ลักษณะของสถานะของแข็งคุณสมบัติประเภทตัวอย่าง - วิทยาศาสตร์ - 2026

ของรัฐที่มั่นคงเป็นหนึ่งในวิธีหลักที่สำคัญในการสร้างมวลร่างกายข้นหรือของแข็ง เปลือกโลกทั้งหมดออกจากทะเลและมหาสมุทรเป็นกลุ่มของแข็งที่เคลื่อนที่ได้ ตัวอย่างของวัตถุที่อยู่ในสถานะของแข็ง ได้แก่ หนังสือก้อนหินหรือเม็ดทราย

เราสามารถโต้ตอบกับของแข็งได้เนื่องจากการขับไล่ของอิเล็กตรอนของเราด้วยอะตอมหรือโมเลกุลของมัน ซึ่งแตกต่างจากของเหลวและก๊าซตราบใดที่ไม่มีพิษร้ายแรงมือของเราไม่สามารถผ่านเข้าไปได้ แต่จะสลายหรือดูดซับเข้าไป

รูปปั้นไม้ของม้าตัวนี้ทำจากโพลีเมอร์ธรรมชาติที่เหนียวแน่น ที่มา: pxhere.

โดยทั่วไปของแข็งจะจัดการหรือจัดเก็บได้ง่ายกว่าของเหลวหรือก๊าซ กระแสลมจะไม่พัดพาไปในทิศทางอื่นเว้นแต่อนุภาคของมันจะถูกแบ่งออกอย่างประณีต พวกมันได้รับการแก้ไขในช่องว่างที่กำหนดโดยปฏิสัมพันธ์ระหว่างโมเลกุลของอะตอมไอออนหรือโมเลกุล

แนวคิดที่มั่นคง

ของแข็งเป็นสถานะของสสารที่มีปริมาตรและรูปร่างแข็ง อนุภาคที่ก่อตัวเป็นวัสดุหรือวัตถุในสถานะของแข็งได้รับการแก้ไขในที่เดียวไม่สามารถบีบอัดได้ง่าย

สถานะของสสารนี้มีความหลากหลายและหลากหลายที่สุดในแง่ของเคมีและฟิสิกส์ เรามีของแข็งไอออนิกโลหะอะตอมโมเลกุลและโควาเลนต์แต่ละตัวมีหน่วยโครงสร้างของตัวเอง นั่นคือด้วยคริสตัลของมันเอง เมื่อโหมดการรวมตัวของพวกเขาไม่อนุญาตให้สร้างโครงสร้างภายในที่เป็นระเบียบเรียบร้อยพวกมันจะกลายเป็นสัณฐานและสลับซับซ้อน

การศึกษาสถานะของแข็งมาบรรจบกันในการออกแบบและการสังเคราะห์วัสดุใหม่ ตัวอย่างเช่นไม้ซึ่งเป็นของแข็งตามธรรมชาติยังถูกใช้เป็นวัสดุประดับและในการก่อสร้างบ้าน

วัสดุที่เป็นของแข็งอื่น ๆ อนุญาตให้ผลิตรถยนต์เครื่องบินเรือยานอวกาศเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์สินค้ากีฬาแบตเตอรี่ตัวเร่งปฏิกิริยาและวัตถุหรือผลิตภัณฑ์อื่น ๆ อีกมากมาย

ลักษณะทั่วไปของของแข็ง

สปริงและไม้ส่วนประกอบของคาลิปเปอร์เช่นของแข็ง

ลักษณะสำคัญของของแข็งคือ:

- พวกเขาได้กำหนดมวลปริมาตรและรูปร่าง ตัวอย่างเช่นก๊าซไม่มีจุดสิ้นสุดหรือจุดเริ่มต้นเนื่องจากสิ่งเหล่านี้ขึ้นอยู่กับภาชนะที่จัดเก็บ

- มีความหนาแน่นมาก ของแข็งมักจะหนาแน่นกว่าของเหลวและก๊าซ แม้ว่าจะมีข้อยกเว้นบางประการสำหรับกฎโดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อเปรียบเทียบของเหลวและของแข็ง

