الحالات المجمعة للمادة. أجسام بلورية وغير متبلورة

إن سمات التركيب الداخلي للبلورات التي تميزها عن الأجسام غير البلورية (غير المتبلورة) هي الترتيب المنظم والمتكرر دوريًا لجزيئات المواد (الذرات والنغمات والجزيئات) في الفضاء وتماثل هذا الترتيب. في هذه الحالة ، يتجلى هذا الترتيب في مسافات أكبر بكثير من أحجام الجسيمات نفسها ويتم الاحتفاظ بها داخل البلورة بأكملها ، أي يحدث طلب بعيد المدى (في مقابل ترتيب قصير المدى - الانتظام في ترتيب الجسيمات في المناطق الأقرب إلى ذرة معينة ، بما يتناسب مع حجم الذرات).

السمة الثانية للبلورات هي تباين الخواص هؤلاء. خصائص غير متكافئة في اتجاهات مختلفة في الكريستال. تباين الخواص ، أو الخصائص الاتجاهية للبلورات في اتجاهات مختلفة ، هي نتيجة لتباينها الهندسي ، أي الاختلافات في جزيئات المواد والروابط في اتجاهات مختلفة في التركيب البلوري.

الميزة الثالثة لخصائص البلورات هي تجانسها ، والذي يتجلى في حقيقة أن أي قسمين من البلورات لهما نفس الخصائص تمامًا (في اتجاهات متوازية).

كريستال -هو جسم صلب متجانس متباين الخواص يحده وجوه مسطحة تظهر عليه بسبب خصائص الجسم نفسه ، علاوة على ذلك ، يمكن أن يكون لبلورات نفس المادة حجم وشكل وعدد وجوه مختلف ، ولكن الزوايا بين الوجوه المقابلة دائمًا يبقى ثابت.

يمكن أن توجد المواد البلورية في شكل بلورات مفردة أو مواد متعددة البلورات. بلورات واحدة تسمى البلورات المفردة الموجودة في الطبيعة أو المزروعة بشكل مصطنع لاحتياجات العلم والتكنولوجيا. ومع ذلك ، أكثر انتشارا مواد الكريستالات ، تتكون من العديد من البلورات الفردية الصغيرة المتداخلة ، في ظل الظروف العادية الموجهة بشكل مختلف فيما يتعلق ببعضها البعض ، يتم الالتصاق بينهما بسبب القوى بين الجزيئات وبين الجزيئات. مع مثل هذا التوجه العشوائي ، سيكون تباين الخصائص المميزة للبلورات المفردة ، بالطبع ، غائبًا ، وبشكل عام ، ستكون متناحرة ، أي. سيكون لها نفس الخصائص في اتجاهات مختلفة.

لوصف الدورية في ترتيب جسيمات المواد للمراحل البلورية ، تم تقديم مفهوم "الشبكة البلورية". خلية بلورية - تجريد رياضي يميز مخطط الدورية ثلاثية الأبعاد في نظام لا نهائي من النقاط (العقد الشبكية) في الفضاء. يمكن تخيل الشبكة بأكملها كنظام لانهائي من خطوط متوازية أولية تملأ الفراغ تمامًا بسبب التكرار اللانهائي في ثلاثة اتجاهات مستقلة لخط متوازي أولي واحد ، وهو ما يسمى خلية أولية. يتم استدعاء حجم حواف خط متوازي أولي والزوايا بينها معلمات شعرية وهي الثوابت المادية لكل مادة بلورية. خلية الوحدة هي أصغر جزء من البلورة ، والتي تعكس جميع ميزات هيكلها الداخلي.

اعتمادًا على نوع الجسيمات والنوع السائد للرابطة الكيميائية في البلورة ، يتم تقسيم المشابك إلى مجموعتين كبيرتين: الجزيئية والتنسيق.

