ของแข็งเป็นหนึ่งในสามสถานะหลักของสสารพร้อมกับของเหลวและแก๊ส- เรื่องคือ "สิ่งของ" ของจักรวาล,อะตอมโมเลกุลและไอออนที่ประกอบขึ้นเป็นสารทางกายภาพทั้งหมด ในของแข็งอนุภาคเหล่านี้จะถูกรวมเข้าด้วยกันอย่างใกล้ชิดและไม่มีอิสระที่จะเคลื่อนที่ภายในสาร การเคลื่อนที่ของโมเลกุลสำหรับอนุภาคในของแข็งนั้นถูก จำกัด อยู่ที่การสั่นสะเทือนของอะตอมรอบ ๆ ตำแหน่งคงที่ของพวกเขา ดังนั้นของแข็งจึงมีรูปร่างคงที่ที่ยากต่อการเปลี่ยนแปลง ของแข็งยังมีปริมาณที่แน่นอน นั่นคือพวกเขารักษาขนาดของพวกเขาไม่ว่าคุณจะพยายามเปลี่ยนพวกเขาอย่างไร
ของแข็งแบ่งออกเป็นสองประเภทหลักของแข็งผลึกและของแข็งอสัณฐานขึ้นอยู่กับวิธีการจัดเรียงอนุภาค
ของแข็งผลึก
ผลึกของแข็งหรือผลึกถือเป็น "ของแข็งที่แท้จริง" แร่ธาตุเป็นของแข็งผลึก เกลือตารางทั่วไปเป็นตัวอย่างหนึ่งของของแข็งชนิดนี้ ในของแข็งผลึกอะตอมไอออนหรือโมเลกุลจะถูกจัดเรียงในรูปแบบที่สั่งและสมมาตรที่ทำซ้ำทั่วทั้งผลึก โครงสร้างการทำซ้ำที่เล็กที่สุดของของแข็งเรียกว่าเซลล์หน่วยซึ่งเป็นเหมือนอิฐในผนัง เซลล์หน่วยรวมกันเป็นเครือข่ายที่เรียกว่ากตาข่ายคริสตัล- Bravais lattices มี 14 ประเภทที่เรียกว่า Bravais Lattices (ตั้งชื่อตาม Auguste Bravais นักฟิสิกส์ชาวฝรั่งเศสในศตวรรษที่ 19) และพวกเขาถูกจำแนกออกเป็นเจ็ดระบบคริสตัลตามการจัดเรียงของอะตอม หน้า Chemwiki ที่มหาวิทยาลัยแห่งแคลิฟอร์เนียเดวิสแสดงระบบเหล่านี้เป็นลูกบาศก์, หกเหลี่ยม, tetragonal, rhombohedral, orthorhombic, monoclinic และ triclinic
นอกเหนือจากการจัดเรียงของอนุภาคเป็นประจำแล้วของแข็งผลึกมีคุณสมบัติลักษณะอื่น ๆ อีกมากมาย โดยทั่วไปแล้วจะไม่สามารถบีบอัดได้ซึ่งหมายความว่าพวกเขาไม่สามารถบีบอัดเป็นรูปร่างที่เล็กลงได้ เนื่องจากโครงสร้างทางเรขาคณิตที่ทำซ้ำของผลึกพันธะทั้งหมดระหว่างอนุภาคมีความแข็งแรงเท่ากัน ซึ่งหมายความว่าของแข็งผลึกจะมีจุดหลอมเหลวที่แตกต่างกันเนื่องจากการใช้ความร้อนจะทำลายพันธะทั้งหมดในเวลาเดียวกัน
ของแข็งผลึกยังจัดแสดงanisotropy- ซึ่งหมายความว่าคุณสมบัติเช่นดัชนีการหักเหของแสง (แสงงอมากแค่ไหนเมื่อผ่านสาร) การนำไฟฟ้า (ใช้ไฟฟ้าได้ดีเพียงใด) และความต้านทานแรงดึง (แรงที่จำเป็นในการแยกมันออกจากกัน) จะแตกต่างกันไปขึ้นอยู่กับทิศทางที่ใช้แรง ของแข็งผลึกยังจัดแสดงความแตกแยก- เมื่อแตกออกจากกันชิ้นส่วนจะมีพื้นผิวที่วางแผนไว้หรือขอบตรง
ประเภทของของแข็งผลึก
