ของแข็ง คือสารที่มีพันธะระหว่างอนุภาคอย่างแรง นำอนุภาคเข้ามาใกล้กันเพื่อให้มีรูปร่างและปริมาตรของตัวเอง โดยไม่เปลี่ยนรูปร่างของภาชนะ เช่น เหล็ก เกลือแกง และด่างทับทิม
สารที่เป็นของแข็งมีพันธะระหว่างอนุภาคที่แข็งแรงกว่าของเหลวและก๊าซ นี่เป็นเหตุผลหนึ่งที่ว่าทำไมจุดหลอมเหลวและจุดเดือดของของแข็งส่วนใหญ่จึงสูงกว่าของเหลวและก๊าซ นอกจากนี้ ของแข็งมีลักษณะสำคัญหลายประการ มีรูปทรงบางอย่างที่ไม่ขึ้นอยู่กับภาชนะที่บรรจุอยู่ มีปริมาตรคงที่ที่อุณหภูมิและความดันคงที่ ไม่สามารถไหลได้ตามปกติเพราะอนุภาคของแข็งอยู่ใกล้กันมาก การเรียงตัวของอนุภาคอยู่ในตำแหน่งที่แน่นอน
ของแข็ง ที่มีลักษณะเป็นผลึก (crystalline solid)
ของแข็ง เป็นพื้นผิวที่มั่นคงซึ่งอยู่ในมุมอันล้ำค่า ซึ่งแสดงถึงการจัดเรียงอย่างเป็นระเบียบของอนุภาคของแข็ง คริสตัลที่ใหญ่ขึ้นเมื่อลดขนาดลงจะคงรูปลักษณ์ของคริสตัลดั้งเดิมไว้ สารบางชนิดอาจมีผลึกในรูปแบบต่างๆ ซึ่งเราเรียกว่า “คริสตัล” ปรากฏการณ์ Allotrophic (พหูพจน์) เช่น เพชร กราไฟต์ สารบางชนิดอาจมีรูปทรงผลึกเหมือนกัน ปรากฏการณ์นี้เรียกว่าสัณฐานวิทยา (isomorphism) เช่น โซเดียมคลอไรด์ โพแทสเซียมคลอไรด์ เป็นต้น นอกจากนี้ผลึกยังมีคุณสมบัติที่เรียกว่า anisotropy เช่น ความแข็งแรงเชิงกล ดัชนีการหักเหของแสงและค่าการนำไฟฟ้า หากวัดในทิศทางต่างๆ ผลลัพธ์จะไม่เหมือนกัน
- คุณสมบัติที่เป็นของแข็งของผลึก
- อนุภาคถูกจัดเรียงทางเรขาคณิตในลำดับสามมิติที่เรียกว่าผลึกขัดแตะ
- พื้นผิวเรียบ มุมระหว่างใบหน้าคุ้มค่าแน่นอน
- มีจุดหลอมเหลวที่แน่นอน
- คุณสมบัติไม่เหมือนกันทุกทิศทาง
ของแข็งมีอะไรบ้าง โครงสร้างผลึกของวัสดุมักถูกมองว่าเป็นอะตอมหรือไอออนเมื่อทรงกลมจัดเรียงอย่างเป็นระเบียบในโครงข่ายสามมิติ ทางแยกบนเครือข่าย 3 มิตินี้เรียกอีกอย่างว่าจุดขัดแตะ จุดขัดแตะแสดงถึงอะตอมของเครือข่าย แต่ละส่วนย่อยจะถูกจัดเรียงซ้ำๆ ในตาข่ายเรียกว่าเซลล์ยูนิต ซึ่งกำหนดโดยความยาวของแต่ละด้าน a,b,c
crystalline solid คือ หน่วยเซลล์มี 7 ประเภท แต่ละหน่วยมีความยาวต่างกันในแต่ละด้านและมีมุมด้านข้างต่างกัน เราเรียกหน่วยเซลล์ทั้ง 7 นี้ว่าระบบคริสตัล ระบบคริสตัลคิวบิก (คิวบิก) เป็นระบบคริสตัลที่มีด้านเท่ากันและมีมุม 90° หรือระบบคริสตัลออร์โธติกที่มีมุม 90° ในแต่ละส่วน แต่มีความยาวต่างกัน
ของแข็งอสัณฐาน (amorphous solid)
ของแข็ง คือ ที่มีอนุภาคไม่เป็นระเบียบ ไม่มีรูปร่างที่แน่นอน เช่น แก้ว โพลีเมอร์ ยางธรรมชาติ เป็นต้น มีคุณสมบัติเช่นเดียวกับผลึกทั่วไป ความแตกต่างคือไม่มีรูปร่างที่แน่นอน จึงมีคุณสมบัติที่เรียกว่าไอโซโทรปี เช่น ดัชนีการหักเหของแสง การนำไฟฟ้า และคุณสมบัติอื่นๆ ของแข็งอสัณฐานยังมีจุดหลอมเหลวที่ไม่เด่น เมื่อถูกความร้อนจะค่อยๆ อ่อนตัวลงจนสามารถไหลได้ ดังนั้นอุณหภูมิที่ของแข็งนี้ละลายได้ยาวนาน ต่างจากคริสตัลตรงที่พวกมันมีจุดหลอมเหลวที่เด่นชัดและช่วงอุณหภูมิที่แคบซึ่งของแข็งนี้จะละลาย amorphous solid คือ
- อนุภาคเรียงตัวโดยไม่มีลวดลาย
- พื้นผิวและมุมไม่เรียบ
