Qattiq moddalar - jismlar hosil qila oladigan va hajmi bo'lgan moddalar. Ular o'z shakllari bilan suyuqlik va gazlardan farq qiladi. Qattiq jismlar zarrachalari erkin harakatlana olmasligi sababli tananing shaklini saqlab qoladi. Ular zichligi, plastikligi, elektr o'tkazuvchanligi va rangi bilan farqlanadi. Ularning boshqa xususiyatlari ham bor. Masalan, bu moddalarning aksariyati qizdirilganda eriydi va suyuq agregat holatiga ega bo'ladi. Ulardan ba'zilari qizdirilganda darhol gazga (sublimat) aylanadi. Ammo boshqa moddalarga ajraladigan moddalar ham bor.
Qattiq moddalar turlari
Barcha qattiq jismlar ikki guruhga bo'lingan.
- Amorf, unda alohida zarralar tasodifiy joylashtirilgan. Boshqacha qilib aytganda: ular aniq (belgilangan) tuzilishga ega emas. Ushbu qattiq moddalar belgilangan harorat oralig'ida erishi mumkin. Ulardan eng keng tarqalgani shisha va smoladir.
- Kristal, o'z navbatida 4 turga bo'linadi: atomik, molekulyar, ionli, metall. Ularda zarrachalar faqat ma'lum bir naqsh bo'yicha, ya'ni kristall panjaraning tugunlarida joylashgan. Uning turli moddalardagi geometriyasi juda katta farq qilishi mumkin.
Qattiq kristall moddalar o'z soni bo'yicha amorf moddalardan ustun turadi.
Kristalli qattiq moddalarning turlari
Qattiq holatda deyarli barcha moddalar kristall tuzilishga ega. Ular tuzilishida farqlanadi. Tugunlaridagi kristall panjaralar turli zarralar va kimyoviy elementlarni o'z ichiga oladi. Ular o'z nomlarini oldilar. Har bir tur o'ziga xos xususiyatlarga ega:
- Atom kristall panjarasida qattiq jismning zarralari kovalent bog' bilan bog'langan. U chidamliligi bilan ajralib turadi. Shu sababli, bunday moddalar yuqori erish va qaynash nuqtasiga ega. Bu turga kvarts va olmos kiradi.
- Molekulyar kristall panjarada zarralar orasidagi bog'lanish kuchsizligi bilan ajralib turadi. Ushbu turdagi moddalar qaynatish va eritish qulayligi bilan ajralib turadi. Ular uchuvchan, shuning uchun ular ma'lum bir hidga ega. Bu qattiq moddalar muz va shakarni o'z ichiga oladi. Bu turdagi qattiq jismlardagi molekulalarning harakati faolligi bilan ajralib turadi.
- Tugunlardagi ionli kristall panjarada mos keladigan zarralar almashinib, musbat zaryadlangan vasalbiy. Ular elektrostatik tortishish bilan birga ushlab turiladi. Ushbu turdagi panjara ishqorlar, tuzlar, asosli oksidlarda mavjud. Ushbu turdagi ko'plab moddalar suvda oson eriydi. Ionlar orasidagi juda kuchli bog'lanish tufayli ular refrakterdir. Ularning deyarli barchasi hidsiz, chunki ular o'zgaruvchanligi bilan ajralib turadi. Ion panjarasi bo'lgan moddalar elektr tokini o'tkaza olmaydi, chunki ularda erkin elektronlar mavjud emas. Ionli qattiq moddaning odatiy misoli osh tuzidir. Bunday kristall panjara uni mo'rt qiladi. Buning sababi shundaki, undagi har qanday siljish ion itarish kuchlarining paydo bo'lishiga olib kelishi mumkin.
- Tugunlardagi metall kristall panjarada faqat musbat zaryadlangan kimyoviy ionlar mavjud. Ularning orasida issiqlik va elektr energiyasi mukammal tarzda o'tadigan erkin elektronlar mavjud. Shuning uchun har qanday metallar o'tkazuvchanlik xususiyati bilan ajralib turadi.