- ระยะทางที่แยกอนุภาคนั้นสั้น ซึ่งหมายความว่าพวกเขามีความเหนียวแน่นหรือกระชับในระดับเสียงที่เกี่ยวข้อง

- ปฏิสัมพันธ์ระหว่างโมเลกุลมีความรุนแรงมากมิฉะนั้นจะไม่เกิดขึ้นเช่นนี้และจะละลายหรือระเหิดในสภาพบนบก

ความแตกต่างระหว่างอนุภาคของของแข็งของเหลวและก๊าซ

- การเคลื่อนที่ของของแข็งมักจะค่อนข้าง จำกัด ไม่เพียง แต่จากมุมมองของวัสดุเท่านั้น แต่ยังรวมถึงโมเลกุลด้วย อนุภาคของมันถูกกักขังอยู่ในตำแหน่งคงที่ซึ่งสามารถสั่นได้เท่านั้น แต่ไม่เคลื่อนที่หรือหมุน (ตามทฤษฎี)

คุณสมบัติ

จุดหลอมเหลว

ของแข็งทั้งหมดเว้นแต่จะถูกย่อยสลายในกระบวนการและไม่ว่าจะเป็นตัวนำความร้อนที่ดีหรือไม่ก็ตามก็สามารถผ่านเข้าสู่สถานะของเหลวที่อุณหภูมิหนึ่งได้นั่นคือจุดหลอมเหลว เมื่อถึงอุณหภูมินี้ในที่สุดอนุภาคของมันก็จะไหลและหลุดออกจากตำแหน่งคงที่

จุดหลอมเหลวนี้จะขึ้นอยู่กับลักษณะของของแข็งปฏิกิริยาของมันมวลโมลาร์และพลังงานตาข่ายผลึก ตามกฎทั่วไปของแข็งไอออนิกและเครือข่ายโควาเลนต์ (เช่นเพชรและซิลิกอนไดออกไซด์) มักจะมีจุดหลอมเหลวสูงสุด ในขณะที่ของแข็งโมเลกุลต่ำสุด

ภาพต่อไปนี้แสดงให้เห็นว่าก้อนน้ำแข็ง (สถานะของแข็ง) เปลี่ยนเป็นสถานะของเหลวได้อย่างไร:

ปริมาณสัมพันธ์

ของแข็งส่วนใหญ่เป็นโมเลกุลเนื่องจากเป็นสารประกอบที่มีปฏิสัมพันธ์ระหว่างโมเลกุลทำให้สามารถรวมตัวกันได้ในลักษณะดังกล่าว อย่างไรก็ตามอื่น ๆ อีกมากมายเป็นไอออนิกหรือไอออนิกบางส่วนดังนั้นหน่วยของพวกมันจึงไม่ใช่โมเลกุล แต่เป็นเซลล์: ชุดของอะตอมหรือไอออนที่จัดเรียงอย่างเป็นระเบียบ

ที่นี่สูตรของของแข็งดังกล่าวต้องเคารพความเป็นกลางของประจุซึ่งบ่งบอกถึงองค์ประกอบและความสัมพันธ์ทางสโตอิชิโอเมตริก ตัวอย่างเช่นของแข็งที่มีสูตรสมมุติฐานคือ A ₂ B ₄ O ₂แสดงว่ามีจำนวนอะตอม A เท่ากับ O (2: 2) ในขณะที่มีจำนวนอะตอม B สองเท่า (2: 4)

สังเกตว่าตัวห้อยของสูตร A ₂ B ₄ O ₂เป็นจำนวนเต็มซึ่งแสดงว่าเป็นของแข็งแบบสโตอิชิโอเมตริก สูตรเหล่านี้อธิบายองค์ประกอบของของแข็งหลายชนิด ประจุของ A, B และ O จะต้องรวมกันเป็นศูนย์เพราะไม่เช่นนั้นจะมีประจุบวกหรือลบ

สำหรับของแข็งจะมีประโยชน์อย่างยิ่งที่จะต้องรู้วิธีตีความสูตรเนื่องจากโดยทั่วไปองค์ประกอบของของเหลวและก๊าซจะง่ายกว่า