في المشابك الجزيئية العقد جزيئات. تتميز هذه المشابك برابطة قوية داخل الجزيء وبقايا ضعيفة (فان دير فال)العلاقة بين الجزيئات. تشتمل المركبات التي تحتوي على مثل هذه المشابك على معظم المواد العضوية. تتميز بقابلية الانصهار ، والتقلب الشديد ، والصلابة المنخفضة.

في بلورات مع المشابك التنسيق من المستحيل تمييز الجزيئات المنفصلة الفردية ، وقوى الربط بين ذرة أو أيون معين وجميع جيرانها وفي مجال التنسيق هي نفسها تقريبًا (في هذه الحالة ، يمكن اعتبار البلورة بأكملها جزيء عملاق واحد). شبكات التنسيق هي خاصية مميزة لمعظم المواد غير العضوية ، بما في ذلك السيليكات والمركبات الحرارية الأخرى.

شبكات التنسيق ، بدورها ، يمكن تقسيمها إلى أيوني،الذري (التساهمي) والمعدني. في عقدة المشابك الأيونية الأيونات الموجبة والسالبة بالتناوب. في عقدة نووي (تساهمية) حواجز شبكية توجد الذرات المحايدة ، متصلة في الغالب برابطة تساهمية. تشمل المواد ذات المشابك المماثلة ، على سبيل المثال ، الماس والسيليكون وبعض الكربيدات ومبيدات السيليكون وما إلى ذلك. في عقدة حواجز شبكية معدنية ، من خصائص المعادن ، هناك أيونات معدنية مغمورة في "غاز الإلكترون". يسبب هذا الهيكل للشبكة موصلية كهربائية عالية وموصلية حرارية وليونة.

من الخصائص المهمة للهياكل البلورية رقم التنسيق ذرات أو أيونات. رقم التنسيق هو عدد الجسيمات التي تحيط فورًا بأيون أو ذرة معينة. نعم ، في أيون 4- رقم التنسيق لذرة السيليكون فيما يتعلق بالأكسجين هو 4.