Qattiq jism haqida umumiy tushunchalar
Qattiq moddalar va moddalar deyarli bir xil narsadir. Bu atamalar agregatsiyaning 4 holatidan biriga tegishli. Qattiq jismlar barqaror shaklga va atomlarning issiqlik harakatining tabiatiga ega. Bundan tashqari, ikkinchisi muvozanat pozitsiyalari yaqinida kichik tebranishlarni amalga oshiradi. Tarkibi va ichki tuzilishini o'rganadigan fan sohasi qattiq jism fizikasi deb ataladi. Bunday moddalar bilan shug'ullanadigan boshqa muhim bilim sohalari mavjud. Tashqi ta'sir va harakat ta'sirida shaklning o'zgarishi deformatsiyalanuvchi jismning mexanikasi deb ataladi.
Qattiq jismlarning turli xossalari tufayli ular inson tomonidan yaratilgan turli texnik qurilmalarda qoʻllanilishini topdilar. Ko'pincha ulardan foydalanish qattiqlik, hajm, massa, elastiklik, plastiklik, mo'rtlik kabi xususiyatlarga asoslanadi. Zamonaviy ilm-fan qattiq moddalarning faqat laboratoriyada topilishi mumkin bo'lgan boshqa sifatlaridan foydalanishga imkon beradi.
Kristallar nima
Kristallar zarralari ma'lum bir tartibda joylashtirilgan qattiq jismlardir. Har bir kimyoviy moddaning o'ziga xos tuzilishi mavjud. Uning atomlari kristall panjara deb ataladigan uch o'lchovli davriy tartibni hosil qiladi. Qattiq jismlar turli strukturaviy simmetriyalarga ega. Qattiq jismning kristallik holati barqaror hisoblanadi, chunki u minimal potentsial energiyaga ega.
Qattiq materiallarning katta qismi (tabiiy) juda ko'p tasodifiy yo'n altirilgan alohida donalardan (kristallitlardan) iborat. Bunday moddalar polikristal deb ataladi. Bularga texnik qotishmalar va metallar, shuningdek, ko'plab jinslar kiradi. Monokristal yagona tabiiy yoki sintetik kristallarga tegishli.
Ko'pincha bunday qattiq moddalar eritma yoki eritma bilan ifodalangan suyuq faza holatidan hosil bo'ladi. Ba'zan ular gazsimon holatdan olinadi. Bu jarayon kristallanish deb ataladi. Ilmiy-texnika taraqqiyoti tufayli turli moddalarni etishtirish (sintez qilish) tartibi sanoat miqyosiga ega bo'ldi. Ko'pgina kristallar muntazam shaklda tabiiy shaklga egako'p yuzli. Ularning o'lchamlari juda xilma-xildir. Shunday qilib, tabiiy kvarts (tosh kristalli) yuzlab kilogrammgacha, olmos esa bir necha grammgacha vaznga ega bo'lishi mumkin.
Amorf qattiq jismlarda atomlar tasodifiy joylashgan nuqtalar atrofida doimiy tebranishda boʻladi. Ular ma'lum bir qisqa muddatli tartibni saqlab qoladilar, ammo uzoq masofali tartib yo'q. Bu ularning molekulalarining o'lchamlari bilan solishtirish mumkin bo'lgan masofada joylashganligi bilan bog'liq. Hayotimizda bunday qattiq jismning eng keng tarqalgan misoli shishasimon holatdir. Amorf moddalar odatda cheksiz yuqori yopishqoqlikka ega suyuqlik sifatida qaraladi. Ularning kristallanish vaqti ba'zan shunchalik uzun bo'ladiki, u umuman ko'rinmaydi.
Ushbu moddalarning yuqoridagi xossalari ularni noyob qiladi. Amorf qattiq jismlar beqaror hisoblanadi, chunki ular vaqt o'tishi bilan kristallanishi mumkin.
Qattiq jismni tashkil etuvchi molekulalar va atomlar yuqori zichlikda joylashgan. Ular boshqa zarrachalarga nisbatan o'zlarining o'zaro pozitsiyalarini amalda saqlab qoladilar va molekulalararo o'zaro ta'sir tufayli birga saqlanadi. Qattiq jism molekulalari orasidagi turli yo'nalishdagi masofaga panjara parametri deyiladi. Moddaning tuzilishi va uning simmetriyasi elektron tasmasi, boʻlinish va optika kabi koʻplab xususiyatlarni belgilaydi. Qattiq jismga etarlicha katta kuch qo'llanilganda, bu sifatlar u yoki bu darajada buzilishi mumkin. Bu holda qattiq jism doimiy deformatsiyaga uchraydi.
