شهادت امام رضا: خواص، ساختار، چگالی و نمونه

مواد جامد آنها هستند که قادر به تشکیل بدن و حجم هستند. از مایعات و گاز ها آنها در فرم های مختلف متفاوت هستند. جامدات شکل بدن را حفظ می کنند به این دلیل که ذرات آنها قادر به حرکت آزادانه نیستند. آنها در تراکم، پلاستیک، هدایت الکتریکی و رنگ متفاوت هستند. آنها همچنین خواص دیگری دارند. به عنوان مثال، اغلب این مواد در طی گرمایش ذوب می شوند و به حالت جامد مایع می رسند. بعضی از آنها هنگام گرم شدن، بلافاصله به گاز تبدیل می شوند. اما همچنین کسانی هستند که به مواد دیگر تجزیه می شوند.

انواع مواد جامد

تمام جامدات به دو گروه تقسیم می شوند.

1. Amorphous، که در آن ذرات فردی chaotically واقع شده است. به عبارت دیگر: آنها یک ساختار واضح (قطعی) ندارند. این مواد جامد قادر به ذوب شدن در برخی از محدوده دما است. شایع ترین آنها می توان شیشه و رزین را نسبت داد.
2. بلورین، که به نوبه خود به 4 نوع تقسیم می شود: اتمی، مولکولی، یونی، فلزی. در آنها، ذرات فقط بر اساس یک طرح خاص، یعنی در گره های شبکه کریستال قرار می گیرند. هندسه آن در مواد مختلف می تواند به شدت متفاوت باشد.

مواد کریستالی جامد بیش از مقدار بی نظیر غالب هستند.

انواع جامدات بلورین

در حالت جامد، تقریبا همه مواد یک ساختار بلوری دارند. آنها در ساختار آنها متفاوت هستند. شبکه های بلوری در گره هایشان ذرات و عناصر شیمیایی متفاوت دارند. مطابق با آنها است که آنها اسامی خود را دریافت کردند. هر نوع ویژگی های مشخصه ای دارد:

• در یک شبکه بلوری اتمی، ذرات جامد بوسیله پیوند کووالانسی متصل می شوند. با قدرت آن متمایز است. به همین دلیل، چنین مواد با نقطه ذوب بالا و نقطه جوش مشخص می شود. کوارتز و الماس از این نوع هستند.
• در یک شبکه بلوری مولکولی، پیوند بین ذرات برای ضعف آن قابل توجه است. مواد از این نوع به راحتی جوش و ذوب مشخص می شود. آنها در نوسان هستند که بواسطه آن بوی خاصی دارند. چنین جامدات شامل یخ، قند است. حرکات مولکول ها در جامدات این نوع از طریق فعالیت آنها متمایز می شود.
• در شبکه ی کریستال یونی ، گره ها با ذرات متناظر با مثبت و منفی جایگزین می شوند. آنها توسط جاذبه الکترواستاتیک نگهداری می شوند. این نوع شبکه در قلیایی، نمک، اکسید پایه وجود دارد . بسیاری از مواد از این نوع به راحتی در آب حل می شوند. با توجه به ارتباط نسبتا قوی بین یون ها، آنها مقاوم هستند. تقریبا همه آنها بی بو هستند، از آنجا که آنها دارای نوسان نیستند. مواد با یک شبکه یونی قادر به انجام جریان الکتریکی نیستند، زیرا در ترکیب آنها الکترونهای آزاد وجود ندارد. یک مثال معمولی از جامد یونی، کلرید سدیم است. چنین شبکهی کریستال آن را شکننده میکند. این به خاطر این واقعیت است که هر یک از تغییرات آن می تواند منجر به ظهور نیروهای منفجره یونی شود.
• در یک شبکه بلوری فلزی، تنها یون های مواد شیمیایی در گره ها وجود دارند که به طور مثبت شارژ می شوند. بین آنها الکترون های آزاد وجود دارد که از طریق آن انرژی حرارتی و الکتریکی کاملا عبور می کند. به همین دلیل است که هر فلزات به عنوان یک هدایت کننده به عنوان یک ویژگی متفاوت است.