ข้อบกพร่อง

โครงสร้างของของแข็งไม่สมบูรณ์ มีความไม่สมบูรณ์หรือข้อบกพร่องอย่างไรก็ตามอาจมีลักษณะเป็นผลึก นี่ไม่ใช่กรณีของของเหลวหรือก๊าซ ไม่มีบริเวณใดของน้ำเหลวที่สามารถบอกได้ล่วงหน้าว่า "หลุด" จากสภาพแวดล้อม

ข้อบกพร่องดังกล่าวมีหน้าที่ทำให้ของแข็งแข็งและเปราะแสดงคุณสมบัติเช่นไพโรอิเล็กทริกและเพียโซอิเล็กทริกหรือยุติการกำหนดองค์ประกอบ นั่นคือเป็นของแข็งที่ไม่ใช่สโตอิชิโอเมตริก (เช่น A _0.4 B _1.3 O _0.5 )

การเกิดปฏิกิริยา

ของแข็งมักมีปฏิกิริยาน้อยกว่าของเหลวและก๊าซ แต่ไม่ได้เกิดจากสาเหตุทางเคมี แต่เนื่องจากโครงสร้างของพวกมันป้องกันไม่ให้สารตั้งต้นโจมตีอนุภาคที่อยู่ภายในโดยจะทำปฏิกิริยากับสิ่งที่อยู่บนพื้นผิวก่อน ดังนั้นปฏิกิริยาที่เกี่ยวข้องกับของแข็งมักจะช้าลง เว้นแต่จะแหลกลาญ

เมื่อของแข็งอยู่ในรูปผงอนุภาคที่เล็กกว่าจะมีพื้นที่หรือพื้นผิวมากขึ้นในการทำปฏิกิริยา นั่นคือเหตุผลที่ของแข็งละเอียดมักถูกระบุว่าเป็นรีเอเจนต์ที่อาจเป็นอันตรายเนื่องจากสามารถติดไฟได้อย่างรวดเร็วหรือทำปฏิกิริยาอย่างรุนแรงเมื่อสัมผัสกับสารหรือสารประกอบอื่น ๆ

บ่อยครั้งของแข็งจะละลายในตัวกลางปฏิกิริยาเพื่อทำให้ระบบเป็นเนื้อเดียวกันและทำการสังเคราะห์ด้วยผลผลิตที่สูงขึ้น

กายภาพ

ยกเว้นจุดหลอมเหลวและข้อบกพร่องสิ่งที่กล่าวไปแล้วนั้นสอดคล้องกับคุณสมบัติทางเคมีของของแข็งมากกว่าคุณสมบัติทางกายภาพ ฟิสิกส์ของวัสดุมุ่งเน้นอย่างลึกซึ้งว่าแสงเสียงอิเล็กตรอนและความร้อนมีปฏิกิริยากับของแข็งอย่างไรไม่ว่าจะเป็นผลึกอสัณฐานโมเลกุล ฯลฯ

นี่คือที่ที่สิ่งที่เรียกว่าพลาสติกยืดหยุ่นแข็งทึบแสงโปร่งใสตัวนำยิ่งยวดโฟโตอิเล็กทริคไมโครโพรเซสเซอร์แม่เหล็กไฟฟ้าฉนวนหรือเซมิคอนดักเตอร์ของแข็งเข้ามา

ตัวอย่างเช่นในทางเคมีวัสดุที่ไม่ดูดซับรังสีอัลตราไวโอเลตหรือแสงที่มองเห็นเป็นที่สนใจเนื่องจากใช้ในการสร้างเซลล์ตรวจวัดสำหรับเครื่องสเปกโตรโฟโตมิเตอร์ UV-Vis สิ่งเดียวกันนี้เกิดขึ้นกับรังสีอินฟราเรดเมื่อคุณต้องการระบุลักษณะของสารประกอบโดยการได้รับสเปกตรัม IR หรือศึกษาความคืบหน้าของปฏิกิริยา

การศึกษาและการจัดการคุณสมบัติทางกายภาพทั้งหมดของของแข็งต้องใช้ความทุ่มเทอย่างมากเช่นเดียวกับการสังเคราะห์และการออกแบบการเลือก "ชิ้นส่วน" ของโครงสร้างอนินทรีย์ชีวภาพอินทรีย์หรือออร์แกโนเมทัลลิกสำหรับวัสดุใหม่