Qattiq jismlarning atomlari tebranish harakatlarini amalga oshiradi, bu esa ularning issiqlik energiyasiga egaligini belgilaydi. Ular ahamiyatsiz bo'lgani uchun ularni faqat laboratoriya sharoitida kuzatish mumkin. Qattiq jismning molekulyar tuzilishi uning xususiyatlariga katta ta'sir qiladi.
Qattiq jismlarni o'rganish
Bu moddalarning xususiyatlari, xossalari, ularning sifatlari va zarrachalar harakati qattiq jismlar fizikasining turli boʻlimlari tomonidan oʻrganiladi.
Tadqiq qilish uchun: radiospektroskopiya, rentgen nurlari yordamida strukturaviy tahlil va boshqa usullardan foydalaniladi. Qattiq jismlarning mexanik, fizik va issiqlik xossalari shunday o‘rganiladi. Qattiqlik, yukga chidamlilik, tortishish kuchi, fazaviy o'zgarishlar materialshunoslik tomonidan o'rganiladi. U asosan qattiq jism fizikasiga mos keladi. Yana bir muhim zamonaviy fan mavjud. Mavjud moddalarni o'rganish va yangi moddalarni sintez qilish qattiq jismlar kimyosi tomonidan amalga oshiriladi.
Qattiq jismlarning xususiyatlari
Qattiq jism atomlarining tashqi elektronlari harakatining tabiati uning koʻpgina xususiyatlarini, masalan, elektr xususiyatlarini belgilaydi. Bunday jismlarning 5 ta sinfi mavjud. Ular atomik bog'lanish turiga qarab o'rnatiladi:
- Ionik, uning asosiy xarakteristikasi elektrostatik tortishish kuchidir. Uning xususiyatlari: infraqizil mintaqada yorug'likning aks etishi va yutilishi. Past haroratlarda ion aloqasi past elektr o'tkazuvchanligi bilan ajralib turadi. Bunday moddaga xlorid kislotaning natriy tuzi (NaCl) misol bo'la oladi.
- Kovalentli,ikkala atomga tegishli bo'lgan elektron jufti tomonidan amalga oshiriladi. Bunday bog'lanish quyidagilarga bo'linadi: bitta (oddiy), qo'sh va uch. Bu nomlar juft elektronlar mavjudligini bildiradi (1, 2, 3). Ikki va uch bog'lanishlar ko'p bog'lanishlar deyiladi. Ushbu guruhning yana bir bo'limi mavjud. Shunday qilib, elektron zichligi taqsimotiga qarab, qutbli va qutbsiz bog'lanishlar farqlanadi. Birinchisi turli atomlar tomonidan hosil qilingan, ikkinchisi esa bir xil. Masalan, olmos (C) va kremniy (Si) bo'lgan materiyaning bunday qattiq holati o'zining zichligi bilan ajralib turadi. Eng qattiq kristallar kovalent bog'lanishga xosdir.
- Metall, atomlarning valentlik elektronlarini birlashtirish natijasida hosil bo'lgan. Natijada, umumiy elektron buluti paydo bo'lib, u elektr kuchlanishi ta'sirida joy almashadi. Bog'langan atomlar katta bo'lganda metall bog'lanish hosil bo'ladi. Ular elektronlar berishga qodir. Ko'pgina metallar va murakkab birikmalarda bu bog'lanish moddalarning qattiq holatini hosil qiladi. Misollar: natriy, bor, alyuminiy, mis, oltin. Metall bo'lmagan birikmalardan quyidagilarni ta'kidlash mumkin: AlCr2, Ca2Cu, Cu5 Zn 8. Metall aloqaga ega bo'lgan moddalar (metallar) o'zlarining fizik xususiyatlariga ko'ra xilma-xildir. Ular suyuq (Hg), yumshoq (Na, K), juda qattiq (W, Nb) bo'lishi mumkin.
