Cvrsto stanje materije

UVOD

Agregatno stanje je makroskopski oblik postojanja materije, uniformnog hemijskog sastava i uniformnih fizičkih osobina u kojem čestice imaju karakterističan prostorni raspored i karakteristične oblike kretanja.
Tip agregatnog stanja (tečno, gasovito, čvrsto, plazma) zavisi od odnosa termalne energije čestica i energije međumolekulskih interakcija.
Čvrsto agregatno stanje predstavlja jedno od četiri agregatna stanja materije, a poznajemo ga po svojstvima opiranja pri promeni oblika i zapremine. U čvrstoj materiji privlačne sile između čestica su relativno jake i imaju vlastitu zapreminu i oblik, jer su blisko spakovane u čvrstom strukturnom rasporedu.
Mnoge supstance u prirodi se nalaze u čvrstom obliku organizacije. Uređenost strukturnih jedinica (atomi, joni, molekuli) u čvrstoj supstanci je dosta veća nego u tečnostima. Promena položaja strukturnih jedinica nije moguća i one miruju, ako se zanemare oscilacije ovih strukturnih jedinica oko ravnotežnog položaja.
Tela u čvrstom stanju mogu biti amorfna i kristalna. U amorfnim telima supstanca ima mehaničke osobine čvrstog tela, ali nema definisanu tačku topljenja, napon pare, pravilan raspored čestica supstance (primer staklo). U kristalnim telima postoji pravilan geometrijski oblik, čestice iz kojih je kristal načinjen su pravilno rapoređene (atomi, molekuli ili joni).
U zavisnosti od vrste strukturnih jedinica, kao i prirode sile koja ih povezuje, kristali se dele na molekulske, jonske, atomske i metalne kristalne rešetke. Prema vrsti osnovnih kristalnih ćelija, dele se na: kubne, tetraponalne, heksaponalne. Pri stvaranju jednog mola kristala oslobodi se energija koja zavisi od tipa kristalne rešetke, tj. od prirode hemijske veze u kristalu. Vrednost energije kristalne rešetke određuje tvrdoću kristala, rastvorljivost i druge fizičke osobine.
U svakoj kristalnoj strukturi, odnosno, kristalnoj rešetci, javljaju se defekti kristalne rešetke kao posledica čitavog niza karakteristika za kristale kao što su: pojava difuzije, provodljivost jonskih kristala i samodifuzije, poluprovodljivost i dr. Ove pojave je moguće objasniti jedino uz pretpostavku da kristalna rešetka nije savršeno pravilna građa.

1. TIPOVI ČVRSTIH MATERIJA

Čvrste supstance razlikuju se po rasporedu čestica, tj. po njihovoj strukturi. Prema strukturnom uređaju čvrstu materiju delimo na dve velike osnovne grupe, na kristalne i amorfne materije, s’ time da se u praksi pojavljuju još tzv. tekući i kvazi kristali.

1.1. Jedinične ćelije
Raspored atoma kod kristalnih čvrstih tela ukazuje da male grupe atoma formiraju obrazac koji se ponavlja. Zato se prilikom opisivanja kristalnih struktura one uglavnom svode na male entitete koji se ponavljaju, a koji se nazivaju jediničnim ćelijama. Jedinične ćelije za većinu kristalnih struktura su prizme. Ćelija se sastoji od skupa sfera, slika 1., koje u ovom slučaju predstavljaju kocku. Jedinična ćelija predstavlja osnovnu strukturalnu jedinicu kojim se definiše kristalna struktura materijala po obliku geometrije i po poziciji atoma u okviru nje.
Uobičajeno je da se temena paralelopipeda izaberu tako da budu centri fiksiranih sfera koje predstavljaju atome. Uz to je pogodno izabrati više od jedne jedinstvene ćelije za opisivanje odgovarajuće kristalne strukture.

Slika 1. Kristalna rešetka

1.2. Amorfna struktura
Amorfne čestice su u stanju nereda koje nastaju zbog velikog viskoziteta1 tečnosti prilikom hlađenja tih supstanci u tečnosti. Supstanca u njima ima mehaničke osobine čvrstog tela, ali nema definisanu tačku topljenja, napon pare, pravilan raspored čestica supstance, pr. staklo.

______________
Viskozitet tečnosti je mera njehog otpora da teče. Što je veća privlačnost između čestica tečnosti, to je viskozitet veći.