Padat
Padat adalah salah satu dari empat wujud materi fundamental (lainnya adalah cairan, gas, dan plasma). Ia ditandai dengan kekakuan strukturnya dan resistensinya terhadap perubahan bentuk atau volume. Tidak seperti cairan, objek padat tidak mengalir untuk mengambil bentuk seperti wadahnya, tidak pula berekspansi mengisi seluruh volume yang dapat diisi seperti gas. Atom-atom dalam
padatan terikat kuat satu sama lain, baik dalam teratur (padatan kristal, yang mencakup logam dan es) maupun tak teratur (padatan amorf seperti kaca jendela pada umumnya).
Cabang ilmu fisika yang berurusan dengan padatan disebut fisika benda padat, dan merupakan cabang utama fisika benda terkondensasi (yang juga meliputi cairan). Perhatian utama ilmu bahan adalah sifat fisika dan kimia padatan. Kimia benda padat fokus pada sintesis bahan baru, dan juga analisis serta komposisi kimia.
Atom, molekul atau ion yang menyusun padatan mungkin tertata dalam pola berulang yang teratur, atau tak teratur. Bahan yang konstituennya tertata dalam pola teratur dikenal sebagai kristal. Dalam beberapa hal, penataan teratur dapat terus tak terpatahkan dalam skala besar, misalnya intan, dimana setiap intan merupakan kristal tunggal. Objek padat yang cukup besar untuk
dilihat dan ditangani jarang terdiri dari kristal tunggal, tetapi terbuat dari sejumlah besar kristal-kristal tunggal, dikenal sebagai kristalit, yang ukurannya bervariasi mulai beberapa nanometer hingga beberapa meter. Bahan semacam ini disebut polikristal. Hampir semua logam yang sering dijumpai, dan banyak keramik, adalah polikristal. Dalam bahan lain, tidak ada urutan posisi atom jarak jauh. Padatan ini dikenal sebagai padatan amorf; contohnya antara lain polistirena dan kaca.
Padatan, baik kristal maupun amorf, tergantung pada bahan yang terlibat, dan kondisi pembentukannya. Padatan yang terbentuk melalui pendinginan lambat cenderung membentuk kristal, sementara padatan yang didinginkan dengan cepat lebih cenderung berbentuk amorf. Begitu pula, struktur kristal spesifik yang diadopsi oleh padatan kristal bergantung pada bahan yang terlibat dan cara pembentukannya.
Sementara banyak objek, seperti es batu atau koin, secara kimiawi keseluruhannya identik, banyak bahan umum terdiri dari sejumlah zat yang berbeda yang terkemas bersama-sama. Misalnya, batu biasa adalah agregat beberapa mineral dan mineraloid yang berbeda, tanpa komposisi kimia yang spesifik. Kayu adalah bahan organik alami yang komponen
utamanya adalah serat selulosa yang tersemat dalam matriks lignin organik. Dalam ilmu bahan, komposit lebih dari satu konstituen bahan dapat dirancang untuk memiliki sifat yang diinginkan.
Gaya antara atom-atom dalam padatan dapat mengambil beragam bentuk. Misalnya, kristal natrium klorida (garam biasa) tersusun dari ion natrium dan klor, yang disatukan oleh ikatan ionik. Dalam intan atau silikon, atom-atom berbagi elektron dan membentuk ikatan kovalen. Dalam logam, elektron dimiliki bersama dalam ikatan logam. Beberapa padatan, terutama senyawa organik,
disatukan oleh gaya van der Waals yang dihasilkan dari polarisasi muatan awan elektron pada masing-masing molekul. Perbedaan antar jenis padatan adalah hasil dari perbedaan ikatan mereka.
Logam biasanya kuat, padat, dan penghantar listrik dan panas yang baik. Sangat banyak unsur dalam tabel periodik, yaitu yang di sebelah garis diagonal maya boron- polonium, adalah logam. Campuran dari dua atau lebih unsur yang komponen utamanya adalah logam dikenal sebagai logam paduan ("alloy").
Manusia telah menggunakan logam untuk beragam kegunaan sejak zaman prasejarah. Kekuatan dan keterandalan logam telah mendorong meluasnya penggunaannya dalam konstruksi bangunan dan struktur lainnya, juga dalam sebagian besar kendaraan, banyak perabot dan perkakas, pipa, rambu lalu lintas, dan jalur kereta api. Besi dan aluminium adalah dua logam struktural
yang paling umum digunakan, dan keduanya juga merupakan logam paling melimpah pada kerak bumi. Besi paling banyak digunakan dalam bentuk logam paduan, baja, yang mengandung hingga 2.1% karbon, membuatnya jauh lebih keras daripada besi murni.