مفاهیم عمومی جامد

اجسام و مواد جامد عموما یکسان هستند. این شرایط یکی از 4 حالت جمع است. بدنه های جامد دارای شکل پایدار و ویژگی حرارتی اتم هستند. و دوم، نوسانات کوچکی را در کنار موقعیت های تعادل ایجاد می کند. بخش علمی که با مطالعه ترکیب و ساختار داخلی صحبت می کند فیزیک حالت جامد است. سایر زمینه های مهم دیگر برای دانش مربوط به چنین مواد دیگری وجود دارد. تغییر شکل تحت تاثیرات خارجی و حرکت، مکانیک بدن تغییر شکل نامیده می شود.

با توجه به خواص مختلف جامدات، آنها در دستگاه های مختلف فنی ایجاد شده توسط انسان یافت می شوند. در اغلب موارد، پایه ای برای استفاده از آنها خواص مانند سختی، حجم، جرم، کشش، انعطاف پذیری، شکنندگی. علم مدرن امکان استفاده از دیگر ویژگیهای جامدات را فراهم می کند که می تواند به طور انحصاری در آزمایشگاه تشخیص داده شود.

کریستال چیست؟

کریستالها ذرات جامد با ذرات مرتب شده در یک نظم خاص هستند. هر ماده شیمیایی دارای ساختار خاص خود است. اتم های آن تشکیل یک تخمگذار سه بعدی-دوره ای، به نام یک شبکه کریستال است. Solids تقارن متفاوتی از ساختار دارند. حالت بلوری جامد در نظر گرفته شده است پایدار، از آن است که مقدار حداقل انرژی بالقوه است.

اکثریت قریب به اتفاق مواد جامد (طبیعی) شامل تعداد زیادی از دانه های به صورت تصادفی گرا (کریستال) می باشد. چنین مواد پلی کریستالی نامیده می شود. این شامل آلیاژهای فنی و فلزات، و همچنین بسیاری از سنگ ها. بلورهای تک نام بلورهای طبیعی یا مصنوعی نامیده می شوند.

اغلب چنین جامدات از حالت فاز مایع تشکیل شده توسط ذوب یا محلول تشکیل می شود. گاهی اوقات آنها از حالت گاز طبیعی به دست می آیند. این فرایند به نام کریستالیزاسیون نامیده می شود. با تشکر از پیشرفت علمی و فنی، روش رشد (ترکیب کردن) مواد مختلف به مقیاس صنعتی تبدیل شده است. اکثر کریستال ها به شکل منظم چندضلعی شکل طبیعی دارند . اندازه آنها بسیار متفاوت است. بنابراین، کوارتز طبیعی (کریستال سنگ) می تواند تا صدها کیلوگرم وزن داشته باشد و الماس ها تا چند گرم.

در جامدات آمورف، اتم ها در نوسانات ثابت در اطراف نقاط شبه ای قرار دارند. آنها یک دستورالعمل کوتاه نزدیک را حفظ می کنند، اما هیچ نظمی دراز مدت وجود ندارد. این به دلیل این واقعیت است که مولکول های آنها در فاصله ای قرار دارد که می تواند با اندازه آنها مقایسه شود. شایع ترین مثال در زندگی ما چنین جامد حالت کششی است. مواد آمورف اغلب به عنوان مایع با ویسکوزیته بی نهایت در نظر گرفته می شود. زمان کریستالیزاسیون آنها گاهی اوقات خیلی بزرگ است که به نظر نمی رسد.

خواص فوق این مواد است که آنها را منحصر به فرد می کند. جامدات آمورف به عنوان ناپایدار در نظر گرفته می شوند، زیرا در نهایت می توانند به حالت بلوری تبدیل شوند.

