KATI HAL: ÖZELLIKLER, ÖZELLIKLER, TÜRLER, ÖRNEKLER - BILIM - 2024

Yarıiletken dar veya katı nesneler oluşturmak için agrega madde ana yollarından biridir. Tüm yerkabuğu, denizleri ve okyanusları dışarıda bırakarak, rengarenk bir katı kümesidir. Katı haldeki nesnelere örnek olarak kitap, taş veya kum taneleri verilebilir.

Elektronlarımızın atomları veya molekülleri ile itilmesi sayesinde katılarla etkileşime girebiliriz. Sıvıların ve gazların aksine, ciddi derecede toksik olmadıkları sürece, ellerimiz bunlardan geçemez, aksine onları parçalayabilir veya emebilir.

Bu atın tahta heykeli, güçlü bir şekilde birbirine bağlanan doğal polimerlerden yapılmıştır. Kaynak: Pxhere.

Katıların taşınması veya depolanması genellikle bir sıvı veya gaza göre çok daha kolaydır. Parçacıklar ince bir şekilde bölünmedikçe, bir rüzgar akımı onu başka yönlere taşımayacaktır; atomlarının, iyonlarının veya moleküllerinin moleküller arası etkileşimleriyle tanımlanan boşlukta sabitlenirler.

Sağlam konsept

Katı, katı bir hacim ve şeklin olduğu bir madde halidir; Katı haldeki malzemeleri veya nesneleri oluşturan parçacıklar tek bir yerde sabitlenir, kolayca sıkıştırılamazlar.

Maddenin bu hali, kimya ve fizik açısından en çeşitli ve zengindir. Her biri kendi yapısal birimine sahip iyonik, metalik, atomik, moleküler ve kovalent katı maddelerimiz var; yani kendi kristalleri ile. Toplanma biçimleri, düzenli iç yapılar kurmalarına izin vermediğinde, şekilsiz ve karmaşık hale gelirler.

Katı hal çalışması, yeni malzemelerin tasarımı ve sentezinde birleşir. Örneğin doğal bir masif olan ahşap, aynı zamanda bir süs malzemesi olarak ve evlerin yapımında da kullanılmıştır.

Diğer katı malzemeler, otomobil, uçak, gemi, uzay gemisi, nükleer reaktör, spor malzemeleri, pil, katalizör ve diğer birçok nesne veya ürünün üretimine izin verir.

Katıların genel özellikleri

Yay ve ahşap, bir kaliperin bileşenleri, masif örnek

Katıların temel özellikleri şunlardır:

-Kütle, hacim ve şekilleri tanımlamışlardır. Örneğin, bir gazın bir sonu ya da başlangıcı yoktur, çünkü bunlar, onu depolayan kaba bağlıdır.

-Çok yoğunlar. Katılar, sıvı ve gazlardan daha yoğun olma eğilimindedir; Bununla birlikte, özellikle sıvıları ve katıları karşılaştırırken, kuralın birkaç istisnası vardır.

-Parçacıklarını ayıran mesafeler kısadır. Bu, ilgili hacimlerinde çok yapışkan hale geldikleri veya sıkıştırıldıkları anlamına gelir.

-Moleküller arası etkileşimleri çok güçlüdür, aksi takdirde bu şekilde olmazlar ve karasal koşullarda eriyip yüceltilirler.

Bir katı, bir sıvı ve bir gaz parçacıkları arasındaki farklar

- Katıların hareketliliği, yalnızca maddi açıdan değil, moleküler açıdan da genellikle oldukça sınırlıdır. Parçacıkları, yalnızca titreyebilecekleri, ancak hareket edemeyecekleri veya dönmeyecekleri (teoride) sabit bir konumda hapsedilmiştir.

Özellikleri

Erime noktaları

Tüm katılar, süreç içinde ayrışmadıkça ve iyi ısı iletkeni olup olmadıklarına bakılmaksızın, belirli bir sıcaklıkta sıvı hale geçebilirler: erime noktaları. Bu sıcaklığa ulaşıldığında, parçacıkları nihayet akmayı ve sabit konumlarından kaçmayı başarır.

Bu erime noktası, katının doğasına, etkileşimlerine, molar kütleye ve kristalin kafes enerjisine bağlı olacaktır. Genel bir kural olarak, iyonik katılar ve kovalent ağlar (elmas ve silikon dioksit gibi) en yüksek erime noktalarına sahip olma eğilimindedir; moleküler katılar ise en düşüktür.

Aşağıdaki görüntü, bir buz küpünün (katı hal) sıvı hale nasıl dönüştüğünü göstermektedir:

stokiyometri

Katıların çoğu molekülerdir, çünkü bunlar moleküller arası etkileşimleri bu şekilde birleşmelerine izin veren bileşiklerdir. Bununla birlikte, diğerleri iyonik veya kısmen iyoniktir, bu nedenle birimleri molekül değil, hücrelerdir: düzenli bir şekilde düzenlenmiş bir dizi atom veya iyon.

