Τι είναι ένα στερεό; Ορισμός και Παραδείγματα στην Επιστήμη

Ως στερεό ορίζεται η κατάσταση της ύλης με καθορισμένο σχήμα και όγκο. Αντίθετα, τα υγρά μπορούν να αλλάξουν σχήμα, ενώ τα αέρια μπορούν να αλλάξουν σχήμα και όγκο. Τα σωματίδια σε ένα στερεό (άτομα, μόρια, ιόντα) είναι σφιχτά συσκευασμένα σε σύγκριση με τα υγρά και τα αέρια. Η διάταξη μπορεί να είναι ένα κανονικό πλέγμα που ονομάζεται κρύσταλλος ή μια ακανόνιστη διάταξη που ονομάζεται άμορφο στερεό.

Ιδιότητες στερεών

Οι ιδιότητες των στερεών περιλαμβάνουν:

• Τα σωματίδια συσκευάζονται στενά μεταξύ τους. Αυτό επιτρέπει στα άτομα και τα μόρια να σχηματίσουν χημικούς δεσμούς.
• Τα στερεά είναι άκαμπτα.
• Στερεά δεν ρέουν.
• Τα στερεά δεν συμπιέζονται εύκολα.

Παραδείγματα στερεών

Οτιδήποτε έχει σταθερό σχήμα και όγκο είναι ένα παράδειγμα στερεού. Παραδείγματα στερεών περιλαμβάνουν:

• Τα περισσότερα μέταλλα (νομίσματα, εργαλεία, μαχαιροπίρουνα, καρφιά)
• Οικοδομικά υλικά (τούβλα, ξύλο, γυαλί, σκυρόδεμα)
• Καθημερινά αντικείμενα (κατσαρόλες και τηγάνια, γραφείο, παιχνίδια, υπολογιστής, αυτοκίνητο)
• Πετρώματα και ορυκτά
• Πολύτιμοι λίθοι και οι περισσότεροι κρύσταλλοι (διαμάντι, ζαφείρι, ρουμπίνι)
• Πάγος
• Τα περισσότερα χημικά στοιχεία (εξαιρέσεις περιλαμβάνουν πολλά αμέταλλα)

Παραδείγματα πραγμάτων που δεν είναι στερεά περιλαμβάνουν αέρα, νερό, υγρούς κρυστάλλους, τα στοιχεία υδράργυρος και ήλιο και ατμός.

Τάξεις στερεών

Υπάρχουν διάφοροι τρόποι ταξινόμησης στερεών.

Τα στερεά μπορούν να κατηγοριοποιηθούν ως κρυσταλλικά, πολυκρυσταλλικά ή άμορφα.

• Κρυσταλλικό Στερεό :Τα σωματίδια σε ένα κρυσταλλικό στερεό είναι διατεταγμένα σε ένα κανονικό πλέγμα. Ένα καλό παράδειγμα είναι ένας κρύσταλλος αλατιού (χλωριούχο νάτριο).
• Στερεό πολυκρυσταλλικό :Στα πολυκρυσταλλικά στερεά, μικροσκοπικοί κρύσταλλοι που ονομάζονται κρυσταλλίτες ενώνονται μεταξύ τους για να σχηματίσουν μια μεγαλύτερη δομή. Πολλά κεραμικά είναι πολυκρυσταλλικά.
• Άμορφο στερεό :Σε ένα άμορφο στερεό, τα σωματίδια συσκευάζονται μαζί με ακανόνιστο τρόπο. Το γυαλί και το πολυστυρένιο είναι παραδείγματα άμορφων στερεών.

Ένας άλλος τρόπος ταξινόμησης των στερεών είναι από τη φύση των χημικών τους δεσμών.

