מוצקים: תכונות, מבנה, צפיפות ודוגמאות

חומרים כגון שיחה מוצקה אשר מסוגלים להרכיב את הגוף ויש לי נפח. נוזלים וגזים, הם מאופיינים צורתם. המוצקים לשמר את הצורה של הגוף בשל העובדה כי החלקיקים שלהם אינם מסוגלים לנוע בחופשיות. הם נבדלים צפיפות, משיכות שלהם, מוליכות חשמלית וצבע. יש להם גם תכונות אחרות. לדוגמא, רוב החומרים הללו הם נמסו במהלך חימום, רכישת המדינה המצרפי הנוזלית. חלקם כשמחממים גזיפיקציה מיד (בסובלימציה). אבל יש גם כאלה הנוטים להתפרק לחומרים אחרים.

סוגי מוצקים

כל המוצקים נחלקים לשתי קבוצות.

1. אמורפיים, שבה החלקיקים הבודדים מסודרים באופן אקראי. במילים אחרות, אין להם מבנה ברור (ספציפי). מוצקים אלה יכולים להיות נמסו בתוך מרווח טמפרטורה מסוים שנקבע. הסוג הנפוץ ביותר של אלה כוללים זכוכית שרף.
2. קריסטל, אשר בתורו מחולק 4 סוגים: אטומי, מולקולרי, יונית, מתכתי. החלקיקים נמצאים רק בתבנית ספציפית, כלומר בסריג הגבישי. הגיאומטריה שלה ב חומרים שונים יכול להשתנות במידה ניכרת.

מוצקים גבישיים לגבור על אמורפי במספרים שלהם.

סוגים מוצקים גבישיים

כמעט בכל החומרים המוצקים יש מבנה גבישי. הם נבדלים במבנה שלהם. בשנת הגבישי צומת סריג מכילים חלקיקים וכימיקלים שונים. זהו בהתאם להם, והם קיבלו את שמם. לכל סוג יש מאפיינים ספציפיים על זה:

• חלקיקי המוצקים הגבישי האטומים מקושרים על ידי קשר קוולנטי. זה מתאפיין כוחה. בשל כך, יש חומרים כזה גבוה נקודת התכה ורתיחה. סוג זה כולל קוורץ ויהלום.
• בסריג הגבישי של הקשר המולקולרי בין החלקיקים מאופיינים בחולשה שלה. חומרים מסוג זה מאופיינים קלות היתוך הרתיחה. הם מאופיינים בתנודתיות, עקב אשר יש ריח מסוים. מוצקים אלה קרח, סוכר. Motion של מולקולות במוצקים מסוג זה מאופיין בפעילות שלהם.
• הגבישי היוני בקשרי לסירוגין חלקיקים טעוני בהתאמה לחיוב ולשלילה. הם מוחזקים על ידי משיכה אלקטרוסטטית. סוג סריג זה קיים אלקליות, מלחים, תחמוצות בסיסיות. חומרים רבים מסוג זה הם מסיסים בקלות במים. בשל קשר חזק למדי בין היונים הם כבדות משקל. כמעט כולם חסרי ריח, שכן הם מתאפיינים-נדיפות. חומרים עם סריג יוני מסוגל להוליך זרם חשמלי, כמו הרכב שלהם לא אלקטרונים חופשיים. דוגמה טיפוסית של יון מוצק - מלח. כזה הגבישי נותן אותו לשברירי. זאת בשל העובדה כי כל התזוזה שלה יכול לגרום כוחות דוחים יונים.
• בסריג הגבישי מתכתי רק יונים כימיקלים נמצאים צמתים, מטען חשמלי חיובי. בין אותם יש אלקטרונים חופשיים שדרכו עובר אנרגיה תרמית חשמלית מעולה. לכן כל מתכות תכונה שונה כגון מוליכות.

מושגים כלליים של מוצק

מוצקים וחומרים - זה אותו הדבר כמעט. תנאים אלה הנזכרים אחד 4 מדינות צבירה. יש מוצקים צורה ואופי יציבים של התנועה התרמית של אטומים. האחרון לעשות תנודות קטנות ליד עמדות שיווי המשקל. ענף מדעי העוסק בחקר הרכב ומבנה פנימי, המכונה פיזיקה של מצב מוצק. ישנם תחומים חשובים אחרים של הידע מעורב חומרים כאלה. שינוי הצורה על ידי השפעות חיצוניות מכניקה שנקראת תנועה של גופים ובר-עיוות.

בשל המאפיינים השונים של מוצקים, הם שמשו תקנים טכניים שונים שנוצרו על ידי אדם. לרוב בסיס השימוש שלהם היו תכונות כגון קשיות, נפח, מסה, גמישות, גמישות, שבירות. ניתן להשתמש המדע המודרני איכויות אחרות של מוצקים אשר ניתנים לאבחון רק במעבדה.

