Chương VII: Chất rắn là gì, chất rắn kết tinh, chất rắn vô định hình
Chương VII: Biến dạng nhiệt của vật rắn, sự nở dài, sự nở khối
Chất rắn: là một trạng thái của vật chất, ở điều kiện nhiệt độ và áp suất cố định, chất rắn giữ nguyên được thể tích riêng và hình dạng riêng xác định. Chất rắn chia làm hai loại là chất rắn kết tinh và chất rắn vô định hình.
Chương VII: Chất rắn là gì, chất rắn kết tinh, chất rắn vô định hình
1/ Tinh thể chất rắn
Tinh thể hay cấu trúc tinh thể là dạng cấu trúc sắp xếp theo một trật tự hình học không gian xác định được tạo bởi các phân tử, ion chất rắn liên kết với nhau bằng lực tương tác phân tử.
Muối ăn (NaCl) và cấu trúc tinh thể muối ăn gồm các ion dương Na+ liên kết với các ion âm Cl- tạo nên dạng hình học của tinh thể muối ăn.
Không giống như chất khí, các phân tử, ion cấu tạo tinh thể chất rắn dao động nhiệt xung quanh một vị trí cân bằng xác định. Nếu nhiệt độ quá cao chuyển động nhiệt của chất rắn trở nên hỗn loạn và mất cân bằng khi đó chất rắn chuyển sang thể lỏng.
2/ Đặc tính của chất rắn kết tinh
- Chất rắn kết tinh có thể được cấu tạo từ cùng một cấu trúc tinh thể được gọi là chất đơn tinh thể (thạch anh, muối, kim cương … là chất đơn tinh thể). Chất rắn đơn tinh thể có tính chất vật lý (nở dài, độ bền, …) không giống nhau theo các hướng khác nhau gọi là tính dị hướng.
- Chất rắn kết tinh được cấu tạo từ vô số các tinh thể rất nhỏ liên kết với nhau gọi là chất đa tinh thể (hầu hết các kim loại và hợp kim là chất đa tinh thể). Chất rắn đa tinh thể có tính chất vật lý giống nhau theo mọi hướng gọi là tính đẳng hướng.
- Chất rắn kết tinh được cấu tạo từ cùng một loại phân tử nhưng có cấu trúc tinh thể khác nhau thì tính chất vật lý cũng khác nhau.
Cùng được cấu tạo từ cácbon (C) nhưng cấu trúc mạng tinh thể kim cương và than chì hoàn toàn khác nhau nên tính chất vật lý của chúng cũng khác nhau. Kim cương thì cứng không dẫn điện, than đá thì mềm và dẫn điện.
- Chất rắn kết tinh có nhiệt độ nóng chảy xác định không đổi ở mỗi nhiệt độ cho trước
Ở áp suất 1amt nước đá nóng chảy ở OoC, thiếc nóng chảy ở 232oC, sắt nóng chảy ở 1530oC
3/ ứng dụng của chất rắn kết tinh:
Kim cương ngoài việc được dùng làm đồ trang sức, do tính chất vật lý rất cứng nên được dùng mà mũi khoan, dao cắt, đá mài …
Các chất rắn đơn tinh thể như Si, Ge được ứng dụng trong các link kiện bán dẫn. Các kim loại như vàng, bạc, đồng … được dùng trong các bảng mạch điện tử của ngành công nghiệp hiện đại
Các kim loại và hợp kim được sử dụng phổ biến trong xây dựng, công nghiệp luyện kim, chế tạo máy …
4/ Chất rắn vô định hình
Chất rắn vô định hình (thủy tinh, đường, chất dẻo…) là những chất rắn không có dạng cấu trúc tinh thể nên chúng không có dạng hình học xác định. Các chất rắn vô định hình có tính đẳng hướng, không có nhiệt độ nóng chảy hoặc đông đặc xác định. Khi bị nung nóng chúng mềm dần và chuyển sang thể lỏng.
Đường (sugar) là chất rắn có thể tồn tại ở dạng tinh thể hoặc vô định hình. Ví dụ ở nhiệt độ vừa đủ đường chuyển sang trạng thái chất rắn vô định hình nhờ đó mà ta có kể làm kẹo ^^.
Các chất rắn vô định hình có tính dẻo, dễ định hình, không bị gỉ sét, không bị ăn mòn, giá thành rẻ … nên được ứng dụng trong rất nhiều ngành sản xuất khác nhau như các loại vật dụng dùng trong gia đình, các loại vỏ máy …
Lưu ý: hình dạng và dạng hình học của chất rắn là hai khái niệm khác nhau. Ví dụ thủy tinh có thể nấu chảy đổ vào khuôn để tạo ra hình dạng của vật rắn là hình lập phương, nhưng bản thân các phân tử cấu tạo nên thủy tinh là không có dạng hình học là hình lập phương. Chính vì thế nên thủy tinh vẫn là chất rắn (có hình dạng riêng xác định ở điều kiện nhiệt độ và áp suất xác định) nhưng nó lại được xếp vào chất rắn vô định hình (không có dạng hình học xác định).