Katı madde, sıvı ve gaz ile birlikte maddenin üç ana durumundan biridir. Madde, tüm fiziksel maddeleri oluşturan evrenin, atomların, moleküllerin ve iyonların "maddeleri" dir. Bir katı halinde, bu parçacıklar birbirine yakın şekilde paketlenir ve madde içinde hareket etmekte serbest değildirler. Bir katı içindeki parçacıklar için moleküler hareket, sabit konumlarının etrafındaki atomların çok küçük titreşimleriyle sınırlıdır; bu nedenle, katılar değişmesi zor olan sabit bir şekle sahiptir. Katılar da belirli bir hacme sahiptir; Yani, onları nasıl değiştirmeye çalıştıkları önemli değil, büyüklüklerini korurlar.
Katılar, parçacıkların nasıl düzenlendiğine bağlı olarak iki ana kategoriye, kristalli katılara ve şekilsiz katılara ayrılır.
kristal Katı maddeler veya kristaller "gerçek katı maddeler" olarak kabul edilir. Mineraller kristalli katılardır. Yaygın sofra tuzu, bu tür katıların bir örneğidir. Kristalli katılarda, atomlar, iyonlar veya moleküller, bütün kristal üzerinde tekrarlanan düzenli ve simetrik bir düzende düzenlenir. Bir katı maddenin en küçük yinelenen yapısı, bir duvardaki bir tuğla gibi olan bir birim hücre olarak adlandırılır. Birim hücreler, kristal kafes adı verilen bir ağ oluşturmak için birleşir. Bravais kafesleri adı verilen 14 tip kafes vardır (19. yüzyıl Fransız fizikçisi Auguste Bravais adını almıştır) ve atomların düzenlenişine dayanan yedi kristal sistem olarak sınıflandırılmıştır. Davis Üniversitesi Kaliforniya'daki ChemWiki sayfası bu sistemleri kübik, altıgen, dörtgen, rhombohedral, ortorombik, monoklinik ve triklinik olarak listeler.
Parçacıkların düzenli olarak düzenlenmesinin yanı sıra, kristalli katıların diğer bazı karakteristik özellikleri vardır. Genellikle sıkıştırılamazlar, yani daha küçük şekiller halinde sıkıştırılamazlar. Kristalin tekrarlanan geometrik yapısı nedeniyle, parçacıklar arasındaki tüm bağlar eşit mukavemete sahiptir. Bu, kristalin bir katı maddenin ayrı bir erime noktasına sahip olacağı anlamına gelir, çünkü ısının uygulanması tüm bağların aynı anda kırılmasına neden olur.
Kristal katılar da sergiler anizotropi. Bu, kırılma indisi (maddenin içinden geçerken ne kadar ışık büküldüğü), iletkenlik (elektriği ne kadar iyi işler) ve gerilme mukavemeti (koparmak için gereken kuvvet) gibi özelliklerin bir kuvvetin yönüne bağlı olarak değişeceği anlamına gelir. uygulanır. Kristal katılar da sergiler yarılma; parçalandığında, parçaların yüzeyleri veya düz kenarları olacaktır.
Dört çeşit kristalin katı vardır: iyonik katılar, moleküler katılar, ağ kovalent katılar ve metalik katılar.
İyonik bileşikler, zıt yüklü iyonlardan oluşan kristaller oluşturur: pozitif yüklü katyon ve negatif yüklü anyon. Zıt yükler arasındaki güçlü çekim nedeniyle, iyonik bağların üstesinden gelmek çok fazla enerji gerektirir. Bu, iyonik bileşiklerin çok yüksek erime noktalarına sahip olduğu anlamına gelir, çoğu zaman 300 ila 1,000 derece Celsius arasındadır (572 ila 1.832 derece Fahrenheit).
Kristallerin kendileri sert, kırılgan ve iletken değildirken, çoğu iyonik bileşikler su içinde çözülebilir ve elektrik iletecek olan serbest iyonların bir çözeltisini oluşturur. Bunlar, bir metalik elementin (sodyum) bir atomunun metal olmayan bir elementin (klor) bir atomuna bağlandığı sodyum klorür (NaCl) veya sofra tuzu gibi basit ikili tuzlar olabilir. NH gibi poliamerik iyonlardan da oluşabilirler.4YOK HAYIR3 (amonyum nitrat). Polyatomik iyonlar, elektronları (atomları) paylaşan atom gruplarıdır. kovalent yapıştırma) ve bir bileşikte tek bir yüklü iyon oluşturmuş gibi çalışır.