Bu tür katıların formüllerinin, bileşimlerini ve stokiyometrik ilişkilerini göstererek, yüklerin tarafsızlığına saygı göstermesi gereken yer burasıdır. Örneğin, varsayımsal formülü A ₂ B ₄ O ₂ olan katı, O (2: 2) ile aynı sayıda A atomuna sahip olduğunu gösterirken, iki katı B atomuna (2: 4) sahiptir.

A ₂ B ₄ O ₂ formülünün alt simgelerinin tamsayılar olduğuna dikkat edin, bu da bunun stoikiometrik bir katı olduğunu gösterir. Birçok katının bileşimi bu formüllerle açıklanmaktadır. A, B ve O'daki yüklerin toplamı sıfır olmalıdır, çünkü aksi takdirde pozitif veya negatif yük olur.

Katılar için formüllerinin nasıl yorumlanacağını bilmek özellikle yararlıdır çünkü genellikle sıvı ve gaz bileşimleri daha basittir.

Kusur

Katıların yapıları mükemmel değildir; onlar, ne kadar kristal olursa olsun, kusurlar veya kusurlar sunarlar. Sıvılarda veya gazlarda durum böyle değildir. Önceden çevrelerinden "ayrıldığı" söylenebilecek sıvı su bölgeleri yoktur.

Bu tür kusurlar, katıların sert ve kırılgan olmasından, piroelektriklik ve piezoelektriklik gibi özellikler göstermesinden veya tanımlanmış bileşimlere sahip olmanın sona ermesinden sorumludur; yani, stokiyometrik olmayan katılardır (örneğin, A _0.4 B _1.3 O _0.5 ).

Reaktivite

Katılar genellikle sıvı ve gazlardan daha az reaktiftir; ancak kimyasal nedenlerden değil, yapılarının reaksiyona girenlerin içlerindeki partiküllere saldırmasını önlediğinden, önce yüzeyindekilerle reaksiyona girmesinden kaynaklanmaktadır. Bu nedenle, katıları içeren reaksiyonlar daha yavaş olma eğilimindedir; toz haline getirilmedikçe.

Bir katı toz halinde olduğunda, daha küçük partiküllerinin reaksiyona girecek daha büyük bir alanı veya yüzeyi vardır. Bu nedenle, ince katılar, hızla tutuşabildikleri veya diğer maddeler veya bileşiklerle temas halinde şiddetli bir şekilde reaksiyona girebilecekleri için genellikle potansiyel olarak tehlikeli reaktifler olarak etiketlenirler.

Çoğu zaman, katı maddeler, sistemi homojenleştirmek ve daha yüksek verimle bir sentez gerçekleştirmek için bir reaksiyon ortamında çözündürülür.

Fiziksel

Erime noktası ve kusurlar haricinde, şimdiye kadar söylenenler, katıların fiziksel özelliklerinden çok kimyasal özelliklerine karşılık gelir. Malzemelerin fiziği, ışığın, sesin, elektronların ve ısının katı maddelerle, kristal, amorf, moleküler vb.

Plastik, elastik, sert, opak, şeffaf, süper iletken, fotoelektrik, mikro gözenekli, ferromanyetik, yalıtkan veya yarı iletken katı olarak bilinen şey burada devreye girer.

Örneğin kimyada, ultraviyole radyasyonu veya görünür ışığı absorbe etmeyen malzemeler, UV-Vis spektrofotometreleri için ölçüm hücreleri yapmak için kullanıldığından ilgi çekicidir. Aynı şey, bir bileşiği IR spektrumunu elde ederek karakterize etmek veya bir reaksiyonun ilerleyişini incelemek istediğinizde kızılötesi radyasyon için de olur.

Katıların tüm fiziksel özelliklerinin incelenmesi ve manipülasyonu, yeni malzemeler için inorganik, biyolojik, organik veya organometalik yapı "parçalarını" seçmenin yanı sıra, bunların sentezi ve tasarımının yanı sıra muazzam bir özveri gerektirir.

Türler ve örnekler

Kimyasal olarak birkaç tip katı olduğundan, her biri için temsili örnekler ayrı ayrı belirtilecektir.

Kristalin katılar

Bir yandan kristalin katılar vardır. Bu elementler, onları oluşturan moleküllerin aynı şekilde yapılandırılması ve kristal boyunca bir model olarak tekrarlanması nedeniyle karakterize edilir. Her model bir birim hücre olarak adlandırılır.

Kristalin katılar ayrıca tanımlanmış bir erime noktasına sahip olmaları ile karakterize edilir; Bu, moleküllerinin düzeninin tekdüzeliği göz önüne alındığında, her birim hücre arasında aynı mesafenin olduğu ve tüm yapının aynı sıcaklık altında sürekli olarak dönüşmesine izin verdiği anlamına gelir.

