Feststoffe: Eigenschaften, Struktur, Dichte und Beispiele

Feste nennen solche Substanzen, die zur Bildung des Körpers der Lage sind, und haben ein Volumen. Von Flüssigkeiten und Gasen, sind sie durch ihre Form unterscheiden. Die Feststoffe behalten die Form des Körpers aufgrund der Tatsache, daß ihre Teilchen nicht in der Lage sind, sich frei zu bewegen. Sie unterscheiden sich in ihrer Dichte, Zähigkeit, elektrische Leitfähigkeit und Farbe. Sie haben auch andere Eigenschaften. Beispielsweise werden die meisten dieser Stoffe während der Erwärmung geschmolzen, flüssigen Aggregatzustand zu erwerben. Einige von ihnen, wenn sie unmittelbar vergast beheizt (sublimiert). Aber es gibt auch solche, die in andere Stoffe abzubauen.

Arten von Feststoffen

Alle Feststoffe werden in zwei Gruppen eingeteilt.

1. Amorph sind, in der die einzelnen Teilchen zufällig angeordnet. Mit anderen Worten, sie haben keine klare (spezifische) Struktur. Diese Feststoffe können in einem bestimmten vorgeschriebenen Temperaturintervall aufgeschmolzen werden. Die häufigste von diesen schließen Glas und Harz.
2. Kristall, die wiederum unterteilt sind in 4 Typen: Atom-, Molekül-, ionisch, metallisch. Die Partikel befinden sich nur in einem spezifischen Muster, nämlich in dem Kristallgitter. Seine Geometrie in verschiedenen Substanzen können sehr unterschiedlich sein.

Kristalline Feststoffe überwiegen über der amorphen in ihrer Zahl.

Arten von kristallinen Feststoffen

In praktisch allen festen Substanzen haben eine kristalline Struktur. Sie unterscheiden sich in ihrer Struktur. In seinem kristallinen Gitterknoten enthält verschiedene Teilchen und Chemikalien. Es ist in Übereinstimmung mit ihnen, und sie haben ihre Namen. Jeder Typ hat bestimmte Eigenschaften für sie:

• Die Atomkristallgitter festen Teilchen durch eine kovalente Bindung verknüpft. Es zeichnet sich durch seine Festigkeit aus. Aus diesem Grunde haben solche Substanzen mit einem hohen Schmelzpunkt und Kochen. Diese Art umfasst Quarz und Diamant.
• Im Kristallgitter der molekularen Bindung zwischen den Partikeln wird durch seine Schwäche gekennzeichnet ist. Substanzen dieser Art zeichnen sich durch einfache Schmelzen und Kochen aus. Sie zeichnen sich durch Volatilität gekennzeichnet, durch die einen bestimmten Geruch haben. Diese Feststoffe sind Eis, Zucker. Bewegung von Molekülen in Feststoffe dieser Art zeichnen sich durch ihre Aktivität gekennzeichnet.
• Die ionischen Kristallgitter in den Knoten abwechseln jeweilige Teilchen positiv und negativ geladenen. Sie zeichnen sich durch elektrostatische Anziehung gehalten. Dieser Gittertyp existiert in Laugen, Salze, basische Oxide. Viele Substanzen dieser Art sind in Wasser leicht löslich. Durch eine sehr starke Bindung zwischen den Ionen refraktär. Fast alle von ihnen sind geruchlos, da sie von Nicht-Volatilität gekennzeichnet sind. Substanzen mit Ionengittern nicht mehr elektrischen Strom leiten, wie es in ihrer Zusammensetzung keine freien Elektronen. Ein typisches Beispiel für die festen Ionen – Salz. Eine solche Kristallgitter gibt es spröde. Dies ist aufgrund der Tatsache, dass eine ihrer Verschiebung Ionenabstoßungskräfte verursachen kann.
• Die metallischen Kristallgitter nur Chemikalien Ionen in den Knoten, positiv geladen. Zwischen ihnen gibt es freie Elektronen, durch die hervorragende thermische und elektrische Energie geht. Deshalb alle Metalle unterschiedliche Funktion wie Leitfähigkeit.

Allgemeine Konzepte fester

Feststoffe und Substanzen – es ist praktisch das Gleiche. Diese Begriffe zu einer der vier Aggregatzustände bezeichnet. Feststoffe haben eine stabile Form und der Charakter der thermischen Bewegung der Atome. Letztere stellen kleine Schwingungen in der Nähe der Gleichgewichtslagen. Zweig der Wissenschaft mit dem Studium der Komposition zu tun und die inneren Struktur, die als Festkörperphysik. Es gibt noch andere wichtige Bereiche in solchen Substanzen beteiligt Wissen. Ändern der Form, die durch äußere Einflüsse und Bewegung genannt Mechanik verformbarer Körper.