مولکول ها و اتم هایی که جامد را تشکیل می دهند با چگالی بالا بسته بندی می شوند. آنها عملا موقعیت متقابل خود را نسبت به ذرات دیگر حفظ می کنند و با همکاری متقابل بین مولکولی همدیگر را حفظ می کنند. فاصله مولکول ماده جامد در جهات مختلف پارامتر شبکه ی بلوری است. ساختار ماده و تقارن آن خواص مختلفی نظیر منطقه الکترونیک، شکاف و اپتیک را مشخص می کند. هنگامی که در معرض یک ماده جامد با قدرت کافی قرار می گیرید، این ویژگی ها تا حدودی نقض می شود. در این مورد جامد حساس به تغییر شکل دائمی است.

اتم جامدات حرکات ارتعاشی را انجام می دهد که به دلیل داشتن انرژی حرارتی آنها است. از آنجایی که آنها ناچیز هستند، می توان آنها را تنها در شرایط آزمایشگاهی مشاهده کرد. ساختار مولکولی یک ماده جامد تا حد زیادی بر خواص آن تاثیر می گذارد.

مطالعه جامدات

ویژگی ها، خواص این مواد، کیفیت آنها و حرکت ذرات در زیر بخش های مختلف فیزیک حالت جامد مورد مطالعه قرار گرفته است.

برای مطالعه مورد استفاده: طیف سنجی رادیویی، تجزیه و تحلیل ساختاری با استفاده از اشعه ایکس و سایر روش ها. بنابراین خواص مکانیکی، فیزیکی و حرارتی جامدات را بررسی می کنیم. سختی، مقاومت در برابر بار، قدرت نهایی، تحولات فاز، مطالعات علمی مواد. این عمدتا با فیزیک جامدات تفاوتی دارد. یک علم مدرن مهم دیگر وجود دارد. بررسی موجود و سنتز مواد جدید توسط شیمیایی جامدات انجام می شود.

ویژگی های جامدات

ماهیت حرکت الکترون های بیرونی اتمهای جامد بسیاری از خواص آن را تعیین می کند، به عنوان مثال خواص الکتریکی. 5 کلاس از این نوع بدن وجود دارد. آنها بسته به نوع پیوند اتم ها ایجاد می شوند:

• یونیک، مشخصه اصلی نیروی جذب الکترواستاتیک است. ویژگی های آن: بازتاب و جذب نور در منطقه مادون قرمز. در دمای پایین، پیوند یونی با هدایت الکتریکی کم مشخص می شود. یک مثال از این ماده، نمک سدیم اسید هیدروکلریک (NaCl) است.
• Covalent، به دلیل جفت الکترون انجام شده است که متعلق به هر دو اتم است. این اتصال تقسیم شده است: تک (ساده)، دو و سه گانه. این نام ها نشان دهنده حضور جفت الکترون (1، 2، 3) است. اوراق قرضه دو و سه برابر چندگانه است. یک بخش دیگر از این گروه وجود دارد. بنابراین، بسته به توزیع چگالی الکترون، پیوند قطبی و غیر قطبی جدا می شود. اولین بار توسط اتم های مختلف تشکیل شده است، و دوم همان است. چنین حالت جامد ماده، نمونه هایی از آن الماس (سی) و سیلیکون (سی)، با تراکم آن مشخص می شود. سخت ترین کریستال ها به پیوند کووالانسی متعلق هستند.
• فلز، ترکیب شده با ترکیب الکترونهای واگن اتم. در نتیجه، یک ابر رایج رایج وجود دارد که تحت تاثیر ولتاژ الکتریکی قرار می گیرد. وقتی که اتمهای متصل بزرگ می شوند، پیوند فلزی شکل می گیرد. آنها کسانی هستند که توانایی الکترون را دارند. برای بسیاری از فلزات و ترکیبات پیچیده، ماده جامد ماده توسط این پیوند تشکیل شده است. مثال: سدیم، باریم، آلومینیوم، مس، طلا. از ترکیبات غیر فلزی می توان ذکر کرد: AlCr ₂ ، Ca ₂ Cu، Cu ₅ Zn ₈ . مواد با پیوند فلزی (فلزات) در خواص فیزیکی متنوع هستند. آنها می توانند مایع (Hg)، نرم (Na، K)، بسیار سخت (W، Nb) باشد.
• مولکولی، ناشی از کریستال ها، که توسط مولکول های فردی ماده شکل می گیرد. آن را با شکاف بین مولکول ها با چگالی الکترونی صفر مشخص می کند. نیروهایی که اتم ها را در چنین کریستال ها متصل می کنند قابل توجه است. در این مورد، مولکول ها فقط با جذب بین مولکولی ضعیف جذب می شوند. به همین دلیل اتصال بین آنها به راحتی در هنگام گرم شدن نابود می شود. ارتباط بین اتم بسیار پیچیده تر است. پیوند مولکولی به جهت گیری، پراکندگی و القاء تقسیم می شود. یک نمونه از این ماده متان جامد است.
• هیدروژن که بین اتمهای قطبش مثبت یک مولکول یا بخشی از آن و کوچکترین مولکول مولکولی مولکولی دیگری یا جزئی دیگر رخ می دهد. این پیوندها شامل یخ هستند.

