固体とは科学における定義と例

固体は、明確な形状と体積を持つ物質の状態として定義されます。対照的に、液体は形を変えることができますが、気体は形と体積の両方を変えることができます。固体中の粒子 (原子、分子、イオン) は、液体や気体に比べて密集しています。その配列は、結晶と呼ばれる規則的な格子の場合もあれば、アモルファス固体と呼ばれる不規則な配列の場合もあります。

固体の性質

ソリッドのプロパティには以下が含まれます:

• 粒子は密集しています。これにより、原子と分子が化学結合を形成できるようになります。
• 固体は硬い
• 固体は流れません。
• 固体は容易に圧縮できません。

固体の例

固定された形状と体積を持つものはすべて、ソリッドの例です。ソリッドの例:

• ほとんどの金属（コイン、道具、カトラリー、釘）
• 建材（レンガ、木材、ガラス、コンクリート）
• 日用品（鍋、フライパン、机、おもちゃ、パソコン、自動車）
• 岩石と鉱物
• 宝石とほとんどのクリスタル (ダイヤモンド、サファイア、ルビー)
• 氷
• ほとんどの化学元素 (例外には多くの非金属が含まれます)

固体ではないものの例には、空気、水、液晶、要素の水銀とヘリウム、蒸気が含まれます。

固体のクラス

固体を分類するにはさまざまな方法があります。

固体は、結晶性、多結晶性、非晶質に分類できます。

• 結晶性固体 ：結晶性固体中の粒子が規則正しい格子状に並んでいる。良い例は、塩の結晶 (塩化ナトリウム) です。
• 多結晶固体 :多結晶固体では、微結晶と呼ばれる小さな結晶が結合して、より大きな構造を形成します。多くのセラミックは多結晶です。
• アモルファス固体 ：非晶質の固体では、粒子が不規則に詰まっています。ガラスとポリスチレンは非晶質固体の例です。

固体を分類するもう 1 つの方法は、化学結合の性質によるものです。

• イオン固体 :一部の固体には、塩化ナトリウムなどのイオン結合が含まれています。これらの固体は、正に帯電した陽イオンと負に帯電した陰イオンで構成され、互いに強く引き付けられます。イオン性固体は、融点の高い脆い結晶を形成する傾向があります。イオン結合の極性により、多くのイオン性固体が水に溶解し、電気を通す溶液が形成されます。
• 分子固体 ：共有結合を利用して分子固体が形成されます。分子固体の例には、氷と砂糖が含まれます。分子固体は無極性である傾向があり、イオン性固体よりも融点が低くなります。ほとんどの分子固体は、イオン固体よりも柔らかいです。
• ネットワーク共有固体 :ネットワーク共有結合固体内の粒子は、各原子が周囲の原子 (基本的に巨大な単一分子) に結合した連続ネットワークを形成します。ネットワーク固体は、イオン固体に似た特性を持っています。それらは硬くてもろく、融点が高い傾向があります。イオン性化合物とは異なり、それらは水に溶けず、電気伝導性が低くなります。ダイヤモンドとルビーは、ネットワーク共有結合固体の例です。
• 金属固体 ：金属中の原子が金属結合でくっついています。電子は比較的自由に移動できるため、金属は熱と電気を伝導します。金属固体は不透明で、可鍛性があり、延性があります。

固体を分類する 3 つ目の方法は、その組成によるものです。固体の主なクラスは次のとおりです:

• 金属 :水銀を除いて、元素金属は固体です。ほとんどの合金も固体です。金属は硬く、可鍛性があり、延性があり、通常は良好な電気伝導体および熱伝導体です。固体金属の例には、銀、真鍮、鋼などがあります。
• ミネラル ：ミネラルは天然の無機固体です。例としては、塩、雲母、ダイヤモンドなどがあります。
• 陶器 :セラミックスは無機化合物、通常は酸化物から作られた固体です。セラミックスは硬く、もろく、耐腐食性があります。
• 有機固体 :有機固形物には、ワックス、プラスチック、ポリマー、髪、爪、木材が含まれます。ほとんどの有機固体は、金属やセラミックよりも融点と沸点が低い電気絶縁体および断熱体です。
• 複合材料 :複合材料は、2 つ以上の相からなる固体です。たとえば、炭素繊維を含むプラスチックは複合材料です。
• 半導体 :半導体は、絶縁体と導体の中間の電気的性質を持つ固体です。それらは、元素、化合物、またはドープされた材料である可能性があります。半導体の例には、ガリウム砒素とシリコンが含まれます。
• 生体材料 :生体材料は、生物によって作られる特別な種類の有機固体です。一部の生体材料は、自己組織化が可能です。例として、コラーゲンや骨が挙げられます。
• ナノマテリアル :ナノマテリアルは、サイズがナノメートルの小さな固体です。これらの非常に小さな固体は、より大きな対応物と比較して、異なる化学的および物理的特性を示します。たとえば、金ナノ粒子は金ではなく赤色で、通常の金よりも低い温度で溶けます。

参考文献

• ホーリー、デニス (2017)。 一般生物学 I:分子、細胞、遺伝子 .犬耳出版。 ISBN 9781457552748.
• Narula, G.K.; Narula、KS。グプタ、V. K. (1989)。 材料科学 .タタ・マグロウヒル教育. ISBN 9780074517963.