Zat biasanya terjadi dalam keadaan padat, cair dan gas. Untuk zat dalam keadaan gas, jarak pisah rata-rata antara partikel (molekul atau atom) besar, dibandingkan dengan diameternya, sehingga interaksi di antara mereka dapat diabaikan.
Namun, pada suhu dan tekanan biasa, banyak zat berada dalam keadaan cair dan padat dan interaksi antara partikel yang sesuai tidak dapat lagi diabaikan.
Dalam kasus ini, jarak pemisahan antara partikel adalah urutan kuantitas diameternya dan intensitas gaya yang menahannya dan urutan kuantitas intensitas gaya yang mengikat atom untuk membentuk molekul.
Dalam padatan, atom (atau molekul) mungkin ada atau tidak sebagai entitas yang terisolasi, tetapi sifatnya masih dimodifikasi oleh atom (atau molekul) di dekatnya.
Misalnya, tingkat energi elektron terluar suatu atom (atau molekul) terdistorsi oleh atom (atau molekul) tetangganya.
Dalam padatan kristal, atom (atau molekul) menempati posisi terdistribusi secara teratur di ruang angkasa, membentuk jaringan teratur yang disebut kisi kristal.
Konfigurasi reguler dapat mencapai jarak yang sangat jauh.
Dalam padatan non-kristal (amorf), seperti beton, aspal, kaca, lilin dan plastik, konfigurasi reguler hanya berlaku pada kedekatan atom atau molekul individu dan pada jarak yang lebih jauh, ketidakteraturan terjadi.
Salah satu dasar untuk mengklasifikasikan padatan kristal adalah sifat gaya yang menahan atom (atau molekul) bersama-sama dalam susunan kisi kristal. Energi kohesi atom (atau molekul) dalam kristal bergantung pada gaya ikat dominan antara atom (atau molekul) tersebut.
Skema klasifikasi yang sama yang sesuai untuk ikatan molekul juga berguna untuk padatan. Sementara itu, dibutuhkan kategori baru, yaitu ikatan logam. Mekanisme ini, efektif untuk ikatan atom dalam logam seperti natrium, tembaga, perak dan lainnya, dalam fase padat dan cair, tidak menghasilkan kompleks molekuler dalam fase gas.
Padatan kristal dapat berupa ionik, kovalen, molekuler, atau logam
padatan ionik
Dalam padatan ionik, kisi terdiri dari ion positif dan negatif bergantian, yang dihasilkan dari transfer elektron (atau lebih) dari satu jenis atom ke atom lainnya.
Stabilitas kisi kristal dipertahankan oleh gaya tarik elektrostatik antara ion yang ada, seperti ion Na + dan Cl- dalam molekul NaCl (natrium klorida) dan ion Li + dan F- dalam molekul LiF (litium fluorida)…
Karena padatan ini tidak memiliki elektron bebas, konduktivitas listriknya sangat rendah (mereka adalah isolator). Tetapi, jika sejumlah energi yang sesuai disuplai ke padatan ionik sehingga berubah menjadi cairan, ia menjadi konduktor listrik yang baik.
Padatan ionik umumnya keras, rapuh, dan memiliki titik leleh yang tinggi karena gaya elektrostatik yang relatif kuat antara ion.
Beberapa kristal ionik menyerap radiasi elektromagnetik dengan panjang gelombang di wilayah panjang gelombang terpanjang di inframerah, karena energi yang dibutuhkan untuk menghasilkan getaran dalam kisi kristal kurang dari sekitar 1 eV. Energi untuk menghasilkan getaran seperti itu, secara umum, lebih rendah untuk kristal ionik daripada yang kovalen, berdasarkan energi ikat yang relatif lebih rendah.
padatan kovalen
Dalam padatan kovalen tidak ada transfer muatan antara atom untuk membentuk ion, seperti dalam kasus kristal ionik, tetapi kompartemen pasangan elektron valensi antara atom.
