Solid

Un solid es un estat de la matèria que correspònd a un estat caracterizat per de liasons quimicas fòrtas capablas d'impausar un òrdre definit ai particulas que lo compausan. Un solid es donc capable de gardar una forma pròpria. A tanben una massa volumica auta, a respècte deis autreis estats de la matèria, e es incompressible. Pòu passar a l'estat liquid per fusion e a l'estat gasós per sublimacion. Dins lo sens invèrs, un liquid pòu venir solid per solidificacion e un gas pòu venir solid per condensacion. Existís plusors tipes de solids diferents coma lei metaus, lei mineraus ò lei ceramicas.

Fotografia d'un robin, un exemple de solid minerau.

Descripcion microscopicas

Dins la matèria a l'estat solid, leis atòms oscillan a l'entorn de posicions fixas. Aqueu fenomèn es la consequéncia de l'intensitat deis interaccions entre lei particulas que compausan lo solid. Dins lei cristaus, l'organizacion d'aquelei particulas seguís un ret ordonat. En revènge, es irregulara dins lei solids amòrfs.

Lei proprietats dei solids ordonats son principalament estudiadas per lo mejan de l'analisi dei proprietats de son ret cristallin. D'efiech, gràcias a son estructura regulara, es possible d'utilizar fòrça instruments per determinar sei caracteristicas (difraccion X, microscopia electronica...). La mecanica quantica provesís tanben d'otís per descrire una estructura d'aquela talha. Una dei teorias principalas qu'explica lei fenomèns observats dins lei cristaus (conductivitat termica, conductivitat electrica...) es la teoria dei bendas. Un autre aisse important de l'estudi dei solids ordonats es aqueu deis irregularitats de l'estructura cristallina (preséncia d'impuretats, de lacunas...) que son a l'origina de proprietats particularas.

Dins lei solids amòrfs, la periodicitat dau ret cristallin disparéis a lònga distància. Dins certanei cas, coma aqueu deis aliatges, un òrdre es conservat sus de distàncias pichonas e s'obsèrvan fòrça transicions òrdre-desòrdre. Dins d'autrei cas, lo desòrdre es pus complèt amb una abséncia mai ò mens importanta d'òrdre cristallins, compres sus de distàncias reduchas. Per aquelei solids, l'usatge de metòdes estatistics es sovent necessària per depintar lei proprietats de la matèria.

• 
  Cristau de clorur de sòdi naturau.
• 
  Imatge microscopic d'un acier mostrant plusors zònas diferentas de cristallizacion.
• 
  Imatge microscopic d'una granodiorita, una ròca compausada de plusors mineraus cristallizats diferents.
• 
  Mòstra d'ambre, un exemple de solid amòrf naturau.

Proprietats macroscopicas

Proprietats mecanicas

Lei solids son caracterizats per una fòrta resisténcia a la deformacion. Pasmens, aqueu fenomèn empacha pas tota deformacion e existís una disciplina scientifica e tecnica especializada, la mecanica dei solids deformables, per estudiar aqueu domeni. D'efiech, segon son intensitat, la deformacion d'un solid es a la basa de plusors proprietats importantas :

• l'elasticitat es una deformacion limitada dau solid, entraïnada per una constrencha moderada, que li permet de tornar prendre sa forma iniciala quand la constrencha a l'origina de la deformacion disparéis.
• la viscoelasticitat es un comportament generalament observat dins lei polimèrs. Un materiau viscoelastic es elastic, es a dire capable de tornar prendre sa forma après una constrencha en restituïssent d'energia, e viscós, es a dire capable de dissipar d'energia. Un materiau viscoelastic pòu donc reprendre sa forma d'origina après deformacion mai aqueu retorn es constituit d'una partida instantanèa e d'una partida diferida.
• la plasticitat es una deformacion irreversibla d'un materiau, consequéncia d'una constrencha tròp importanta. La ductilitat designa la capacitat d'un materiau a subir una deformacion plastica sensa se rompre. Es sovent importanta per lei metaus.
• la resisténcia a la compression, a l'estirament e au cisalhament caracterizan la capacitat dau materiau de mantenir son estructura fàcia a aquelei tipes de constrencha.
• la tenacitat representa la capacitat d'un materiau a resistir a la propagacion d'una fendilha.