). في الحالة البلورية ، يوجد أيضًا ترتيب قصير المدى يتميز بإحداثيات ثابتة. أرقام وأطوال المواد الكيميائية. روابط. يؤدي ثبات خصائص الترتيب قصير المدى في الحالة البلورية إلى تزامن الخلايا الهيكلية أثناء إزاحتها الانتقالية وتشكيل دورية ثلاثية الأبعاد للهيكل (انظر.). بسبب الحد الأقصى. تتميز حالة الانتظام البلورية بالحد الأدنى. داخلي الطاقة وهي حالة توازن ديناميكي حراري لمعلمات معينة - الضغط ، t-re ، التركيب (في حالة) ، إلخ. بالمعنى الدقيق للكلمة ، لا يمكن أن تكون الحالة البلورية المرتبة تمامًا. نفذت ، فإن نهجها يحدث عندما تميل t-ry إلى الموافقة (ما يسمى بالمثل الأعلى). تحتوي الأجسام الحقيقية في الحالة البلورية دائمًا على عدد معين من الأنظمة قصيرة المدى وطويلة المدى. لوحظ الكثير بشكل خاص في المحاليل الصلبة ، حيث تحتل الجسيمات الفردية ومجموعاتها إحصائيًا التحلل. مواقف في الفضاء. نظرًا للدورية ثلاثية الأبعاد للتركيب الذري ، فإن السمات الرئيسية هي التوحيد و St-in ، والتي يتم التعبير عنها ، على وجه الخصوص ، في حقيقة أنه في ظل ظروف معينة ، تتخذ التكوينات شكل متعدد السطوح (انظر). تختلف بعض جزر سانت على السطح وبالقرب منها اختلافًا كبيرًا عن تلك الموجودة في الداخل ، ولا سيما بسبب الانتهاك. تكوين ، وبالتالي ، يتغير حجم جزر سانت بسبب التغيير الحتمي في تكوين الوسط مع نموه. وهكذا ، فإن تجانس St.-in ، وكذلك وجود نظام بعيد المدى ، يشير إلى خصائص الحالة البلورية "المثالية". معظم الأجسام في الحالة البلورية متعددة البلورات وهي عبارة عن نواتج بينية لعدد كبير من البلورات الصغيرة (حبيبات) - أقسام بترتيب 10-1-10 -3 مم في الحجم ، غير منتظمة الشكل وموجهة بشكل مختلف. يتم فصل الحبيبات عن بعضها بواسطة طبقات بين الخلايا الحبيبية ، حيث يتم إزعاج ترتيب الجزيئات. في الطبقات الحبيبية ، يحدث تركيز الشوائب أيضًا في العملية. بسبب التوجه العشوائي للحبوب ، متعدد البلورات. الجسم ككل (حجم يحتوي على عدد كبير من الحبوب) م. الخواص ، على سبيل المثال. تم الحصول عليها مع بلوري. مع الماضي . ومع ذلك ، عادة في هذه العملية وخاصة البلاستيك. هناك نسيج - مزايا ، اتجاه الكريستال. في اتجاه معين ، مما يؤدي إلى St. in. في نظام مكون واحد ، بسبب الحالة البلورية ، يمكن للعديد من الاستجابة. الحقول الواقعة في منطقة منخفضة نسبيًا وأعلى. . إذا كانت هناك حالة واحدة فقط ولم تتحلل المادة كيميائيًا مع زيادة t-ry ، عندئذٍ تحد الدول الحقول وعلى طول الخطوط و- على التوالي ، و () يمكن أن تكون في حالة مستقرة (فائقة التبريد) إلى حالات ، بينما لا يمكن أن تكون الحالة البلورية في الحقل أو البلورية. في الداخل فإنه من المستحيل ارتفاع درجة حرارة أعلى من t-ry أو. عند تسخين بعض الجاودار (mesogens) ، فإنها تتحول إلى بلورات سائلة. الدولة (انظر). إذا كانت هناك حالتان أو أكثر في الرسم التخطيطي لنظام مكون واحد ، فإن هذه الحقول تحد على طول خط التحويلات متعددة الأشكال. بلوري يمكن زيادة سخونة in-in أو تبريدها بشكل فائق تحت التحول متعدد الأشكال t-ry. في هذه الحالة ، قد تكون الحالة البلورية للجزر في مجال الآخرين. التعديلات وهو ثابت. بينما ويرجع ذلك إلى وجود حرج يمكن تحويل النقاط الموجودة على الخط بشكل مستمر إلى بعضها البعض ، مسألة إمكانية التحول المتبادل المستمر. الحالة البلورية ولم يتم حلها نهائيًا. بالنسبة للبعض الداخلي ، يمكنك تقييم الحرج. المعلمات - الضغط و t-ru ، عندها D H رر و د V pl تساوي الصفر ، أي الحالة البلورية ولا يمكن تمييزها بالديناميكا الحرارية. لكن في الحقيقة مثل هذا التحول. لم يلاحظ في أي من الجزر (انظر). يمكن نقل الداخل من الحالة البلورية إلى حالة مضطربة (غير متبلور أو زجاجي) ، لا يتوافق مع الحد الأدنى الحر. الطاقة ، ليس فقط تغيير (، t-ry ، تكوين) ، ولكن أيضًا تأثير أو خفي. حرج حجم الجسيم ، الذي لم يعد من المنطقي الحديث عن الحالة البلورية ، حوالي 1 نانومتر ، أي بنفس ترتيب حجم خلية الوحدة.ل عادة ما يتم تمييز الحالة البلورية عن الأنواع الأخرى من الحالة الصلبة (زجاجي ، غير متبلور) وفقًا لأنماط الأشعة السينية للجزيرة.
===
يستخدم أدب المقال "دولة بلورية": Shaskolskaya M. P.، Crystallography، M.، 1976؛ علم البلورات الحديث ، أد. B. K. Weinstein. المجلد الأول ، 1979. P. I. فيدوروف.

صفحة "دولة بلورية"محضرة من المواد.