Oleh karena logam adalah penghantar listrik yang baik, mereka bermanfaat dalam peralatan listrik dan untuk membawa arus listrik jarak jauh dengan hanya sedikit kehilangan atau disipasi energi. Sehingga, jaringan listrik mengandalkan kabel logam untuk mendistribusikan listrik. Sistem listrik hunian, misalnya, menggunakan kabel perunggu karena sifat hantarannya yang baik dan mudah dibuat.
Konduktivitas termal yang tinggi untuk sebagian besar logam membuat mereka berguna untuk bagian atas kompor masak.
Studi unsur logam dan paduannya adalah bagian yang signifikan pada bidang kimia benda benda padat, fisika, ilmu bahan, dan rekayasa.
Padatan logam disatukan oleh elektron terdelokalisasi berdensitas tinggi, yang dikenal sebagai "ikatan logam". Dalam sebuah logam, atom mudah kehilangan elektron terluarnya ("valensi"), membentuk ion positif. Elektron bebas berkelana ke seluruh padatan, yang disatukan dengan kuat oleh interaksi elektrostatis antara ion dan awan elektron. Masifnya jumlah
elektron bebas membuat logam memiliki konduktivitas listrik dan termal yang tinggi. Elektron bebas juga mencegah transmisi sinar tampak, membuat logam menjadi opak, mengkilat, dan berkilau.
Model sifat logam yang lebih lanjut mempertimbangkan efek inti ion positif terhadap elektron terdelokalisasi. Oleh karena sebagian besar logam memiliki struktur kristal, ion-ion tersebut biasanya tertata dalam kisi periodik. Secara matematis, potensial inti ion dapat diperlakukan dengan beragam model, yang paling sederhana adalah model elektron hampir bebas.
Mineral adalah padatan alami yang terbentuk melalui berbagai proses geologi di bawah tekanan tinggi. Untuk diklasifikasikan sebagai mineral sejati, zat harus memiliki struktur kristal dengan sifat fisik seragam seluruhnya. Komposisi mineral berkisar dari unsur murni dan garam sederhana sampai silikat yang sangat kompleks yang diketahui berada dalam ribuan bentuk. Sebaliknya, sampel batuan
adalah agregat acak mineral dan/atau mineraloid, dan tidak memiliki komposisi kimia tertentu. Sebagian besar batuan kerak bumi terdiri dari kuarsa (kristal SiO), feldspar, mika, klorit, kaolin, kalsit, epidot, olivin, augit, hornblende, magnetit, hematit, limonit dan beberapa mineral lainnya. Beberapa mineral, seperti kuarsa, mika atau feldspar adalah jamak,
sementara yang lainnya hanya ditemukan di beberapa lokasi di seluruh dunia. Kelompok mineral terbesar sejauh ini adalah silikat (kebanyakan batuan adalah 95% silikat), yang sebagian besar terdiri dari silicon dan oksigen, dengan penambahan ion aluminium, magnesium, besi, kalsium dan logam lainnya.
Padatan keramik terdiri dari senyawa anorganik, biasanya oksida unsur kimia. Mereka inert secara kimia, dan seringkali mampu menahan erosi kimia yang terjadi di lingkungan asam maupun basa. Keramik umumnya dapat menahan suhu tinggi antara (1800 sampai 3000 dan nbsp; ° F). Pengecualian meliputi bahan anorganik non-oksida, seperti nitrida, borida dan karbida.
Bahan baku keramik tradisional meliputi mineral tanah liat seperti kaolinite, bahan yang lebih baru termasuk aluminium oksida (alumina). Bahan keramik modern, yang tergolong keramik maju, termasuk silikon karbida dan wolfram karbida. Keduanya dihargai karena ketahanan abrasinya, dan oleh karena itu, menemukan penggunaan aplikasinya sebagai pelat penutup peralatan penghancur dalam operasi penambangan.
Sebagian besar bahan keramik, seperti alumina dan senyawanya, terbentuk dari bubuk halus, menghasilkan mikrostruktur polikristal berbutir halus yang dipenuhi dengan pusat hamburan cahaya yang sebanding dengan panjang gelombang cahaya tampak. Dengan demikian, bahan umumnya buram, berlawanan dengan material transparan. Teknologi nano (misalnya sol-gel) terbaru, bagaimanapun, memungkinkan produksi keramik transparan