La màger part dei solids vènon mens resistents quand la temperatura aumenta. Dins aquò, existís una categoria particulara de materiaus, dichs refractaris, que gardan sei proprietats dins una tala situacion.

Proprietats termicas

Lei movements d'oscillacion dei particulas constitutivas d'un solid son liats a l'agitacion termica. Per aquela rason, lei solids pòdon conservar una certana quantitat de calor dins son estructura. Aquò es a l'origina de divèrsei proprietats coma la conductivitat termica qu'exprimís la capacitat d'un solid de transmetre l'energia termica.

Proprietats electricas

Lei desplaçaments de particulas cargadas (electrons, lacunas electronicas, ions...) son possiblas dins lei solids. Aquò se tradutz per l'existéncia de proprietats electricas variablas. Certanei solids, coma lei metaus, son de conductors electrics eficaç en permetent la circulacion d'una gròssa quantitat d'electrons. En revènge, un solid isolant va s'opausar a aqueu passatge. Se fau egalament nòtar l'existéncia de materiaus intermediaris coma lei semiconductors que tènon un ròtle important dins fòrça tecnologias modèrnas.

A de temperaturas bassas, plusors solids vènon supraconductors. Lor resisténcia electrica demenís fins a una valor quasi nulla, çò que permet un passatge rapid e aisat d'un corrent electric. Aquò es una proprietat qu'es l'objècte de recèrcas importantas car seis aplicacions semblan estrategicas dins la societat futura. Lei premiers materiaus supraconductors foncionavan a una temperatura fòrça febla, de l'òrdre de quauquei kelvins. Pasmens, uei, plusors supraconductors amb una temperatura critica superiora a aquela de l'azòt liquid son estats descubèrts.

Proprietats opticas

Lei solids pòdon transmetre ò rebatre la lutz visibla. Segon sei caracteristicas, son classats dins tres categorias principalas que son lei materiaus transparents, lei materiaus translucents e lei materiaus opacs. Lei premiers permèton lo passatge de la lutz. Per exemple, es lo cas de l'aiga pura. Lei segonds, coma l'aiga impura ò l'òli, permèton un passatge parciau deis ondas luminosas. Enfin, lei materiaus dau darrier grop empachan lo passatge de la lutz. La fusta ò lo fèrre ne'n fan partida. Se fau nòtar qu'aquelei proprietats varian de còps amb la longor d'onda. Per exemple, lo veire utilizat per la fabricacion de fenèstras laissa passar la lutz visibla, l'infraroge e lei UV-A mai arrèsta lei UV-B e lei UV-C.

Tipes principaus de solids

Metaus

Article detalhat: Metau.

Lei metaus son un ensemble d'elements quimics caracterizats, a l'estat solid, per una conductivitat termica e electrica auta, per la capacitat de formar de liason metallica, per un esclat particular (« esclat metallic »), per de proprietats mecanicas que li perèton de se desformar dins de proporcions importantas (ductibilitat, malleabilitat...) e per una tendància marcada a formar de cations en solucion. La màger part dei metaus se presentan sota la forma de còrs simples ò d'aliatges. An fòrça aplicacions dins la societat umanas e lor produccion conoís una aumentacion importanta dempuei leis ans 1980.

Mineraus

La pirita es un exemple de minerau metallic.

Article detalhat: Minerau.

Un minerau es una substància quimica cristallina generalament formada per un procès geologic. Pasmens, i a quauqueis excepcions a aquela definicion per i integrar de mineraus d'origina organica. Dins la màger part dei cas, coma es un compausat cristallizat, un minerau pòu èsser descrich a partir de sa composicion quimica e de l'organizacion de seis atòms dins l'espaci (periodicitat, simetria...). Lei ròcas, e pus generalament lei planetas telluricas e leis asteroïdes, son constituits d'associacions de mineraus. Dins la societat modèrna, l'utilizacion dei substàncias mineralas varia fòrça segon sei proprietats (joielariá, matèria premiera dins l'industria metallurgica...).

Ceramicas

Article detalhat: Caramica.

