Sólido

Para outras páxinas con títulos homónimos véxase: Sólido (homónimos).

O estado sólido é un estado da materia, coas características de ter volume e forma definidos (isto é, a materia resiste á deformación). Dentro dun sólido, os átomos ou as moléculas están relativamente próximos, ou "ríxidos". Mais isto non evita que o sólido se deforme ou comprima. Na fase sólida da materia, os átomos teñen unha ordenación espacial fixa, mais unha vez que toda a materia ten algunha enerxía cinética, ata os átomos do sólido máis ríxido móvense lixeiramente, nun movemento "invisíbel".

Pedazo de xeo, auga en estado sólido.

Os físicos chaman ao estudo dos sólidos física do estado sólido. Este ramo inclúe o estudo de semicondutores e de supercondutividade. A física do estado sólido é un tipo de física da materia condensada.

A ciencia dos materiais preocúpase fundamentalmente con propiedades dos sólidos tales como a forza e transformacións de fase. É largamente coincidente coa física do estado sólido.

A química do estado sólido cobre en parte ambos estes campos, mais preocúpase principalmente coa síntese de novos materiais.

Propiedades dos sólidos

• Elasticidade: Un sólido recupera a súa forma orixinal cando se deforma. Un resorte é un obxecto no que se pode observar esta propiedade, xa que volve á súa forma orixinal.
• Fraxilidade: Un sólido pode romperse en moitos fragmentos (crebadizo).
• Dureza: Hai sólidos que non poden ser raiados por outros máis brandos. O diamante é un sólido cunha dureza elevada.
• Forma definida: Teñen forma definida, son relativamente ríxidos e non flúen como fan os gases e os líquidos, agás baixo presións extremas do medio.
• Alta densidade: Os sólidos teñen densidades relativamente altas debido á proximidade das súas moléculas e por iso se di que son máis "pesados".
• Flotación: Algúns sólidos cumpren con esta propiedade só se a súa densidade é menor cá do líquido na que se coloca.
• Inercia: é a dificultade ou resistencia que opón un sistema físico ou un sistema social a posibles cambios; no caso dos sólidos pon resistencia a cambiar o seu estado de reposo.
• Tenacidade: Na ciencia dos materiais, a tenacidade é a resistencia que opón un material a que se propaguen fisuras ou fendas.
• Maleabilidade: É a propiedade da materia, que presentan os corpos a seren labrados por deformación. A maleabilidade permite a obtención de láminas delgadas de material sen que se rompa, tendo en común que non existe ningún método para cuantificalas.
• Ductilidade: A ductilidade refírese á propiedade dos sólidos de poder obter fíos deles.
• Rixidez: Algúns sólidos poden resistir máis ca outros as dobreces e as distorsións.
• Deformación: Algúns sólidos poden deformarse sen romperen, adquirindo unha forma diferente á que tiñan.

Sólidos cristalinos

Cristais de insulina

Con excepción do mercurio, os metais caracterízanse por estaren no estado sólido a temperatura ambiente, logo os sales e a maioría dos minerais son cristais. Os seres humanos xa coñecían cristais como o sal e o cuarzo dende hai varios séculos, mais non foi até o século XX, cando foron interpretados como arranxos regulares de átomos. En 1912 utilizáronse os raios X para corroborar que todo cristal é un arranxo ordenado e tridimensional. As medidas mostraron que os átomos dun cristal estaban moi próximos, coa distancia entre eles aproximadamente ao cumprimento dos raios X.

Os materiais con constituíntes dispostos nun padrón regular coñécense como cristais. Nos sólidos cristalinos, as partículas (átomos, moléculas ou ións) están nun padrón de regularidade ordenada, repetitiva. Hai moitas estruturas cristalinas diferentes, e a mesma substancia pode ter máis dunha estrutura (ou fase sólida), por exemplo, o xeo ten quince estruturas cristalinas coñecidas, ou quince fases sólidas, que existen a varias temperaturas e presións. Unha das características dos sólidos é a organización das moléculas que compoñen o material, pois están de forma organizada; outros materiais como os vidros, os plásticos e outros, que non posúen esa organización, denomínanse sólidos amorfos.

No estado sólido, a distancia media de separación entre os átomos, ou moléculas, que forman a mostra é comparable aos seus diámetros. Neste caso, a intensidade da interacción entre os átomos, ou moléculas é da mesma orde de grandeza que a intensidade da interacción que mantén unidos os átomos en moléculas illadas.

Sólidos amorfos

Mostras de metal amorfo, coa escala en milímetros

Os sólidos amorfos son aqueles que non posúen unha ordenación interna uniforme, carecen dunha rede de cristalización e a súa estrutura interior se asemella máis aos líquidos, con disposición interna e gran parte aleatoria. Os sólidos amorfos son por exemplo, os plásticos, os vidros, os xabóns, as parafinas e moitos outros compostos orgánicos e inorgánicos.

En moitos sólidos amorfos as partículas posúen liberdade para vagar polo material. Iso evidénciase por exemplo na elasticidade da goma ou na tendencia do vidro a fluír cando está suxeito a tensións durante períodos longos de tempo. Algunhas das aplicacións dos vidros e dos materiais plásticos derivan da súa cualidade de seren fáciles de moldear cando son sometidos a aumentos de temperatura.

Poden atoparse exemplos de sólidos amorfos nos tres grupos de materiais (metálicos, cerámicos e poliméricos). Unha das formas de obterse un sólido amorfo é evitar a súa cristalización durante o proceso de solidificación. En moitas substancias é posible evitar esta cristalización, por exemplo a través do arrefriamento rápido.

Os metais puros son propensos á cristalización e por outro lado a solidificación ultrarrápida de diversos metais produce metais amorfos, tamén denominados vidros metálicos. O primeiro metal amorfo do que se tivo noticia era unha aliaxe de ouro e silicio (Au₇₅Si₂₅) producida polos científicos W. Klement (Jr.), Willens e Duwez en 1960.

A ausencia de simetría fai dos vidros metálicos excelentes materiais magnéticos. Xeralmente presenta gran resistencia metálica e tenacidade. Son máis resistentes á corrosión que as aliaxes cristalinas tradicionais. Presentan alta resistencia eléctrica e baixas perdas acústicas.

Os sólidos amorfos tamén se chaman "sólidos vítreos".