خواص جامدات

امروز ما چه می دانیم؟ دانشمندان مدتها خواص حالت جامد ماده را مطالعه کرده اند. هنگامی که درجه حرارت تحت تاثیر قرار می گیرد، درجه حرارت نیز تغییر می کند. انتقال چنین بدن به یک مایع، همجوشی است. تبدیل یک جامد به یک حالت گاز با نام ذوب شدن نامیده می شود. همانطور که درجه حرارت پایین است، انجماد می گیرد. بعضی از مواد تحت تاثیر گذارنده به فاز آمورف وارد می شوند. این فرایند توسط دانشمندان نامیده می شود.

در مورد انتقال فاز، ساختار داخلی جامدات تغییر می کند. بزرگترین ترتیب زمانی که درجه حرارت پایین می آید، به دست می آید. در فشار و دمای اتمسفر T> 0 K هر ماده موجود در طبیعت سخت می شود. فقط هلیوم، برای کریستال شدن که مورد نیاز فشار 24 اتم است، منحصر به این قانون است.

حالت جامد ماده خواص فیزیکی آن را متفاوت می کند. آنها رفتار خاصی از بدن را تحت تاثیر برخی زمینه ها و نیروها مشخص می کنند. این خواص به گروه تقسیم می شوند. 3 حالت نوردهی مطابق با 3 نوع انرژی (مکانیکی، حرارتی، الکترومغناطیسی) وجود دارد. بر این اساس، 3 خواص فیزیکی جامدات وجود دارد:

• خواص مکانیکی مرتبط با استرس و تغییر شکل بدن. با توجه به این معیارها، جامدات به الاستیک، رئولوژیکی، قدرت و تکنولوژی تقسیم می شوند. در حالت استراحت، چنین بدن بدن خود را حفظ می کند، اما می تواند تحت تاثیر نیروی خارجی تغییر کند. در این حالت، تغییر شکل آن می تواند پلاستیک باشد (شکل اولیه باز نمی گردد)، الاستیک (به فرم اولیه خود باز می گردد) و یا مخرب (هنگامی که یک آستانه مشخص می شود، فروپاشی و شکست رخ می دهد). پاسخ به نیروی اعمال شده توسط ماژول کششی توصیف می شود. بدن جامد نه تنها فشرده سازی، کشش، بلکه همچنین تغییر، چرخاندن و خم شدن. قدرت یک بدن جامد، اموال آن است که در مقابل ویرانی مقاومت کند.
• حرارتی، زمانی که در معرض حوزه های حرارتی ظاهر می شود. یکی از مهمترین خواص، نقطه ذوب است که بدن به حالت مایع منتقل می شود. برای جامدات بلوری ذکر شده است. بدنه های آمورف دارای حرارت پنهان همجوشی هستند، زیرا انتقال آنها به حالت مایع با افزایش درجه حرارت به تدریج رخ می دهد. پس از رسیدن به یک گرمای خاص، بدن بی نظیر، الاستیسیته خود را از دست می دهد و پلاستیک را به دست می آورد. این حالت بدین معناست که به دمای انتقال شیشه می رسد. هنگام گرم شدن، تغییر شکل یک جامد رخ می دهد. و اغلب گسترش می یابد. به طور كلی، این حالت با ضریب خاص مشخص می شود. دمای بدن بر روی ویژگی های مکانیکی مانند سیالیت، انعطاف پذیری، سختی و مقاومت تاثیر می گذارد.
• الکترومغناطیسی، همراه با تاثیر بر ماده جامد میکروکاذره و امواج الکترومغناطیسی استحکام بالا. خصوصیات تابش نیز به طور معمول به آن اشاره شده است.

