الحالة الصلبة و المواد الصلبة solids

تُعرف المواد الصّلبة بأنها المواد التي لها شكل مُحدّد، وكتلة محدّدة، وتحتلّ حيّزاً محدداً في الفراغ، وهي تعبير شائع يصف كل الأشياء القاسية التي لا تلين بسهولة، وتتميز بأن لها حجم وشكل ثابتين.
خصائص المادة الصلبة:
1 – تتميّز المادة الصلبة بالحجم الثابت، وذلك يعود لترتيب الجسميات المكوّنة لها ضمن الفراغ المحدد الموجودة فيها، فهي جسيمات متراصة مع بعضها، يكاد الفراغ أن يكون معدوماً بينها.
2 – تتحرّك بشكل اهتزازي فقط، ولا تستطيع أن تتجاوز حجم الحيّز الموجودة فيه، بحيث تحدث ذبذبات خفيفة، أو حركات اهتزازية على جانبي موضع سكونها، وهذا يعود للقوى البينيّة في الجسميات الصلبة التي تجعلها ثابتة في مكانها.
3 – توجد الجزئيات بشكل أكثر انتظاماً وترتيباً عمّا تكون عليه المادة السائلة، والغازية.
4 – تُصنّف أكثر المواد الصلبة في الطبيعة بأنها مواد بلورية، أي إنّ لها حجم ووزن ثابت، حتى شظاياها تتّخذ أشكالاً هندسية مُنتظمة تعكس شكلها الداخلي.
5 – يتغيّر حجم المادة الصلبة عند تعرضها للحرارة، والضغط الشديدين، وفي معظم الحالات وبزوال المؤثر فإنّها تعود لحالتها الأولى، كشد حبل مطاطي لأقصى حد، ومن ثم إفلاته مرة واحدة.
6 – تتميز بأن لها درجات انصهار محددة، وعند تعريفنا لمصطلح انصهار فإنّنا نُشير إلى حالة تغيّر فيزيائية للمادة، تتحوّل فيها المادة من حالة الصلابة إلى السيولة، كما هو في الجليد عندما يتحوّل إلى ماء بوجود درجة حرارة ثابتة.
7 – تتصف بقدرتها على الانسياب في درجات حرارة محددة، وخصوصاً ضمن المواد الصلبة البلورية.
أصناف المواد الصلبة
تقسم المواد الصلبة إلى مواد صلبة بلورية و مواد صلبة لا بلورية. وتتميز المواد الصلبة البلورية بأن لها :
1- نقطة انصهار محددة
2- حرارة انصهار محددة
3- شبكة بلورية محددة
4- تكون الذرات، الأيونات أو الجزيئات في الصلب المتبلر مرتبة في نظام محدد، يتكرر على الدوام.
وقد تكون قوى الربط ناشئة عن :
1- التجاذب بين الأيونات الموجبة والسالبة، كما في كلوريد الصوديوم
2- أو تكون نتيجة لوجود روابط كيميائية تتماسك فيها الذرات بروابط تكافؤ في تركيبات متواصلة كما في الماس.
3 – وقد تنشأ قوى الربط عن تجاذب الجزيئات كما في ثاني أوكسيد الكربون CO2 الصلب والثلج الجاف .
المواد الصلبة غير البلورية :
وتعرف المواد الصلبة التي لا تتوافر فيها الشروط السابقة بالمواد الصلبة لا البلورية ومن أمثلتها : الزجاج – المطاط – الصمغ الجامد
وقد أطلق تعبير (أمورفي) على المادة التي لا يكون لها شكل هندسي طبيعي أو تركيب داخلي مرتب و لا يكون لأسطحها أوجه محددة، متكررة كما هو الحال في المادة البلورية.
وتكون جسيمات المادة الأمورفية مرتبة ترتيباً عشوائياً كما هو الحال في السوائل. ولذلك فإنها تعتبر سوائل في مدى من درجات الحرارة، بخلاف المواد البلورية التي تنصهر عند درجة حرارة ثابتة. وإذا ما اختلفت خواص البلورات (قوى الشد، المرونة، التوصيل الحراري، التوصيل الكهربي، معامل الإنكسار، سرعة الذوبان) باختلاف الإتجاهات، فإن الجامد يعرف بأنه غير منتظم وتتضح هذه الظاهرة في جميع البلورات ماعدا الأنظمة المكعبة أو المنتظمة. وإذا تساوت خاصية ما في جميع الإتجاهات، تعرف البلورة بأنها منتظمة. وتتميز البلورات المكعبة وغير المتبلورة بأن لها خواص متماثلة مميزة في جميع الإتجاهات، ويعتمد حجم البلورات وكمالها على سرعة تكوينها.
المواد الصلبة البلورية
عندما تتجمد معظم المواد أو عندما تحضر في تفاعل ترسيبي، فإنها تكون بلورات لها أشكال عالية الإنتظام ومتماثلة. وتعتبر معالم سطح البلورة العالية الإنتظام إنعكاساً للنمط المتكررالمنظم للذرات أو الأيونات أو الجزيئات المتواجدة ضمنها. ولقد مكن هذا الإنتظام من إجراء تحليل مفصل لبنيات المواد الصلبة وأدى الى معظم معرفتنا ومعلوماتنا عن أشكال الجزيئات وحجوم الذرات والأيونات.
أقسام المواد الصلبة من حيث درجة التجمد
1-مواد يكون لها درجة تجمد محددة وثابتة: مواد صلبة بلورية Crystalline Solids
وهي مواد توجد على هيئة بلورات ذات أشكال هندسية محددة (تمتاز بنوع من الإنتظام والترتيب) مثل الفلزات مثل النحاسCu والكبريت S والملح الصخري rock salt وملح الطعام وغيرها. وتمتاز المواد الصلبة البلورية بأن درجة تجمدها ثابتة لأنها تمتاز بالإنتظام والترتيب في شكلها البلوري
2- مواد صلبة غير بلورية (أمورفية):
لا تمتاز هذه المواد بالانتظام (لا تتواجد في صورة هندسية محددة) كما للمواد الصلبة البلورية، لذلك فإنها لا تتجمد عند درجة حرارة ثابتة. ومن أمثلة هذا النوع الزجاج والمطاط، والبلاستيك