STARE SOLIDĂ: CARACTERISTICI, PROPRIETĂȚI, TIPURI, EXEMPLE - ŞTIINŢĂ - 2025

Starea solidă este una dintre principalele modalități prin care agregatul de materie poate crea corpuri condensate sau solide. Întreaga scoarță a pământului, lăsând în afara mărilor și oceanelor, este un conglomerat de solide cu pământ. Exemple de obiecte în stare solidă sunt o carte, o piatră sau boabe de nisip.

Putem interacționa cu solidele datorită repulsiei electronilor noștri cu cei ai atomilor sau moleculelor lor. Spre deosebire de lichide și gaze, atâta timp cât nu sunt foarte toxice, mâinile noastre nu pot trece prin ele, ci mai degrabă să le sfărâme sau să le absoarbă.

Statuia din lemn a acestui cal este realizată din polimeri naturali puternic coezivi. Sursa: Pxhere.

Solidele sunt în general mult mai ușor de manipulat sau depozitat decât un lichid sau un gaz. Dacă particulele sale nu sunt împărțite fin, un curent de vânt nu îl va purta în alte direcții; ele sunt fixate în spațiul definit prin interacțiunile intermoleculare ale atomilor, ionilor sau moleculelor lor.

Concept solid

Solidul este o stare de materie în care există un volum și o formă rigidă; particulele care formează materiale sau obiecte în stare solidă sunt fixate într-un singur loc, nu sunt ușor compresibile.

Această stare de materie este cea mai variată și mai bogată din punct de vedere al chimiei și fizicii. Avem solide ionice, metalice, atomice, moleculare și covalente, fiecare având propria unitate structurală; adică cu propriile cristale. Atunci când modul lor de agregare nu le permite să stabilească structuri interne ordonate, ele devin amorfe și complexe.

Studiul stării solide converg în proiectarea și sinteza materialelor noi. De exemplu, lemnul, un solid natural, a fost folosit și ca material ornamental și pentru construcția de case.

Alte materiale solide permit fabricarea de automobile, avioane, nave, nave spațiale, reactoare nucleare, articole sportive, baterii, catalizatori și multe alte obiecte sau produse.

Caracteristici generale ale solidelor

Primăvara și lemnul, componente ale unui etrier, exemplu de solid

Principalele caracteristici ale solidelor sunt:

-Au masă, volum și forme definite. Un gaz, de exemplu, nu are un final sau un început, deoarece acestea depind de recipientul care îl depozitează.

-Sunt foarte dense. Solidele tind să fie mai dense decât lichidele și gazele; deși există câteva excepții de la regulă, în special atunci când se compară lichide și solide.

-Distanțele care îi separă particulele sunt scurte. Aceasta înseamnă că au devenit foarte coezivi sau compactați în volumul respectiv.

-Interațiile intermoleculare sunt foarte puternice, altfel nu ar exista ca atare și s-ar topi sau sublima în condiții terestre.

Diferențele dintre particulele unui solid, un lichid și un gaz

-Mobilitatea solidelor este de obicei destul de limitată, nu numai din punct de vedere material, ci și molecular. Particulele sale sunt limitate într-o poziție fixă, unde pot vibra doar, dar nu se pot mișca sau roti (în teorie).

Proprietăți

Puncte de topire

Toate solidele, cu excepția cazului în care se descompun în proces și indiferent dacă sunt bune conductoare de căldură sau nu, pot trece într-o stare lichidă la o anumită temperatură: punctul lor de topire. Când această temperatură este atinsă, particulele sale reușesc în sfârșit să curgă și să scape din pozițiile lor fixe.

Acest punct de topire va depinde de natura solidului, de interacțiunile sale, de masa molară și de energia de zăpadă cristalină. De regulă generală, solidele ionice și rețelele covalente (cum ar fi diamantul și dioxidul de siliciu) tind să aibă cele mai mari puncte de topire; în timp ce solidele moleculare, cele mai mici.

Următoarea imagine arată cum un cub de gheață (stare solidă) se transformă într-o stare lichidă:

stoichiometria

O mare parte din solide sunt moleculare, deoarece sunt compuși ale căror interacțiuni intermoleculare le permit să se coaleze într-un asemenea mod. Cu toate acestea, multe altele sunt ionice sau parțial ionice, deci unitățile lor nu sunt molecule, ci celule: un set de atomi sau ioni aranjați în mod ordonat.