كما هو معروف ، تسمى أجسام البنية البلورية بالصلبة ، وهي أنماط ترتيب الذرات التي تحدد خصائصها إلى حد كبير. لذلك ، من المناسب تقديم شرح للقضايا المتعلقة بالتفاعلات في مخاليط المواد الصلبة مع عرض موجز للأفكار الحديثة حول الحالة البلورية للمادة.

تتمتع جزيئات المادة في الحالة البلورية بوضع ثابت ويتم ترتيبها بطريقة منظمة ، وتشكل شبكة بلورية مكانية. إن بنية هذه الشبكة ، والتي يمكن تحديدها بسهولة عن طريق حيود الأشعة السينية ، ترتبط في معظم الحالات ارتباطًا وثيقًا بالتركيب الكيميائي للمادة.

يمكن أيضًا ملاحظة هذه العلاقة ، كما أظهر عالم البلورات الشهير فيدوروف في عام 1890 ، بشكل أقل وضوحًا إلى حد ما على شكل أو عادة البلورات. عادة ، كلما كان التركيب الكيميائي للجسم أبسط ، كلما زاد تناظر بلوراته. تشكل 50٪ من العناصر وحوالي 70٪ من المركبات الثنائية ، على سبيل المثال ، بلورات مكعبة ، و 75-85٪ من المركبات التي تحتوي على أربع إلى خمس ذرات لكل جزيء تشكل بلورات سداسية الشكل ومعينية ، وحوالي 80٪ من المركبات العضوية المعقدة تكون معينية وأحادية الميل بلورات. يمكن تفسير كل هذا من خلال حقيقة أنه كلما كانت الأجزاء المكونة للشبكة البلورية أكثر تجانسًا ، كلما كان من الممكن وضعها في الفضاء بشكل أكثر تنظيمًا.

النمط المثير للاهتمام الذي يميز العلاقة بين بنية البلورة وتكوينها الكيميائي هو حقيقة أن جزيئات المادة المرتبطة بالبنية (على سبيل المثال ، BaSO4 ، PbSO4 ، SrSO4 أو CaCO3 ، MgCO3 ، ZnCO3 ، FeCO3 ، MnC03) تتبلور في أشكال بلورية مماثلة. يتوافق تشابه خصائص البلورات في سلسلة المواد المتشكلة بهذه الطريقة مع تشابه بنية المشابك البلورية.

من السمات المهمة للحالة البلورية لمادة ما تباين الخواص ، والذي يتكون من الاختلاف في الخصائص الفيزيائية للبلورة المتجانسة كيميائيًا في اتجاهاتها المختلفة.

نياخ. يمكن ملاحظة تباين الخواص في الخصائص الميكانيكية والبصرية والانتشار والحرارية والكهربائية للأجسام البلورية. يتجلى ، من بين أشياء أخرى ، في معدل نمو مختلف للبلورة في اتجاهات مختلفة ، وفقًا لتطور بعض وجوهها أكثر من غيرها.

يمكن أن تكون العناصر الهيكلية التي تتكون منها البلورة وقوى التفاعل بينها مختلفة. وفقًا لذلك ، تكون المشابك أيونية وجزيئية وتساهمية ومعدنية. من الناحية العملية ، تنتشر أيضًا حواجز شبكية من أنواع وسيطة مختلفة. أثبتت الدراسات أن الرابطة الموجودة في المشابك للعديد من المركبات البلورية تنتمي إلى شكل وسيط وأن طبيعة الروابط المختلفة في مركب مكون من ثلاثة عناصر كيميائية أو أكثر غالبًا ما تكون مختلفة. وفقًا لطبيعة قوى الترابط السائدة ، يطلق عليها اسم أيوني ، تساهمي ، إلخ.

في الشبكة الأيونية ، وهي خاصية لمعظم الأملاح ونموذجية للمركبات غير العضوية ، تكون قوى التفاعل بين عناصرها الهيكلية هي الكهرباء الساكنة بشكل أساسي. تتشكل هذه الشبكة من خلال التناوب المنتظم للأيونات ذات الشحنة المعاكسة (الشكل 1) ، والتي ترتبط ببعضها بواسطة قوى تفاعل كولوم.

