Хатуу: шинж чанар, бүтэц, нягтрал, жишээ

Хатуу бодисууд нь биетүүд үүсгэх чадалтай, эзэлхүүнтэй байдаг. Шингэн болон хийнээс тэдгээрийн хэлбэр өөрчлөгддөг. Шахмалууд нь бие махбодийн хэлбэрийг хадгалж үлдсэн нь тэдгээрийн бөөмс чөлөөтэй хөдөлж чадахгүй байна. Тэд нягт, уян хатан, цахилгаан дамжуулалт, өнгөөр ялгаатай байдаг. Тэд мөн бусад шинж чанартай байдаг. Жишээ нь, эдгээр бодисын ихэнх нь халаалтын явцад хайлж, шингэн агрегат төлөвт ордог. Тэдний зарим нь халах үед тэр даруй хий болж хувирдаг. Гэхдээ бусад бодисууд руу задардаг.

Хатуу төрлийн төрөл

Бүх хатуу хоёр бүлэгт хуваагдана.

1. Аморфууд нь бие даасан бөөмсүүд эмх замбараагүй байдаг. Өөрөөр хэлбэл тэд тодорхой (тодорхой) бүтэцтэй байдаггүй. Эдгээр хатуу бодис нь зарим тодорхой температурын хүрээнд хайлж болно. Тэдний хамгийн түгээмэл нь шилэн ба давирхайг үүсгэдэг.
2. Кристалин нь атомын, молекул, ион, метал гэсэн дөрвөн төрлөөр хуваагддаг. Тэдний дотор бөөмс нь зөвхөн тодорхой схемийн дагуу байрладаг, тухайлбал болор торны зангилаан дээр байрладаг. Өөр өөр бодисууд дахь геометр нь маш их өөр өөр байдаг.

Хатуу талст бодис нь аморфийн тоог давамгайлах давуу талтай.

Кристал бодисын төрөл

Бодит байдалд бараг бүх бодисууд нь талст бүтэцтэй байдаг. Тэдгээрийн бүтцэд өөр өөр байдаг. Тэдний зангилаан дахь талстууд нь ялгаатай хэсгүүд болон химийн элементүүд агуулдаг. Энэ нь тэдний нэрийг авсантай холбоотой. Төрөл бүрийн онцлог шинж чанаруудтай:

• Атомын болор сүлжээ дэхь хатуу тоосонцор нь ковалентын холбоогоор холбогддог. Энэ нь түүний хүч чадлаар ялгагдана. Үүнээс үүдэн ийм бодисыг хайлах өндөр цэг , буцалгах цэгээр тодорхойлогддог. Кварц болон алмааз нь энэ төрлийнх юм.
• Молекулын болор сүлжээ нь бөөмс хоорондын холбоо нь түүний сул тал юм. Энэ төрлийн бодисыг буцалгах, хайлахад хялбар байдаг. Тэд тодорхой хэлбэлзэлтэй учраас хэлбэлзэл нь ялгаатай байдаг. Ийм хатуу биед мөс, элсэн орно. Энэ төрлийн хатуу бодис дахь молекулуудын хөдөлгөөн нь тэдний үйл ажиллагаагаар ялгаатай байдаг.
• Ионикл болор сүлжээ нь холбогдох тоосонцоруудтай зангилаатай эерэг, сөрөг байдлаар цэнэглэгддэг. Тэдгээр нь цахилгаан статик үзэмжээр хийгддэг. Энэ төрлийн эсүүд нь шүлт, давс, үндсэн исэлд агуулагддаг . Энэ төрлийн олон бодисууд нь усанд амархан уусдаг. Ионууд хоорондоо нилээд хүчтэй холболттой учраас тэдгээр нь галд тэсвэртэй байдаг. Тэд бүгд бараг бүгдээрээ үнэргүй байдаг. Учир нь тэдгээр нь хэлбэлзэлгүй байдаг. Ионы ионтой бодисууд нь цахилгаан гүйдэл хийх боломжгүй байдаг. Учир нь тэдгээрийн найрлага дахь чөлөөт электрон байхгүй. Ионы хатуу жишээ нь натрийн хлорид юм. Ийм болор сүлжээ нь эмзэг болгодог. Энэ нь түүний аль ч шилжилт нь ионы зэврэлт хүчний харагдах байдалд хүргэж болзошгүйтэй холбоотой юм.
• Металлын болор сүлжээ нь зөвхөн эерэг цэнэгийн зангилаанд зөвхөн химийн бодисын ионууд байдаг. Тэдгээрийн хооронд чөлөөт электронууд байдаг бөгөөд тэдгээр нь дулааны болон цахилгаан энерги дамждаг. Тиймээс ямар ч металл нь цахилгаан дамжуулах чанарыг өөрөөр нь ялгаатай байдаг.

