Ταξινόμηση Στερεών:Μοριακά, Ιονικά, Ομοιοπολικά και Μεταλλικά Στερεά

Η ύλη κατηγοριοποιείται σε τρεις τύπους με βάση τις φυσικές της ιδιότητες.

1. Στερεά
2. Υγρά
3. Αέριο

Θα μάθουμε για τα στερεά και τις ιδιότητές τους σε αυτή την ενότητα. Το θέμα των στερεών και η ταξινόμηση τους είναι πολύ σημαντικό στη χημεία. Επειδή τα μόρια των στερεών ουσιών είναι πυκνά συσκευασμένα, τα στερεά έχουν συγκεκριμένο όγκο και συγκεκριμένη μορφή. Τα μόρια των στερεών ουσιών παραμένουν τόσο κοντά το ένα στο άλλο που δεν υπάρχει χώρος μεταξύ τους.

Τι είναι στερεό;

Τα στερεά έχουν μια κανονική διάταξη ατόμων, μορίων ή ιόντων σε ένα κινητικό μοριακό μοντέλο. Επειδή αυτά τα σωματίδια συγκρατούνται κοντά μεταξύ τους από σχετικά ισχυρές δυνάμεις έλξης, τα στερεά σωματίδια συσκευάζονται με σωστή σειρά ή συμμετρία. Διατηρούν μια σταθερή θέση στην ουσία, επομένως έχουν καθορισμένο σχήμα, διακριτό όριο, σταθερό όγκο και αμελητέα συμπιεστότητα. Ορισμένα στερεά είναι πολύ ισχυρά, ενώ άλλα μπορούν να σπάσουν με τη βία. Οι ιδιότητες ενός στερεού καθορίζονται από τη φύση του και τη διάταξη των μορίων του.

Παραδείγματα-, γυαλί, επιτραπέζια ζάχαρη, πάγος νερού, επιτραπέζιο αλάτι, κατεψυγμένο διοξείδιο του άνθρακα (ξηρός πάγος),  πέτρα, τα περισσότερα μέταλλα και ξύλο.

Χαρακτηριστικά στερεού

Ας δούμε μερικά από τα διακριτά χαρακτηριστικά των στερεών.

Κάθε υλικό έχει ορισμένες ιδιότητες. Οι κύριες ιδιότητες των στερεών ουσιών είναι οι εξής:

1.  Έχουν ορίσει μάζα, όγκο και μορφή λόγω ισχυρών διαμοριακών δυνάμεων έλξης.
2. Έχουν ακριβή όρια.
3. Έχουν προκαθορισμένο όγκο.
4. Δεν είναι δυνατή η ροή τους.
5.  Έχουν ελαφρά συμπιεστότητα καθώς η απόσταση μεταξύ γειτονικών μορίων είναι αμελητέα.
6. Είναι άκαμπτα και τείνουν να διατηρούν τη μορφή τους όταν υποβάλλονται σε εξωτερικό στρες.
7. Μερικά στερεά μπορεί να σπάσουν με δύναμη, αλλά η αλλαγή της μορφής τους είναι δύσκολη.

Είναι πολύ πυκνά και δεν διασκορπίζονται καθόλου.

Ταξινόμηση στερεών

Υπάρχουν πολλές ταξινομήσεις στερεών ουσιών παντού γύρω μας. Ό,τι βλέπουμε γύρω μας στην πραγματική ζωή, τα περισσότερα από αυτά είναι συμπαγή. Κάθε στερεή ουσία στον κόσμο ταξινομείται σε δύο τύπους. Είναι οι εξής:1. κρυσταλλικό στερεό και 2. άμορφο στερεό.

Ας το δούμε αναλυτικά.