Aufgrund der unterschiedlichen Eigenschaften von Festkörpern, haben sie in verschiedenen technischen Geräten erstellt von Menschen verwendet. Meistens die Grundlage ihrer Verwendung waren Eigenschaften wie Härte, Volumen, Masse, Elastizität, Plastizität, Sprödigkeit. Die moderne Wissenschaft und andere Qualitäten von Feststoffen verwendet werden kann, die nur im Labor nachgewiesen werden können.

Was Kristall

Crystals – ein Festkörper in einer bestimmten Reihenfolge angeordnet Partikel. Jede Chemikalie hat seine eigene Struktur. Seine Atome bilden einen dreidimensional periodischen Stapel genannt Gitter. Feste Substanzen haben eine andere Struktur Symmetrie. Feste kristalliner Zustand wird als stabil angesehen, weil es eine minimale Menge an potentieller Energie hat.

Die überwiegende Mehrheit von festen Materialien (natürlich) besteht aus einer großen Anzahl von zufällig orientierten einzelnen Körner (Kristallite). Solche Substanzen werden polykristalline genannt. Dazu gehören technische Legierungen und Metalle, sowie eine Menge von Felsen. Monokristalline genannte natürliche oder synthetische Einkristalle.

In den meisten solche Festkörper aus dem Zustand der flüssigen Phase gebildet werden, schmelzen oder Lösung vorgelegt. Manchmal werden sie aus einem gasförmigen Zustand abgeleitet. Dieser Vorgang wird als Kristallisation genannt. Dank des wissenschaftlichen und technischen Fortschritt des Kultivierungsverfahrens (Synthese) von verschiedenen Substanzen hergestellt industriellen Maßstab. Die meisten der Kristalle hat eine natürliche Form eines regelmäßigen Polyeder. Ihre Größen sind sehr unterschiedlich. Zum Beispiel kann natürliche Quarz (Bergkristall) wiegen, um Hunderte von Kilogramm und Diamanten – bis zu mehreren Gramm.

In amorphen Feststoffen, werden die Atome in konstanter Schwingung um zufällig gelegten Punkte. Sie speichern eine gewisse Nahordnung, aber keine Langstrecken. Dies ist aufgrund der Tatsache, daß ihre Moleküle in einem Abstand angeordnet sind, die mit ihrer Größe verglichen werden. Die am häufigsten in unserem Leben Beispiel dafür ist eine solide Glaszustand. Amorphe Materialien sind oft als eine Flüssigkeit angesehen mit einer unendlich großen Viskosität. Die Zeit der Kristallisation ist manchmal so groß, dass nicht dargestellt ist.

Dass die oben genannten Eigenschaften dieser Stoffe machen sie einzigartig. Amorphe Feststoffe gelten als instabil, weil im Laufe der Zeit in den kristallinen Zustand gehen.

Moleküle, Atome, von denen ein festen umfasst, das mit hohen Dichte gepackt. Sie halten praktisch ihre relative Position in Bezug auf andere Teilchen und sind miteinander durch intermolekulare Wechselwirkung statt. Der Abstand zwischen den Molekülen des Festkörpers in unterschiedlichen Richtungen wird der Kristallgitterparameter bezeichnet. Die Struktur der Substanz und ihre Symmetrie definiert eine Vielzahl von Eigenschaften, wie Elektronenband, Spaltung und Optik. Wenn feste ausreichend großen Kräften ausgesetzt, können diese Qualitäten verletzt mehr oder weniger sein. Wenn diese feste zugänglich Restverformung.

Die Atome des festen Körpers schwingen, die in dem Besitz von Wärmeenergie zurückzuführen ist. Da sie vernachlässigbar sind, können sie nur unter Laborbedingungen beobachtet werden. Die molekulare Struktur von Feststoffen beeinflusst weitgehend seine Eigenschaften.

Die Studie von Feststoffen

Eigenschaften Eigenschaften dieser Materialien, deren Qualität und Partikelbewegung untersuchten verschiedene Teilabschnitte der Festkörperphysik.

Für die Studie verwendet: radio-Spektroskopie, unter Verwendung von Strukturanalyse von Röntgenstrahlen und andere Verfahren. So studieren die mechanischen, physikalischen und thermischen Eigenschaften von Feststoffen. Die Härte, Stressresistenz, Zugfestigkeit, Phasenumwandlung untersucht Materialien. Es überlappt weitgehend mit der Physik von Feststoffen. Es ist eine weitere wichtige moderne Wissenschaft. Um zu untersuchen, Alt- und Neustoffe gehalten Festkorperchemie synthetisieren.

