De vaste toestand het is een van de belangrijkste manieren waarop materie wordt toegevoegd om gecondenseerde of vaste lichamen te creëren. De hele aardkorst, de zeeën en oceanen buiten beschouwing gelaten, is een bonte verzameling vaste stoffen. Voorbeelden van objecten in vaste toestand zijn een boek, een steen of zandkorrels.
We kunnen een interactie aangaan met vaste stoffen dankzij de afstoting van onze elektronen met die van hun atomen of moleculen. In tegenstelling tot vloeistoffen en gassen, zolang ze niet ernstig giftig zijn, kunnen onze handen er niet doorheen, maar verkruimelen of absorberen ze.
Vaste stoffen zijn over het algemeen veel gemakkelijker te hanteren of op te slaan dan een vloeistof of gas. Tenzij de deeltjes fijn verdeeld zijn, zal een windstroom het niet in andere richtingen voeren; zijn gefixeerd in de ruimte die wordt bepaald door de intermoleculaire interacties van hun atomen, ionen of moleculen.
Artikel index
De vaste stof is een toestand van materie met een star volume en vorm; de deeltjes die materialen of objecten in vaste toestand vormen, worden op één plaats gefixeerd, ze zijn niet gemakkelijk samendrukbaar.
Deze toestand is het meest gevarieerd en rijk in termen van scheikunde en natuurkunde. We hebben ionische, metallische, atomaire, moleculaire en covalente vaste stoffen, elk met zijn eigen structurele eenheid; dat wil zeggen, met zijn eigen kristallen. Wanneer hun manier van samenvoegen hen niet in staat stelt ordelijke interne structuren op te bouwen, worden ze amorf en ingewikkeld.
De studie van de vaste stof komt samen in het ontwerp en de synthese van nieuwe materialen. Zo is hout, een natuurlijke vaste stof, ook gebruikt als siermateriaal en voor de bouw van huizen.
Met andere vaste materialen kunnen auto's, vliegtuigen, schepen, ruimteschepen, kernreactoren, sportartikelen, batterijen, katalysatoren en vele andere voorwerpen of producten worden vervaardigd..
De belangrijkste kenmerken van vaste stoffen zijn:
-Ze hebben een duidelijke massa, volume en vormen. Een gas heeft bijvoorbeeld geen einde of begin, aangezien deze afhankelijk zijn van de container waarin het zich bevindt..
-Ze zijn erg compact. Vaste stoffen hebben de neiging om dichter te zijn dan vloeistoffen en gassen; hoewel er een paar uitzonderingen op de regel zijn, vooral bij het vergelijken van vloeistoffen en vaste stoffen.
-De afstanden die hun deeltjes scheiden, zijn kort. Dit betekent dat ze in hun respectieve volume zeer samenhangend of verdicht waren.
-Hun intermoleculaire interacties zijn erg sterk, anders zouden ze niet als zodanig bestaan en zouden ze smelten of sublimeren onder aardse omstandigheden..
-De mobiliteit van vaste stoffen is meestal vrij beperkt, niet alleen vanuit materieel oogpunt, maar ook vanuit moleculair oogpunt. De deeltjes zijn opgesloten in een vaste positie, waar ze alleen kunnen trillen, maar niet kunnen bewegen of roteren (in theorie).
Alle vaste stoffen kunnen, tenzij ze tijdens het proces ontleden, en ongeacht of ze goede warmtegeleiders zijn of niet, bij een bepaalde temperatuur in een vloeibare toestand terechtkomen: hun smeltpunt. Wanneer deze temperatuur is bereikt, slagen de deeltjes er uiteindelijk in om te stromen en te ontsnappen uit hun vaste posities..
Dit smeltpunt hangt af van de aard van de vaste stof, zijn interacties, de molaire massa en de kristallijne rooster-energie. In het algemeen hebben ionische vaste stoffen en covalente netwerken (zoals diamant en siliciumdioxide) de hoogste smeltpunten; terwijl moleculaire vaste stoffen, de laagste.
De volgende afbeelding laat zien hoe een ijsblokje (vaste toestand) in een vloeibare toestand verandert:
Veel van de vaste stoffen zijn moleculair, omdat het verbindingen zijn waarvan de intermoleculaire interacties het mogelijk maken dat ze op een dergelijke manier samensmelten. Veel andere zijn echter ionisch of gedeeltelijk ionisch, dus hun eenheden zijn geen moleculen, maar cellen: een reeks atomen of ionen die op een geordende manier zijn gerangschikt..