Lei ceramicas son de materiaus non metallics amb una conductivitat termica febla, una conductivitat electrica febla, una bòna resisténcia mecanica, una massa volumica febla, una duretat auta e una bòna resisténcia a l'usadura. Lei liasons quimicas presentas dins lo materiau son generalament de tipe ionocovalent. Lei proprietats opticas son fòrça variablas. Lei ceramicas son conegudas dempuei l'Antiquitat gràcias a la terralha. Pasmens, seis aplicacions conoisson una diversificacion fòrça importanta dempuei la segonda mitat dau sègle XX amb la descubèrta de lor gròssa diversitat (domeni militar, medecina, electronica...).

Lei vitroceramicas son una categoria particulara de ceramicas que son compausadas de monocristaus dispersats dins una fasa veirenca. Inventadas en 1954, melhoran la resisténcia dei ceramicas ai variacions rapidas de temperatura.

Solids organics

La fusta es un exemple de materiau composit organic.

Article detalhat: Quimia organica.

Lei solids organics son un ensemble de solids principalament constituits de carbòni e d'idrogèn. Ocupan una plaça particulara au sen de la quimia car sei compausats tènon un ròtle fondamentau dins lei mecanismes dau vivent. Pasmens, lei descubèrtas astronomicas realizadas dins lo Sistèma Solar an mostrat l'existéncia d'aquelei materiaus dins d'environaments ostils a la vida coma la superficia deis objèctes de la cencha de Kuiper. En causa dei règlas de l'evolucion, lei materiaus organics pòdon aver una complexitat extrèma amb de moleculas formadas de plusors desenaus de miliers d'atòms (polimèrs...). La quimia organica es la disciplina principala que s'interèssa a l'estudi d'aquelei materiaus.

Materiaus composits

Article detalhat: Materiau composit.

Lei materiaus composits son un ensemble de solids constituits de doas fasas solidas non misciblas que sei proprietats se complètan. Per aquò, lei dos materiaus dèvon aver la capacitat de coexistir. La màger part dei materiaus composits es artificiala. Per lor fabricacio, s'utilizan divèrsei tipes d'autrei solids (veires, ceramicas, mineraus, metaus...). La fusta e l'òs son d'exemples de materiaus composits naturaus. La fibra de veire e l'acier de Damasc son d'exemples de materiaus artificiaus.

Semiconductors

Article detalhat: Semiconductor.

Un semiconductor es un materiau que condutz imperfectament l'electricitat. Presenta lei caracteristicas generalas d'un isolant mai sa resistivitat demenís se sa temperatura aumenta. Certanei compausats purs, dichs « semiconductors intrinsècs », son de semiconductors naturaus. Sensa apòrt d'energia, an una resistivitat importanta. Pasmens, quand la temperatura aumenta, l'agitacion termica vèn sufisenta per arrancar d'electrons perifericas e engendrar un corrent electric. La preséncia d'impuretats e d'efiechs fisics, coma un camp electric ò un camp magnetic, pòdon favorizar mai la demenicion de la resistivitat e modular lei proprietats dau materiau. Aquelei caracteristicas son fòrça importantas dins lo domeni de l'electronica.

Nanomateriaus

Article detalhat: Nanomateriau.

Lei nanomateriaus solids son un ensemble de materiaus aguent de proprietats particularas en causa de sa talha e de son estructura nanometrica. Fòrça familhas tradicionalas de la sciéncia dei materiaus son actualament l'objècte de recèrcas destinadas a lei desvolopar sota forma de nanoparticulas (metaus, ceramicas, dielectrics, oxids magnetics, polimèrs...). Lo nombre d'aplicacions es donc a se multiplicar dempuei lo començament dau sègle XXI.

Annèxas

Liames intèrnes

• Conduccion electrica.
• Conduccion termica.
• Estat de la matèria.
• Gas.
• Liason quimica.
• Liquid.
• Matèria.
• Plasma.
• Supraconduccion.

Bibliografia

• (fr) Marc Larchevêque, Terres réfractaires, Imprimerie G et M. Marin, 1921.
• (en) Marc A. Meyers e Krishan Kumar Chawla, Mechanical Behavior of Materials, Prentice Hall, 1999.
• (en) Peter Robin Morris, A History of the World Semiconductor Industry, IET, 1990.
• (en) Ingo Müller e Tommaso Ruggeri, Rational Extended Thermodynamics, vol. 37, Springer, coll. « Springer Tracts in Natural Philosophy », 1998.
• (en) Peter Yu, Fundamentals of Semiconductors, Springer-Verlag, 2010.