المواد الصلبة غير المتبلورة: الهيكل ، الخصائص ، الأمثلة - كيمياء - 2025

و المواد الصلبة غير متبلور هي تلك دون بعيدة المدى هيكل أمر. إنها عكس ما يعرف بالمادة الصلبة البلورية. ترتبط جزيئاته بطريقة غير منظمة ، مثل السوائل ، ولكن بقوة كافية لتتحد في بنية صلبة.

هذه الشخصية غير المتبلورة أكثر شيوعًا مما قد تعتقد ؛ إنها في الواقع إحدى الحالات المحتملة التي يمكن أن تتبناها المادة المكثفة. وبهذا يُفهم أن أي مركب قادر على التصلب ، وبالتالي ، التبلور ، يمكن أيضًا أن يتكتل بطريقة غير منظمة إذا سمحت الظروف التجريبية بذلك.

حلوى القطن هي مثال على مادة صلبة غير متبلورة. المصدر: Pixabay.

عادة ما ينطبق ما سبق على المواد النقية سواء كانت عناصر أو مركبات. لكنها صالحة أيضًا في حالة الخلائط. العديد من الخلطات الصلبة غير متبلورة ، مثل حلوى القطن أو الشوكولاتة أو المايونيز أو البطاطس المهروسة.

حقيقة أن المادة الصلبة غير متبلورة لا تجعلها أقل قيمة من البلورية. يمنحه الاضطراب البنيوي أحيانًا خصائص فريدة لن تظهره في حالة بلورية. على سبيل المثال ، في صناعة الخلايا الكهروضوئية ، يُفضل السيليكون غير المتبلور على البلوري في بعض التطبيقات الصغيرة الحجم.

هيكل المواد الصلبة غير المتبلورة

الفرق بين التركيب البلوري والبنية غير المتبلورة. المصدر: غابرييل بوليفار.

هيكل صلب غير متبلور فوضوي. يفتقر إلى الدورية أو النمط الهيكلي. الصورة أعلاه توضح هذه النقطة. يتوافق A مع مادة صلبة بلورية ، بينما B يمثل مادة صلبة غير متبلورة. لاحظ أنه في B يتم ترتيب المعين الأرجواني بشكل عشوائي ، على الرغم من وجود نفس النوع من التفاعلات في كل من A و B.

إذا نظرت أيضًا إلى B ، فسترى أن هناك مسافات تبدو فارغة ؛ أي أن الهيكل به عيوب أو مخالفات. لذلك ، يرجع جزء من الاضطراب المجهري أو الداخلي للمادة الصلبة غير المتبلورة إلى "ترتيب" جزيئاتها بطريقة تجعل البنية الناتجة بها العديد من العيوب.

في البداية تم ذكر النطاق في ترتيب درجة المواد الصلبة غير المتبلورة. يوجد في B عدد قليل من المعينين يبدو أنهما مترابطان بدقة. قد تكون هناك مناطق مرتبة ؛ ولكن فقط من مسافة قريبة.

ثم يقال أن المادة الصلبة غير المتبلورة تتكون من بلورات صغيرة لا حصر لها من هياكل مختلفة. ينتهي مجموع كل هذه الهياكل إلى أن تصبح متاهة ولا معنى لها: يصبح الهيكل العالمي غير متبلور ، ويتكون من كتل بلورية لا نهاية لها منتشرة في كل مكان.

الخصائص

تختلف خصائص المادة الصلبة غير المتبلورة اعتمادًا على طبيعة الجزيئات المكونة لها. ومع ذلك ، هناك بعض الخصائص العامة التي يمكن ذكرها. يمكن أن تكون المواد الصلبة غير المتبلورة زجاجية ، عندما تظهر جوانب مماثلة للبلورات ؛ أو هلامي أو راتيني أو مغبر.

نظرًا لاضطراب هياكلها ، فإنها لا تولد أطيافًا موثوقًا لانحراف الأشعة السينية ، وبالمثل ، فإن نقاط انصهارها ليست دقيقة ، ولكنها تغطي مجموعة من القيم.

على سبيل المثال ، يمكن أن تتراوح درجة انصهار مادة صلبة غير متبلورة من 20 إلى 60 درجة مئوية. وفي الوقت نفسه ، تذوب المواد الصلبة البلورية عند درجة حرارة معينة ، أو في نطاق ضيق إذا كانت تحتوي على العديد من الشوائب.

خاصية أخرى للمواد الصلبة غير المتبلورة هي أنها عندما تنكسر أو تتكسر ، فإنها لا تنشأ شظايا هندسية ذات وجوه مسطحة ، ولكن أجزاء غير منتظمة ذات وجوه منحنية. عندما لا تكون زجاجية ، فإنها تظهر كأجسام متربة وغير شفافة.

تجهيز

أكثر من مجرد مادة صلبة غير متبلورة ، يجب التعامل مع هذا المفهوم على أنه "حالة غير متبلورة". جميع المركبات (أيونية ، جزيئية ، بوليمرية ، معدنية ، إلخ) قادرة ، حتى نقطة معينة ، وإذا سمحت الظروف التجريبية ، على تكوين مواد صلبة غير متبلورة وغير بلورية.