ของแข็งผลึกมีสี่ประเภท: ของแข็งอิออน, ของแข็งโมเลกุล, ของแข็งโควาเลนต์เครือข่ายและของแข็งโลหะ
ของแข็งอิออน
สารประกอบไอออนิกเป็นผลึกที่ประกอบด้วยไอออนที่มีประจุตรงข้าม: ประจุบวกไอออนบวกและมีค่าใช้จ่ายเชิงลบประจุลบเนื่องจากแรงดึงดูดที่แข็งแกร่งระหว่างค่าใช้จ่ายตรงข้ามจึงต้องใช้พลังงานจำนวนมากในการเอาชนะพันธะไอออนิก ซึ่งหมายความว่าสารประกอบไอออนิกมีจุดหลอมเหลวสูงมากซึ่งมักจะอยู่ระหว่าง 300 ถึง 1,000 องศาเซลเซียส (572 ถึง 1,832 องศาฟาเรนไฮต์)
ในขณะที่คริสตัลตัวเองมีความแข็งเปราะและไม่ได้รับการควบคุม แต่สารประกอบไอออนิกส่วนใหญ่สามารถละลายในน้ำได้ซึ่งเป็นสารละลายของไอออนอิสระที่จะผลิตกระแสไฟฟ้า พวกเขาอาจเป็นเกลือไบนารีง่าย ๆ เช่นโซเดียมคลอไรด์ (NaCl) หรือเกลือโต๊ะซึ่งหนึ่งอะตอมขององค์ประกอบโลหะ (โซเดียม) ถูกผูกมัดกับอะตอมหนึ่งอะตอมขององค์ประกอบที่ไม่ใช่โลหะ (คลอรีน) พวกเขาอาจประกอบด้วยไอออน polyatomic เช่น NH4เลขที่3(แอมโมเนียมไนเตรต) ไอออนโพลีอะตอมเป็นกลุ่มอะตอมที่ใช้อิเล็กตรอน (เรียกว่าโควาเลนต์การผูกมัด) และฟังก์ชั่นในสารประกอบราวกับว่ามันประกอบด้วยไอออนที่มีประจุเดียว
ของแข็งโมเลกุล
ของแข็งโมเลกุลประกอบด้วยโมเลกุลที่ถูกผูกมัดโควาเลนท์ดึงดูดซึ่งกันและกันโดยกองกำลังไฟฟ้าสถิต (เรียกว่ากองกำลังแวนเดอร์วาลส์ไฮเปอร์ฟิสิกส์เว็บไซต์). เนื่องจากพันธะโควาเลนต์เกี่ยวข้องกับการแบ่งปันอิเล็กตรอนมากกว่าการถ่ายโอนอนุภาคเหล่านั้นทันทีอิเล็กตรอนที่ใช้ร่วมกันอาจใช้เวลามากขึ้นในเมฆอิเล็กตรอนของอะตอมที่มีขนาดใหญ่ทำให้เกิดขั้วที่อ่อนแอหรือขยับ แรงดึงดูดไฟฟ้าสถิตนี้ระหว่างทั้งสองขั้ว (ไดโพล) นั้นอ่อนแอกว่าพันธะไอออนิกหรือโควาเลนต์มากดังนั้นของแข็งโมเลกุลจึงมีแนวโน้มที่จะนุ่มกว่าผลึกไอออนิกและมีจุดหลอมเหลวต่ำกว่า ของแข็งระดับโมเลกุลส่วนใหญ่ไม่ใช่ขั้ว ของแข็งโมเลกุล nonpolar เหล่านี้จะไม่ละลายในน้ำ แต่จะละลายในตัวทำละลาย nonpolar เช่นเบนซีนและออกเทน ของแข็งโมเลกุลขั้วโลกเช่นน้ำตาลละลายในน้ำได้ง่าย ของแข็งระดับโมเลกุลไม่เป็นตัวนำ
ตัวอย่างของของแข็งโมเลกุล ได้แก่ น้ำแข็งน้ำตาลรัศมีเช่นคลอรีนแข็ง (CL2) และสารประกอบประกอบด้วยฮาโลเจนและไฮโดรเจนเช่นไฮโดรเจนคลอไรด์ (HCl) Fullerene "Buckyballs" ก็เป็นของแข็งระดับโมเลกุล
เครือข่ายโควาเลนต์ของแข็ง