Het is hier waar de formules van dergelijke vaste stoffen de neutraliteit van de ladingen moeten respecteren, met vermelding van hun samenstelling en stoichiometrische relaties. Bijvoorbeeld de vaste stof waarvan de hypothetische formule A istweeB4OFtwee wijst erop dat het hetzelfde aantal A-atomen heeft als O (2: 2), terwijl het tweemaal het aantal B-atomen heeft (2: 4).
Merk op dat de abonnementen van formule AtweeB4OFtwee het zijn gehele getallen, wat aantoont dat het een stoichiometrische vaste stof is. De samenstelling van veel vaste stoffen wordt beschreven door deze formules. De ladingen van A, B en O moeten gelijk aan nul worden opgeteld, omdat er anders een positieve of negatieve lading zou zijn.
Voor vaste stoffen is het vooral handig om te weten hoe de formules moeten worden geïnterpreteerd, aangezien de samenstellingen van vloeistoffen en gassen over het algemeen eenvoudiger zijn.
De structuren van vaste stoffen zijn niet perfect; ze vertonen onvolkomenheden of defecten, hoe kristallijn ze ook zijn. Dit is niet het geval bij vloeistoffen of gassen. Er zijn geen gebieden met vloeibaar water die van tevoren kunnen worden bevestigd en die "ontwricht" zijn ten opzichte van hun omgeving..
Dergelijke defecten zijn verantwoordelijk voor het feit dat de vaste stoffen hard en bros zijn, eigenschappen vertonen zoals pyro-elektriciteit en piëzo-elektriciteit, of geen gedefinieerde samenstellingen meer hebben; dat wil zeggen, het zijn niet-stoichiometrische vaste stoffen (bijvoorbeeld A.0,4B1.3OF0,5.
Vaste stoffen zijn doorgaans minder reactief dan vloeistoffen en gassen; maar niet vanwege chemische oorzaken, maar vanwege het feit dat hun structuren voorkomen dat reactanten de deeltjes binnenin aanvallen en eerst reageren met die op hun oppervlak. Daarom zijn reacties waarbij vaste stoffen betrokken zijn meestal langzamer; tenzij ze worden verpulverd.
Wanneer een vaste stof in poedervorm is, hebben de kleinere deeltjes een groter gebied of oppervlak om te reageren. Dat is de reden waarom fijne vaste stoffen vaak worden bestempeld als potentieel gevaarlijke reagentia, omdat ze snel kunnen ontbranden of krachtig kunnen reageren in contact met andere stoffen of verbindingen..
Vaste stoffen worden vaak opgelost in een reactiemedium om het systeem te homogeniseren en een synthese uit te voeren met een hogere opbrengst..
Met uitzondering van het smeltpunt en de defecten, komt wat tot nu toe is gezegd meer overeen met de chemische eigenschappen van vaste stoffen dan met hun fysische eigenschappen. De fysica van materialen is diep gefocust op hoe licht, geluid, elektronen en warmte interageren met vaste stoffen, of ze nu kristallijn, amorf, moleculair, etc. zijn..
Dit is waar wat bekend staat als plastic, elastische, stijve, ondoorzichtige, transparante, supergeleidende, foto-elektrische, microporeuze, ferromagnetische, isolerende of halfgeleider vaste stoffen binnenkomt..
In de chemie zijn bijvoorbeeld materialen die geen ultraviolette straling of zichtbaar licht absorberen interessant, omdat ze worden gebruikt om meetcellen voor UV-Vis spectrofotometers te maken. Hetzelfde gebeurt met infraroodstraling, wanneer u een verbinding wilt karakteriseren door het IR-spectrum te verkrijgen, of de voortgang van een reactie wilt bestuderen.
De studie en manipulatie van alle fysische eigenschappen van vaste stoffen vereist enorme toewijding, evenals hun synthese en ontwerp, het kiezen van 'stukken' van anorganische, biologische, organische of organometaalconstructies voor nieuwe materialen.
Omdat er chemisch verschillende soorten vaste stoffen zijn, zullen representatieve voorbeelden voor elk afzonderlijk worden genoemd..
Enerzijds zijn er kristallijne vaste stoffen. Deze elementen worden gekenmerkt doordat de moleculen waaruit ze bestaan, op dezelfde manier zijn geconfigureerd, wat zich herhaalt als een patroon door het kristal. Elk patroon wordt een eenheidscel genoemd.
