SOLID STATE: KARAKTERISTIK, PROPERTI, TIPE, CONTOH - ILMU - 2025

Keadaan padat adalah salah satu cara utama agregat materi untuk menciptakan benda padat atau padat. Seluruh kerak bumi, kecuali lautan dan samudra, adalah kumpulan padat yang beraneka ragam. Contoh benda dalam keadaan padat adalah buku, batu, atau butiran pasir.

Kita dapat berinteraksi dengan benda padat berkat tolakan elektron kita dengan yang ada pada atom atau molekulnya. Tidak seperti cairan dan gas, selama tidak terlalu beracun, tangan kita tidak dapat menembusnya, melainkan menghancurkan atau menyerapnya.

Patung kayu kuda ini terbuat dari polimer alami yang sangat kohesif. Sumber: Pxhere.

Zat padat biasanya lebih mudah ditangani atau disimpan daripada cairan atau gas. Kecuali jika partikel-partikelnya terbagi dengan halus, arus angin tidak akan membawanya ke arah lain; mereka tetap di ruang yang ditentukan oleh interaksi antarmolekul atom, ion atau molekulnya.

Konsep yang kokoh

Zat padat adalah keadaan materi yang memiliki volume dan bentuk yang kaku; partikel yang membentuk material atau benda dalam keadaan padat dipasang di satu tempat, tidak mudah dimampatkan.

Keadaan materi ini adalah yang paling beragam dan kaya dalam hal kimia dan fisika. Kita memiliki padatan ionik, logam, atom, molekuler, dan kovalen, masing-masing dengan unit strukturalnya sendiri; yaitu, dengan kristalnya sendiri. Ketika mode agregasi mereka tidak memungkinkan mereka untuk membangun struktur internal yang teratur, mereka menjadi tidak berbentuk dan rumit.

Studi tentang solid state menyatu dalam desain dan sintesis material baru. Misalnya, kayu solid alami juga telah digunakan sebagai bahan penghias dan untuk pembangunan rumah.

Bahan padat lainnya memungkinkan pembuatan mobil, pesawat terbang, kapal, pesawat ruang angkasa, reaktor nuklir, peralatan olahraga, baterai, katalis, dan banyak benda atau produk lainnya.

Karakteristik umum padatan

Pegas dan kayu, komponen kaliper, contoh padat

Karakteristik utama dari padatan adalah:

-Mereka telah mendefinisikan massa, volume, dan bentuk. Gas, misalnya, tidak memiliki akhir atau awal, karena ini bergantung pada wadah yang menyimpannya.

-Mereka sangat padat. Padatan cenderung lebih padat dari pada cairan dan gas; meskipun ada beberapa pengecualian pada aturan tersebut, terutama saat membandingkan zat cair dan padat.

-Jarak yang memisahkan partikelnya pendek. Ini berarti bahwa mereka telah menjadi sangat kohesif atau padat dalam volume masing-masing.

-Interaksi antarmolekulnya sangat kuat, jika tidak mereka tidak akan ada seperti itu dan akan mencair atau menyublim dalam kondisi terestrial.

Perbedaan antara partikel padat, cair dan gas

- Mobilitas zat padat biasanya sangat terbatas, tidak hanya dari sudut pandang material, tetapi juga secara molekuler. Partikel-partikelnya terkurung dalam posisi tetap, di mana mereka hanya dapat bergetar, tetapi tidak bergerak atau berputar (dalam teori).

Properti

Titik lebur

Semua padatan, kecuali jika diuraikan dalam proses, dan terlepas dari apakah mereka konduktor panas yang baik atau tidak, dapat berubah menjadi bentuk cair pada suhu tertentu: titik lelehnya. Ketika suhu ini tercapai, partikelnya akhirnya berhasil mengalir dan keluar dari posisi tetapnya.

Titik leleh ini akan bergantung pada sifat padatan, interaksinya, massa molar, dan energi kisi kristal. Sebagai aturan umum, padatan ionik dan jaringan kovalen (seperti berlian dan silikon dioksida) cenderung memiliki titik leleh tertinggi; sedangkan padatan molekulnya, paling rendah.

Gambar berikut menunjukkan bagaimana es batu (keadaan padat) berubah menjadi bentuk cair:

Stoikiometri

Sebagian besar padatan berbentuk molekuler, karena mereka adalah senyawa yang interaksi antarmolekulnya memungkinkannya untuk bergabung sedemikian rupa. Namun, banyak yang lainnya adalah ionik atau ionik parsial, sehingga satuannya bukanlah molekul, tetapi sel: sekumpulan atom atau ion yang tersusun secara teratur.

