Vaste stof

'n Vaste stof is 'n fase van materie wat gekenmerk word deur weerstand tot vervorming en veranderinge in volume.

In die fisika word daar na vaste stowwe verwys as een van die drie basiese vorme waarin materie kan voorkom. ’n Vaste stof omvorm van een van die twee ander vorme wanneer die energie van die atome verminder en dié atome ’n relatief geordende, rigiede driedimensionele struktuur aanneem. Molekules kan dus nie vryelik beweeg nie.

'n Mens kom vaste stowwe gereeld in die alledaagse lewe teë. Voorbeelde van vaste stowwe is ys, hout, plastiek en so meer.

Vloeistof en gas is die twee ander vorme waaraan almal elke dag blootgestel word. Die vorm van dié materie word geklassifiseer volgens die sterkte van hul molekules om weerstand teen kragte te bied, wat hul vorm mag verander.

'n Vloeistof se molekules het meer energie en beweeg gevolglik meer. ’n Gas (of damp) se molekules kan selfs nóg meer beweeg en ook vry van mekaar beweeg. So kan dit die volle inhoud van ’n houer vul.

Die fase van materie gaan hand aan hand met temperatuur, druk en volume.

Die hoeveelheid hitte-energie wat benodig word om materie van ’n vaste stof na ’n vloeistof te verander en ’n vloeistof na ’n gas neem skerp toe. Dit word transformasiehitte genoem.

Soos ons almal weet, smelt ys in kamertemperatuur en verander gevolglik na ’n vloeistof. Water wat in ’n ketel kook, verander na stoom, wat ’n gas van individuele watermolekules is.

Streng gesproke, is dit nie akkuraat om van materie as vaste stof, vloeistof of gas te verwys nie, omdat die meeste in toestande van hitte of druk van vorm kan verander.

Yster is ’n goeie voorbeeld: Ons noem dit ’n vaste stof, maar dit kan van vorm verander en ’n vloeistof word teen ’n temperatuur van 1 535 grade Celcius – ’n baie hoë hitte dus.

Dieselfde kan van koolstofdioksied gesê word: Hoewel dit ’n gas is, kan dit in ’n vaste stof omvorm word: die koelmiddel droë-ys. Dié koolstofdioksied – gewoonlik in blokvorm – verander by ’n temperatuur van 78,5 grade C in ’n gas.

Water vries teen 0° C en kook teen 100° C. Lood smelt teen 327,4° C en silwer smelt teen 960,5° C.

Dit maak sin dat die smeltpunt van enige vaste stof dieselfde as die vriespunt van sy vloeistofvorm is.

Die beweging van molekules neem deurentyd af namate die temperatuur daal. Wanneer ’n mens uiteindelik by ongeveer -273,16 grade C uitkom, stop die beweging van alle molekules heeltemal en is daar nie meer enige hitte om te meet nie. Dit word absolute zero genoem, of 0° A.

Op 'n mikroskopiese skaal het 'n vaste stof die volgende eienskappe:

• Die atome of molekule wat die vaste stof uitmaak, is dig naby mekaar gepak.
• Die elemente waaruit dit bestaan het vaste liggings in ruimte relatief tot mekaar. Dit verduidelik dan ook 'n vaste stof se styfheid.
• As genoegsame krag daarop uitgeoefen word, kan enigeen van hierdie eienskappe verander word, wat dan 'n permanente vervorming meebring.
• Omdat enige vaste stof 'n mate van termiese energie bevat, vibreer die atome daarvan. Hierdie beweging is egter baie klein en vinnig en kan nie onder normale toestande waargeneem word nie.

Dié eienskappe van ’n vaste stof onderskei hom dus van vloeistowwe en gasse.

'n Vaste stof verskil natuurlik ook van ander vaste stowwe wat molekulêre struktuur betref, vandaar verskille soos smeltpunte en massa. Die ligste vastestof-element onder normale toestande is litium (Li), ’n sagte, silwerwit alkaliese metaal wat hoogs reaktief en ontvlambaar is. Dit word gewoonlik in minerale-olie geberg.

Die ligste vaste stof aan die mens bekend is mensgemaak en word aerogel genoem. Die ligste aerogel wat al vervaardig is het 'n digtheid van 1,9 mg/cm³ of 1,9 kg/m³ (1/530 minder dig as water).

Aerogel is ’n sintetiese poreuse ultraligte materiaal met ’n baie lae digtheid en hittegeleiding. Dr. Samuel Stephens Kistler het dit uitgevind. Dit is eers in die vyftigerjare van die vorige eeu gekommersialiseer en word onder meer as isolasie in yskaste, ligte houers vir warm vloeistowwe, sigaretfilters en in termiese slaapsakke gebruik.

Die vertakking van fisika wat te doen het met vaste stowwe word vastetoestandfisika genoem en is 'n soort gekondenseerde materie-fisika. Materiaalkunde bemoei homself hoofsaaklik met die eienskappe van vaste stowwe soos die sterkte en fase-veranderinge. Dit oorvleuel baie met vastetoestandfisika. Vastetoestandchemie oorvleuel op sy beurt ook met beide van hierdie vakgebiede, maar bemoei hom hoofsaaklik met die sintese van nuwe materiale.

Vastetoestandfisika bestudeer die fisiese hoedanighede van vaste stowwe, insluitend magnetisme, ligvoorsiening, meganiese sterkte, elektrisiteit en hitte. Van die ontdekkings wat daaruit voortgevloei het, sluit in die ontwikkeling van transistors, lasers en sonbatterye.

Die drastiese ontwikkeling van die rekenaar-, kommunikasie-, elektrisiteit- en ruimtebedrywe steun sterk op die vastetoestandfisika.

’n Deeglike kennis van kwantumteorie is noodsaaklik om vastetoestandfisika te bestudeer. Die kwantumteorie vorm die grondslag om die struktuur van atome en molekules te verstaan en die kragte wat hul saambind om kristalle te vorm.

• Cummings, Karen, Laws, Priscilla, Redish, Edward & Cooney, Patrick. Understanding Physics. John Wiley & Sons, Inc. 2004. ISBN 0-471-37099-1
• Labuschagne, F.J. & Eksteen, L.C. Verklarende Afrikaanse Woordeboek. Agtste hersiene en uitgebreide uitgawe. J.L. van Schaik. 1993. ISBN  0-627-01740-1
• Odendal, F.F. & Gouws, R.H. HAT. Handwoordeboek van die Afrikaanse Taal, Vyfde uitgawe. Pearson Education. 2010. ISBN 978-1-77025-665-1
• Paneel redakteurs. The New Book of Popular Science. Grolier Inc. 1988. ISBN 0-7172-1215-7
• Paneel redakteurs. The New Encyclopædia Britannica Vol 10. 2010. ISBN 0-7172-1215-7
• Paneel redakteurs. The World Book Encyclopedia 18. World Book. 2010. ISBN 978-0-7166-0110-4.

• Toestand van materie
• Verkoelingskurwe

• Ooreenstemmende artikel op die Engelse Wikipedia