Kristallijne vaste stoffen worden ook gekenmerkt doordat ze een bepaald smeltpunt hebben; Dit betekent dat, gezien de uniformiteit van de rangschikking van de moleculen, er dezelfde afstand is tussen elke eenheidscel, waardoor de hele structuur constant onder dezelfde temperatuur kan transformeren..
Voorbeelden van kristallijne vaste stoffen kunnen zout en suiker zijn..
Amorfe vaste stoffen worden gekenmerkt doordat de conformatie van hun moleculen niet reageert op een patroon, maar eerder varieert over het gehele oppervlak.
Omdat een dergelijk patroon niet bestaat, is het smeltpunt van amorfe vaste stoffen niet gedefinieerd, in tegenstelling tot kristallijne stoffen, wat betekent dat het geleidelijk en onder verschillende temperaturen smelt..
Voorbeelden van amorfe vaste stoffen kunnen glas en de meeste kunststoffen zijn.
Ionische vaste stoffen worden gekenmerkt door kationen en anionen, die met elkaar in wisselwerking staan door elektrostatische aantrekking (ionische binding). Als de ionen klein zijn, zijn de resulterende structuren meestal altijd kristallijn (rekening houdend met hun defecten). Onder enkele ionische vaste stoffen hebben we:
-NaCl (Na+Cl-), natriumchloride
-MgO (Mgtwee+OFtwee-), magnesium oxide
-Dief3 (ACtwee+CO3twee-), calciumcarbonaat
-CURSUS4 (Cutwee+SW4twee-), kopersulfaat
-KF (K+F.-), kaliumfluoride
-NH4Cl (NH4+Cl-), ammoniumchloride
-ZnS (Zntwee+Stwee-), zinksulfide
-Fe (C6H.5COO)3, ijzerbenzoaat
Zoals hun naam aangeeft, zijn het vaste stoffen met metaalatomen die via de metaalbinding in wisselwerking staan:
-Zilver
-Goud
-Lood
-Messing
-Bronzen
-wit goud
-Tin
-Staalsoorten
-Duraluminium
Merk op dat legeringen uiteraard ook als metallische vaste stoffen tellen.
Metallische vaste stoffen zijn ook atomair, aangezien er in theorie geen covalente bindingen zijn tussen metaalatomen (M-M). Edelgassen tellen echter in wezen als atomaire soorten, aangezien alleen de Londense verstrooiende krachten onder hen overheersen..
Daarom zijn gekristalliseerde edelgassen, hoewel ze geen vaste stoffen met een hoge toepassingsmogelijkheid zijn (en moeilijk te verkrijgen), voorbeelden van atomaire vaste stoffen; d.w.z.: helium, neon, argon, krypton, enz., vaste stoffen.
Moleculen kunnen interageren via Van der Walls-krachten, waarbij hun molecuulmassa's, dipoolmomenten, waterstofbruggen, structuren en geometrieën een belangrijke rol spelen. Hoe sterker dergelijke interacties, hoe groter de kans dat ze de vorm hebben van een vaste stof.
Aan de andere kant is dezelfde redenering van toepassing op polymeren, die vanwege hun hoge gemiddelde molecuulmassa's bijna altijd vaste stoffen zijn, en verschillende daarvan zijn amorf; omdat de polymere eenheden het moeilijk vinden om zichzelf te ordenen om kristallen te creëren.
Zo hebben we onder enkele moleculaire en polymere vaste stoffen de volgende:
-Droog ijs
-Suiker
-Jodium
-Benzoëzuur
-Acetamide
-Rhombische zwavel
-Palmitinezuur
-Fullerenen
-Bij elkaar passen
-Cafeïne
-Naftaleen
-Hout en papier
-Zijde
-Teflon
-Polyethyleen
-Kevlar
-Bakeliet
-Polyvinylchloride
-Polystyreen
-Polypropyleen
-Eiwit
-Chocoladereep
Ten slotte hebben we de covalente netwerken tussen de hardste en hoogst smeltende vaste stoffen. Enkele voorbeelden zijn:
-Grafiet
-Diamant
-Kwarts
-Siliciumcarbide
-Boornitride
-Aluminiumfosfide
-Galliumarsenide
Niemand heeft nog op dit artikel gereageerd.