هناك أربع حالات معترف بها بشكل عام للمادة: الصلبة والسائلة والغازية والبلازما. بالإضافة إلى ذلك ، تمت الإشارة إلى النوع الخامس من الحالة الكلية للمادة ، الذي تم اكتشافه بمساعدة مصادم الهادرونات الكبير ، في الأدبيات.

في علم السلع الاستهلاكية ، هناك ثلاث دول فقط ذات فائدة عملية. يمكن أن يوجد أي عنصر فردي أو مادة معقدة بشكل تسلسلي أو متزامن في حالتين أو أكثر من هذه الحالات: يمكن أن يوجد الماء والجليد وبخار الماء عند نفس درجة الحرارة والضغط. يمكن أن تكون المواد الصلبة متبلورة (لها بنية جزيئية متكررة بانتظام) ، مثل الملح والمعادن ؛ أو غير متبلور ، مثل الراتنج أو الزجاج. تتحرك جزيئات السائل ، ولكنها تقع بالقرب من بعضها البعض ، كما هو الحال في المواد الصلبة. في الغازات ، تكون الجزيئات متباعدة جدًا لدرجة أنها تتحرك في خطوط مستقيمة نسبيًا قبل الاصطدام بجدران الخزان.

بادئ ذي بدء ، يجب التأكيد مرة أخرى على أن الغاز والسائل والصلب عبارة عن حالات مجمعة للمواد ، وبهذا المعنى لا يوجد فرق لا يمكن التغلب عليه: يمكن لأي مادة ، اعتمادًا على درجة الحرارة والضغط ، أن تكون في أي من الركام. تنص على. ومع ذلك ، توجد فروق ذات دلالة إحصائية بين الأجسام الغازية والسائلة والصلبة.

يتمثل الاختلاف الأساسي بين الغاز من ناحية والأجسام الصلبة والسائلة من ناحية أخرى في أن الغاز يشغل الحجم الكامل للوعاء المقدم له ، بينما يحتل السائل أو الصلب الموجود في الوعاء مساحة فقط. حجم محدد جدا فيه. هذا بسبب الاختلاف في طبيعة الحركة الحرارية في الغازات والأجسام الصلبة والسائلة.

في المواد الصلبة ، يمكن ترتيب الذرات في الفضاء بطريقتين:

1) ترتيب مرتب للذرات ، عندما تحتل الذرات أماكن محددة تمامًا في الفضاء. تسمى هذه المواد بلوري(الشكل 1.1 ، أ).

تتذبذب الذرات بالنسبة إلى متوسط ​​موضعها بتردد يبلغ حوالي 1013 هرتز. اتساع هذه التذبذبات يتناسب مع درجة الحرارة ؛

2) الترتيب العشوائي للذرات ، عندما لا تحتل مكانًا معينًا بالنسبة لبعضها البعض. تسمى هذه الهيئات عديم الشكل(الشكل 1.1 ، ب).

أرز. 1.1

المواد غير المتبلورة لها الخصائص الشكلية للمواد الصلبة ، أي أنها قادرة على الحفاظ على حجم وشكل ثابت. ومع ذلك ، ليس لديهم درجة حرارة انصهار أو تبلور محددة.

نظرًا للترتيب المنظم لذرات مادة بلورية في الفضاء ، يمكن توصيل مراكزها بخطوط مستقيمة وهمية. مجموعة هذه الخطوط المتقاطعة عبارة عن شبكة مكانية تسمى الشبكة البلورية. تكون مدارات الإلكترون الخارجية للذرات على اتصال ، بحيث تكون كثافة تعبئة الذرات في الشبكة البلورية عالية جدًا.

المواد الصلبة البلوريةتتكون من حبيبات بلورية - بلورات. في الحبوب المجاورة ، يتم تدوير المشابك البلورية بالنسبة لبعضها البعض بزاوية معينة.