• Ιονικά στερεά :Ορισμένα στερεά περιέχουν ιοντικούς δεσμούς, όπως το χλωριούχο νάτριο. Αυτά τα στερεά αποτελούνται από θετικά φορτισμένα κατιόντα και αρνητικά φορτισμένα ανιόντα που έλκονται έντονα μεταξύ τους. Τα ιοντικά στερεά τείνουν να σχηματίζουν εύθραυστους κρυστάλλους με υψηλά σημεία τήξης. Λόγω της πολικότητας του ιοντικού δεσμού, πολλά ιοντικά στερεά διαλύονται στο νερό, σχηματίζοντας διαλύματα που άγουν ηλεκτρισμό.
• Μοριακά Στερεά :Τα μοριακά στερεά σχηματίζονται χρησιμοποιώντας ομοιοπολικούς δεσμούς. Παραδείγματα μοριακών στερεών περιλαμβάνουν πάγο και ζάχαρη. Τα μοριακά στερεά τείνουν να είναι μη πολικά και έχουν χαμηλότερα σημεία τήξης από τα ιοντικά στερεά. Τα περισσότερα μοριακά στερεά είναι πιο μαλακά από τα ιοντικά στερεά.
• Στερεά Ομοιοπολικά Δικτύου :Τα σωματίδια σε ένα δικτυακό ομοιοπολικό στερεό σχηματίζουν ένα συνεχές δίκτυο με κάθε άτομο συνδεδεμένο με τα γύρω άτομα (βασικά ένα γιγάντιο μεμονωμένο μόριο). Τα στερεά δικτύου έχουν ιδιότητες παρόμοιες με τα ιοντικά στερεά. Τείνουν να είναι σκληρά και εύθραυστα, με υψηλά σημεία τήξης. Σε αντίθεση με τις ιοντικές ενώσεις, δεν διαλύονται στο νερό και είναι κακοί ηλεκτρικοί αγωγοί. Τα διαμάντια και τα ρουμπίνια είναι παραδείγματα ομοιοπολικών στερεών δικτύου.
• Μεταλλικά στερεά :Τα άτομα στα μέταλλα συγκρατούνται μεταξύ τους με μεταλλικούς δεσμούς. Επειδή τα ηλεκτρόνια είναι σχετικά ελεύθερα να κινούνται, τα μέταλλα μεταφέρουν θερμότητα και ηλεκτρισμό. Τα μεταλλικά στερεά είναι αδιαφανή, ελατά και όλκιμα.

Ένας τρίτος τρόπος ταξινόμησης των στερεών είναι η σύνθεσή τους. Οι κύριες κατηγορίες στερεών είναι:

• Μέταλλα :Εκτός από τον υδράργυρο, τα στοιχειώδη μέταλλα είναι στερεά. Τα περισσότερα κράματα είναι επίσης στερεά. Τα μέταλλα είναι σκληρά, ελατά, όλκιμα και συνήθως καλοί ηλεκτρικοί και θερμικοί αγωγοί. Παραδείγματα στερεών μετάλλων περιλαμβάνουν το ασήμι, τον ορείχαλκο και τον χάλυβα.
• Μεταλλικά στοιχεία :Τα ορυκτά είναι φυσικά ανόργανα στερεά. Παραδείγματα περιλαμβάνουν άλατα, μαρμαρυγία και διαμάντι.
• Κεραμικά :Τα κεραμικά είναι στερεά που παράγονται από ανόργανες ενώσεις, συνήθως οξείδια. Τα κεραμικά είναι σκληρά, εύθραυστα και ανθεκτικά στη διάβρωση.
• Οργανικά στερεά :Τα οργανικά στερεά περιλαμβάνουν κεριά, πλαστικά, πολυμερή, μαλλιά, νύχια και ξύλο. Τα περισσότερα οργανικά στερεά είναι ηλεκτρικοί και θερμικοί μονωτές με χαμηλότερα σημεία τήξης και βρασμού από τα μέταλλα ή τα κεραμικά.
• Σύνθετα υλικά :Τα σύνθετα υλικά είναι στερεά που αποτελούνται από δύο ή περισσότερες φάσεις. Για παράδειγμα, το πλαστικό με ίνες άνθρακα είναι ένα σύνθετο υλικό.
• Ημιαγωγοί :Οι ημιαγωγοί είναι στερεά με ηλεκτρικές ιδιότητες μεταξύ αυτών των μονωτών και των αγωγών. Μπορεί να είναι στοιχεία, ενώσεις ή ντοπαρισμένα υλικά. Παραδείγματα ημιαγωγών περιλαμβάνουν το αρσενίδιο του γαλλίου και το πυρίτιο.
• Βιοϋλικά :Τα βιοϋλικά είναι μια ειδική κατηγορία οργανικών στερεών που παράγονται από ζωντανούς οργανισμούς. Ορισμένα βιοϋλικά είναι ικανά να αυτοσυναρμολογούνται. Παραδείγματα περιλαμβάνουν το κολλαγόνο και τα οστά.
• Νανοϋλικά :Τα νανοϋλικά είναι μικροσκοπικά στερεά που μετρούν νανόμετρα σε μέγεθος. Αυτά τα εξαιρετικά μικρά στερεά παρουσιάζουν διαφορετικές χημικές και φυσικές ιδιότητες σε σύγκριση με τα μεγαλύτερα αντίστοιχα. Για παράδειγμα, τα νανοσωματίδια χρυσού είναι κόκκινα και όχι χρυσά και λιώνουν σε χαμηλότερη θερμοκρασία από τον συνηθισμένο χρυσό.

Αναφορές

• Holley, Dennis (2017). Γενική Βιολογία Ι:Μόρια, Κύτταρα και Γονίδια . Dog Ear Publishing. ISBN 9781457552748.
• Narula, G. K.; Narula, K. S.; Gupta, V. K. (1989). Επιστήμη Υλικών . Εκπαίδευση Tata McGraw-Hill. ISBN 9780074517963.