ในเครือข่ายที่เป็นของแข็งไม่มีโมเลกุลของแต่ละบุคคล อะตอมถูกผูกมัดโควาเลนท์ในเครือข่ายต่อเนื่องส่งผลให้เกิดผลึกขนาดใหญ่ ในเครือข่ายที่เป็นของแข็งแต่ละอะตอมจะถูกผูกมัดโควาเลนท์กับอะตอมที่อยู่รอบ ๆ ทั้งหมด ของแข็งเครือข่ายมีคุณสมบัติคล้ายกับของแข็งไอออนิก พวกมันแข็งมากของแข็งที่ค่อนข้างเปราะซึ่งมีจุดหลอมเหลวสูงมาก (สูงกว่า 1,000 C หรือ 1,800 F) แตกต่างจากสารประกอบไอออนิกพวกเขาไม่ละลายในน้ำและไม่ได้ดำเนินการไฟฟ้า
ตัวอย่างของของแข็งเครือข่ายรวมถึงเพชรอเมทิสต์และทับทิม
โลหะมีความทึบแสงเป็นของแข็งมันวาวที่มีทั้งแบบอ่อนและเหนียว อ่อนไหวหมายถึงพวกเขาอ่อนนุ่มและสามารถหล่อหรือกดเป็นแผ่นบาง ๆ ในขณะที่เหนียวหมายความว่าพวกเขาสามารถดึงเข้าไปในสายได้ ในพันธะโลหะอิเล็กตรอนวาเลนซ์จะไม่บริจาคหรือแบ่งปันเนื่องจากอยู่ในพันธะไอออนิกและโควาเลนต์ แต่เมฆอิเล็กตรอนของอะตอมที่อยู่ติดกันทับซ้อนกันเพื่อให้อิเล็กตรอนกลายเป็น delocalized อิเล็กตรอนเคลื่อนที่ด้วยอิสระสัมพัทธ์จากอะตอมหนึ่งไปยังอีกอะตอมตลอดทั้งคริสตัล
โลหะอาจอธิบายได้ว่าเป็นตาข่ายบวกบวกภายใน "ทะเล" ของอิเล็กตรอนเชิงลบ การเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนนี้หมายความว่าโลหะมีความร้อนสูงของความร้อนและไฟฟ้า โลหะมีแนวโน้มที่จะมีจุดหลอมเหลวสูงแม้ว่าข้อยกเว้นที่น่าสังเกตคือปรอทซึ่งมีจุดหลอมเหลวของลบ 37.84 องศาฟาเรนไฮต์ (ลบ 38.8 เซลเซียส) และฟอสฟอรัสโดยมีจุดหลอมเหลว 111.2 F (44 C)
โลหะผสมเป็นส่วนผสมที่เป็นของแข็งขององค์ประกอบโลหะที่มีสารอื่น ในขณะที่โลหะบริสุทธิ์สามารถอ่อนไหวและหนักเกินไปอัลลอยด์สามารถทำงานได้มากขึ้น บรอนซ์เป็นโลหะผสมของทองแดงและดีบุกในขณะที่เหล็กเป็นโลหะผสมของเหล็กคาร์บอนและสารเติมแต่งอื่น ๆ
ของแข็งอสัณฐาน
ในอมตะของแข็ง (แท้จริง "ของแข็งที่ไม่มีรูปแบบ") อนุภาคไม่มีรูปแบบตาข่ายซ้ำ พวกเขายังเรียกว่า "pseudo solids" ตัวอย่างของของแข็งอสัณฐานรวมถึงกระจก, ยาง, เจลและพลาสติกส่วนใหญ่ ของแข็งอสัณฐานไม่มีจุดหลอมเหลวที่ชัดเจน แต่มันจะละลายค่อยๆอยู่ในช่วงอุณหภูมิเนื่องจากพันธบัตรไม่ได้ทำลายทั้งหมดในครั้งเดียว ซึ่งหมายความว่าของแข็งอสัณฐานจะละลายในสถานะที่อ่อนนุ่มอ่อน (คิดว่าเทียนแว็กซ์หรือแก้วหลอมเหลว) ก่อนที่จะเปลี่ยนเป็นของเหลวอย่างสมบูรณ์
ของแข็งอสัณฐานไม่มีลักษณะสมมาตรดังนั้นพวกเขาจึงไม่มีระนาบที่แตกแยกเมื่อถูกตัด; ขอบอาจโค้ง พวกเขาถูกเรียกisotropicเนื่องจากคุณสมบัติเช่นดัชนีการหักเหของแสงค่าการนำไฟฟ้าและแรงดึงมีค่าเท่ากันโดยไม่คำนึงถึงทิศทางที่ใช้แรง