Хатуу ерөнхий ойлголт

Хатуу бие болон бодисууд нь бараг ижил зүйл юм. Эдгээр нэр томъёо нь 4 цогц нэгийн нэг юм. Хатуу биед атомуудын дулааны хөдөлгөөн тогтвортой хэлбэр, шинж чанартай байдаг. Сүүлд нь тэнцвэрийн байрлалын дагуу жижиг хэлбэлзэл бий болгодог. Шинжлэх ухааны бүтэц, дотоод бүтцийг судлах хэсэг нь хатуу улсын физик гэж нэрлэгддэг. Эдгээр бодисуудтай холбоотой бусад чухал талбарууд байдаг. Гадны нөлөөнөөс үүсэх өөрчлөлт нь хэлбэрийн биеийн механик гэж нэрлэгддэг.

Материалын янз бүрийн шинж чанараас шалтгаалан тэд хүний бий болгосон янз бүрийн техникийн төхөөрөмжүүдэд програмыг олсон байна. Ихэнх тохиолдолд тэдгээрийн хэрэглээний үндэс нь хатуулаг, эзэлхүүн, масс, мэдрэмж, цочрол, цочрол зэрэг шинж чанаруудыг агуулдаг. Орчин үеийн шинжлэх ухаан нь лабораторид зөвхөн илрүүлсэн хатуу шинж чанаруудыг ашиглах боломжийг олгодог.

Кристалууд гэж юу вэ?

Кристал нь тодорхой дарааллаар зохицуулсан тоосонцор бүхий хатуу биетэй. Химийн бодис бүр өөрийн гэсэн бүтэцтэй байдаг. Түүний атомууд нь гурван хэмжээст, үе үе тавигддаг, болор сүлжээ гэж нэрлэгддэг. Материаллаг бүтэц нь өөр өөр тэгш хэмтэй байдаг. Тогтвортой талстын төлөв байдал тогтвортой гэж тооцогддог, учир нь энэ нь боломжит хамгийн бага энергитэй байдаг.

Хатуу материал (байгалийн) ихэнхи нь санамсаргүй байдлаар чиглэсэн бие даасан үр тариа (талстал) -аас бүрддэг. Ийм бодисыг polycrystalline гэдэг. Эдгээрт техникийн хайлш, металл, олон тооны чулуулаг багтана. Нэг талстыг нэг байгалийн буюу синтетик талст гэж нэрлэдэг.

Ихэнхдээ ийм хатуу нь хайлмал эсвэл уусмалаар илэрхийлэгдэх шингэн үе шатны төлөв байдлаас үүсдэг. Заримдаа тэдгээр нь хийн төлөвөөс авдаг. Энэ процессыг талстжилт гэж нэрлэдэг. Шинжлэх ухаан, техникийн дэвшлийн ачаар янз бүрийн бодисуудыг тариалах (синтезлэх) процесс нь үйлдвэрлэлийн хэмжээнд хүрсэн байдаг. Ихэнх талстууд нь ердийн поледраг хэлбэртэй хэлбэрээр байдаг . Тэдний хэмжээ маш их ялгаатай. Тиймээс байгалийн кварц (чулуулгийн болор) хэдэн зуун килограмм, очир алмааз хүртэл хэдэн гр хүртэл жинтэй байдаг.

Аморфийн хатуу бодисын хувьд атом нь харгуйн цэгүүдийн орчимд тогтмол хэлбэлзэлтэй байдаг. Тэд богино хугацааны дарааллыг хадгалж байдаг ч урт хугацааны дараалал байдаггүй. Энэ нь тэдний молекулууд нь хэмжээстэй харьцуулж болох зайтай байдагтай холбоотой юм. Ийм хатуу биетийн хамгийн түгээмэл жишээ бол шиллэгээтэй байдал юм. Аморфийн бодисыг ихэвчлэн өндөр зуурамтгай чанар бүхий шингэн гэж үздэг. Тэдний талсжилтын цаг хугацаа заримдаа тийм ч их биш байдаг.

Эдгээр бодисуудын дээрх шинж чанарууд нь тэдгээрийг өвөрмөц болгож байна. Аморфийн хатуу нь тогтворгүй гэж тооцогддог тул эцэст нь тэд болор хэлбэрээр хувирдаг.

