POLOVODIČ: STAV, VLASTNOSTI, TYPY, PŘÍKLADY - VĚDA

Pevném stavu je jedním z hlavních způsobů, ve kterých záleží agregátů k vytvoření kondenzované nebo pevných těles. Celá zemská kůra, opouštějící moře a oceány, je pestrou konglomerátem pevných látek. Příklady předmětů v pevném stavu jsou kniha, kámen nebo zrnka písku.

Můžeme interagovat s pevnými látkami díky odpuzování našich elektronů elektrony jejich atomů nebo molekul. Na rozdíl od kapalin a plynů, pokud nejsou přísně toxické, naše ruce nemohou projít skrz ně, ale spíše se drobit nebo absorbovat.

Dřevěná socha tohoto koně je vyrobena ze silně soudržných přírodních polymerů. Zdroj: Pxhere.

Manipulace s pevnými látkami a jejich skladování je obecně mnohem snazší než kapalina nebo plyn. Pokud jeho částice nejsou jemně rozděleny, proud větru jej nebude přenášet v jiných směrech; jsou fixovány v prostoru definovaném intermolekulárními interakcemi jejich atomů, iontů nebo molekul.

Solidní koncept

Pevná látka je stav hmoty, ve které je tuhý objem a tvar; částice, které tvoří materiály nebo předměty v pevném stavu, jsou fixovány na jednom místě, nejsou snadno stlačitelné.

Tento stav hmoty je nejrůznější a nejbohatší z hlediska chemie a fyziky. Máme iontové, kovové, atomové, molekulární a kovalentní pevné látky, každá s vlastní strukturální jednotkou; to znamená s vlastními krystaly. Pokud jim způsob agregace neumožňuje vytvořit řádné vnitřní struktury, stávají se amorfní a složité.

Studie pevných látek konverguje v designu a syntéze nových materiálů. Například dřevo, přírodní pevná látka, se také používá jako ozdobný materiál a pro stavbu domů.

Jiné pevné materiály umožňují výrobu automobilů, letadel, lodí, kosmických lodí, jaderných reaktorů, sportovních potřeb, baterií, katalyzátorů a mnoha dalších předmětů nebo produktů.

Obecné vlastnosti pevných látek

Jaro a dřevo, komponenty třmenu, příklad pevné látky

Hlavní charakteristiky pevných látek jsou:

-Mají definovanou hmotnost, objem a tvary. Například plyn nemá konec ani začátek, protože závisí na kontejneru, který ho ukládá.

- Jsou velmi hustí. Pevné látky bývají hustší než kapaliny a plyny; ačkoli existuje několik výjimek z pravidla, zejména při porovnávání kapalin a pevných látek.

- Vzdálenosti, které oddělují jeho částice, jsou krátké. To znamená, že se ve svém objemu stali velmi soudržnými nebo zhutněnými.

- Intermolekulární interakce jsou velmi silné, jinak by jako takové neexistovaly a za suchozemských podmínek by se roztavily nebo sublimovaly.

Rozdíly mezi částicemi pevné látky, kapaliny a plynu

- Mobilita pevných látek je obvykle velmi omezená, a to nejen z hlediska materiálu, ale také molekulárně. Její částice jsou uzavřeny v pevné poloze, kde mohou pouze vibrovat, ale nemohou se pohybovat nebo rotovat (teoreticky).

Vlastnosti

Body tání

Všechny pevné látky, pokud nejsou v procesu rozloženy, a bez ohledu na to, zda jsou dobrými vodiči tepla, mohou při určité teplotě projít do kapalného stavu: jejich teplota tání. Když je tato teplota dosažena, její částice konečně stékají a unikají ze svých pevných poloh.

Tento bod tání bude záviset na povaze pevné látky, jejích interakcích, molární hmotnosti a krystalické mřížkové energii. Obecně platí, že iontové pevné látky a kovalentní sítě (jako je diamant a oxid křemičitý) mají obvykle nejvyšší teploty tání; zatímco molekulární pevné látky, nejnižší.

Následující obrázek ukazuje, jak se kostka ledu (v pevném stavu) mění v kapalný stav:

Stechiometrie

Většina pevných látek je molekulární, protože se jedná o sloučeniny, jejichž intermolekulární interakce jim umožňují takovou koalescenci. Mnoho dalších je však iontových nebo částečně iontových, takže jejich jednotky nejsou molekuly, ale buňky: množina atomů nebo iontů uspořádaných uspořádaným způsobem.