Kristalin katıların örnekleri tuz ve şeker olabilir.

Amorf katılar

Amorf katılar, moleküllerinin konformasyonunun bir desene yanıt vermemesi, ancak tüm yüzey boyunca değişmesi ile karakterize edilir.

Böyle bir model olmadığından, kristalinlerin aksine amorf katıların erime noktası tanımlanmamıştır, bu da kademeli olarak ve farklı sıcaklıklarda eridiği anlamına gelir.

Amorf katıların örnekleri cam ve çoğu plastik olabilir.

Ionics

İyonik katılar, birbirleriyle elektrostatik çekim (iyonik bağ) ile etkileşime giren katyon ve anyonlara sahip olmaları ile karakterize edilir. İyonlar küçük olduğunda, ortaya çıkan yapılar genellikle her zaman kristal haldedir (kusurları hesaba katılarak). Sahip olduğumuz bazı iyonik katılar arasında:

-NaCl (Na ⁺ Cl ^- ), sodyum klorür

-MgO (Mg ²⁺ O ^2- ), magnezyum oksit

-CaCO ₃ (Ca ²⁺ CO ₃ ^2- ), kalsiyum karbonat

-CuSO ₄ (Cu ²⁺ SO ₄ ^2- ), bakır sülfat

-KF (K ⁺ F ^- ), potasyum florür

-NH ₄ Cl (NH ₄ ⁺ Cl ^- ), amonyum klorür

-ZnS (Zn ²⁺ S ^2- ), çinko sülfür

Fe'den (Cı- ₆ , H ₅ -COO) ₃ , demir benzoat

madeni

İsimlerinden de anlaşılacağı gibi, metalik bağ yoluyla etkileşen metalik atomlara sahip katılardır:

-Gümüş

-Altın

-Öncülük etmek

-Pirinç

-Bronz

-Beyaz altın

-Kalaylı

-Steels

-Duralumin

Elbette alaşımların da metalik katılar olarak sayıldığını unutmayın.

atomik

Teorik olarak metalik atomlar (MM) arasında kovalent bağ olmadığı için metalik katılar da atomiktir. Bununla birlikte, asal gazlar esasen atomik türler olarak sayılır, çünkü aralarında sadece Londra dağıtıcı kuvvetler hakimdir.

Bu nedenle, yüksek uygulama katıları olmasalar da (ve elde edilmesi zor), kristalize asal gazlar atomik katıların örnekleridir; yani: helyum, neon, argon, kripton vb. katılar.

Moleküler ve polimerik

Moleküller, moleküler kütlelerinin, dipol momentlerinin, hidrojen bağlarının, yapılarının ve geometrilerinin önemli bir rol oynadığı Van der Walls kuvvetleri aracılığıyla etkileşime girebilir. Bu tür etkileşimler ne kadar güçlü olursa, katı biçimde olma olasılıkları da o kadar yüksektir.

Öte yandan, aynı mantık, yüksek ortalama moleküler kütleleri nedeniyle neredeyse her zaman katı olan ve birçoğu amorf olan polimerler için de geçerlidir; çünkü polimerik birimleri, kristaller oluşturmak için kendilerini düzgün bir şekilde düzenlemekte zorlanıyor.

Bu nedenle, bazı moleküler ve polimerik katılar arasında aşağıdakiler var:

-Kuru buz

-Şeker

-İyot

-Benzoik asit

-Asetamit

-Rombik kükürt

-Palmitik asit

-Fullerenos

-Eşleşme

-Kafein

-Naftalin

-Ahşap ve kağıt

-İpek

-Teflon

-polietilen

-Çelik yelek

-Bakalit

-Polivinil klorür

polistiren

-Polipropilen

Proteinler

-Çikolata

Kovalent ağlar

Son olarak, en sert ve en yüksek eriyen katılar arasında kovalent ağlara sahibiz. Bazı örnekler:

-Grafit

-Elmas

-Kuvars

-Silisyum karbür

-Bor nitrür

-Alüminyum fosfit

-Galyum arsenit

Referanslar

1. Shiver ve Atkins. (2008). İnorganik kimya. (Dördüncü baskı). Mc Graw Hill.
2. Whitten, Davis, Peck ve Stanley. (2008). Kimya (8. baskı). CENGAGE Öğrenme.
3. Vikipedi. (2019). Katı hal kimyası. En.wikipedia.org adresinden kurtarıldı
4. Elsevier BV (2019). Katı Hal Kimyası. ScienceDirect. Kurtarıldı: sciencedirect.com
5. Michael Lufaso. (Sf). Katı Hal Kimyası Ders Notları. Kurtarıldığı yer: unf.edu
6. askIITians. (2019). Katı Halin Genel Özellikleri. Askiitians.com'dan kurtarıldı
7. David Wood. (2019). Atomlar ve Moleküller Katıları Nasıl Oluşturur: Desenler ve Kristaller. Ders çalışma. Study.com'dan kurtarıldı