Материалыг бүрдүүлэгч молекулууд ба атомуудыг өндөр нягтралтайгаар дүүргэдэг. Тэд хоорондоо харилцан байр суурийг бусад бөөмтэй харьцдаг бөгөөд хоорондоо харилцан үйлчлэлцдэг. Янз бүрийн чиглэлд хатуу бодисын молекулын хоорондох зайг болор торийн параметр гэж нэрлэдэг. Агуулгын бүтэц, түүний тэгш хэм нь цахилгааны бүтээц, цахиур, оптик зэрэг төрөл бүрийн шинж чанарыг тодорхойлно. Хангалттай өндөр чадлын хатуу бодисд өртөхөд эдгээр чанарууд нь зарим талаар зөрчилдөж болно. Энэ тохиолдолд хатуу нь байнгын деформацид мэдрэмтгий байдаг.

Хатуу атом нь дулааны энергийг эзэмшдэг учраас чичиргээний хөдөлгөөнийг гүйцэтгэдэг. Эдгээр нь маш бага тул тэдгээрийг зөвхөн лабораторийн нөхцөлд ажиглаж болно. Хатуу бодисын молекулын бүтэц нь түүний шинж чанаруудад маш их нөлөөлдөг.

Материалыг судлах

Эдгээр бодисуудын шинж чанар, чанар, бөөмийн хөдөлгөөн нь хатуу төлөв байдлын физикийн янз бүрийн хэсэгт суралцдаг.

Ашигласан судалгаанд: радио спектроскопи, рентген ашиглан хийсэн бүтцийн шинжилгээ ба бусад аргууд. Тиймээс бид хатуу бодисын механик, физик, дулааны шинж чанаруудыг судлах хэрэгтэй. Хатуулаг, ачааллын эсэргүүцэл, эцсийн хүч, фазын хувирал, материаллаг шинжлэх ухааны судалгаа. Энэ нь хатуу бодисын физиктэй давамгайлдаг. Орчин үеийн чухал шинжлэх ухаан байдаг. Шинэ бодисуудын одоо байгаа болон нэгдлүүдийг шинжлэн шинжлэх нь хатуу төрийн химигаар хийгддэг.

Байнгын шинж чанар

Хатуу атомуудын гаднах электронуудын хөдөлгөөний шинж чанар нь түүний олон шинж чанарыг тодорхойлдог, жишээлбэл, цахилгаан шинж чанар. Ийм таван төрлийн байгууллага байдаг. Эдгээр нь атомын бонд хэлбэрээс хамаардаг:

• Ionic хэмээх гол шинж чанар нь цахилгаан соронзон таталцлын хүч юм. Үүнд: хэт улаан туяаны бүсийн гэрлийн тусгал, шингээлт. Бага температурт ионы холбоо нь цахилгаан дамжуулах чадвар багатай байдаг. Ийм бодисын жишээ бол давсны хүчлээр (NaCl) натрийн давс юм.
• Ковалент нь хоёулаа хоёуланг нь агуулдаг электрон хос хосолсон байдлаар хийгдсэн. Энэ холболтыг ганц (энгийн), хоёр, гурав дахин хуваана. Эдгээр нэр нь электрон хос (1, 2, 3) байгааг харуулж байна. Давхар, гурав дахин бондыг олон нэрээр нэрлэдэг. Энэ бүлгийн нэг хэсэг нь бий. Электрон нягтралын тархалтаас хамааран туйл болон туйлын бус бонд нь тусгаарлагдсан байдаг. Эхнийх нь янз бүрийн атомуудаар үүсгэгддэг ба хоёр дахь нь адилхан юм. Ийм хатуу төлөв байдал, алмааз (C) ба цахиур (Si) -ийн жишээнүүд нь нягтшилаараа ялгаатай. Хамгийн хэцүү талст нь ковалентын бондод хамаардаг.
• Атомын статистик электронуудыг нэгтгэснээр үүсдэг металл. Үүний үр дүнд цахилгааны хүчдэлийн нөлөөн дор шилжих нийтлэг электрон үүл бий. Батат атомууд том хэмжээтэй үед металлын холбоо үүсдэг. Тэд бол электронуудыг өгөх чадвартай хүмүүс юм. Олон тооны металл, нарийн төвөгтэй нэгдлүүдийн хувьд энэ бодисоор хатуу бодис үүсдэг. Жишээ нь: натри, бари, хөнгөн цагаан, зэс, алт. Металлик бус нэгдлээс дараахь зүйлийг тэмдэглэнэ: AlCr ₂ , Ca ₂ Cu, Cu ₅ Zn ₈ . Металлын бонд (метал) агуулсан бодисууд нь физик шинж чанарт янз бүр байна. Тэдгээр нь шингэн (Hg), зөөлөн (Na, K), маш хатуу (W, Nb) байж болно.
• Молекулын материалын бие даасан молекулуудаар үүссэн талстууд үүсдэг. Энэ нь электрон электродын нягтрал бүхий молекулуудын хоорондох ялгаа юм. Ийм талстууд атомыг холбосон хүчнүүд ихээхэн ач холбогдолтой юм. Энэ тохиолдолд молекулууд нь зөвхөн интермелькуляр сул татахуйцаар бие биенээсээ татагддаг. Тиймээс тэдгээрийн хоорондох холболтууд нь халах үед амархан устдаг. Атом хоорондын холбоо нь илүү төвөгтэй байдаг. Молекулын бонд нь чиглэл, тархалт, индукцид хуваагдана. Ийм бодисын жишээ бол хатуу метан юм.
• Молекулын эерэг туйлширсан атомууд эсвэл түүний нэг хэсэг ба өөр нэг молекул буюу өөр нэг хэсгийн сөрөг туйлширсан жижиг хэсгүүдийн хоорондын устөрөгч. Эдгээр холбоосууд нь мөс юм.