- Molekulyar, moddaning alohida molekulalari tomonidan hosil bo'lgan kristallarda paydo bo'ladigan. Bu elektron zichligi nolga teng bo'lgan molekulalar orasidagi bo'shliqlar bilan tavsiflanadi. Bunday kristallardagi atomlarni bog'lovchi kuchlar katta ahamiyatga ega. Molekulalar o'ziga tortiladibir-biriga faqat zaif molekulalararo tortishish orqali. Shuning uchun ular orasidagi bog'lanishlar qizdirilganda osongina yo'q qilinadi. Atomlar orasidagi aloqalarni buzish ancha qiyin. Molekulyar bog‘lanish orientatsion, dispersion va induktiv bog‘lanishlarga bo‘linadi. Bunday moddaning misoli qattiq metandir.
- Vodorod, molekula yoki uning qismining musbat qutblangan atomlari bilan boshqa molekula yoki boshqa qismning eng kichik manfiy qutblangan zarrasi oʻrtasida sodir boʻladi. Bu bogʻlanishlarga muz kiradi.
Qattiq jismlarning xossalari
Bugun biz nimani bilamiz? Olimlar uzoq vaqt davomida materiyaning qattiq holatining xususiyatlarini o'rganishgan. Harorat ta'sirida u ham o'zgaradi. Bunday jismning suyuqlikka o'tishi erish deyiladi. Qattiq jismning gazsimon holatga aylanishi sublimatsiya deyiladi. Harorat tushirilganda, qattiq moddaning kristallanishi sodir bo'ladi. Sovuq ta'sirida ba'zi moddalar amorf fazaga o'tadi. Olimlar bu jarayonni vitrifikatsiya deb atashadi.
Fazaviy oʻtish jarayonida qattiq jismlarning ichki tuzilishi oʻzgaradi. U haroratning pasayishi bilan eng katta tartibni oladi. Atmosfera bosimi va T > 0 K haroratda tabiatda mavjud bo'lgan har qanday moddalar qotib qoladi. Kristallanish uchun 24 atm bosim talab qiladigan faqat geliy bu qoidadan istisno hisoblanadi.
Materiyaning qattiq holati unga turli fizik xossalarni beradi. Ular tananing o'ziga xos xatti-harakatlarini tavsiflaydima'lum maydonlar va kuchlar ta'siri ostida. Bu xususiyatlar guruhlarga bo'lingan. 3 turdagi energiyaga (mexanik, issiqlik, elektromagnit) mos keladigan 3 ta ta'sir qilish usuli mavjud. Shunga ko'ra, qattiq jismlarning fizik xususiyatlarining 3 guruhi mavjud:
- Jismlarning kuchlanishi va kuchlanishi bilan bog'liq mexanik xususiyatlar. Ushbu mezonlarga ko'ra qattiq jismlar elastik, reologik, mustahkamlik va texnologik bo'linadi. Dam olishda bunday jism o'z shaklini saqlab qoladi, lekin u tashqi kuch ta'sirida o'zgarishi mumkin. Shu bilan birga, uning deformatsiyasi plastik bo'lishi mumkin (dastlabki shakl qaytmaydi), elastik (asl shakliga qaytadi) yoki halokatli (ma'lum bir chegaraga erishilganda, parchalanish / sinish sodir bo'ladi). Qo'llaniladigan kuchga javob elastiklik modullari bilan tavsiflanadi. Qattiq jism nafaqat siqilish, cho'zilish, balki siljish, burish va egilishga ham qarshilik ko'rsatadi. Qattiq jismning kuchi uning halokatga qarshi turish xususiyatidir.
- Termal, termal maydonlar ta'sirida namoyon bo'ladi. Eng muhim xususiyatlardan biri - tananing suyuq holatga o'tadigan erish nuqtasi. Kristalli qattiq jismlarda kuzatiladi. Amorf jismlar yashirin termoyadroviy issiqlikka ega, chunki harorat oshishi bilan ularning suyuq holatga o'tishi asta-sekin sodir bo'ladi. Amorf jism ma'lum bir issiqlikka erishgandan so'ng, elastikligini yo'qotadi va plastiklikka ega bo'ladi. Bu holat shisha o'tish haroratiga yetganligini bildiradi. Qizdirilganda qattiq jismning deformatsiyasi sodir bo'ladi. Va ko'pincha u kengayadi. Miqdoriy jihatdan budavlat ma'lum bir koeffitsient bilan tavsiflanadi. Tana harorati suyuqlik, egiluvchanlik, qattiqlik va mustahkamlik kabi mexanik xususiyatlarga ta'sir qiladi.