Eigenschaften Feststoffe

Zeichenbewegung externe Elektronen feste Atome bestimmt, viele ihrer Eigenschaften, beispielsweise elektrisch. Es gibt fünf Klassen solcher Stellen. Sie werden je nach Art der Atome festgelegt:

• Ionic, grundlegende Eigenschaft von denen die Kraft der elektrostatischen Anziehung. Seine Eigenschaften: Reflexion und Absorption von Licht im Infrarotbereich. Bei niedriger Temperatur, die ionische Bindung wird durch geringe elektrische Leitfähigkeit gekennzeichnet. Ein Beispiel für ein solches Material ist das Natriumsalz der Chlorwasserstoffsäure (NaCl).
• Kovalente erfolgt auf Kosten eines Elektronenpaars aus, die beiden Atome gehört. Eine solche Verbindung ist unterteilt in: single (Single), doppelte und dreifache. Diese Namen zeigen das Vorhandensein von Elektronenpaaren (1, 2, 3). Doppel- und Dreifachbindungen sind Multiples genannt. Es gibt eine andere Abteilung der Gruppe. Also, in Abhängigkeit von der Elektronendichteverteilung von isolierten polaren und unpolaren Bindung. Die erste ist durch verschiedene Atome gebildet wird, und die zweite – gleich. Ein solcher fester Zustand der Materie, von denen Beispiele sind – ein Diamant (C) und Silizium (Si), durch ihre Dichte charakterisiert. Die meisten festen Kristalle sind nur eine kovalente Bindung.
• Metall gebildet durch die Valenzelektronen von Atomen kombiniert. Als Ergebnis gibt es eine Gesamtelektronenwolke, die unter dem Einfluss einer elektrischen Spannung verschoben ist. Metall-Bindung wird gebildet, wenn die Bindungsatome lang. Dass sie in der Lage, Elektronen zu spenden. Viele Metalle, Komplexverbindungen dieser Bindung wird der feste Zustand der Materie gebildet wird. Beispiele: Natrium, Barium, Aluminium, Kupfer, Gold. Nichtmetallische Verbindungen sind die folgenden: AlCr _2, Ca ₂ Cu, Cu ₅ Zn _8. Substanzen mit einer Metall-Bindung (Metalle) sind vielfältig in der physikalischen Eigenschaften. Sie können flüssig (Hg), weich (Na, K), sehr hart (W, Nb).
• Molecular entstehen Kristalle, die in getrennten Molekülen der Materie gebildet sind. Es wird durch Lücken zwischen Molekülen mit Null-Elektronendichte aufweist. Kraft verbindende Atome in diesen Kristallen sind beträchtlich. An den gleichen Molekülen werden sie sich nur schwache intermolekulare Anziehung angezogen. Deshalb sind die Verbindungen zwischen ihnen leicht durch Hitze zerstört werden. Die Verbindungen zwischen den Atomen viel schwieriger kollabieren. Molekulare Bindung wird in Ausrichtung, Dispersions- und Induktions unterteilt. Ein Beispiel eines solchen festen Substanz Methan ist.
• Wasserstoff, der zwischen den positiv polarisierten Atom oder Molekülen davon und negativ polarisierten kleinste Teilchen eines Moleküls oder anderer Teile auftritt. Diese Beziehungen können Eis zurückzuführen.

Eigenschaften Feststoffe

Was wissen wir heute? Wissenschaftler haben lange die Eigenschaften von Festkörpersubstanzen zu studieren. Bei Temperaturen ausgesetzt und es zu verändern. Der Übergang der Körperflüssigkeit Schmelz genannt. Die Umwandlung von festen in den gasförmigen Zustand wird Sublimation bezeichnet. Mit abnehmender Temperatur eintritt Fest Kristallisation. Einige Stoffe unter dem Einfluss der Kälte in der amorphen Phase überführt. Dieser Prozess wird Vitrifikation Wissenschaftler genannt.

In Phasenübergängen ändert sich die interne Struktur der Feststoffe. Die höchste Ordnung erwirbt sie die Temperatur abgesenkt wird. Bei Atmosphärendruck und eine Temperatur T> 0 K jede Substanz in der Natur vorhandene, verfestigen. Nur Helium, die Kristallisation von der den Druck von 24 atm notwendig ist, ist eine Ausnahme von dieser Regel.

Solid-State gibt es eine andere physikalische Eigenschaften. Sie beschreiben das spezifische Verhalten von Körpern unter dem Einfluss bestimmter Felder und Kräfte. Diese Eigenschaften werden in Gruppen eingeteilt. 3 Weisen Belichtungsverfahren entsprechend den drei Arten von Energie (mechanische, thermische, elektromagnetisch). Dementsprechend existieren sie drei Gruppen von physikalischen Eigenschaften von Feststoffen:

• Mechanische Eigenschaften zu Stress und Verformung von Körpern zusammen. Nach diesen Kriterien werden die Feststoffe unterteilt in elastische, rheologische, Kraft und Technik. Der Rest ist der Körper seine Form beibehält, aber es kann durch eine äußere Kraft verändert werden. In diesem Fall kann es sein, die plastischen Verformung (erste Ansicht nicht zurückgegeben), elastischer (kehrt in der ursprünglichen Form) oder destruktiven (wenn eine bestimmte Schwelle abfällt / Pause). Bewerten Sie diese Bemühungen Elastizitätsmoduli beschreiben. Fest nicht nur wieder Kompression, Dehnung, sondern auch verschiebt, Verdrehen und Biegen. Starrkörperstärke den Ruf seines Eigentums zerstört zu widerstehen.
• Thermische unter dem Einfluss von thermischen Feldern manifestiert. Eine der wichtigsten Eigenschaften – Schmelzpunkt, bei dem der Körper in einen flüssigen Zustand umwandelt. Es wird in kristallinen Festkörpern beobachtet. Amorphe Körper besitzen latente Schmelzwärme, da ihr Übergang in den flüssigen Zustand, wenn die Temperatur allmählich erhöht wird. Bei Erreichen Plastizität eine gewisse Wärme amorphen Körper verliert seine Elastizität und wird. Dieser Zustand bedeutet die Erreichung ihrer Glasübergangstemperatur. Beim Erwärmen tritt starre Körper Verformung. Darüber hinaus erweitert es oft. Quantitativ wird dieser Zustand durch einen bestimmten Faktor charakterisiert. Die Körpertemperatur wirkt sich auf die mechanischen Eigenschaften, wie Fließfähigkeit, Plastizität, Festigkeit und Stärke.
• Elektromagnetische Zusammenhang mit der Exposition gegenüber festen Mikroteilchen Strömen und elektromagnetische Wellen mit hohen Steifigkeit. Dazu gehören Bewährung und Strahlungseigenschaften.

Bandstruktur

Die Feststoffe wurden klassifiziert und die sogenannte Bandstruktur. Also, unter ihnen unterschieden:

• Leiter, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitfähigkeit und Valenzband überlappt. So können die Elektronen zwischen ihnen bewegen, die kleinste Energie ergibt. Für Leiter sind alle Metalle. Wenn ein elektrischer Strom nicht auf einen solchen Potentialdifferenz Körper (infolge der freien Bewegung von Elektronen zwischen den Punkten mit der niedrigsten und hohes Potential).
• Dielektrika, welche Bereiche nicht überlappen. Der Abstand zwischen ihnen größer als 4 eV. Zur Durchführung von Elektronen aus dem Valenzband großem Energieleitungsband zu verlangen. Dank dieser Eigenschaften Dielektrika praktisch nicht leitend.
• Halbleiter, die durch das Fehlen des Leitungs- und Valenzband gekennzeichnet. Der Abstand zwischen ihnen kleiner als 4 eV. Für die Übertragung von Elektronen aus dem Valenzband in das Leitungsband erfordert weniger Energie als Dielektrika. Reines (unlegierten und Eigenfunktionen) Halbleiter schlecht Strom geleitet wird.

Molekulare Bewegung in den Feststoffen führen ihre elektromagnetischen Eigenschaften.

andere Eigenschaften

Feststoffe werden geteilt, und ihre magnetischen Eigenschaften. Es gibt drei Gruppen:

• Diamagnetischen Eigenschaften, die wenig von der Temperatur oder dem Aggregatzustand abhängen.
• Paramagnetischem, die sich aus der Orientierung der Leitungselektronen und magnetischen Momente der Atome. Nach Curie ihrer Anfälligkeit nimmt mit der Temperatur. Somit wird bei 300 K ist 10 ^-5.
• Magnetischer Körper mit einer geordneten Struktur Fernordnung der Atome aufweisen. In den Knoten des Gitters periodisch Partikel mit magnetischen Momenten angeordnet. Diese Feststoffe und Stoffe, die häufig in verschiedenen Bereichen der menschlichen Tätigkeit verwendet.

Die härteste Substanz in der Natur

Was sind sie? Feststoffdichte ihrer Härte weitgehend bestimmen. In den letzten Jahren haben Wissenschaftler verschiedene Materialien entdeckt, die vorgeben zu sein „zu den langlebigsten Körper.“ Solideste – es Fullerit (-Molekül mit einem Fulleren), die etwa 1,5-mal härter als Diamant. Leider ist es zur Zeit nur in sehr geringen Mengen verfügbar.

Bis heute ist die härteste Substanz, die später in der Industrie verwendet werden kann – lonsdalite (hexagonal Diamant). Er ist 58% härter als Diamant. Lonsdalite – allotrope Modifikation von Kohlenstoff. Sein Kristallgitter ist sehr ähnlich wie ein Diamant. Lonsdaleite Zelle enthält 4 Atom, aber der Diamant – 8. Von dem häufig verwendeten Kristalle heute ist der härteste Diamant.