Хатуу шинж чанар

Өнөөдөр бид юуг мэддэг вэ? Эрдэмтэд хатуу бодисын шинж чанарыг удаан хугацааны туршид судалж байсан. Температур өөрчлөгдөхөд температур өөрчлөгдөнө. Ийм биеийг шингэн рүү шилжүүлэхийг хайлуулах гэж нэрлэдэг. Хийн хийн төлөвт хатуу хувирлыг дэд хуримтлал гэж нэрлэдэг. Температурыг бууруулснаар хатуужуулалт явагдана. Хүйтний нөлөөгөөр зарим бодисууд аморфийн үе рүү шилждэг. Энэ процессыг эрдэмтдийн зүгээс vitrification гэж нэрлэдэг.

Трансформацийн үе шатанд хатуу бодисын дотоод бүтэц өөрчлөгдөнө. Температур буурахад хамгийн их эрэлттэй байдаг. Агаар мандлын даралтын болон температур T> 0 К байгальд байгаа аливаа бодис хатуурч байна. Зөвхөн гели нь 24 элементийн даралтыг шаарддаг талсжилтын хувьд энэ дүрэмд үл хамаарна.

Бодисын хатуу төлөв нь өөр өөр физик шинж чанарыг өгдөг. Тэд тодорхой талбар, хүчний нөлөөн дор биеийн тодорхой зан үйлийг тодорхойлно. Эдгээр шинж чанаруудыг бүлэгт хуваана. 3 төрлийн энерги (механик, дулааны, цахилгаан соронзон) хамааралтай байдаг. Иймд хатуу бодисын физик шинж чанаруудын 3 бүлэг байдаг. Үүнд:

• Биеийн стресс ба деформацтай холбоотой механик шинж чанар. Эдгээр шалгуурын дагуу хатуу бодис нь уян хатан, реологи, хүч чадал, технологийн хувьд хуваагдана. Үлдсэн үед ийм байгууллага хэлбэрээ хэвээр хадгалж байдаг ч гадаад хүчин зүйлийн нөлөөгөөр өөрчлөгдөж болно. Энэ тохиолдолд деформаци нь хуванцар байж болно (эхний хэлбэр нь эргэж ирэхгүй), уян хатан (энэ нь эх хэлбэр рүүгээ буцаж ирдэг) эсвэл хор хөнөөлтэй (тодорхой босго хүрч, задрах / эвдрэл үүсэх үед). Хэрэглэх хүчний хариунд уян харимхай модулиар тайлбарлагдана. Хатуу бие нь зөвхөн шахалт, суналт биш, мөн эргэлт, мушгирах, гулзайлтыг эсэргүүцдэг. Хатуу биетийн бат бөх чанар нь устгалыг эсэргүүцэхийн тулд өмч гэж нэрлэдэг.
• Дулааны талбайд ил гарсан үед дулаан илэрдэг. Хамгийн чухал шинж чанаруудын нэг нь биед шингэн төлөвт ордог хайлах цэг юм. Энэ нь талст хатуу бодисын хувьд тэмдэглэгддэг. Аморфийн биетүүд нь дулааны нөлөөгөөр үүсдэг. Учир нь тэдгээрийн шингэний төлөвт шилжих температур нь аажмаар явагддаг. Тодорхой халуунд хүрмэгц аморф бие нь уян хатан чанараа алдаж, уян хатан чанарыг олж авдаг. Энэ байдал нь шилэн шилжилтийн температурт хүрдэг гэсэн үг юм. Халах үед хатуу хэлбэрийн деформаци үүснэ. Мөн энэ нь ихэвчлэн өргөждөг. Тоо нь энэ төлөв тодорхой коэффициентоор тодорхойлогддог. Биеийн температур нь механик шинж чанар, урагдал, хатуулаг, хүч чадалд нөлөөлдөг.
• Микро микро элементүүд болон өндөр хатуулагтай цахилгаан соронзон долгионы нөлөөлөлтэй холбоотой цахилгаан соронзон. Цацрагийн шинж чанарыг мөн уламжлалаар нь дурддаг.