1. Στερεό κρυσταλλικό

Οι δομές και η συμμετρία των κρυσταλλικών στερεών ή κρυστάλλων είναι οργανωμένες. Επειδή τα άτομα, τα μόρια ή τα ιόντα σε έναν κρύσταλλο ταξινομούνται με συγκεκριμένο τρόπο, η διάταξη θα πρέπει να έχει τάξη μεγάλης εμβέλειας στο στερεό. Κοιτάξτε την παρακάτω εικόνα. Τα σωματίδια (άτομα, μόρια και ιόντα) παρουσιάζουν τάξη μεγάλης εμβέλειας στο κρυσταλλικό στερεό υλικό. Τα συστατικά άτομα, μόρια ή ιόντα κρυσταλλικών υλικών σχηματίζουν ένα κανονικό, επαναλαμβανόμενο σχέδιο (δηλαδή σωματίδια στη στερεά ουσία). Δεν έχουν καλά καθορισμένα σωματίδια επειδή δεν έχουν κανονικές διαμορφώσεις σωματιδίων. Ένα κρυσταλλικό στερεό είναι μια τρισδιάστατη περιοδική διάταξη ατόμων, ιόντων ή μορίων που οδηγεί σε μια καλά καθορισμένη γεωμετρική δομή.

Τα άτομα ή τα μόρια ενός στερεού αποκτούν κινητική ενέργεια όταν θερμαίνονται. Εάν η θερμοκρασία αυξηθεί αρκετά, η κινητική ενέργεια υπερβαίνει τις δυνάμεις που κρατούν τα άτομα ή τα μόρια μαζί. Το στερεό μπορεί στη συνέχεια να μετατραπεί σε υγρό ή αέριο ή να αντιδράσει με ουσίες στο περιβάλλον. Ο πάγος νερού είναι ένα παράδειγμα στερεού που μετατρέπεται σε υγρό όταν θερμαίνεται σταδιακά. Ο ξηρός πάγος εξαχνώνεται στην αέρια φάση. Το ξύλο αντιδρά με το οξυγόνο στο περιβάλλον, προκαλώντας την καύση του.

Τι ακριβώς είναι ένας κρύσταλλος;

Ένας κρύσταλλος, σύμφωνα με τον ορισμό, είναι "μια ομοιογενής χημική ουσία που έχει μια κανονική και περιοδική διάταξη συστατικών ατόμων, μορίων ή ιόντων."

Το αλάτι (NaCl) και ο χαλαζίας είναι δύο παραδείγματα (SiO2).

Πολλοί άνθρωποι πιστεύουν ότι οι κρύσταλλοι μπορούν να βρεθούν μόνο σε ορυκτά. Ωστόσο, θα συγκλονιστείτε όταν μάθετε ότι οι κρύσταλλοι δεν περιορίζονται στα ορυκτά. Οι περισσότερες στερεές ουσίες που δεν είναι ορυκτά, όπως η ζάχαρη, τα διαμάντια, τα μέταλλα, τα οστά, ακόμη και το DNA, σχηματίζουν έναν κρύσταλλο.

Οι κρύσταλλοι ταξινομούνται ως εξής:

Οι κρύσταλλοι είναι στερεά αντικείμενα. Οι κρύσταλλοι μπορούν να ταξινομηθούν με διάφορους τρόπους. Θα διερευνήσουμε τις κατηγορίες με βάση τα φυσικά και χημικά χαρακτηριστικά τους σε αυτήν την ενότητα (δηλαδή τύποι δεσμών που υπάρχουν στο στερεό). Υπάρχουν τέσσερις τύποι κρυστάλλων:ομοιοπολικοί κρύσταλλοι, μεταλλικοί κρύσταλλοι, ιονικοί κρύσταλλοι και μοριακοί κρύσταλλοι π.χ. χλωριούχο ασβέστιο, διαμάντι κ.λπ.

Οι ομοιοπολικοί κρύσταλλοι αποτελούνται από άτομα που είναι ομοιοπολικά συνδεδεμένα μεταξύ τους. Καρβίδιο του πυριτίου, για παράδειγμα, ή διαμάντι

Οι μεταλλικοί κρύσταλλοι αποτελούνται από άτομα που ενώνονται μεταξύ τους με τον μεταλλικό δεσμό. Σκεφτείτε το ορυκτό πυρίτη.

Οι ιονικοί κρύσταλλοι αποτελούνται από άτομα ή ιόντα που συνδέονται μεταξύ τους με τον ιοντικό δεσμό. Το χλωριούχο ασβέστιο είναι ένα παράδειγμα.

