KEADAAN PEPEJAL: CIRI, SIFAT, JENIS, CONTOH - SAINS - 2025

Keadaan pepejal adalah salah satu cara utama di mana agregat bahan untuk menghasilkan badan pekat atau padat. Kerak bumi seluruhnya, meninggalkan laut dan lautan, adalah konglomerat pepejal yang beraneka ragam. Contoh objek dalam keadaan pepejal adalah buku, batu, atau butiran pasir.

Kita boleh berinteraksi dengan pepejal berkat penolakan elektron kita dengan atom atau molekulnya. Tidak seperti cecair dan gas, selagi tidak beracun teruk, tangan kita tidak dapat menembusinya, melainkan menghancurkan atau menyerapnya.

Patung kayu kuda ini diperbuat daripada polimer semula jadi yang sangat padat. Sumber: Pxhere.

Pepejal pada umumnya jauh lebih mudah dikendalikan atau disimpan daripada cecair atau gas. Kecuali zarah-zarahnya dibahagikan dengan baik, arus angin tidak akan membawa ke arah lain; mereka terpaku di ruang yang ditentukan oleh interaksi antara molekul atom, ion atau molekul mereka.

Konsep padat

Pepejal adalah keadaan jirim di mana terdapat isipadu dan bentuk yang tegar; zarah-zarah yang membentuk bahan atau objek dalam keadaan pepejal terpaku di satu tempat, ia tidak mudah dimampatkan.

Keadaan ini adalah yang paling bervariasi dan kaya dari segi kimia dan fizik. Kami mempunyai pepejal ionik, logam, atom, molekul, dan kovalen, masing-masing mempunyai unit strukturnya sendiri; iaitu dengan kristal sendiri. Apabila kaedah penggabungan mereka tidak membenarkan mereka membina struktur dalaman yang teratur, struktur itu menjadi amorf dan rumit.

Kajian keadaan pepejal menyatu dalam reka bentuk dan sintesis bahan baru. Contohnya, kayu, pepejal semula jadi, juga telah digunakan sebagai bahan hiasan dan untuk pembinaan rumah.

Bahan pepejal lain membolehkan pembuatan kenderaan, kapal terbang, kapal, kapal angkasa, reaktor nuklear, barang sukan, bateri, pemangkin dan banyak objek atau produk lain.

Ciri umum pepejal

Spring dan kayu, komponen kaliper, contoh pepejal

Ciri utama pepejal adalah:

-Mereka mempunyai jisim, isipadu dan bentuk yang ditentukan. Gas, misalnya, tidak mempunyai akhir atau permulaan, kerana ini bergantung pada bekas yang menyimpannya.

-Mereka sangat padat. Pepejal cenderung lebih padat daripada cecair dan gas; walaupun terdapat beberapa pengecualian untuk peraturan, terutama ketika membandingkan cecair dan pepejal.

-Jarak yang memisahkan zarahnya pendek. Ini bermakna bahawa mereka telah menjadi sangat padu atau dipadatkan dalam jumlah masing-masing.

-Interaksi intermolekul sangat kuat, jika tidak, mereka tidak akan wujud seperti itu dan akan mencair atau memuncak dalam keadaan terestrial.

Perbezaan antara zarah pepejal, cecair dan gas

-Mobiliti pepejal biasanya agak terhad, bukan hanya dari sudut pandang material, tetapi juga molekul. Zarah-zarahnya terkurung dalam kedudukan tetap, di mana ia hanya dapat bergetar, tetapi tidak dapat bergerak atau berputar (secara teori).

Hartanah

Titik lebur

Semua pepejal, kecuali jika terurai dalam proses, dan tanpa mengira sama ada konduktor haba yang baik atau tidak, boleh masuk ke keadaan cair pada suhu tertentu: titik leburnya. Apabila suhu ini dicapai, zarah-zarahnya akhirnya dapat mengalir dan melepaskan diri dari kedudukan tetap mereka.

Titik lebur ini bergantung pada sifat pepejal, interaksinya, jisim molar dan tenaga kisi kristal. Sebagai peraturan umum, pepejal ion dan rangkaian kovalen (seperti intan dan silikon dioksida) cenderung mempunyai titik lebur tertinggi; manakala pepejal molekul, paling rendah.

Gambar berikut menunjukkan bagaimana ais batu (keadaan pepejal) berubah menjadi keadaan cair:

Stoikiometri

Sebilangan besar pepejal adalah molekul, kerana ia adalah sebatian yang interaksi molekulnya memungkinkan mereka bergabung dengan cara sedemikian. Walau bagaimanapun, banyak yang lain adalah ionik atau sebahagiannya ionik, jadi unitnya bukan molekul, tetapi sel: satu set atom atau ion yang disusun secara teratur.

