Твердое состояние вещества

В твердом состоянии находятся вещества кристаллического и аморфного строения.

Амфорное вещество (синоним – стекло) образуется в неравновесных условиях при переохлаждении жидкого состояния, когда скорость охлаждения превышает скорость кристаллизации.

Всем известный пример – стекло.

Трудно кристаллизуется глицерин, легко переходя в переохлажденное стеклообразное состояние. Он накапливается осенью в клетках зимующих растений и при охлаждении не кристаллизуется, хотя и затвердевает. Таким образом, не возникает кристаллов, которые могли бы разрушить клетку во время своего роста.

Кристаллические вещества характеризуются правильным расположением тех частиц, из которого они состоят: атомов, молекул и ионов в строго определенных точках пространства. При соединении этих точек прямыми линиями образуется пространственный каркас, который называют кристаллической решеткой. Точки, в которых размещены частицы кристалла, называют узлами решетки.

В узлах воображаемой решетки могут находиться ионы, атомы и молекулы. В зависимости от типа частиц, расположенных в узлах кристаллической решетки и характера связи между ними различают ионные, атомные, молекулярные, а металлической кристаллической решетки, которая рассматривается во всех школьных учебниках, не существует, т. к. вещества металлы отличаются от веществ металлов не решеткой, а электронным строением.

Ионными называют кристаллические решетки, в узлах которых находятся ионы. Их образуют вещества с ионной связью, которой могут быть связаны как простые ионы, так и сложные. Следовательно, ионные кристаллические решетки имеют соли, некоторые оксиды и гидроксиды металлов, т.е. те вещества, в которых существует ионная химическая связь. Связи между ионами в таком кристалле очень устойчивые. Поэтому вещества с ионной решеткой обладают сравнительно высокой твердостью и прочностью, они тугоплавки и нелетучи.

Атомными называют кристаллические решетки, в узлах которых находятся отдельные атомы. В таких решетках атомы соединены между собой очень прочными ковалентными связями. Примером может служить алмаз – одно из аллотропных видоизменений углерода.

Число веществ с атомной кристаллической решеткой не очень велико. К ним относятся кристаллический бор, кремний и германий, а также сложные вещества, например такие в состав которых входит оксид кремния: кремнезем, кварц, песок, горный хрусталь.

Большинство веществ с атомной кристаллической решеткой имеют очень высокие температуры плавления (например, у алмаза она свыше 3500 градусов по Цельсию), они прочны и тверды, практически нерастворимы.

Молекулярными называют кристаллические решетки, в узлах которых располагаются молекулы. Химические связи в этих молекулах могут быть полярными и неполярными. Несмотря на то, что атомы внутри молекул связаны очень прочными ковалентными связями, между самими молекулами действуют слабые силы межмолекулярного притяжения. Поэтому вещества с молекулярными кристаллическими решетками имеют малую твердость, низкие температуры плавления, летучи.

Кристаллическими решетками являются твердая вода, твердый оксид углерода – «сухой лед», твердые хлороводород и сероводород. Большинство твердых органических соединений имеют молекулярные кристаллические решетки (нафталин, глюкоза, сахар).