מהו גביש

קריסטלים - גוף מוצק להציב חלקיקי סדר מסוימים. כל כימיים יש מבנה משלה. האטומים שלו יוצרים הערמה תקופתית בתלת ממד שנקראת סריג. יש חומרים מוצקים סימטריה במבנה שונה. מצב מוצק גבישי נחשבת יציבה, משום שהוא מכיל כמות מינימלית של אנרגיה פוטנציאלית.

הרוב המכריע של חומרים מוצקים (טבעיים) מורכב ממספר רב של דגני פרט בכיוון אקראי (גבישים). חומרים אלו נקראים רבים-גבישים. אלה כוללים סגסוגות ומתכות טכניות, כמו גם הרבה סלעים. מונוקריסטלים שנקראו גבישים יחידים טבעיים או סינטטיים.

ברוב הגופים מוצקים כאלה נוצרים ממדינת השלב נוזלי, הגיש להינמס או פתרון. לפעמים, הם הנגזרות במצב גזים. תהליך זה נקרא התגבשות. בזכות ההתקדמות המדעית והטכנית של ההליך טיפוח (סינתזה) של חומרים שונים המיוצרים בקנה מידה תעשייתי. רוב הגבישים יש צורה טבעית של פאון רגיל. הגדלים שלהם משתנים במידה רבה. לדוגמה, קוורץ טבעי (קריסטל רוק) יכולים לשקול עד מאות קילוגרמים, ויהלומים - עד כמה גרמים.

בשנת מוצקים אמורפיים, האטומים נמצאים תנודה מתמדת סביב נקודות ממוקמות באופן אקראי. הם מאחסנים קצת סדר קצר-טווח, אך לא לטווח ארוך. זאת בשל העובדה כי המולקולות שלהם מסודרות במרחק שניתן בהשוואה לגודלם. הנפוץ ביותר בדוגמא החיים שלנו לכך היא מדינה מזוגגת מוצקה. חומרים אמורפיים קרובות נחשבים כנוזל עם צמיגות גדולה לאין שיעור. השעה של התגבשות היא לפעמים כל כך גדולה שאינו מוצג.

זה המאפיינים הנ"ל של חומרים אלה להפוך אותם לייחודיים. מוצקים אמורפיים נחשבים יציבים, כיוון שלאורך זמן יכולים לעבור למצב גבישי.

מולקולות, אטומים, אשר כוללת מוצק ארוז עם צפיפות גבוהה. הם כמעט לשמור על המיקום היחסי שלהם ביחס לחלקיקים אחרים מוחזקים יחד על ידי אינטראקציה מולקולאריים. המרחק בין המולקולות של המוצקים בכיוונים שונים נקרא הפרמטר הגבישי. המבנה של חומר ואת הסימטריה שלו מגדיר ריבוי של תכונות כגון להקה אלקטרונים, מחשוף ואופטיקה. כאשר נחשפים כוחות גדולים המוצקים דיו, איכויות אלה עשויות להיות יותר או פחות פר. כאשר עיוות שיורית מקובל מוצק זה.

האטומים של גופים מוצקים להתנדנד, וזה בשל חזק של אנרגיה תרמית. מאז הם זניחים, והם ניתנים לצפייה רק בתנאי מעבדה. המבנה המולקולרי של מוצקים להשפיע תכונותיו ברובו.

המחקר של מוצקים

מאפיינים ותכונות של חומרים אלה, תנועת איכות חלקיקים שלהם למדו סעיפים קטנים שונים של פיסיקה של מצב מוצק.

עבור השתמש במחקר: ספקטרוסקופיה הרדיו, ניתוח מבנים באמצעות צילומי רנטגן ושיטות אחרות. אז ללמוד את תכונות מכניות, פיזית תרמית של מוצקים. הקשיות, התנגדות ללחץ, חוזק מתיחה, טרנספורמציה שלב חוקרת חומרים. הוא חופף במידה רבה עם הפיזיקה של מוצקים. יש עוד מדע מודרני חשוב. כדי ללמוד קיים וסינתזת חומרים חדשים שנערכו כימיה של מצב מוצק.