Οι μοριακοί κρύσταλλοι είναι ένα είδος κρυστάλλου. Αυτός ο κρύσταλλος βασίζεται μόνο σε μόρια για να κρατήσει άλλα μόρια μαζί μέσω της δύναμης Van Der Waals. Ως αποτέλεσμα, αυτή η μορφή κρυστάλλου έχει χαμηλή διαμοριακή σύνδεση. Για παράδειγμα, λάβετε υπόψη τη ζάχαρη και τον ξηρό πάγο.

Οι κρύσταλλοι έρχονται σε διάφορες μορφές και αποχρώσεις. Οι κρύσταλλοι έχουν αισθητική αξία και θεωρείται ότι έχουν θεραπευτικές ιδιότητες. Ως εκ τούτου, χρησιμοποιούνται για την παραγωγή κοσμημάτων.

2. Άμορφη Ουσία

Τώρα θα εξετάσουμε ένα άλλο είδος στερεού υλικού. Αναφέρεται ως άμορφο στερεό. Ένα άμορφο στερεό στερείται κρυσταλλικής δομής, πράγμα που σημαίνει ότι του λείπει μια μακράς εμβέλειας τακτική και περιοδική διάταξη των συστατικών ατόμων, μορίων ή ιόντων (δηλαδή σωματιδίων του στερεού). Σημαίνει ότι η δομή στερείται μιας μακράς εμβέλειας οργανωμένης διάταξης συστατικών ατόμων, μορίων ή ιόντων. Ως αποτέλεσμα, μπορούμε να το περιγράψουμε ως στερεό υλικό που μοιάζει με σκόνη. Παραδείγματα- γυαλί, πηκτώματα, λεπτές μεμβράνες, πολυμερή και νανοδομημένα υλικά.

Μοριακά στερεά

Ένα μοριακό στερεό είναι ένα στερεό που αποτελείται από μόρια που διατηρούνται μαζί από τις δυνάμεις van der Waals. Τα μοριακά στερεά είναι μαλακά και έχουν χαμηλό σημείο τήξης επειδή οι διπολικές δυνάμεις είναι μικρότερες από τις ομοιοπολικές ή ιοντικές αλληλεπιδράσεις. Τα μοριακά στερεά ταξινομούνται σε τρεις τύπους:

• Μη πολικά μοριακά στερεά:Τα άτομα ή τα μόρια των μη πολικών μοριακών στερεών συγκρατούνται μεταξύ τους από ασθενείς δυνάμεις διασποράς ή δυνάμεις του Λονδίνου. Είναι μαλακά και δεν μεταδίδουν ηλεκτρισμό. Έχουν χαμηλά σημεία τήξης και είναι συνήθως υγρά ή αέρια σε θερμοκρασία και πίεση περιβάλλοντος. Παράδειγμα- Τετραχλωριούχος άνθρακας
• Πολικά μοριακά στερεά:Πρόκειται για στερεά με πολικά μόρια ως συστατικά σωματίδια. Τα μόρια συγκρατούνται μεταξύ τους με έλξη διπόλου-διπόλου. Είναι εύκαμπτοι και μη αγωγοί του ηλεκτρισμού. Παράδειγμα- Στερεό CO2, Στερεό NH3

Συμπέρασμα

Ορισμένες χημικές ουσίες δημιουργούν κρυσταλλικά στερεά, τα οποία αποτελούνται από σωματίδια σε μια αρκετά δομημένη δομή, ενώ άλλα από άμορφα (μη κρυσταλλικά) στερεά, τα οποία έχουν μια μη οργανωμένη εσωτερική δομή. Τα ιοντικά στερεά, τα μεταλλικά στερεά, τα στερεά ομοιοπολικού δικτύου και τα μοριακά στερεά είναι οι τέσσερις βασικές μορφές κρυσταλλικών στερεών. Τα χαρακτηριστικά των διαφόρων κρυσταλλικών στερεών καθορίζονται από τα σωματίδια που τα αποτελούν, τις διαμορφώσεις των σωματιδίων και τις εντάσεις των έλξεων μεταξύ τους. Επειδή τα σωματίδια τους έχουν παρόμοια έλξη, τα κρυσταλλικά στερεά έχουν μοναδικές θερμοκρασίες τήξης. Τα άμορφα στερεά μαλακώνουν σταδιακά και λιώνουν σε ένα εύρος θερμοκρασιών, επειδή τα σωματίδια τους υφίστανται μια ποικιλία αλληλεπιδράσεων.