الحالة الصلبة: الخصائص ، الخصائص ، الأنواع ، الأمثلة - علم - 2026

في الحالة الصلبة هي واحدة من الطرق الرئيسية التي يهم المجاميع إلى إنشاء هيئات مكثف أو الصلبة. قشرة الأرض بأكملها ، مع استبعاد البحار والمحيطات ، هي عبارة عن تكتل متنوع من المواد الصلبة. أمثلة الأشياء في الحالة الصلبة هي كتاب أو حجر أو حبيبات رمل.

يمكننا التفاعل مع المواد الصلبة بفضل تنافر إلكتروناتنا مع ذراتها أو جزيئاتها. على عكس السوائل والغازات ، طالما أنها ليست شديدة السمية ، فلن تستطيع أيدينا المرور بها ، بل تنهار أو تمتصها.

يتكون التمثال الخشبي لهذا الحصان من بوليمرات طبيعية شديدة التماسك. المصدر: Pxhere.

المواد الصلبة أسهل في التعامل معها أو تخزينها من السوائل أو الغازات. ما لم يتم تقسيم جزيئاتها بدقة ، فإن تيار الرياح لن يحملها في اتجاهات أخرى ؛ يتم تثبيتها في الفضاء المحدد من خلال التفاعلات بين الجزيئات لذراتها أو أيوناتها أو جزيئاتها.

مفهوم صلب

المادة الصلبة هي حالة من المادة يوجد فيها حجم وشكل صلبان ؛ يتم تثبيت الجسيمات التي تشكل المواد أو الأشياء في الحالة الصلبة في مكان واحد ، ولا يمكن ضغطها بسهولة.

هذه الحالة من المادة هي الأكثر تنوعًا وثراءً من حيث الكيمياء والفيزياء. لدينا مواد صلبة أيونية ، ومعدنية ، وذرية ، وجزيئية ، وتساهمية ، ولكل منها وحدتها الهيكلية الخاصة ؛ هذا هو ، مع بلوراته الخاصة. عندما لا تسمح طريقة التجميع الخاصة بهم بإنشاء هياكل داخلية منظمة ، فإنها تصبح غير متبلورة ومعقدة.

تتقارب دراسة الحالة الصلبة في تصميم وتركيب مواد جديدة. على سبيل المثال ، تم استخدام الخشب ، وهو مادة صلبة طبيعية ، كمادة للزينة ولإنشاء المنازل.

تسمح المواد الصلبة الأخرى بتصنيع السيارات والطائرات والسفن وسفن الفضاء والمفاعلات النووية والسلع الرياضية والبطاريات والمحفزات والعديد من الأشياء أو المنتجات الأخرى.

الخصائص العامة للمواد الصلبة

الربيع والخشب ، مكونات الفرجار ، مثال على الصلب

الخصائص الرئيسية للمواد الصلبة هي:

- لقد حددوا الكتلة والحجم والأشكال. الغاز ، على سبيل المثال ، ليس له نهاية أو بداية ، لأن هذه تعتمد على الحاوية التي تخزنها.

- إنها كثيفة جدا. تميل المواد الصلبة إلى أن تكون أكثر كثافة من السوائل والغازات ؛ على الرغم من وجود استثناءات قليلة للقاعدة ، خاصة عند مقارنة السوائل والمواد الصلبة.

- المسافات التي تفصل بين جزيئاتها قصيرة. هذا يعني أنها أصبحت متماسكة للغاية أو مضغوطة في حجمها الخاص.

- تفاعلاتها بين الجزيئات قوية جدًا ، وإلا فلن تكون موجودة على هذا النحو وستذوب أو تتصاعد في الظروف الأرضية.

الاختلافات بين جسيمات المادة الصلبة والسائلة والغازية

- عادة ما تكون حركة المواد الصلبة محدودة للغاية ، ليس فقط من وجهة نظر المواد ، ولكن أيضًا من الناحية الجزيئية. جسيماتها محصورة في موضع ثابت ، حيث يمكنها الاهتزاز فقط ، ولكن لا تتحرك أو تدور (نظريًا).