Di sinilah formula pepejal tersebut mesti menghormati kenetralan cas, menunjukkan komposisi dan hubungan stoikiometriknya. Sebagai contoh, pepejal yang formula hipotetisnya adalah A ₂ B ₄ O ₂ menunjukkan bahawa ia mempunyai bilangan atom A yang sama dengan O (2: 2), sementara ia mempunyai dua kali ganda bilangan atom B (2: 4).

Perhatikan bahawa subskrip formula A ₂ B ₄ O ₂ adalah bilangan bulat, yang menunjukkan bahawa ia adalah pepejal stoikiometrik. Komposisi banyak pepejal dijelaskan oleh formula ini. Caj pada A, B, dan O mesti ditambah hingga sifar, kerana jika tidak, akan ada caj positif atau negatif.

Bagi pepejal, sangat berguna untuk mengetahui bagaimana menafsirkan formula mereka kerana, secara umum, komposisi cecair dan gas lebih mudah.

Kecacatan

Struktur pepejal tidak sempurna; mereka menunjukkan ketidaksempurnaan atau kecacatan, bagaimanapun kristalnya. Ini tidak berlaku dengan cecair, juga gas. Tidak ada kawasan air cair yang dapat dikatakan sebelumnya "dipindahkan" dari sekitarnya.

Kecacatan seperti ini menyebabkan pepejal menjadi keras dan rapuh, menunjukkan sifat seperti piroelektrik dan piezoelektrik, atau tidak lagi mempunyai komposisi yang ditentukan; iaitu, ia adalah pepejal bukan stoikiometrik (contohnya A _0.4 B _1.3 O _0.5 ).

Kereaktifan

Pepejal biasanya kurang reaktif daripada cecair dan gas; tetapi bukan disebabkan oleh sebab kimia, tetapi pada kenyataan bahawa strukturnya menghalang reaktan menyerang zarah-zarah di dalamnya, bertindak balas terlebih dahulu dengan yang ada di permukaannya. Oleh itu, tindak balas yang melibatkan pepejal cenderung lebih perlahan; melainkan jika dihancurkan.

Apabila pepejal dalam bentuk serbuk, zarah-zarahnya yang lebih kecil mempunyai luas atau permukaan yang lebih besar untuk bertindak balas. Itulah sebabnya pepejal halus sering diberi label sebagai reagen yang berpotensi berbahaya, kerana ia dapat menyala dengan cepat, atau bertindak balas dengan bersentuhan dengan bahan atau sebatian lain.

Sering kali, pepejal dilarutkan dalam media tindak balas untuk menghomogenkan sistem dan menjalankan sintesis dengan hasil yang lebih tinggi.

Fizikal

Dengan pengecualian titik lebur dan kecacatan, apa yang dikatakan sejauh ini lebih sesuai dengan sifat kimia pepejal daripada sifat fizikalnya. Fizik bahan sangat difokuskan pada bagaimana cahaya, bunyi, elektron dan haba berinteraksi dengan pepejal, sama ada kristal, amorf, molekul, dll.

Di sinilah yang dikenali sebagai plastik, elastik, kaku, legap, telus, superkonduktor, fotolistrik, mikropori, feromagnetik, penebat atau pepejal semikonduktor masuk.

Dalam kimia, misalnya, bahan yang tidak menyerap sinaran ultraviolet atau cahaya yang dilihat menarik, kerana bahan ini digunakan untuk membuat sel pengukuran untuk spektrofotometer UV-Vis. Perkara yang sama berlaku dengan radiasi inframerah, ketika anda ingin mencirikan sebatian dengan mendapatkan spektrum IRnya, atau mengkaji kemajuan tindak balas.

Kajian dan manipulasi semua sifat fizikal pepejal memerlukan dedikasi yang besar, serta sintesis dan reka bentuknya, memilih "kepingan" pembinaan anorganik, biologi, organik atau organometallik untuk bahan baru.

Jenis dan contoh

Oleh kerana terdapat beberapa jenis pepejal secara kimia, contoh perwakilan akan disebutkan secara berasingan untuk masing-masing.

Pepejal kristal

Di satu pihak, terdapat pepejal kristal. Unsur-unsur ini dicirikan kerana molekul yang membentuknya dikonfigurasi dengan cara yang sama, yang diulang sebagai corak di seluruh kristal. Setiap corak dipanggil sel unit.

Pepejal kristal juga dicirikan dengan mempunyai titik lebur yang ditentukan; Ini bermaksud, memandangkan keseragaman susunan molekulnya, ada jarak yang sama antara setiap sel unit, yang memungkinkan seluruh struktur berubah terus di bawah suhu yang sama.

Contoh pepejal kristal ialah garam dan gula.