- ช่วงการหลอมละลายกว้าง
- มีคุณสมบัติเหมือนกันทุกทิศทาง ของแข็งอสัณฐาน
การเปลี่ยนสถานะของของแข็ง
- การหลอมเหลว เมื่อของแข็งถูกทำให้ร้อน อนุภาคจะมีพลังงานจลน์มากขึ้นในการสั่น ในที่สุด การสั่นสะเทือนจะรุนแรงมากจนอนุภาคหลุดออกจากตำแหน่งในตาข่ายคริสตัลและสามารถเคลื่อนที่ไปรอบๆ ได้ ของแข็งกลายเป็นของเหลว อุณหภูมินั้นคือจุดหลอมเหลวของของแข็ง และเป็นอุณหภูมิเดียวกับอุณหภูมิที่ของเหลวกลายเป็นของแข็งที่เรียกว่า “จุดเยือกแข็ง” จุดหลอมเหลวปกติคือจุดหลอมเหลวของของแข็งที่ความดัน 1 บรรยากาศในระหว่างการหลอมเหลว ของแข็งอยู่ในสภาวะสมดุลกับของเหลว จุดหลอมเหลวของของแข็งคืออุณหภูมิที่ของแข็งและของเหลวอยู่ร่วมกันในสภาวะสมดุลที่ 0 องศาเซลเซียส
- การระเหิด เนื่องจากอนุภาคของแข็งอยู่ใกล้กันมาก อาจส่งผลกระทบซึ่งกันและกัน ดังนั้นพลังงานจะถูกถ่ายเทซึ่งกันและกันที่อุณหภูมิหนึ่ง อนุภาคบางตัวที่พื้นผิวของของแข็งมีพลังงานเพียงพอที่จะตกลงไปในปรากฏการณ์ที่ของแข็งกลายเป็นไอ โดยไม่ผ่านสภาวะของเหลวก่อน หรือที่เรียกว่า “ระเหิด” แนฟทาลีนมีขนาดเล็กกว่าและในที่สุดก็สลายตัวเป็นสารระเหิด นอกจากแนฟทาลีนแล้ว ยังมีการบูร บอร์นอล ไอโอดีน เป็นต้น ของแข็งมีกี่ชนิด
อนุภาคของแข็ง (Solid particles)
ของแข็ง อนุภาคของแข็งสะสมและทวีคูณอย่างต่อเนื่องในระบบไฮดรอลิกส์ อนุภาคเหล่านี้ไหลผ่านระบบไฮดรอลิกภายใต้แรงดันสูงและเข้าสู่ส่วนประกอบด้วยความเร็วสูง ของเครื่องจักร (ปั๊ม วาล์ว ซีล และกระบอกสูบ) โดยเฉพาะอย่างยิ่งอนุภาคขนาดเล็กที่มีขนาดเท่ากันหรือเล็กกว่าจนถึงช่องว่างแบบไดนามิกที่สำคัญ (น้อยกว่า 5 ไมครอน) เป็นสิ่งที่อันตรายที่สุด พวกเขาสามารถเจาะทางเดินที่แคบที่สุดและสามารถทำลายพื้นผิวหนึ่งหรือทั้งสองได้
เมื่อปั๊มควบคุมแรงดันและวาล์วเซอร์โวอยู่ในช่วงแคบ (1-10 ไมครอน) อุปกรณ์จะไวต่ออนุภาคสิ่งสกปรกที่ละเอียดมาก ดังนั้นผู้ผลิตส่วนใหญ่จึงระบุในเอกสารว่าอุปกรณ์เหล่านี้ต้องการน้ำมันที่ผ่านการบำบัดแล้ว เกรดที่ผ่านการกลั่นและขัดเกลาจะดีกว่า NAS 6 หรือ ISO 15/12 เพื่อหลีกเลี่ยงเวลาหยุดทำงานและเพื่อยืดอายุการใช้งาน
ลักษณะของของแข็ง คุณรู้หรือไม่ว่าปั๊มที่มีอัตราการไหล 200 ลิตร/นาทีและน้ำมันที่ปนเปื้อน (NAS 12 หรือ ISO 21/18) ปั๊มอนุภาคสกปรกมากกว่า 3,000 กิโลกรัมต่อปี ปั๊มน้ำมันสะอาด (NAS 4 หรือ ISO 12 /9) ปั๊มอนุภาคสกปรกเพียง 6 กก. โลหะยังทำหน้าที่เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาและเร่งกระบวนการออกซิเดชันของน้ำมัน กระบวนการออกซิเดชันนี้มีผลเสียต่อสารเติมแต่งในน้ำมัน สารจับกับอนุภาคโลหะและป้องกันการสัมผัสโดยตรงระหว่างน้ำมันกับโลหะ ซึ่งทำให้สารเติมแต่งค่อยๆ สลายตัวไปจนหมด
อนุภาคโลหะขนาดเล็กอาจทำให้เกิดความเสียหายร้ายแรง เนื่องจากมีการยึดเกาะกับพื้นผิวมากขึ้นเรื่อยๆ (อนุภาคขนาดเล็กจะมีขนาดใหญ่ขึ้นตามปริมาณตะกอนที่เกาะติด) ผลที่ตามมา: มลพิษทางน้ำมันที่สูงขึ้น มีกรดมากขึ้นในน้ำมัน และน้ำมันจะสูญเสียคุณสมบัติทางกายภาพและทางเคมีไปอย่างรวดเร็ว การเปลี่ยนถ่ายน้ำมันเป็นทางออกเดียว