Zde musí vzorce těchto pevných látek respektovat neutralitu nábojů, což naznačuje jejich složení a stechiometrické vztahy. Například, pevné látky, jejíž hypotetická vzorec je A ₂ B ₄ O ₂ ukazuje, že to má stejný počet atomů A, jak je O (2: 2), přičemž má dvojnásobný počet atomů B (2: 4).

Upozorňujeme, že indexy vzorce A ₂ B ₄ O ₂ jsou celá čísla, což ukazuje, že se jedná o stechiometrickou pevnou látku. Složení mnoha pevných látek je popsáno v těchto vzorcích. Poplatky za A, B a O se musí sčítat až na nulu, protože jinak by došlo k kladnému nebo zápornému náboji.

Pro pevné látky je zvláště užitečné vědět, jak interpretovat jejich vzorce, protože složení kapalin a plynů je obecně jednodušší.

Vady

Struktura pevných látek není dokonalá; představují nedokonalosti nebo defekty, mohou však být krystalické. To neplatí pro kapaliny ani plyny. Neexistují žádné oblasti tekuté vody, o nichž by se dalo říci, že jsou „vyřazeny“ ze svého okolí.

Takové defekty jsou odpovědné za to, že pevné látky jsou tvrdé a křehké, vykazují vlastnosti, jako je pyroelektrický a piezoelektrický, nebo přestávají mít definované složení; to znamená, že se jedná o nestechiometrické pevné látky (např. A _0,4 B _1,3 O _0,5).

Reaktivita

Pevné látky jsou obvykle méně reaktivní než kapaliny a plyny; ale ne kvůli chemickým příčinám, ale kvůli skutečnosti, že jejich struktury zabraňují reaktantům v napadení částic uvnitř nich, nejprve reagují s těmi na jejich povrchu. Proto reakce zahrnující pevné látky bývají pomalejší; pokud nejsou rozdrceny.

Když je pevná látka v práškové formě, její menší částice mají větší plochu nebo povrch, aby mohly reagovat. Z tohoto důvodu jsou jemné pevné látky často označovány jako potenciálně nebezpečná činidla, protože se mohou rychle vznítit nebo mohou rázně reagovat při kontaktu s jinými látkami nebo sloučeninami.

Tuhé látky jsou často rozpuštěny v reakčním médiu pro homogenizaci systému a provedení syntézy s vyšším výtěžkem.

Fyzický

To, co bylo dosud řečeno, s výjimkou bodu tání a defektů odpovídá spíše chemickým vlastnostem pevných látek než jejich fyzikálním vlastnostem. Fyzika materiálů je hluboce zaměřena na to, jak světlo, zvuk, elektrony a teplo interagují s pevnými látkami, ať jsou krystalické, amorfní, molekulární atd.

Zde přichází to, co se nazývá plastové, elastické, tuhé, neprůhledné, průhledné, supravodivé, fotoelektrické, mikroporézní, feromagnetické, izolační nebo polovodičové pevné látky.

V chemii jsou například zajímavé materiály, které neabsorbují ultrafialové záření nebo viditelné světlo, protože se používají k výrobě měřících buněk pro spektrofotometry UV-Vis. Totéž se stane s infračerveným zářením, když chcete charakterizovat sloučeninu získáním jejího IČ spektra nebo studovat průběh reakce.

Studium a manipulace se všemi fyzikálními vlastnostmi pevných látek vyžaduje obrovské odhodlání, jakož i jejich syntézu a design, výběr „kusů“ anorganické, biologické, organické nebo organokovové konstrukce pro nové materiály.

Typy a příklady

Protože existuje několik typů pevných látek chemicky, budou pro každou z nich uvedeny samostatné příklady.

Krystalické pevné látky

Na jedné straně jsou krystalické pevné látky. Tyto prvky jsou charakterizovány, protože molekuly, které je tvoří, jsou konfigurovány stejným způsobem, který se opakuje jako vzor v celém krystalu. Každý vzor se nazývá jednotková buňka.

Krystalické pevné látky se také vyznačují definovanou teplotou tání; To znamená, že vzhledem k rovnoměrnosti uspořádání jeho molekul existuje mezi každou jednotkovou buňkou stejná vzdálenost, což umožňuje, aby se celá struktura neustále transformovala při stejné teplotě.

Příklady krystalických pevných látek mohou být sůl a cukr.

Amorfní pevné látky

Amorfní pevné látky jsou charakterizovány skutečností, že konformace jejich molekul neodpovídá vzoru, ale mění se po celém povrchu.