מוצקי תכונות

תווי תנועה חיצוניים אטומים מוצקים אלקטרונים קובעים רבה מנכסיה, למשל, חשמלית. ישנן 5 כיתות של גופים כאלה. הם נקבעים בהתאם לסוג של אטומים:

• יונית, מאפיין בסיסי של המהווה את כוח המשיכה אלקטרוסטטית. התכונות שלו: השתקפות וקליטה של אור באזור אינפרא אדום. בטמפרטורה נמוכה, הקשר היוני מאופיין מוליכות חשמלית נמוכה. דוגמה של חומר כזה הוא מלח נתרן של חומצה הידרוכלורית (NaCl).
• קוולנטיים בוצעו על חשבון זוג אלקטרונים, שייך הוא אטומים. קיים קשר כזה מחולק: יחיד (בודד), כפול או משולש. שמות אלו מצביעים על הנוכחות של זוגות אלקטרונים (1, 2, 3). קשרים כפולים ומשולשים נקראים בכפולות. יש חלוקה נוספת של הקבוצה. אז, בהתאם לחלוקת צפיפות האלקטרונים של הקשר הקוטב פולרי מבודד. הראשון נוצר על ידי אטומים שונים, והשני - שווה. מצב כזה של חומר מוצק, דוגמאות שהן - יהלום (ג) ו סיליקון (Si), מאופיין בצפיפות שלה. רוב גבישים מוצקים הם רק קשר קוולנטי.
• מתכת נוצרה על ידי שילוב של האלקטרונים הערכיים של אטומים. כתוצאה מכך, קיים ענן אלקטרונים כולל אשר שנעקר תחת השפעה של מתח חשמלי. אג"ח מתכת נוצר כאשר אטומי המליטה ארוכה. כי הם מסוגלים לתרום אלקטרונים. מתכות רבות, תרכובות מורכבות של הקשר הזה נוצרו המצב המוצק של עניין. דוגמאות: נתרן, בריום, אלומיניום, נחושת, זהב. תרכובות אל-מתכתיות הן הבא: AlCr _2, Ca ₂ Cu, Cu ₅ Zn _8. חומרים עם מליטה מתכת (מתכות) הן מגוונות בנכסים פיזיים. הם עשויים להיות נוזליים (Hg), רכים (Na, K), מאוד קשה (W, Nb).
• מולקולרי שמקורה גבישים כי נוצרים מולקולות נפרדות של חומר. הוא מאופיין על ידי פערים בין מולקולות עם צפיפות אלקטרונים אפס. אטומי מקשר חיל בגבישים אלה הם ניכרים. באותו המולקולות הם נמשכים כל אטרקצית מולקולאריים אחרת חלשה בלבד. לכן הקישורים ביניהם נהרסים בקלות על ידי חום. הקשרים בין האטומים להתמוטט הרבה יותר קשה. קשר מולקולרי מחולק אורינטציה, פיזור ואינדוקציה. דוגמא כזו חומר מוצק היא מתאן.
• מימן, אשר מתרחש בין האטומים המקוטבים החיובי או המולקולות ממנו ואת החלקיקים הקטנים ביותר מקוטבים השלילי של מולקולה או חלקים אחרים. יחסים אלה ניתן לייחס קרח.

מוצקי מאפיינים

מה אנחנו יודעים כיום? מדענים כבר מזמן לומדים את המאפיינים של חומרים במצב מוצקים. כאשר נחשף לטמפרטורות ושינוי זה. המעבר של נוזל הגוף נקרא היתוך. הטרנספורמציה של מוצק למצב הגזים נקראת סובלימציה. עם ירידה בטמפרטורה מתרחשת התגבשות מוצקה. חומרים מסוימים תחת השפעת הקור הועבר בשלב אמורפי. תהליך זה נקרא מדענים vitrification.

בשנת מעבר פאזה משנה את המבנה הפנימי של מוצקים. הסידור הגבוה ביותר שישיג את הטמפרטורה יורדת. בלחץ אטמוספרי ובטמפרטורה T> 0 K כל חומר הקיים בטבע, לחזק. רק הליום, הגיבוש אשר יש צורך בלחץ של 24 אטמוספרות, הוא חריג לכלל זה.

מצב מוצק נותן לו תכונות פיזיות שונות. הם מתארים את ההתנהגות הספציפית של גופים תחת השפעת שדות וכוחות מסוימים. מאפיינים אלה מחולקים לקבוצות. 3 להקצות שיטת חשיפה מתאימה לשלושה סוגים של אנרגיה (מכאנית, תרמי, אלקטרומגנטית). בהתאם לכך שהם קיימים שלוש קבוצות של תכונות פיסיקליות של מוצקים:

• תכונות מכניות הקשורות מתח עיוות של גופים. על פי הקריטריונים האלה, מוצקי מחולקים אלסטי, הריאולוגיות, כוח וטכנולוגיה. כל השאר הוא הגוף שומר על צורתו, אך ניתן לשינוי על ידי כוח חיצוני. במקרה זה עשוי להיות של דפורמציה פלסטית (נוף ראשוני לא יוחזר), אלסטי (וחוזר לצורתו המקורית) או הרסנית (כאשר לסף מסוים דועכים / הפסקה). סקירת מאמצים אלה מתארים moduli אלסטי. Solid לא רק מתנגד דחיסה, מתיחה, אלא גם במשמרות, פיתול וכיפוף. חוזק גוף קשיח להתנגד השיחה של רכושו שנהרס.
• תרמי לידי ביטוי תחת השפעת שדות תרמית. אחד המאפיינים החשובים ביותר - נקודת התכה, שבה הגוף ממיר למצב נוזלי. הוא ציין במוצקים גבישיים. גופים אמורפיים להחזיק חום כמוס של היתוך, כמו המעבר שלהם במצב הנוזלי כאשר הטמפרטורה עולה בהדרגה. בהגיעו גוף אמורפי חום מסוים מאבד את הגמישות והופך פלסטיים. מצב זה פירושו השיג טמפרטורת מעבר הזכוכית שלהם. כאשר החימום מתרחש עיוות גוף קשיח. יתר על כן, זה בדרך כלל מרחיבה. כמותית, מצב זה מאופיין על ידי גורם מסוים. טמפרטורת גוף משפיע על תכונות מכניות כגון flowability, פלסטיות, נחישות וכוח.
• אלקטרומגנטיים הקשורות לחשיפת תזרים microparticles מוצק גלים אלקטרומגנטיים של קשיחות גבוהה. אלה כוללים תנאים ומאפייני קרינה.

מבנה הלהקה

המוצקים סווגו ומבנה הלהקה שנקרא. אז, ביניהם נבדלים:

• מוליכים, המאופיינת בכך להקות מוליכות ערכיות חופפות. לכן האלקטרונים יכולים לעבור ביניהם, מניבים את האנרגיה הקטנה. עבור המנצחים הם כל המתכות. כאשר זרם חשמלי נוצר לגוף הבדל כזה פוטנציאל (בשל התנועה החופשית של אלקטרונים בין הנקודות עם פוטנציאל הנמוך גבוה).
• דיאלקטריים, אילו אזורים אינם חופפים. המרווח ביניהן הוא גדול מ 4 eV. כדי לנהל אלקטרונים מן הערכיויות לדרוש רצועת הולכת אנרגיה גדולה. בזכות מאפיינים אלה דיאלקטריים כמעט שאינו מוליך.
• סמיקונדקטורס, מאופיין בהעדר להקות ההולכה ערכית. המרווח ביניהן הוא קטן יותר מאשר 4 eV. עבור העברת אלקטרונים מן הערכיות לפס ההולכה דורש פחות אנרגיה מאשר דיאלקטריים. מוליכים למחצה טהורים (צרופה פונקציות עצמיות) גרוע נוכחי מועברים.

תנועה מולקולרית של מוצקים לגרום לנכסים האלקטרומגנטי שלהם.

נכסים אחרים

מוצקים מחולקים התכונות המגנטיות שלהם. ישנן שלוש קבוצות:

• תכונות diamagnetic אשר תלויים מעט על הטמפרטורה או מצב צבירה.
• פאראמגנטיים, נובע האורינטציה של אלקטרוני ההולכה ורגעים מגנטיים של אטומי. לדברי קירי הרגישות שלהם יורד ככל טמפרטורה. לפיכך, על 300 K זה 10 ^-5.
• גוף מגנטי עם מבנה הורה שיש סדר טווח-ארוך של אטומים. בשנת הצמתים של הסריג מסודרים חלקיקים מעת לעת עם רגעים מגנטיים. מוצקים אלה חומרים בשימוש תכוף בתחומים שונים של פעילות אנושית.

החומר הקשה ביותר בטבע

מה הם? מוצקים צפיפות בעיקר לקבוע הקשיות שלהם. בשנים האחרונות, מדענים גילו כמה חומרים המתיימרים להיות "הגוף העמיד ביותר." רוב מוצק - זה fullerite (מולקולות הגביש עם פולרן), שזה בערך 1.5 פעמים יותר מאשר יהלום. למרבה הצער, זה זמין כרגע רק בכמויות קטנות מאוד.

נכון להיום, החומר הקשה ביותר, אשר מאוחר יותר ניתן להשתמש בתעשייה - lonsdalite (יהלום משושה). הוא 58% יותר מאשר יהלום. Lonsdalite - שינוי allotropic של פחמן. הגבישי שלה דומה מאוד יהלום. תא Lonsdaleite מכיל 4 אטומים, אבל היהלום - 8. של הגבישים הנפוץ כיום הוא היהלום הכי קשה.