Pepejal amorf

Pepejal amorf dicirikan oleh fakta bahawa penyesuaian molekulnya tidak bertindak balas terhadap suatu corak, tetapi berbeza di seluruh permukaan.

Oleh kerana tidak ada corak seperti itu, titik lebur pepejal amorf tidak ditentukan, tidak seperti zat kristal, yang bermaksud bahawa ia mencair secara beransur-ansur dan di bawah suhu yang berbeza.

Contoh pepejal amorf ialah kaca dan kebanyakan plastik.

Ionik

Pepejal ion dicirikan oleh kation dan anion, yang saling berinteraksi antara satu sama lain dengan tarikan elektrostatik (ikatan ionik). Apabila ion kecil, struktur yang dihasilkan biasanya selalu kristal (dengan mengambil kira kecacatannya). Antara beberapa pepejal ion yang kami ada:

-NaCl (Na ⁺ Cl ^- ), natrium klorida

-MgO (Mg ²⁺ O ^2- ), magnesium oksida

-CaCO ₃ (Ca ²⁺ CO ₃ ^2- ), kalsium karbonat

-CuSO ₄ (Cu ²⁺ SO ₄ ^2- ), tembaga sulfat

-KF (K ⁺ F ^- ), kalium fluorida

-NH ₄ Cl (NH ₄ ⁺ Cl ^- ), ammonium klorida

-ZnS (Zn ²⁺ S ^2- ), zink sulfida

-Fe (C ₆ H ₅ COO) ₃ , besi benzoat

Logam

Seperti namanya, mereka adalah pepejal yang mempunyai atom logam yang berinteraksi melalui ikatan logam:

-Silver

-Gold

-Ketuai

-Bakar

-Gangsa

-Emas putih

-Pewter

-Gaya

-Duralumin

Perhatikan bahawa aloi juga dikira sebagai pepejal logam, tentu saja.

Atom

Pepejal logam juga atom, kerana secara teori tidak ada ikatan kovalen antara atom logam (MM). Walau bagaimanapun, gas mulia pada dasarnya dikira sebagai spesies atom, kerana hanya daya penyebaran London yang mendominasi di antara mereka.

Oleh itu, walaupun ia bukan pepejal aplikasi tinggi (dan sukar diperoleh), gas mulia yang dikristal adalah contoh pepejal atom; iaitu: helium, neon, argon, krypton, dll., pepejal.

Molekul dan polimer

Molekul dapat berinteraksi melalui kekuatan Van der Walls, di mana jisim molekulnya, momen dipol, ikatan hidrogen, struktur dan geometri memainkan peranan penting. Semakin kuat interaksi seperti ini, semakin besar kemungkinan mereka berada dalam bentuk yang kukuh.

Sebaliknya, alasan yang sama berlaku untuk polimer, yang disebabkan oleh jisim molekul rata-rata yang tinggi hampir selalu padat, dan beberapa daripadanya adalah amorf; kerana, unit polimerinya sukar menyusunnya dengan kemas untuk membuat kristal.

Oleh itu, kami mempunyai beberapa pepejal molekul dan polimer berikut:

-Ais kering

-Gula

-Iodin

-Bidas asid

-Acetamide

-Seberang sulfur

-Asid Palmatik

-Fullerenos

-Padankan

-Kafein

-Nafthalena

-Kayu dan kertas

-Susu

-Teflon

-Polietilena

-Kevlar

-Bakelite

-Polyvinyl chloride

-Polistirena

-Polipropilena

-Protein

-Bar coklat

Rangkaian kovalen

Akhirnya, kita mempunyai rangkaian kovalen antara pepejal lebur paling sukar dan tertinggi. Beberapa contoh adalah:

-Grafit

-Diamond

-Quartz

-Silicium karbida

-Boron nitrida

-Aluminium fosfida

-Gallium arsenide

Rujukan

1. Shiver & Atkins. (2008). Kimia bukan organik. (Edisi keempat). Bukit Mc Graw.
2. Whitten, Davis, Peck & Stanley. (2008). Kimia (Edisi ke-8.) Pembelajaran CENGAGE.
3. Wikipedia. (2019). Kimia keadaan pepejal. Dipulihkan dari: en.wikipedia.org
4. Elsevier BV (2019). Kimia Keadaan Pepejal. ScienceDirect. Dipulihkan dari: sciencedirect.com
5. Michael Lufaso. (sf). Nota Kuliah Kimia Pepejal. Dipulihkan dari: unf.edu
6. askIIT. (2019). Ciri Umum Keadaan Pepejal. Dipulihkan dari: askiitians.com
7. David Wood. (2019). Bagaimana Atom & Molekul Membentuk Pepejal: Corak & Kristal. Kaji. Dipulihkan dari: study.com