Di sinilah rumus zat padat tersebut harus menghormati netralitas muatan, yang menunjukkan komposisi dan hubungan stoikiometri mereka. Misalnya, padatan yang rumus hipotetisnya adalah A ₂ B ₄ O ₂ menunjukkan bahwa ia memiliki jumlah atom A yang sama dengan O (2: 2), sedangkan ia memiliki dua kali jumlah atom B (2: 4).

Perhatikan bahwa subskrip dari rumus A ₂ B ₄ O ₂ adalah bilangan bulat, yang menunjukkan bahwa itu adalah stoikiometri padat. Komposisi banyak zat padat dijelaskan dengan rumus ini. Muatan pada A, B, dan O harus berjumlah nol, karena jika tidak maka akan ada muatan positif atau negatif.

Untuk zat padat, sangat berguna untuk mengetahui cara menafsirkan rumusnya karena, umumnya, komposisi cairan dan gas lebih sederhana.

Cacat

Struktur benda padat tidak sempurna; mereka menghadirkan ketidaksempurnaan atau cacat, betapapun kristal itu. Ini tidak terjadi pada cairan, tidak juga dengan gas. Tidak ada daerah air cair yang dapat dikatakan sebelumnya "terkilir" dari sekitarnya.

Cacat tersebut bertanggung jawab atas padatan yang keras dan rapuh, yang menunjukkan sifat-sifat seperti piroelektrik dan piezoelektrik, atau tidak lagi memiliki komposisi yang ditentukan; yaitu, mereka adalah padatan non-stoikiometri (misalnya A _0,4 B _1,3 O _0,5 ).

Reaktivitas

Padatan biasanya kurang reaktif dibandingkan cairan dan gas; tetapi bukan karena sebab-sebab kimiawi, melainkan fakta bahwa strukturnya mencegah reaktan menyerang partikel di dalamnya, bereaksi pertama dengan yang ada di permukaannya. Oleh karena itu, reaksi yang melibatkan zat padat cenderung lebih lambat; kecuali mereka dihancurkan.

Ketika padatan dalam bentuk bubuk, partikelnya yang lebih kecil memiliki area atau permukaan yang lebih besar untuk bereaksi. Itulah sebabnya padatan halus sering diberi label sebagai reagen yang berpotensi berbahaya, karena dapat menyala dengan cepat, atau bereaksi kuat jika bersentuhan dengan zat atau senyawa lain.

Seringkali, padatan dilarutkan dalam media reaksi untuk menghomogenkan sistem dan melakukan sintesis dengan hasil yang lebih tinggi.

Fisik

Dengan pengecualian titik leleh dan cacat, apa yang telah dikatakan sejauh ini lebih sesuai dengan sifat kimia padatan daripada dengan sifat fisiknya. Fisika material sangat difokuskan pada bagaimana cahaya, suara, elektron dan panas berinteraksi dengan padatan, apakah itu kristal, amorf, molekuler, dll.

Di sinilah apa yang dikenal sebagai padatan plastik, elastis, kaku, buram, transparan, superkonduktor, fotolistrik, mikroporous, feromagnetik, isolasi atau semikonduktor masuk.

Dalam kimia, misalnya, bahan yang tidak menyerap radiasi ultraviolet atau cahaya tampak diminati, karena bahan tersebut digunakan untuk membuat sel pengukuran untuk spektrofotometer UV-Vis. Hal yang sama terjadi dengan radiasi infra merah, ketika Anda ingin mengkarakterisasi suatu senyawa dengan mendapatkan spektrum IR-nya, atau mempelajari kemajuan suatu reaksi.

Studi dan manipulasi semua sifat fisik padatan membutuhkan dedikasi yang tinggi, serta sintesis dan desainnya, memilih "potongan" konstruksi anorganik, biologis, organik atau organologam untuk bahan baru.

Jenis dan contoh

Karena ada beberapa jenis zat padat secara kimiawi, contoh perwakilan akan disebutkan secara terpisah untuk masing-masing.

Padatan kristal

Di satu sisi, ada padatan kristal. Unsur-unsur ini dicirikan karena molekul yang menyusunnya dikonfigurasi dengan cara yang sama, yang diulangi sebagai pola di seluruh kristal. Setiap pola disebut sel satuan.

