خواص المواد الصلبة

بواسطة: - آخر تحديث: ١٠:٢٩ ، ٢٥ نوفمبر ٢٠١٩
خواص المواد الصلبة

تعريف المادة وحالاتها

تُعرّف المادة بأنها كل شيء يشغل حيزًا في الفضاء وله كتلة، وتتكون المادة من أنواع مختلفة من الذرات، إذ تترابط الذرات معًا عن قرب أو تنتشر على نطاق واسع أحيانًا، وتوصف حالات المادة عامّةً على أساس الصفات التي يمكن رؤيتها أو الشعور بها، فالمادة القوية والمحافظة على شكل ثابت تسمى بالمادة الصلبة، والمادة الرطبة والتي تحافظ على حجمها وليس لها شكل محدد تسمى بالمادة السائلة، أمّا المادة التي يمكن أن تُغيّر كلًّا من شكلها وحجمها فتُسمّى بالغاز، وتُعدّ الحالات الأساسية للمادة في الكيمياء، وتوجد حالة رابعة أقل شيوعًا تسمى البلازما، إذ يمكن للبلازما أن تُغيّر من حجمها وشكلها وشحنتها الكهربائية، ويمكن تغيير حالة المادة عن طريق إضافة الطاقة الحرارية منها أو إزالتها، على سبيل المثال تؤدي إضافة الحرارة لإذابة الجليد، وتحويله إلى الماء السائل، وتحويل الماء إلى بخار أيضًا.[١]


خواص المواد الصلبة

تختلف المواد الصلبة في خصائصها؛ إذ توجد فروقات بين خصائص المواد الصلبة البلورية وغير البلورية، ونذكر منها ما يأتي:[٢]

  • المواد الصلبة البلورية لديها ترتيب منظم للجزيئات المكونة لها، أما المواد الصلبة غير البلورية فليس لديها مثل هذا الترتيب إذ تنظّم جزيئاتها عشوائيًّا.
  • المواد الصلبة البلورية لها شكل هندسي محدد ذو حواف محددة، أما المواد الصلبة غير البلورية فليس لها شكل هندسي محدد، كما أنّ حوافّها غير منتظمة.
  • المواد الصلبة البلورية لها نقطة انصهار محددة إذ تذوب كل جزيئاتها عندها، أما المواد الصلبة غير البلوريّة فليس لها نقطة انصهار محددة، إذ تذوب تدريجيًّا على مجموعة من درجات الحرارة.
  • المواد الصلبة البلورية لديها ترتيب طويل واحد في جزيئاتها، إذ إنّ الجسيمات تُظهر الترتيب نفسه إلى أجل غير مسمى، أما المواد الصلبة غير البلورية فلها ترتيب قصير المدى، إذ إنّ جزيئاتها تظهر الكثير من التنوع في ترتيبها.
  • المواد الصلبة البلورية تنقسم عند تحطيمها لقطع تحتوي على أسطح مستوية أو حواف مستقيمة، أما المواد الصلبة غير البلورية فتنقسم لأجزاء غير متساوية مع حواف خشنة.
  • المواد الصلبة البلورية تُعرف أيضًا باسم المواد الصلبة الحقيقية، أما المواد الصلبة غير البلورية فتعرف باسم السوائل فائقة التبريد.


المواد الصلبة وأنواعها

تُعدّ المادة الصلبة واحدة من الحالات الرئيسية الثلاثة للمادة إلى جانب المادتين السائلة والغازيّة، وتكون جزيئات المادة الصلبة متقاربة جدًّا ومرتبطة معًا بقوة وليست حرة الحركة داخل المادة، وتقتصر حركتها فقط على الاهتزازات الصغيرة جدًّا للذرات حول مواقعها الثابتة، لذا فإن للمواد الصلبة شكلًا وحجمًا ثابتًا يصعب تغييره، وتُقسّم المواد الصلبة بناءً على كيفية ترتيب الجزيئات لفئتين رئيسيتين هما المواد الصلبة البلورية، والمواد الصلبة غير البلورية، وهي كما يأتي:[٣]

  • المواد الصلبة البلورية: ترتّب الذرات أو الأيونات أو الجزيئات في المواد الصلبة البلورية ضمن نمط منتظم ومتماثل يتكرر على مستوى البلورة بأكملها، وتُسمّى أصغر بنية مكررة في البلورة وحدة الخلية، ويمكن تخيلها كالطوبة الواحدة ضمن الحائط، وتتحد خلايا الوحدة لتشكل شبكة تسمى الشبكة البلورية، وتُعدّ المعادن من المواد الصلبة البلورية، ومن الأمثلة الشائعة عليها ملح الطعام، ويوجد عامّةً 14 نوعًا من الشبكات البلورية تُسمّى بشبكات تبلور برافيه، وذلك تيمّنًا باسم أوغست برافايس، وهو عالم فيزياء فرنسي من القرن التاسع عشر، وتصنّف هذه الشبكات البلوريّة في سبعة أنظمة بلورية رئيسية استنادًا إلى ترتيب الذرات فيها، وهي أنظمة بلورية مكعبة، سداسية، معينية، رباعية، أحادية الميل، ثلاثية الميل، ثلاثية متساوية الأحرف.
  • المواد الصلبة غير البلورية: هي مواد صلبة لكنها تفتقر إلى شكل هندسي محدد، وليس لديها أي ترتيب أو شكل متميز من الجزيئات، بمعنى آخر إن توزيع الذرات فيها لا يتبع أي نظام من الأنظمة البلورية، إذ يحتوي بعضها على شوائب تمنع تكوين الهيكل البلوري، لذا تكوّن ترتيبًا قصيرًا من الجزيئات، والمثال الأكثر شيوعًا للمادة الصلبة غير المتبلورة هو الزجاج، والمواد الهلامية والبلاستيكية والشمع والأغشية الرقيقة هي أيضًا أمثلة جيدة للمواد الصلبة غير المتبلورة، وتنقسم لقطع غير متساوية بحواف غير منتظمة.[٢]


