

Studie och manipulering av alla fysiska egenskaper hos fasta ämnen kräver enormt engagemang, liksom deras syntes och design, att välja ”bitar” av oorganisk, biologisk, organisk eller organometallisk konstruktion för nya material.

Typer och exempel

Eftersom det finns flera typer av fasta ämnen kemiskt kommer representativa exempel att nämnas separat för var och en.

Kristallina fasta ämnen

Å ena sidan finns det kristallina fasta ämnen. Dessa element kännetecknas av att molekylerna som utgör dem är konfigurerade på samma sätt, vilket upprepas som ett mönster i hela kristallen. Varje mönster kallas en enhetscell.

Kristallina fasta ämnen kännetecknas också av att ha en definierad smältpunkt; Detta betyder att med tanke på enhetligheten i arrangemanget av dess molekyler finns det samma avstånd mellan varje enhetscell, vilket gör att hela strukturen kan transformeras konstant under samma temperatur.

Exempel på kristallina fasta ämnen kan vara salt och socker.

Amorfa fasta ämnen

Amorfa fasta ämnen kännetecknas av det faktum att konformationen av deras molekyler inte svarar på ett mönster utan varierar över hela ytan.

Eftersom det inte finns något sådant mönster definieras inte smältpunkten för amorfa fasta ämnen, till skillnad från kristallina, vilket innebär att det smälter gradvis och under olika temperaturer.

Exempel på amorfa fasta ämnen kan vara glas och mest plast.

Ionics

Joniska fasta ämnen kännetecknas av att de har katjoner och anjoner, som interagerar med varandra genom elektrostatisk attraktion (jonisk bindning). När jonerna är små är de resulterande strukturerna vanligtvis alltid kristallina (med hänsyn till deras defekter). Bland några joniska fasta ämnen har vi:

-NaCl (Na ⁺ Cl ^- ), natriumklorid

-MgO (Mg2 ⁺ O ^2- ), magnesiumoxid

-CaCO ₃ (Ca ²⁺ CO ₃ ^2- ), kalciumkarbonat

-CuSO ₄ (Cu ²⁺ SO ₄ ^2- ), kopparsulfat

-KF (K ⁺ F ^- ), kaliumfluorid

-NH ₄ Cl (NH ₄ ⁺ Cl ^- ), ammoniumklorid

-ZnS (Zn2 ⁺ S ^2- ), zinksulfid

-Fe (C ₆ H ₅ COO) ₃ , järn bensoat

Metallisk

Som namnet antyder är de fasta ämnen som har metallatomer som interagerar genom den metalliska bindningen:

-Silver

-Guld

-Leda

-Mässing

-Brons

-Vitt guld

-Tenn

-Steels

-Duraluminium

Observera att legeringar även räknas som metalliska fasta ämnen.

Atom

Metalliska fasta ämnen är också atomära, eftersom det i teorin inte finns några kovalenta bindningar mellan metallatomer (MM). Emellertid räknas ädla gaser väsentligen som atomarter, eftersom bara spridningskrafter i London dominerar bland dem.

Även om de inte är fasta material med hög applicering (och svåra att erhålla) är kristalliserade ädelgaser exempel på atomära fasta ämnen; dvs helium, neon, argon, krypton, etc., fasta ämnen.

Molekylär och polymer

Molekyler kan interagera genom Van der Walls krafter, där deras molekylmassor, dipolmoment, vätebindningar, strukturer och geometrier spelar en viktig roll. Ju starkare sådana interaktioner, desto mer sannolikt är de att vara i fast form.

Å andra sidan gäller samma resonemang för polymerer, som på grund av deras höga genomsnittliga molekylmassa nästan alltid är fasta ämnen, och flera av dem är amorfa; eftersom dess polymera enheter har svårt att ordna sig snyggt för att skapa kristaller.

Således har vi bland vissa molekylära och polymera fasta substanser följande:

-Torris

-Socker

-Jod

-Bensoesyra

-acetamid

-Rombiskt svavel

-Palmitinsyra

-Fullerenos

-Match

-Koffein

-Naftalen

- Trä och papper

-Silke

-Teflon

och polyeten

-Kevlar

-Bakelit

-Polyvinylklorid

-Polystyren

-Polypropylene

-Proteins

-Chokladkaka

Kovalenta nätverk

Slutligen har vi de kovalenta nätverken mellan de hårdaste och högsta smältämnena. Några exempel är:

-Grafit

-Diamant

-Kvarts

-Siliciumkarbid

-Boronnitrid

-Aluminiumfosfid

-Galliumarsenid

referenser

1. Shiver & Atkins. (2008). Oorganisk kemi. (Fjärde upplagan). Mc Graw Hill.
2. Whitten, Davis, Peck & Stanley. (2008). Kemi (8: e upplagan). CENGAGE Learning.
3. Wikipedia. (2019). Kemi i fast tillstånd. Återställd från: en.wikipedia.org
4. Elsevier BV (2019). Solid State-kemi. Science. Återställd från: sciencedirect.com
5. Dr. Michael Lufaso. (Sf). Solid State Chemistry Lecture Notes. Återställs från: unf.edu
6. askIITians. (2019). Allmänna egenskaper hos fast tillstånd. Återställd från: askiitians.com
7. David Wood. (2019). Hur atomer och molekyler bildar fasta ämnen: mönster och kristaller. Studie. Återställd från: study.com