Ciało stałe

Model budowy krystalicznego ciała stałego

Ciało stałe – ciało, które w ujęciu makroskopowym charakteryzuje stabilność kształtu, z punktu widzenia mikroskopowego charakteryzuje się tym, że jego atomy wykonują niewielkie drgania wokół położenia równowagi. W tradycyjnym podziale stanów skupienia jest jednym z trzech stanów skupienia. Właściwości ciał stałych są przedmiotem badań fizyki ciała stałego.

Stabilność kształtu oznacza, że w danych warunkach bez działania sił zewnętrznych ciało zajmuje tylko określoną objętość i zachowuje swój kształt. Poddane działaniu sił odkształca się, jeśli siły są niewielkie to po ich ustąpieniu ciało powraca do poprzedniego kształtu. Przeciwieństwem ciała stałego jest płyn .

W ujęciu mikroskopowym w zależności od ułożenia atomów ciała dzieli się na ciała krystaliczne, w których atomy ułożone są regularnie, oraz bezpostaciowe, w których atomy ułożone są chaotycznie.

Ciało stałe jest pojęciem mało precyzyjnym i mogą w nim występować w rzeczywistości różne stany skupienia materii zwane bardziej precyzyjnie fazami fizycznymi.

Istnieją ciała stałe krystaliczne, które mają różne fazy:

• kryształy plastyczne
• kryształy condis
• kwazikryształy.

Niektóre są w stanie "zamrożonego nieporządku" inaczej mówiąc bezpostaciowe, który z termodynamicznego punktu widzenia jest niestabilny (choć może istnieć bardzo długo). Taką fazę nazywa się fazą szklistą lub fazą amorficzną. Substancja stała w stanie szklistym, której przykładem jest szkło, może być traktowana jak ciecz o nieskończenie dużej lepkości.

W wielu substancjach, jak np. w tworzywach sztucznych lub w metalach często zdarza się, że w stanie stałym występują jednocześnie dwie fazy, np. krystaliczna i amorficzna, tworząc złożoną mikrostrukturę, decydującą o własnościach mechanicznych całego materiału.

Cząsteczki ciała stałego ułożone są stosunkowo blisko siebie. Siły przyciągania między nimi są bardzo duże, dlatego ciało w tym stanie trudno jest rozerwać lub pokruszyć. Cząsteczki i atomy w ciałach stałych nie przemieszczają się w większej skali, a tylko wykonują drgania wokół swoich położeń równowagi.

Bibliografia

• Janusz Tomaszewski: Leksykon wiedzy szkolnej. Warszawa: Oficyna Wydawnicza Graf-Punkt, 2003. ISBN 83-87988-58-8.
• Ilse Hell: Neues grosses Universal-Lexikon in Farbe über 50000 Stichwörter mit über 3500 Abbildungen. München: Compact-Verl, 2003. ISBN 3-8174-5003-6. (niem.).