أنواع المواد الصلبة البلورية

توجد أربعة أنواع من المواد الصلبة البلورية وهي المواد الصلبة الأيونية، والمواد الصلبة الجزيئية، والمواد الصلبة ذات الشبكة الذرية، والمواد الصلبة المعدنية، ونذكر أدناه نبذة عن كل واحدة منها:[٣]

  • المواد الصلبة الأيونية: تشكل المركبات الأيونية شبكات بلورية، تتكون البلورات فيها من أيونات مشحونة بشحنات مختلفة؛ الكاتيون الموجب الشحنة، والأنيون السالب الشحنة، وتمتلك نقطة انصهار عالية تتراوح بين 300 و1000 درجة مئوية؛ إذ يتطلب الأمر الكثير من الطاقة للتغلب على الروابط الأيونية بسبب الجاذبية القوية بين الشحنات المتعاكسة، وتمتاز البلورات الأيونية بأنها صلبة وهشة وغير موصلة، ويمكن إذابة معظمها في الماء مما يشكل محلولًا من الأيونات الحرة الموصلة الكهرباء، ومن الأمثلة على المواد الصلبة الأيونية البسيطة كلوريد الصوديوم أو ملح الطعام، إذ يتكون من ارتباط ذرة عنصر معدن الصوديوم بذرة واحدة من عنصر الكلور غير المعدني.
  • المواد الصلبة الجزيئية: تتكون المواد الصلبة الجزيئية من جزيئات مرتبطة تساهميًّا تنجذب إلى بعضها بواسطة قوى كهربائية تسمى قوى فان دير فالس، ونظرًا إلى أن الروابط التساهمية تتضمن مشاركة الإلكترونات بدلًا من نقلها بين الذرات، فإن الإلكترونات المشتركة تقضي وقتًا أكبر في سحابة الإلكترون الخاصة بالذرة الأكبر، مما يؤدي إلى قطبية ضعيفة أو متغيرة، إذ إنها ذات روابط أضعف من الروابط الأيونية، لذلك تميل المواد الصلبة الجزيئية إلى أن تكون أكثر ليونة من البلورات الأيونية، ولديها نقاط ذوبان أقل إذ إنّها تذوب في درجة حرارة أقل من 100 درجة مئوية، وتنقسم المواد الصلبة الجزيئية إلى قطبية وغير قطبية، إذ لا تذوب المواد الصلبة الجزيئية غير القطبية في الماء، لكنها تذوب في مذيب غير قطبي، مثل البنزين والأوكتان، أما المواد الصلبة الجزيئية القطبية مثل السكر، فتذوب بسهولة في الماء، والمواد الصلبة الجزيئية غير موصلة، ومن الأمثلة عليها الجليد والسكر والهالوجينات، مثل الكلور.
  • المواد الصلبة ذات الشبكة الذرية: في هذا النوع لا توجد جزيئات فردية، إذ ترتبط الذرات تساهميًّا في شبكة مستمرة، مما يؤدي لإنتاج بلورات ضخمة، وتُربط كل ذرة تساهميًّا بجميع الذرات المحيطة، وتتميز بخصائص مشابهة للمواد الصلبة الأيونية، إذ إنّها مواد صلبة للغاية وهشة إلى حد ما، وتمتلك نقاط انصهار عالية للغاية أعلى من 1000 درجة مئوية، وعلى عكس المركبات الأيونية فإنها لا تذوب في الماء ولا توصل الكهرباء، ومن الأمثلة عليها الألماس والياقوت.
  • المواد الصلبة المعدنية: المعادن هي مواد صلبة لامعة وغير شفافة، وتتميز بأنها طيّعة، وكلمة طيع تعني أنها لينة ويمكن تشكيلها أو ضغطها لتصبح صفيحة رقيقة، كما أنّ هذه المعادن مطيليّة، وهذا يعني أنه يمكن سحبها على صورة أسلاك، وفي الروابط المعدنية لا يوجد تبرع أو تقاسم لإلكترونات التكافؤ كما هي في الرابطة الأيونية والتساهمية، إذ تنتقل الإلكترونات بحرية نسبية من ذرة إلى أخرى عبر البلورة، وتتميز المعادن بأنها موصل جيد للحرارة والكهرباء، وتنصهر على درجات حرارة عالية باستثناء الزئبق والفسفور.


المراجع

  1. Anne Marie Helmenstine, Ph.D. (5-6-2019), "What Are the States of Matter?"، thoughtco, Retrieved 24-11-2019. Edited.
  2. ^ أ ب "Crystalline and Amorphous Solids", toppr, Retrieved 24-11-2019. Edited.
  3. ^ أ ب Mary Bagley (23-7-2014), "Properties of Matter: Solids"، livescience, Retrieved 24-11-2019. Edited.