Moleküler katılar, elektrostatik kuvvetler (HyperPhysics web sitesine göre van der Waals kuvvetleri olarak adlandırılır) tarafından birbirine çekilen kovalent olarak bağlanmış moleküllerden oluşur. Kovalent bağlanma, bu parçacıkların doğrudan aktarılmasından ziyade elektronların paylaşılmasını içerdiğinden, paylaşılan elektronlar, daha büyük atomun elektron bulutunda daha fazla zaman harcayarak zayıf veya değişken polariteye neden olabilir. İki kutup arasındaki bu elektrostatik çekim (dipoller) iyonik veya kovalent bağdan çok daha zayıftır, bu nedenle moleküler katı maddeler iyonik kristallerden daha yumuşak olma eğilimindedir ve daha düşük erime noktalarına sahiptir (çoğu 100 C veya 212 F'de daha az erimektedir). Çoğu moleküler katı, polar değildir. Bu polar olmayan moleküler katı maddeler suda çözülmez, ancak benzen ve oktan gibi polar olmayan bir çözücü içinde çözülür. Şeker gibi polar moleküler katılar suda kolayca çözülür. Moleküler katılar iletken değildir.
Moleküler katıların örnekleri arasında buz, şeker, katı klor gibi halojenler (Cl2) ve hidrojen klorür (HCI) gibi bir halojen ve hidrojen içeren bileşikler. Fullerene "buckyball" da moleküler katı maddelerdir.
Bir ağda katı, bireysel moleküller yoktur. Atomlar sürekli bir ağda kovalent olarak bağlanırlar ve sonuçta devasa kristaller oluşur. Bir ağda katı, her atom, tüm çevreleyen atomlara kovalent olarak bağlanır. Ağ katılar iyonik katılar için benzer özelliklere sahiptir. Son derece yüksek erime noktalı (1000 C veya 1,800 F'den yüksek) çok sert, biraz kırılgan katı maddelerdir. İyonik bileşiklerden farklı olarak, suda çözünmezler ve elektrik üretmezler.
Ağ katılarının örnekleri arasında elmaslar, ametist ve yakutlar bulunur.
Metaller hem eğilebilir hem de sünek olan opak, parlak katılardır. Dövülebilir olmaları, yumuşak olmaları ve ince tabakalar halinde şekillendirilebilmeleri veya preslenebilmeleri anlamına gelirken, sünek, tellere çekilebilmeleri anlamına gelir. Metalik bir bağda, valans elektronları iyonik ve kovalent bağda oldukları için bağışlanmaz veya paylaşılmaz. Aksine, komşu atomların elektron bulutları üst üste biner, böylece elektronlar delokalize olurlar. Elektronlar, kristal boyunca göreceli özgürlüğü bir atomdan diğerine taşırlar.
Bir metal, negatif elektronların "denizi" içinde pozitif katyonların bir kafes olarak tarif edilebilir. Bu elektron hareketliliği, metallerin yüksek ısı ve elektrik iletkenliği olduğu anlamına gelir. Metaller, yüksek erime noktalarına sahip olma eğilimindedirler, ancak dikkate değer istisnalar, eksi 37.84 Fahrenhayt (eksi 38.8 Santigrat) ve fosfor, erime noktası 111.2 F (44 C) olan bir civadır.
Bir alaşım, başka bir maddeyle metalik bir elementin katı bir karışımıdır. Saf metaller aşırı derecede dövülebilir ve ağır olabilirken, alaşımlar daha uygulanabilir. Bronz bir demir ve kalay alaşımıdır; çelik ise demir, karbon ve diğer katkı maddelerinin bir alaşımıdır.
İçinde amorf Katı maddeler (kelimenin tam anlamıyla "formsuz katı maddeler"), parçacıkların tekrarlayan bir kafes modeli yoktur. Ayrıca "sözde katı" olarak da adlandırılır. Amorf katıların örnekleri arasında cam, kauçuk, jeller ve çoğu plastik bulunmaktadır. Amorf bir katı, belirli bir erime noktasına sahip değildir; bunun yerine, bir dizi sıcaklıkta kademeli olarak erir, çünkü bağlar bir kerede kopmaz. Bu, şekilsiz bir katı maddenin tamamen sıvıya dönüşmeden önce yumuşak, yumuşak bir duruma (mum mum veya erimiş cam) dönüşeceği anlamına gelir.
Amorf katılar karakteristik simetriye sahip değildir, bu nedenle kesildiklerinde düzenli yarılma düzlemleri yoktur; kenarlar kavisli olabilir. Onlara telefon edildi izotropik çünkü kırılma indisi, iletkenlik ve çekme kuvveti gibi özellikler, bir kuvvetin uygulandığı yöne bakılmaksızın eşittir.