ساختار منطقه

جامدات نیز طبق ساختار باند نامیده می شوند. بنابراین، در میان آنها متمایز هستند:

• هادی ها، که در آنها هدایت و باند ولنتاین همپوشانی دارند متفاوت است. در این مورد، الکترونها می توانند بین آنها حرکت کنند و کوچکترین انرژی را دریافت کنند. هادی شامل تمام فلزات می شود. هنگامی که اختلاف پتانسیل به چنین بدن اعمال می شود، جریان الکتریکی شکل می گیرد (به علت حرکت آزاد الکترون ها بین نقاط با کوچکترین و بزرگترین پتانسیل).
• دی الکتریک که مناطق آن همپوشانی ندارند فاصله بین آنها بیش از 4 EV است. برای انتقال الکترون از ولنس به ناحیه رسانا، مقدار زیادی از انرژی مورد نیاز است. به علت این خواص دی الکتریک، عملا جاری جریان ندارد.
• نیمه هادی ها به علت فقدان نوارهای هدایت و ولنتاین مشخص می شوند. فاصله بین آنها کمتر از 4 EV است. برای انتقال الکترون ها از گروه ولز به ناحیه رسانا، ما انرژی کمتری نسبت به دی الکتریک ها داریم. نیمه هادی های خالص (غیر فعال و اختصاصی) ضعیف جریان را منتقل می کنند.

حرکت مولکول ها در مواد جامد باعث خواص الکترومغناطیسی آنها می شود.

خواص دیگر

جامدات نیز با توجه به خواص مغناطیسی آنها تقسیم می شوند. سه گروه وجود دارد:

• Diamagnets که خواص آنها کمی در درجه حرارت و یا حالت تجمع بستگی دارد.
• پارامغناطیس، که منجر به هدایت الکترونها و لحظات مغناطیسی اتم ها می شود. طبق قانون کوری، حساسیت آنها نسبت به دما کاهش می یابد. بنابراین، در 300 K، آن 10 ^{-5 است} .
• بدن با ساختار مغناطیسی دستورالعمل که دارای نظم دراز مدت اتم است. در گره های شبکه آنها، ذرات با لحظات مغناطیسی به صورت دوره ای قرار می گیرند. چنین جامدات و مواد اغلب در حوزه های مختلف فعالیت انسانی استفاده می شود.

سخت ترین ماده در طبیعت

آنها چه هستند؟ مواد جامد چگالی تا حد زیادی سختی خود را تعیین می کند. در سال های اخیر، دانشمندان مواد چند که ادعا می شود را کشف کرده اند "بدن با دوام است." ترین جامد - آن fullerite (مولکول های کریستال با فولرین) است، که حدود 1.5 برابر سخت تر از الماس است. متاسفانه، آن است که در حال حاضر تنها در مقادیر بسیار کم در دسترس است.

تا به امروز، سخت ترین ماده، که بعد ممکن است در صنعت استفاده می شود - lonsdalite (الماس شش ضلعی). او 58٪ سخت تر از الماس است. Lonsdalite - اصلاح چند شکلی از کربن. شبکه بلوری آن بسیار شبیه به یک الماس است. سلول لونسدالیت (lonsdalite) شامل 4 اتم، اما الماس - 8. از کریستال استفاده می شود معمولا امروز سخت ترین الماس است.