跳轉到內容

普通化學/固體

來自華夏公益教科書,開放的書籍,面向開放的世界

固體的特性

[編輯 | 編輯原始碼]

形狀和體積在固體中都是確定的。儘管固體具有剛性形狀,但大量的力會導致固體結構的變形。變形有三種類型:

  • 脆性變形會導致鍵以不規則的方式斷裂。撕碎紙張和破碎玻璃是很好的例子。
  • 彈性變形是暫時的。一旦力被移除,分子將恢復到它們原來的位置。橡皮筋和輪胎是彈性的,鋼棒和木板也是如此。
  • 塑性變形是永久性的。透過彎曲金屬勺子可以觀察到塑性變形。
(a) 脆性;(b) 和 (c) 顯示了延展性

大多數材料能夠發生所有三種類型的變形。少量應力會導致彈性變形,但大量的應力會導致塑性變形。如果發生反覆變形或巨大的應力,就會發生脆性變形。

固體是不可壓縮的。固體可能會在壓力下斷裂或變形,但它們幾乎不能壓縮。例如,木板如果施加力會斷裂,但不會像海綿一樣壓縮。海綿之所以會壓縮,是因為它們包含氣穴併發生彈性變形。否則,固體不會壓縮。在分子水平上,這是因為分子間鍵在不破裂的情況下不會改變大小。

一些固體,通常是金屬,具有延展性延展性等特性。延展性材料可以拉伸成長而細的線。延展性物質可以錘成很薄的薄片。金和銅是已知的最延展和延展的物質。這些特性是由於金屬鍵

分子水平的固體

[編輯 | 編輯原始碼]

當有足夠的分子間鍵合將物質的分子固定到相對剛性的結構中時,就會出現固體。分子彼此靠近,它們的運動僅限於振動。固體發生在最低溫度和最高壓力下。隨著固體溫度的升高,其分子動能也隨之升高。在熔點處,分子具有足夠的能量來克服它們的鍵並熔化成液體。同樣,液體會在其分子移動速度不足以避免強分子間鍵合時凝固

由於其高熔點,具有離子鍵或金屬鍵的化合物最有可能出現在固相中。此外,共價網路物質(如金剛石或石英)是固體,因為原子透過共價鍵固定在一起,需要極大的能量才能將它們分離。

固體的型別

[編輯 | 編輯原始碼]
  • 晶體固體具有具有特定幾何形狀的分子結構。固體具有特定的熔點,在該熔點所有分子開始從它們的鍵中脫離。鹽、金剛石和石英等物質是晶體固體。這些固體通常透過緩慢冷卻液體而形成,因此分子在形成鍵合時有時間排列成晶體結構。
  • 無定形固體具有沒有特定形狀的分子結構。固體在一定溫度範圍內熔化,因為打破鍵合所需的能量因分子而異。煤和玻璃等物質是無定形的。無定形固體通常是在液體快速冷卻時形成的,因此分子沒有時間排列成晶體。

晶體固體通常更硬更堅固。煤和金剛石都是由元素碳製成的,但煤是無定形的,而金剛石是晶體的。由於其晶體結構,金剛石是已知最硬的物質之一,而煤可以用指甲刮掉。晶體結構也解釋了金剛石明亮透明的外觀。煤是黑色且暗淡的,因為原子的無序不允許光透過。

堆積和晶胞

[編輯 | 編輯原始碼]
氯化鈉的晶胞

在晶體固體中,原子以特定的模式排列。這種模式中最小的重複部分稱為晶胞。晶胞可能比物質的經驗式具有更多的原子,因為幾何形狀可能需要幾個原子。在氯化鈉的情況下,經驗式只包含兩個原子,但晶胞包含 27 個原子。

固體的分子是緊密堆積的。它們排列成最密集的形狀。通常,會出現兩種不同的模式。

  • 面心立方FCC
  • 六方密堆積HCP
石鹽或岩鹽表現出 FCC 堆積。

FCC 晶體具有三層交替排列,描述為 ABCABCABC(每三層相同)。這些層排列方式使得每個晶胞位於其上或下兩個晶胞的中間位置。HCP 晶體具有兩層交替排列,描述為 ABABABAB(每兩層相同)。

華夏公益教科書