Este aici unde formulele acestor solide trebuie să respecte neutralitatea sarcinilor, indicând compoziția și relațiile stoechiometrice ale acestora. De exemplu, solidul a cărui formulă ipotetică este A ₂ B ₄ O ₂ indică faptul că are același număr de atomi A ca O (2: 2), în timp ce are de două ori numărul de atomi B (2: 4).

De notat că subscriptul cu formula A ₂ B ₄ O ₂ sunt întregi, ceea ce arată că este un solid stoichiometric. Compoziția multor solide este descrisă de aceste formule. Taxele pentru A, B și O trebuie să adauge egal cu zero, deoarece altfel ar exista o încărcare pozitivă sau negativă.

Pentru solide este deosebit de util să știi să interpretezi formulele lor, deoarece, în general, compozițiile de lichide și gaze sunt mai simple.

Defecte

Structurile solidelor nu sunt perfecte; prezintă imperfecțiuni sau defecte, oricât de cristaline ar fi. Nu este cazul lichidelor sau gazelor. Nu există regiuni cu apă lichidă care să poată fi dusă în avans ca să fie „dislocată” din împrejurimile lor.

Astfel de defecte sunt responsabile pentru că solidele sunt dure și fragile, prezentând proprietăți precum piroelectricitatea și piezoelectricitatea sau încetează să aibă compoziții definite; adică sunt solide nestoechiometrice (de exemplu, A _0,4 B _1,3 O _0,5 ).

reactivitatea

Solidele sunt de obicei mai puțin reactive decât lichidele și gazele; dar nu datorită cauzelor chimice, ci faptului că structurile lor împiedică reactivii să atace particulele din interiorul lor, reacționând mai întâi cu cele de pe suprafața lor. Prin urmare, reacțiile care implică solide tind să fie mai lente; cu excepția cazului în care sunt pulverizate.

Când un solid este sub formă de pulbere, particulele sale mai mici au o suprafață sau o suprafață mai mare pentru a reacționa. De aceea, solidele fine sunt adesea etichetate ca reactivi potențial periculoși, deoarece pot aprinde rapid sau pot reacționa energic în contact cu alte substanțe sau compuși.

De multe ori, solidele sunt dizolvate într-un mediu de reacție pentru a omogeniza sistemul și a realiza o sinteză cu randament mai mare.

Fizic

Cu excepția punctului de topire și a defectelor, ceea ce s-a spus până acum corespunde mai mult proprietăților chimice ale solidelor decât proprietăților lor fizice. Fizica materialelor este profund concentrată pe modul în care lumina, sunetul, electronii și căldura interacționează cu solidele, indiferent dacă sunt cristale, amorfe, moleculare etc.

Aici intră ceea ce este cunoscut sub denumirea de solide plastice, elastice, rigide, opace, transparente, supraconductoare, fotoelectrice, microporoase, ferromagnetice, izolante sau semiconductoare.

În chimie, de exemplu, sunt de interes materialele care nu absorb radiațiile ultraviolete sau lumina vizibilă, deoarece sunt utilizate pentru a face celule de măsurare pentru spectrofotometre UV-Vis. La fel se întâmplă și cu radiațiile infraroșii, când doriți să caracterizați un compus obținând spectrul IR sau să studiați progresul unei reacții.

Studiul și manipularea tuturor proprietăților fizice ale solidelor necesită o dedicație enormă, precum și sinteza și proiectarea acestora, alegând „piese” de construcție anorganică, biologică, organică sau organometalică pentru materiale noi.

Tipuri și exemple

Deoarece există mai multe tipuri de solide chimic, exemple reprezentative vor fi menționate separat pentru fiecare.

Solidele cristaline

Pe de o parte, există solide cristaline. Aceste elemente sunt caracterizate deoarece moleculele care le compun sunt configurate în același mod, ceea ce este repetat ca un model pe întregul cristal. Fiecare model se numește celulă unitară.

Solidele cristaline sunt, de asemenea, caracterizate prin faptul că au un punct de topire definit; Aceasta înseamnă că, având în vedere uniformitatea aranjamentului moleculelor sale, există aceeași distanță între fiecare unitate de celule, ceea ce permite întregii structuri să se transforme constant sub aceeași temperatură.

Exemple de solide cristaline pot fi sarea și zahărul.