Padatan kristalin juga dicirikan dengan memiliki titik leleh yang ditentukan; Artinya, dengan keseragaman susunan molekulnya, terdapat jarak yang sama antara setiap sel satuan, yang memungkinkan seluruh struktur untuk terus berubah di bawah suhu yang sama.

Contoh padatan kristal bisa berupa garam dan gula.

Padatan amorf

Padatan amorf dicirikan oleh fakta bahwa konformasi molekulnya tidak merespons suatu pola, tetapi bervariasi di seluruh permukaan.

Karena tidak ada pola seperti itu, titik leleh padatan amorf tidak ditentukan, tidak seperti padatan kristal, yang berarti ia meleleh secara bertahap dan di bawah suhu yang berbeda.

Contoh padatan amorf bisa berupa kaca dan sebagian besar plastik.

Ionik

Padatan ion dikarakterisasi dengan memiliki kation dan anion, yang berinteraksi satu sama lain melalui tarikan elektrostatis (ikatan ion). Ketika ion-ionnya kecil, struktur yang dihasilkan biasanya selalu berbentuk kristal (dengan mempertimbangkan cacatnya). Di antara beberapa padatan ion yang kami miliki:

-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 ^- ), amonium klorida

-ZnS (Zn ²⁺ S ^2- ), seng sulfida

-Fe (C ₆ H ₅ COO) ₃ , besi benzoat

Metalik

Seperti yang ditunjukkan namanya, mereka adalah padatan yang memiliki atom logam yang berinteraksi melalui ikatan logam:

-Perak

-Emas

-Memimpin

-Kuningan

-Perunggu

-Emas putih

-Timah

-Steels

-Duralumin

Perhatikan bahwa paduan juga dihitung sebagai logam padat, tentu saja.

Atom

Benda padat logam juga bersifat atom, karena secara teori tidak ada ikatan kovalen antara atom logam (MM). Namun, gas mulia pada dasarnya dihitung sebagai spesies atom, karena hanya gaya dispersif London yang mendominasi di antara mereka.

Oleh karena itu, meskipun mereka bukan padatan aplikasi tinggi (dan sulit diperoleh), gas mulia yang mengkristal adalah contoh padatan atom; yaitu: helium, neon, argon, kripton, dll., padatan.

Molekuler dan polimer

Molekul dapat berinteraksi melalui gaya Van der Walls, di mana massa molekul, momen dipol, ikatan hidrogen, struktur, dan geometrinya memainkan peran penting. Semakin kuat interaksi tersebut, semakin besar kemungkinan interaksi tersebut dalam bentuk yang solid.

Di sisi lain, alasan yang sama berlaku untuk polimer, yang karena massa molekul rata-rata yang tinggi hampir selalu padat, dan beberapa di antaranya amorf; karena, unit polimeriknya sulit untuk mengatur dirinya sendiri dengan rapi untuk membuat kristal.

Jadi, kami memiliki di antara beberapa padatan molekuler dan polimerik berikut ini:

-Es kering

-Gula

-Yodium

-Asam benzoat

-Acetamide

Belerang -Rhombic

Asam palmitat

-Fullerenos

-Pertandingan

-Kafein

-Naftalena

-Kayu dan kertas

-Sutra

-Teflon

-Polyethylene

-Kevlar

-Bakelite

-Polyvinyl chloride

-Polystyrene

-Polypropylene

-Protein

-Cokelat bar

Jaringan kovalen

Akhirnya, kita memiliki jaringan kovalen antara padatan leleh yang paling keras dan tertinggi. Beberapa contohnya adalah:

-Grafit

-Berlian

-Kuarsa

-Silicium karbida

-Boron nitrida

-Aluminium fosfida

-Gallium arsenide

Referensi

1. Menggigil & Atkins. (2008). Kimia anorganik. (Edisi keempat). Mc Graw Hill.
2. Whitten, Davis, Peck & Stanley. (2008). Kimia (Edisi ke-8). CENGAGE Learning.
3. Wikipedia. (2019). Kimia zat padat. Dipulihkan dari: en.wikipedia.org
4. Elsevier BV (2019). Kimia zat padat. ScienceDirect. Diperoleh dari: sciencedirect.com
5. Dr. Michael Lufaso. (sf). Catatan Kuliah Kimia Solid State. Diperoleh dari: unf.edu
6. askIITians. (2019). Karakteristik Umum Solid State. Diperoleh dari: askiitians.com
7. David Wood. (2019). Bagaimana Atom & Molekul Membentuk Padatan: Pola & Kristal. Belajar. Diperoleh dari: study.com