الخصائص

نقط الذوبان

يمكن لجميع المواد الصلبة ، ما لم تتحلل في العملية ، وبغض النظر عما إذا كانت موصلة جيدة للحرارة أم لا ، أن تنتقل إلى الحالة السائلة عند درجة حرارة معينة: نقطة انصهارها. عندما يتم الوصول إلى درجة الحرارة هذه ، تتمكن جزيئاتها أخيرًا من التدفق والهروب من مواقعها الثابتة.

ستعتمد نقطة الانصهار هذه على طبيعة المادة الصلبة وتفاعلاتها والكتلة المولية والطاقة الشبكية البلورية. كقاعدة عامة ، تميل المواد الصلبة الأيونية والشبكات التساهمية (مثل الماس وثاني أكسيد السيليكون) إلى الحصول على أعلى نقاط انصهار ؛ بينما الجوامد الجزيئية هي الأدنى.

توضح الصورة التالية كيف يتحول مكعب الثلج (الحالة الصلبة) إلى حالة سائلة:

العناصر المتفاعلة

الكثير من المواد الصلبة جزيئية ، لأنها مركبات تسمح تفاعلاتها بين الجزيئات لها بالاندماج بهذه الطريقة. ومع ذلك ، فإن العديد منها أيوني أو أيوني جزئيًا ، لذا فإن وحداتها ليست جزيئات ، بل خلايا: مجموعة من الذرات أو الأيونات مرتبة بطريقة منظمة.

هنا حيث يجب أن تحترم صيغ هذه المواد الصلبة حياد الشحنات ، مما يشير إلى تكوينها وعلاقاتها المتكافئة. على سبيل المثال ، تشير المادة الصلبة التي تكون صيغتها الافتراضية A ₂ B ₄ O ₂ إلى أنها تحتوي على نفس عدد ذرات A مثل O (2: 2) ، بينما تحتوي على ضعف عدد ذرات B (2: 4).

لاحظ أن رموز الصيغة A ₂ B ₄ O ₂ هي أعداد صحيحة ، مما يدل على أنها مادة صلبة متكافئة. يتم وصف تكوين العديد من المواد الصلبة بهذه الصيغ. يجب أن يصل مجموع الشحنات على A و B و O إلى الصفر ، وإلا فستكون هناك شحنة موجبة أو سالبة.

بالنسبة للمواد الصلبة ، من المفيد بشكل خاص معرفة كيفية تفسير صيغها لأن تركيبات السوائل والغازات بشكل عام أبسط.

عيوب

هياكل المواد الصلبة ليست مثالية. تظهر عيوبًا أو عيوبًا ، مهما كانت بلورية. هذا ليس هو الحال مع السوائل ولا الغازات. لا توجد مناطق بها مياه سائلة يمكن القول مسبقًا إنها "مخلوعة" من محيطها.

هذه العيوب هي المسؤولة عن أن تكون المواد الصلبة صلبة وهشة ، وتظهر خصائص مثل الكهرباء الحرارية والكهرباء الانضغاطية ، أو التوقف عن الحصول على تركيبات محددة ؛ أي أنها مواد صلبة غير متكافئة (مثل A _0.4 B _1.3 O _0.5).

التفاعلية

عادة ما تكون المواد الصلبة أقل تفاعلاً من السوائل والغازات ؛ ولكن ليس بسبب أسباب كيميائية ، ولكن بسبب حقيقة أن هياكلها تمنع المواد المتفاعلة من مهاجمة الجزيئات الموجودة بداخلها ، وتتفاعل أولاً مع تلك الموجودة على سطحها. لذلك ، تميل التفاعلات التي تتضمن مواد صلبة إلى أن تكون أبطأ ؛ ما لم يتم سحقها.

عندما تكون المادة الصلبة في شكل مسحوق ، فإن جزيئاتها الأصغر لها مساحة أو سطح أكبر للتفاعل. هذا هو السبب في أن المواد الصلبة الدقيقة غالبًا ما توصف بأنها كواشف خطرة ، حيث يمكن أن تشتعل بسرعة ، أو تتفاعل بقوة عند ملامستها للمواد أو المركبات الأخرى.

في كثير من الأحيان ، يتم إذابة المواد الصلبة في وسط تفاعل لمجانسة النظام وإجراء تخليق مع إنتاجية أعلى.