- Elektromagnit, qattiq moddaga mikrozarrachalar oqimi va yuqori qattiqlikdagi elektromagnit to'lqinlarning ta'siri bilan bog'liq. Radiatsiya xususiyatlari ham shartli ravishda ularga tegishli.
Zona tuzilishi
Qattiq jismlar, shuningdek, tarmoqli tuzilishi deb ataladigan narsaga ko'ra tasniflanadi. Shunday qilib, ular orasida quyidagilar ajralib turadi:
- Supero'tkazuvchilar, ularning o'tkazuvchanlik va valentlik zonalari bir-biriga mos kelishi bilan tavsiflanadi. Bunday holda, elektronlar eng kichik energiyani qabul qilib, ular orasida harakatlanishi mumkin. Barcha metallar o'tkazgichdir. Bunday jismga potentsiallar farqi qo'llanilganda elektr toki hosil bo'ladi (eng kichik va eng yuqori potensialga ega bo'lgan nuqtalar orasidagi elektronlarning erkin harakati hisobiga).
- Zonalari bir-biriga mos kelmaydigan dielektriklar. Ularning orasidagi interval 4 eV dan oshadi. Elektronlarni valentlikdan o'tkazuvchanlik zonasiga o'tkazish uchun juda ko'p energiya kerak bo'ladi. Bu xossalari tufayli dielektriklar amalda tok o‘tkazmaydi.
- O'tkazuvchanlik va valentlik zonalarining yo'qligi bilan tavsiflangan yarimo'tkazgichlar. Ularning orasidagi interval 4 eV dan kam. Elektronlarni valentlikdan o'tkazuvchanlik zonasiga o'tkazish uchun dielektriklarga qaraganda kamroq energiya kerak bo'ladi. Sof (to'liq va tabiiy) yarimo'tkazgichlar tokni yaxshi o'tkazmaydi.
Qattiq jismlardagi molekulalarning harakati ularning elektromagnit xususiyatlarini aniqlaydi.
Boshqaxususiyatlar
Magnit xossalariga ko`ra qattiq jismlar ham bo`linadi. Uchta guruh mavjud:
- Xususiyatlari harorat yoki agregatsiya holatiga deyarli bogʻliq boʻlmagan diamagnetlar.
- O'tkazuvchanlik elektronlari va atomlarning magnit momentlari orientatsiyasi natijasida hosil bo'lgan paramagnitlar. Kyuri qonuniga ko'ra, ularning sezgirligi haroratga mutanosib ravishda kamayadi. Demak, 300 K da 10-5.
- Tartibli magnit tuzilishga ega, atomlarning uzoq masofali tartibiga ega jismlar. Ularning panjaralari tugunlarida magnit momentli zarralar vaqti-vaqti bilan joylashadi. Bunday qattiq moddalar va moddalar ko'pincha inson faoliyatining turli sohalarida qo'llaniladi.
Tabiatdagi eng qattiq moddalar
Ular nima? Qattiq jismlarning zichligi asosan ularning qattiqligini belgilaydi. So'nggi yillarda olimlar "eng bardoshli tana" deb da'vo qilingan bir nechta materiallarni topdilar. Eng qattiq modda - bu fullerit (fulleren molekulalari bo'lgan kristal), u olmosdan taxminan 1,5 marta qattiqroqdir. Afsuski, u hozircha juda oz miqdorda mavjud.
Bugungi kunda sanoatda kelajakda qoʻllanilishi mumkin boʻlgan eng qattiq modda lonsdaleit (olti burchakli olmos) hisoblanadi. U olmosdan 58% qattiqroq. Lonsdaleit - uglerodning allotropik modifikatsiyasi. Uning kristall panjarasi olmosga juda o'xshaydi. Lonsdaleit xujayrasi 4 ta, olmosda esa 8 ta atom mavjud. Ko'p ishlatiladigan kristalllardan bugungi kunda olmos eng qattiqi bo'lib qolmoqda.