Solidele amorfe

Solidele amorfe se caracterizează prin faptul că conformația moleculelor lor nu răspunde la un model, ci variază pe întreaga suprafață.

Deoarece nu există un astfel de model, punctul de topire al solidelor amorfe nu este definit, spre deosebire de cele cristaline, ceea ce înseamnă că acesta se topește treptat și la temperaturi diferite.

Exemple de solide amorfe pot fi sticla și majoritatea materialelor plastice.

Ionics

Solidele ionice se caracterizează prin a avea cationi și anioni, care interacționează între ei prin atracție electrostatică (legătura ionică). Când ionii sunt mici, structurile rezultate sunt de obicei întotdeauna cristaline (ținând cont de defectele lor). Printre unele solide ionice avem:

-NaCl (Na ⁺ Cl ^- ), clorură de sodiu

-MgO (Mg ²⁺ O ^2- ), oxid de magneziu

-CaCO ₃ (Ca ²⁺ CO ₃ ^2- ), carbonat de calciu

-CuSO ₄ (Cu ²⁺ SO ₄ ^2- ), sulfat de cupru

-KF (K ⁺ F ^- ), fluorură de potasiu

NH ₄ Cl (NH ₄ ⁺ Cl ^- ), clorură de amoniu

-ZnS (Zn ²⁺ S ^2- ), sulfură de zinc

-Fe (C ₆ H ₅ COO) ₃ , benzoat de fier

Metalic

După cum indică numele lor, sunt solide care au atomi metalici care interacționează prin legătura metalică:

-Argint

-Aur

-Conduce

-Alamă

-Bronz

-Aur alb

-Pewter

-Steels

-Duralumin

Rețineți că, de asemenea, aliajele contează ca solide metalice.

Atomic

Solidele metalice sunt de asemenea atomice, deoarece în teorie nu există legături covalente între atomii metalici (MM). Cu toate acestea, gazele nobile contează în mod esențial ca specii atomice, întrucât printre acestea predomină doar forțele dispersive londoneze.

Prin urmare, deși nu sunt solide cu aplicare mare (și dificil de obținut), gazele nobile cristalizate sunt exemple de solide atomice; adică: heliu, neon, argon, kripton etc., solide.

Molecular și polimeric

Moleculele pot interacționa prin forțele lui Van der Walls, unde masele lor moleculare, momentele dipolilor, legăturile de hidrogen, structurile și geometriile joacă un rol important. Cu cât aceste interacțiuni sunt mai puternice, cu atât sunt mai probabile să fie într-o formă solidă.

Pe de altă parte, același raționament se aplică polimerilor, care datorită masei lor moleculare medii mari sunt aproape întotdeauna solide, iar multe dintre ele sunt amorfe; deoarece, unitățile sale polimerice le este dificil să se aranjeze perfect pentru a crea cristale.

Astfel, avem printre unele solide moleculare și polimerice următoarele:

-Gheata uscata

-Zahăr

-Iod

-Acid benzoic

-acetamidă

-Sulf sulmic

-Acid palmitic

-Fullerenos

-Meci

-Cofeină

-Naftalină

-Bună și hârtie

-Mătase

-Teflon

-Polyethylene

-Kevlar

-Bachelită

-Clorura de polivinil

-polistiren

-Polypropylene

-Proteins

-Ciocolata

Rețele covalente

În cele din urmă, avem rețelele covalente între cele mai dure și cele mai înalte solide de topire. Câteva exemple sunt:

-Grafit

-Diamant

-Cuarţ

-Carbură de siliciu

-Nitru de boron

-Fosforă de aluminiu

-Arsenul de galiu

Referințe

1. Shiver & Atkins. (2008). Chimie anorganică. (A patra editie). Mc Graw Hill.
2. Whitten, Davis, Peck și Stanley. (2008). Chimie (Ediția a VIII-a). CENGAGE Învățare.
3. Wikipedia. (2019). Chimie în stare solidă. Recuperat de la: en.wikipedia.org
4. Elsevier BV (2019). Chimie în stare solidă. ScienceDirect. Recuperat de la: sciencedirect.com
5. Dr. Michael Lufaso. (Sf). Note de predare chimie în stare solidă. Recuperat din: unf.edu
6. askIITians. (2019). Caracteristici generale ale statului solid. Recuperat de la: askiitians.com
7. David Wood. (2019). Cum formează atomii și moleculele solide: tipare și cristale. Studiu. Recuperat din: studiu.com