Protože takový vzorec neexistuje, není teplota tání amorfních pevných látek definována, na rozdíl od krystalických, což znamená, že se taví postupně a za různých teplot.

Příklady amorfních pevných látek mohou být sklo a většina plastů.

Ionika

Iontové pevné látky se vyznačují tím, že mají kationty a anionty, které spolu vzájemně reagují elektrostatickou přitažlivostí (iontovou vazbou). Když jsou ionty malé, výsledné struktury jsou obvykle vždy krystalické (s ohledem na jejich defekty). Mezi některé iontové pevné látky máme:

-NaCl (Na ⁺ Cl ^-), chlorid sodný

-MgO (Mg ²⁺ O ²), oxid hořečnatý

-CaCO ₃ (Ca ²⁺ CO ₃ ²), uhličitan vápenatý

-CuSO ₄ (Cu ²⁺ SO ₄ ²), síran měďnatý

-KF (K ⁺ F ^-), fluorid draselný

NH ₄ Cl (NH ₄ ⁺ Cl ^-), chlorid amonný

-ZnS (Zn ²⁺ S ^2-), sulfid zinečnatý

Fe (C ₆ H ₅ COO) ₃, železo benzoát

Kovový

Jak již název napovídá, jedná se o pevné látky, které mají kovové atomy interagující kovovou vazbou:

-Stříbrný

-Zlato

-Vést

-Mosaz

-Bronz

-Bílé zlato

-Cín

-Steels

-Duralumin

Mějte na paměti, že slitiny se samozřejmě počítají také jako kovové pevné látky.

Atomový

Kovové pevné látky jsou také atomové, protože teoreticky neexistují žádné kovalentní vazby mezi atomy kovů (MM). Ušlechtilé plyny se však v podstatě počítají jako atomové druhy, protože mezi nimi převládají pouze londýnské disperzní síly.

Proto, i když nejde o pevné aplikační pevné látky (a je obtížné je získat), jsou příklady atomových pevných látek krystalizované vzácné plyny; tj.: helium, neon, argon, krypton atd., pevné látky.

Molekulární a polymerní

Molekuly mohou interagovat prostřednictvím Van der Wallsových sil, kde jejich molekulární hmotnosti, dipólové momenty, vodíkové vazby, struktury a geometrie hrají důležitou roli. Čím silnější jsou takové interakce, tím je pravděpodobnější, že budou v pevné formě.

Na druhé straně, stejné odůvodnění platí pro polymery, které jsou díky své vysoké průměrné molekulové hmotnosti téměř vždy pevné látky a několik z nich je amorfních; protože pro její polymerní jednotky je obtížné uspořádat se úhledně a vytvářet krystaly.

Máme tedy mezi některými molekulárními a polymerními pevnými látkami následující:

-Suchý led

-Cukr

-Jód

-Kyselina benzoová

-Acetamid

-Rombická síra

-Kyselina palmitová

-Fullerenos

-Zápas

-Kofein

-Naftalen

-Dřevo a papír

-Hedvábí

-Teflon

-Polyethylen

-Kevlar

-Bakelite

-Polyvinyl chlorid

-Polystyren

-Polypropylen

-Proteiny

-Tabulka čokolády

Kovalentní sítě

Nakonec máme kovalentní sítě mezi nejtvrdší a nejvyšší tající pevnou látkou. Některé příklady jsou:

-Grafit

-Diamant

-Křemen

- Karbid křemíku

-Nitrid boritý

-Fosfát hlinitý

-Gallium arsenid

Reference

Shiver & Atkins. (2008). Anorganická chemie. (Čtvrté vydání). Mc Graw Hill.
Whitten, Davis, Peck a Stanley. (2008). Chemie (8. ed.). CENGAGE Učení.
Wikipedia. (2019). Chemie v pevném stavu. Obnoveno z: en.wikipedia.org
Elsevier BV (2019). Chemie pevných látek. ScienceDirect. Obnoveno z: sciposedirect.com
Dr. Michael Lufaso. (sf). Poznámky k přednáškám z chemie pevných látek. Obnoveno od: unf.edu
AskIITians. (2019). Obecné vlastnosti pevných látek. Obnoveno z: askiitians.com
David Wood. (2019). Jak atomy a molekuly vytvářejí pevné látky: vzory a krystaly. Studie. Obnoveno z: study.com

POLOVODIČ: STAV, VLASTNOSTI, TYPY, PŘÍKLADY - VĚDA - 2025