جسدي - بدني

باستثناء نقطة الانصهار والعيوب ، فإن ما قيل حتى الآن يتوافق مع الخصائص الكيميائية للمواد الصلبة أكثر من خواصها الفيزيائية. تركز فيزياء المواد بعمق على كيفية تفاعل الضوء والصوت والإلكترونات والحرارة مع المواد الصلبة ، سواء كانت بلورية أو غير متبلورة أو جزيئية ، إلخ.

هذا هو المكان الذي يأتي فيه ما يعرف بالبلاستيك ، أو المرونة ، أو الصلابة ، أو غير الشفافة ، أو الشفافة ، أو فائقة التوصيل ، أو الكهروضوئية ، أو الصغيرة التي يسهل اختراقها ، أو المغناطيسية الحديدية ، أو المواد الصلبة العازلة أو شبه الموصلة.

في الكيمياء ، على سبيل المثال ، تعتبر المواد التي لا تمتص الأشعة فوق البنفسجية أو الضوء المرئي ذات أهمية ، حيث يتم استخدامها لصنع خلايا قياس لمقاييس الطيف الضوئي UV-Vis. يحدث الشيء نفسه مع الأشعة تحت الحمراء ، عندما تريد توصيف مركب من خلال الحصول على طيف الأشعة تحت الحمراء ، أو دراسة تقدم التفاعل.

تتطلب دراسة جميع الخواص الفيزيائية للمواد الصلبة ومعالجتها قدرًا هائلاً من التفاني ، فضلاً عن تركيبها وتصميمها ، واختيار "قطع" من البناء غير العضوي أو البيولوجي أو العضوي أو المعدني العضوي للمواد الجديدة.

أنواع وأمثلة

نظرًا لوجود عدة أنواع من المواد الصلبة كيميائيًا ، فسيتم ذكر أمثلة تمثيلية لكل منها على حدة.

المواد الصلبة البلورية

من ناحية ، هناك مواد صلبة بلورية. تتميز هذه العناصر لأن الجزيئات التي تتكون منها يتم تكوينها بنفس الطريقة ، والتي تتكرر كنمط في جميع أنحاء البلورة. كل نمط يسمى خلية وحدة.

تتميز المواد الصلبة البلورية أيضًا بوجود نقطة انصهار محددة ؛ هذا يعني أنه نظرًا لاتساق ترتيب جزيئاتها ، هناك نفس المسافة بين كل خلية وحدة ، مما يسمح للهيكل بأكمله بالتحويل باستمرار تحت نفس درجة الحرارة.

يمكن أن تكون أمثلة المواد الصلبة البلورية الملح والسكر.

المواد الصلبة غير المتبلورة

تتميز المواد الصلبة غير المتبلورة بحقيقة أن شكل جزيئاتها لا يستجيب لنمط ما ، ولكنه يختلف على السطح بأكمله.

نظرًا لعدم وجود مثل هذا النمط ، لا يتم تحديد نقطة انصهار المواد الصلبة غير المتبلورة ، على عكس البلورات ، مما يعني أنها تذوب تدريجياً وتحت درجات حرارة مختلفة.

يمكن أن تكون أمثلة المواد الصلبة غير المتبلورة الزجاج ومعظم المواد البلاستيكية.

أيوني

تتميز المواد الصلبة الأيونية بوجود الكاتيونات والأنيونات التي تتفاعل مع بعضها البعض عن طريق الجذب الكهروستاتيكي (الترابط الأيوني). عندما تكون الأيونات صغيرة ، فعادة ما تكون الهياكل الناتجة بلورية دائمًا (مع مراعاة عيوبها). من بين بعض المواد الصلبة الأيونية لدينا:

- NaCl (Na ⁺ Cl ^-) ، كلوريد الصوديوم

-MgO (Mg ²⁺ O ^2-) ، أكسيد المغنيسيوم

-CaCO ₃ (كاليفورنيا ²⁺ CO ₃ ^2-)، كربونات الكالسيوم

-CuSO ₄ (Cu ²⁺ SO ₄ ^2-) ، كبريتات النحاس

-KF (K ⁺ F ^-) ، فلوريد البوتاسيوم

-NH ₄ Cl (NH ₄ ⁺ Cl ^-) ، كلوريد الأمونيوم

-ZnS (Zn ²⁺ S ^2-) ، كبريتيد الزنك

- Fe (C ₆ H ₅ COO) ₃ ، بنزوات الحديد

معدني

كما يشير اسمها ، فهي مواد صلبة لها ذرات معدنية تتفاعل من خلال الرابطة المعدنية:

-فضة

-ذهب

-رصاص

-نحاس

-برونز

-ذهب ابيض

- بيوتر

-ستيلز

- دورالومين

لاحظ أن السبائك تعتبر أيضًا مواد صلبة معدنية ، بالطبع.

الذري

المواد الصلبة المعدنية هي أيضًا ذرية ، لأنه من الناحية النظرية لا توجد روابط تساهمية بين الذرات المعدنية (مم). ومع ذلك ، تعتبر الغازات النبيلة أساسًا أنواعًا ذرية ، حيث لا تسود بينها سوى قوى التشتت في لندن.

لذلك ، على الرغم من أنها ليست مواد صلبة عالية التطبيق (ويصعب الحصول عليها) ، تعتبر الغازات النبيلة المتبلورة أمثلة على المواد الصلبة الذرية ؛ على سبيل المثال: الهيليوم ، النيون ، الأرجون ، الكريبتون ، إلخ ، المواد الصلبة.

الجزيئية والبوليمرية

يمكن للجزيئات أن تتفاعل من خلال قوى فان دير وولز ، حيث تلعب كتلها الجزيئية ، وعزم ثنائي القطب ، وروابط الهيدروجين ، والهياكل والهندسة دورًا مهمًا. كلما كانت هذه التفاعلات أقوى ، زاد احتمال أن تكون في شكل صلب.

من ناحية أخرى ، ينطبق نفس المنطق على البوليمرات ، والتي نظرًا لارتفاع متوسط ​​كتلتها الجزيئية تكون دائمًا مواد صلبة ، والعديد منها غير متبلور ؛ منذ ذلك الحين ، تجد وحداتها البوليمرية صعوبة في ترتيب نفسها بدقة لتكوين البلورات.

وبالتالي ، لدينا من بين بعض المواد الصلبة الجزيئية والبوليمرية ما يلي:

-ثلج جاف

-السكر

-اليود

-حمض البنزويك

- الاسيتاميد

-الكبريت المعيني

- حمض البالمتيك

-فوليرينوس

-مباراة

-مادة الكافيين

-النفثالين

- خشب وورق

-حرير

-تفلون

-بولي ايثيلين

كيفلر

الباكليت

-البولي فينيل كلورايد

- البوليسترين

-البولي بروبلين

- البروتينات

-قطعة شوكولاتة

الشبكات التساهمية

أخيرًا ، لدينا الشبكات التساهمية بين أصعب المواد الصلبة وأعلاها ذوبانًا. بعض الأمثلة هي:

-الجرافيت

-الماس

-كوارتز

- كربيد السيليسيوم

-نيتريد البورون

- فوسفيد الالومنيوم

-مركب الزرنيخ

المراجع

1. رجفة وأتكينز. (2008). الكيمياء غير العضوية. (طبعة رابعة). ماك جراو هيل.
2. ويتن ، ديفيس ، بيك وستانلي. (2008). كيمياء (الطبعة الثامنة). سينجاج ليرنينج.
3. ويكيبيديا. (2019). كيمياء الحالة الصلبة. تم الاسترجاع من: en.wikipedia.org
4. إلسفير بي في (2019). كيمياء الحالة الصلبة. ScienceDirect. تم الاسترجاع من: sciencedirect.com
5. الدكتور مايكل لوفاسو. (سادس). ملاحظات محاضرة كيمياء الحالة الصلبة. تم الاسترجاع من: unf.edu
6. يسألون. (2019). الخصائص العامة للحالة الصلبة. تم الاسترجاع من: askiitians.com
7. ديفيد وود. (2019). كيف الذرات والجزيئات تشكل المواد الصلبة: الأنماط والبلورات. دراسة. تم الاسترجاع من: study.com