Struktur kristal padatan kovalen ditentukan oleh arah ikatan kovalen. Misalnya, atom karbon tetravalen, germanium, dan silikon membentuk ikatan kovalen dalam kombinasi molekul.
Masing-masing atom ini memiliki empat elektron di kulit elektronik terluar, yaitu, mereka memiliki empat elektron valensi, yang orbitalnya adalah orbital hibrid s-p3 .
Dalam padatan kristal yang sesuai, setiap atom membentuk ikatan kovalen dengan empat atom terdekat, yang tersisa di tengah tetrahedron biasa, dengan empat atom serupa di simpul.
Dengan demikian, empat ikatan kovalen identik dapat dibentuk, dengan masing-masing atom menyumbangkan satu elektron untuk masing-masing ikatan tersebut.
Dalam jenis struktur ini, diatur oleh ikatan kovalen, setiap elektron terikat kuat, sehingga tidak ada elektron bebas untuk berpartisipasi dalam proses konduksi dan padatan kovalen memiliki konduktivitas listrik yang sangat rendah (mereka adalah isolator).
Selain itu, mereka sangat keras dan sulit untuk berubah bentuk.
Di sisi lain, energi yang relatif tinggi diperlukan, dalam urutan beberapa elektron-volt, untuk menghasilkan getaran dalam kisi kristal, karena energi foton yang terkait dengan daerah tampak dalam spektrum magnetik adalah antara 1,8 dan 3,1 eV., banyak padatan kovalen tidak berwarna (transparan).
Padatan Molekul
Dalam padatan molekul yang terdiri dari molekul apolar, elektron berpasangan dan tidak dapat membentuk ikatan kovalen. Molekul-molekul mempertahankan individualitasnya tetapi dihubungkan oleh gaya Van del Waals, gaya yang sama yang ada di antara molekul-molekul gas atau cairan.
Gaya Van der Waals cukup lemah dan berasal dari interaksi antara dipol listrik. Karena pergerakan elektron di sekitar inti dalam molekul apolar dapat terjadi bahwa, untuk sesaat, distribusi muatan sedemikian rupa sehingga bagian dari molekul menjadi positif di bagian negatif.
Segera setelah terpolarisasi, molekul ini menginduksi distribusi muatan yang sama di molekul lain di lingkungannya, dan keduanya saling tarik menarik. Detik berikutnya, molekul kembali ke konfigurasi aslinya dan tidak lagi saling tarik menarik.
Ini diulang secara acak untuk semua pasangan molekul dalam padatan.
Gas mulia, gas umum seperti oksigen dan hidrogen, dan banyak senyawa organik membentuk padatan molekul seperti itu.
Dalam beberapa padatan molekuler, molekulnya buruk, seperti dalam kasus es, misalnya.
Molekul air bersifat polar karena, di masing-masing molekul, atom oksigen menarik elektron yang membentuk ikatan kovalen dengan atom hidrogen yang lebih dekat dengan dirinya sendiri. Jadi, bagian dari molekul yang sesuai dengan atom oksigen adalah negatif dan bagian yang sesuai dengan atom hidrogen, positif.
Ikatan antar molekul, yang disebut ikatan hidrogen, disebabkan oleh gaya tarik elektrostatik antara bagian negatif dari satu molekul dan bagian positif dari yang lain.
Padatan molekul memiliki konduktivitas listrik yang sangat rendah (mereka adalah isolator)
padatan logam
Padatan logam terbentuk dari atom dengan beberapa elektron terikat longgar di kulit terluar, elektron yang bergerak di seluruh padatan ketika terbentuk.
Dengan demikian, padatan logam dibentuk oleh jaringan teratur ion positif yang disatukan oleh sejenis gas elektron bebas. Mobilitas elektron valensi yang membentuk gas elektron bebas dan yang membuat logam menjadi konduktor listrik yang baik.