على سبيل المثال ، في التركيبات العضوية ، يتم الحصول على المركبات الصلبة مبدئيًا ككتل مساحيق. إن محتواها من الشوائب مرتفع للغاية لدرجة أنها تؤثر على ترتيبها الجزيئي على المدى الطويل. لهذا السبب عندما يتبلور المنتج مرارًا وتكرارًا ، تصبح المادة الصلبة أكثر بلورية ؛ إنها تفقد طابعها غير المتبلور.

لكن هذا لا يعني أن المواد الصلبة غير المتبلورة هي بالضرورة مواد غير نقية ؛ العديد منهم غير متبلور بطبيعته الكيميائية.

يمكن للمادة النقية أن تتصلب بشكل غير متبلور إذا تم تبريد سائلها فجأة ، بطريقة لا تتبلور جزيئاتها ، بل تتبنى بدلاً من ذلك تكوينًا زجاجيًا. يكون التبريد سريعًا لدرجة أن الجسيمات لا تملك الوقت الكافي لاستيعاب الكتل البلورية التي بالكاد تستطيع أن "تولد".

الماء ، على سبيل المثال ، قادر على الوجود في حالة زجاجية غير متبلورة ، وليس فقط مثل الجليد.

أمثلة على المواد الصلبة غير المتبلورة

المعادن والبلاستيك

حجر السج هو أحد المعادن القليلة غير المتبلورة المعروفة. المصدر: Pixabay.

يمكن لأي مادة بلورية تقريبًا أن تتوافق مع شكل غير متبلور (والعكس صحيح). يحدث هذا مع بعض المعادن ، والتي لأسباب جيوكيميائية لم تتمكن رسميًا من إنشاء بلوراتها التقليدية. من ناحية أخرى ، لا يشكل البعض الآخر بلورات بل زجاجًا ؛ هذا هو الحال مع حجر السج.

من ناحية أخرى ، تميل البوليمرات إلى التصلب بشكل غير متبلور ، لأن جزيئاتها أكبر من أن تحدد بنية منظمة. هذا هو المكان الذي تدخل فيه الراتنجات والمطاط ورغوة البوليسترين (الأنيمي) والبلاستيك والتفلون والباكليت وغيرها.

الأنسجة البيولوجية

المواد الصلبة البيولوجية في الغالب غير متبلورة ، مثل: أنسجة الأعضاء ، والجلد ، والشعر ، والقرنية ، إلخ. وبالمثل ، تشكل الدهون والبروتينات كتلًا غير متبلورة ؛ ومع ذلك ، مع الإعداد المناسب ، يمكن أن تتبلور (بلورات الحمض النووي والبروتينات والدهون).

نظارات

الزجاج ، مادة صلبة غير متبلورة

على الرغم من أنه تم تركه أخيرًا تقريبًا ، فإن أكثر المواد الصلبة غير المتبلورة تمثيلا إلى حد بعيد هو الزجاج نفسه. تكوينه هو في الأساس نفس تكوين الكوارتز: SiO ₂. كل من بلور الكوارتز والزجاج عبارة عن شبكات تساهمية ثلاثية الأبعاد ؛ فقط أن الشبكة الزجاجية فوضوية ، مع روابط Si-O ذات أطوال مختلفة.

عينة من الزجاج المعدني

الزجاج هو المادة الصلبة غير المتبلورة المثالية ، ويقال إن المواد التي تأخذ مظهرًا مشابهًا لها حالة زجاجية.

الكربون والمعادن

لدينا كربون غير متبلور ، والكربون المنشط هو أحد أهم الأشياء لقدراته على الامتصاص. أيضًا ، هناك السيليكون غير المتبلور والجرمانيوم ، مع تطبيقات إلكترونية حيث تعمل كأشباه موصلات.

وأخيرًا ، هناك سبائك غير متبلورة ، والتي بسبب التباين في ذراتها المعدنية المتوافقة لا تؤسس بنية بلورية.

المراجع

1. ويتن ، ديفيس ، بيك وستانلي. (2008). كيمياء (الطبعة الثامنة). سينجاج ليرنينج.
2. رجفة وأتكينز. (2008). الكيمياء غير العضوية. (طبعة رابعة). ماك جراو هيل.
3. راشيل بيرنشتاين وأنتوني كاربي. (2020). خصائص المواد الصلبة. تم الاسترجاع من: visionlearning.com
4. ويكيبيديا. (2020). صلبة غير متبلورة. تم الاسترجاع من: en.wikipedia.org
5. ريتشارد زالن ، رونالد والتر دوجلاس وآخرون. (31 يوليو 2019). صلبة غير متبلورة. Encyclopædia Britannica. تم الاسترجاع من: britannica.com
6. Elsevier BV (2020). صلبة غير متبلورة. ScienceDirect. تم الاسترجاع من: sciencedirect.com
7. دانييل ريد. (2020). مادة صلبة غير متبلورة: التعريف والأمثلة. دراسة. تم الاسترجاع من: study.com
8. مكعب روبيك الفني. (2008). ما هي مادة غير متبلورة؟ تم الاسترجاع من: web.physics.ucsb.edu