Бүсийн бүтэц

Материалыг мөн бүтээцийн хамтлаг гэж ангилдаг. Тиймээс тэдний дунд ялгагддаг:

• Тэдний дамжуулалт, үнийн зөрүү давхцах ялгаатай дамжуулагч. Энэ тохиолдолд электронууд нь тэдгээрийн хооронд шилжиж, бага зэрэг энергийг хүлээн авдаг. Дамжуулагч нь бүх металлыг багтаана. Ийм байгууллагад боломжит ялгаа гарвал цахилгаан гүйдэл үүсдэг (хамгийн бага, хамгийн том боломжит цэгүүдийн хоорондох электронуудын хөдөлгөөнөөс хамаарч).
• Бүс нутгууд нь давхацдаггүй диэлектрикууд. Тэдний хоорондох интервал нь 4 еВ-ээс давна. Электроныг дамжуулалтын бүсэд шилжүүлэхийн тулд их хэмжээний эрчим хүч шаардагдана. Диэлектрик эдгээр шинж чанаруудаас хамаарч гүйдэл байхгүй байна.
• Хагас дамжуулагч ба дамжууллын холбоо байхгүй үед тодорхойлогдоно. Тэдний хоорондох завсар нь 4 вольтоос бага. Электроныг дамжуулах бүсээс дамжуулах электронуудыг дамжуулахын тулд диэлектрикоос бага энерги хэрэгтэй. Цэвэр (undoped and proprietary) хагас дамжуулагчууд нь одоогийн урсгал муутай.

Молекулуудын хөдөлгөөн нь цахилгаан соронзон шинж чанартай болдог.

Бусад шинж

Материал нь соронзон шинж чанараараа хуваагдана. Гурван бүлэг байдаг:

• Диаграммууд нь шинж чанар нь температур эсвэл багаараа нэгтгэх чадвараас хамаардаг.
• Парагтреттикик нь дамжууллын электронуудын чиг хандлага болон атомын соронзон агшингийн үр дагавар юм. Curie хуулиар тэдний мэдрэг байдал нь температуртай харьцуулахад буурдаг. Тиймээс, 300 К-д 10 ^-5 байна.
• Атом атомын урт хугацааны дараалал бүхий соронзон бүтэцтэй байгууллага. Цувралынхаа зангилаан дээр соронзон момент бүхий хэсгүүд үе үе байрладаг. Ийм хатуу бодис, бодисыг хүний үйл ажиллагааны янз бүрийн хүрээнд ашигладаг.

байгальд хамгийн хэцүү бодис

Тэд ямар байна вэ? хатуу нягтрал нь ихэвчлэн тэдний хатуулагтай тодорхойлно. Сүүлийн жилүүдэд эрдэмтэд гэж үздэг хэд хэдэн материал олж илрүүлсэн байна "нь хамгийн бат бөх байгууллага." Хамгийн хатуу - Энэ очир-аас 1.5 дахин их хэцүү байна (а fullerene Болор молекулыг) fullerite. Харамсалтай нь, энэ нь зөвхөн маш бага хэмжээгээр бэлэн байгаа юм.

Одоогийн байдлаар хамгийн хэцүү бодис, дараа нь үйлдвэрлэлд хэрэглэж болно - lonsdalite (зургаан өнцөгт алмазан). Тэр алмаз илүү 58% нь хэцүү юм. Lonsdalite - нүүрстөрөгчийн allotropic өөрчлөлт. Түүний болор сүлжээ нь алмаз нь маш төстэй юм. Lonsdaleite эсийн 4 атом агуулдаг, гэхдээ алмазан - Өнөөдөр түгээмэл хэрэглэгддэг талст 8. хамгийн хэцүү алмаз юм.