ประเภทและตัวอย่าง

เนื่องจากของแข็งมีหลายประเภททางเคมีจึงมีการกล่าวถึงตัวอย่างที่เป็นตัวแทนแยกกันสำหรับแต่ละประเภท

ของแข็งที่เป็นผลึก

ในแง่หนึ่งมีของแข็งที่เป็นผลึก องค์ประกอบเหล่านี้มีลักษณะเฉพาะเนื่องจากโมเลกุลที่ประกอบขึ้นมีการกำหนดค่าในลักษณะเดียวกันซึ่งจะทำซ้ำเป็นรูปแบบตลอดทั้งคริสตัล แต่ละรูปแบบเรียกว่าเซลล์หน่วย

ของแข็งผลึกยังมีลักษณะเฉพาะด้วยการมีจุดหลอมเหลวที่กำหนดไว้ ซึ่งหมายความว่าเนื่องจากความสม่ำเสมอของการจัดเรียงโมเลกุลมีระยะห่างเท่ากันระหว่างเซลล์แต่ละหน่วยซึ่งทำให้โครงสร้างทั้งหมดสามารถเปลี่ยนแปลงได้ตลอดเวลาภายใต้อุณหภูมิเดียวกัน

ตัวอย่างของของแข็งที่เป็นผลึกอาจเป็นเกลือและน้ำตาล

ของแข็งอสัณฐาน

ของแข็งอสัณฐานมีลักษณะเฉพาะเนื่องจากโครงสร้างของโมเลกุลไม่ตอบสนองต่อรูปแบบ แต่แตกต่างกันไปตามพื้นผิวทั้งหมด

เนื่องจากไม่มีรูปแบบดังกล่าวจึงไม่ได้กำหนดจุดหลอมเหลวของของแข็งอสัณฐานซึ่งแตกต่างจากผลึกซึ่งหมายความว่ามันละลายทีละน้อยและอยู่ภายใต้อุณหภูมิที่ต่างกัน

ตัวอย่างของของแข็งอสัณฐานอาจเป็นแก้วและพลาสติกส่วนใหญ่

Ionics

ของแข็งไอออนิกมีลักษณะโดยการมีไอออนบวกและแอนไอออนซึ่งมีปฏิกิริยาต่อกันด้วยแรงดึงดูดไฟฟ้าสถิต (พันธะไอออนิก) เมื่อไอออนมีขนาดเล็กโครงสร้างที่ได้มักจะมีลักษณะเป็นผลึกเสมอ (โดยคำนึงถึงข้อบกพร่อง) ในบรรดาของแข็งไอออนิกเรามี:

-NaCl (Na ⁺ Cl ^- ) โซเดียมคลอไรด์

-MgO (Mg ²⁺ O ^2- ), แมกนีเซียมออกไซด์

-CaCO ₃ (Ca ²⁺ CO ₃ ^2- ) แคลเซียมคาร์บอเนต

-CuSO ₄ (Cu ²⁺ SO ₄ ^2- ) คอปเปอร์ซัลเฟต

-KF (K ⁺ F ^- ) โพแทสเซียมฟลูออไรด์

-NH ₄ Cl (NH ₄ ⁺ Cl ^- ) แอมโมเนียมคลอไรด์

-ZnS (Zn ²⁺ S ^2- ), สังกะสีซัลไฟด์

-Fe (C ₆ H ₅ COO) ₃ , เหล็กเบนโซเอต

เมทัลลิ

ตามชื่อของพวกเขาระบุว่าพวกมันเป็นของแข็งที่มีอะตอมของโลหะซึ่งมีปฏิสัมพันธ์ผ่านพันธะโลหะ:

-เงิน

-ทอง

-Lead

-ทองเหลือง

-Bronze

-ทองคำขาว

-Pewter

-Steels

-Duralumin

โปรดทราบว่าโลหะผสมยังนับเป็นของแข็งโลหะด้วยเช่นกัน

อะตอม

ของแข็งโลหะเป็นอะตอมเช่นกันเนื่องจากในทางทฤษฎีไม่มีพันธะโควาเลนต์ระหว่างอะตอมของโลหะ (MM) อย่างไรก็ตามก๊าซมีตระกูลถือเป็นสิ่งมีชีวิตประเภทอะตอมเป็นหลักเนื่องจากมีเพียงกองกำลังกระจายตัวของลอนดอนเท่านั้นที่มีอำนาจเหนือกว่า

ดังนั้นแม้ว่าจะไม่ใช่ของแข็งที่มีการใช้งานสูง (และหาได้ยาก) ก๊าซมีตระกูลที่ตกผลึกเป็นตัวอย่างของของแข็งปรมาณู เช่นฮีเลียมนีออนอาร์กอนคริปทอน ฯลฯ ของแข็ง

โมเลกุลและพอลิเมอร์

โมเลกุลสามารถโต้ตอบผ่านกองกำลัง Van der Walls ซึ่งมวลโมเลกุลโมเมนต์ไดโพลพันธะไฮโดรเจนโครงสร้างและรูปทรงเรขาคณิตมีบทบาทสำคัญ ยิ่งปฏิสัมพันธ์ดังกล่าวแข็งแกร่งมากเท่าไหร่ก็ยิ่งมีแนวโน้มที่จะอยู่ในรูปแบบที่มั่นคงมากขึ้นเท่านั้น

ในทางกลับกันเหตุผลเดียวกันนี้ใช้กับพอลิเมอร์ซึ่งเนื่องจากมวลโมเลกุลโดยเฉลี่ยสูงมักเป็นของแข็งและหลายชนิดมีลักษณะไม่สัณฐาน เนื่องจากหน่วยพอลิเมอร์ของมันพบว่ามันยากที่จะจัดเรียงตัวเองอย่างเรียบร้อยเพื่อสร้างคริสตัล

ดังนั้นเราจึงมีของแข็งโมเลกุลและพอลิเมอร์ดังต่อไปนี้:

-น้ำแข็งแห้ง

-น้ำตาล

-ไอโอดีน

-กรดเบนโซอิก

-Acetamide

- กำมะถันรอมบิก

- กรดปาล์มมิติ

-Fullerenos

-การจับคู่

-Caffeine

-Naphthalene

- ไม้และกระดาษ

-Silk

-Teflon

-Polyethylene

-Kevlar

-Bakelite

- โพลีไวนิลคลอไรด์

-Polystyrene

-Polypropylene

-Proteins

-แท่งชอคโคแลต

เครือข่ายโควาเลนต์

ในที่สุดเรามีเครือข่ายโควาเลนต์ระหว่างของแข็งที่ละลายยากที่สุดและสูงสุด ตัวอย่างบางส่วน ได้แก่ :

-Graphite

-เพชร

-Quartz

- ซิลิเซียมคาร์ไบด์

- โบรอนไนไตรด์

- อลูมิเนียมฟอสไฟด์

- แกลเลียมอาร์เซไนด์

อ้างอิง

1. ตัวสั่นและแอตกินส์ (2008) เคมีอนินทรีย์. (พิมพ์ครั้งที่สี่). Mc Graw Hill
2. Whitten, Davis, Peck & Stanley (2008) เคมี (ฉบับที่ 8) CENGAGE การเรียนรู้
3. วิกิพีเดีย (2019) เคมีโซลิดสเตต สืบค้นจาก: en.wikipedia.org
4. Elsevier BV (2019). เคมีโซลิดสเตต ScienceDirect ดึงมาจาก: sciencedirect.com
5. ดร. ไมเคิลลูฟาโซ (เอสเอฟ) หมายเหตุการบรรยายเคมีโซลิดสเตท กู้คืนจาก: unf.edu
6. askIITians (2019) ลักษณะทั่วไปของโซลิดสเตท สืบค้นจาก: askiitians.com
7. เดวิดวู้ด (2019) อะตอมและโมเลกุลก่อตัวเป็นของแข็งอย่างไร: รูปแบบและคริสตัล ศึกษา. ดึงมาจาก: study.com