في البلورات ، لوحظت الطلبات قصيرة المدى وطويلة المدى. هذا يعني وجود ترتيب واستقرار مرتبين كمحيطين بذرة معينة من أقرب جيرانها (وقت قصير)،والذرات الموجودة على مسافات كبيرة منه حتى حدود الحبوب (طلب بعيد المدى).

المعادن عبارة عن أجسام بلورية ، يتم ترتيب ذراتها بترتيب صحيح هندسيًا ، وتشكل بلورات ، على عكس الأجسام غير المتبلورة (على سبيل المثال ، الراتنج) ، التي تكون ذراتها في حالة اضطراب.

وتجدر الإشارة إلى أن هناك بعض الاختلاف بين مفهوم "المعدن" كعنصر كيميائي وكمادة. تقسم الكيمياء جميع العناصر إلى معادن وغير فلزية حسب سلوكها في التفاعلات الكيميائية. تأخذ نظرية الحالة المعدنية في الاعتبار مجموعات كبيرة من ذرات المعادن التي لها خصائص معدنية مميزة: اللدونة ، والتوصيل الحراري والكهربائي العالي ، والبريق المعدني. هذه الخصائص مميزة لمجموعات كبيرة من الذرات. لا تمتلك الذرات الفردية مثل هذه الخصائص.

الذرات في المعدن في حالة تأين. تتبرع ذرات المعادن ببعض إلكترونات التكافؤ الخارجية وتصبح أيونات موجبة الشحنة. تتحرك الإلكترونات الحرة بشكل مستمر فيما بينها ، مكونة غاز إلكترون متحرك.

في درجة حرارة الغرفة ، تكون جميع المعادن باستثناء الزئبق مواد صلبة ذات بنية بلورية. تتميز البلورات بترتيب محدد بدقة في فضاء الأيونات التي تشكل شبكة بلورية.

نظرًا لوجودها في المعادن بترتيب صارم ، فإن الذرات الموجودة في المستوى تشكل شبكة ذرية ، وفي الفضاء - شبكة بلورية ذرية. تختلف أنواع المشابك البلورية للمعادن المختلفة. المشابك الأكثر شيوعًا هي مكعبات متمركزة حول الجسم ، ومكعب محوره الوجه ، ومعبأة سداسية متقاربة.

تظهر الخلايا الأولية لهذه المشابك البلورية في التين. 1.2 الخطوط الموجودة في هذه المخططات شرطية ؛ في الواقع ، لا توجد خطوط ، وتهتز الذرات حول نقاط التوازن ، أي المواقع الشبكية ذات التردد العالي. في خلية شعرية مكعبة مركزها الجسم ، توجد الذرات عند رؤوس المكعب وفي وسط المكعب ؛ الكروم ، الفاناديوم ، التنجستن ، الموليبدينوم ، وما إلى ذلك ، لديهم مثل هذه الشبكة ، في خلية من شعرية مكعبة تركز على الوجه ، توجد الذرات في الرؤوس وفي وسط كل وجه من وجه المكعب ؛ الألومنيوم والنيكل والنحاس والرصاص ، وما إلى ذلك ، لها مثل هذه الشبكة ، في خلية شبكة سداسية الشكل ، توجد الذرات عند رؤوس القواعد السداسية للمنشور ، في وسط هذه القواعد وداخل المنشور ؛ المغنيسيوم والتيتانيوم والزنك وما إلى ذلك لها مثل هذه الشبكة.في المعدن الحقيقي ، تتكون الشبكة البلورية من عدد كبير من الخلايا.

الحالة البلورية شائعة جدًا في الطبيعة: معظم المواد الصلبة (المعادن ، المعادن ، الألياف النباتية ، البروتينات ، السخام ، المطاط ، إلخ) هي بلورات. ومع ذلك ، ليست كل هذه الأجسام لها نفس الخصائص البلورية المعبر عنها بوضوح والتي تم اعتبارها سابقًا. في هذا الصدد ، تنقسم الأجسام إلى مجموعتين: بلورات مفردة وبلورات متعددة.

أحادي البلورة- جسم ، تتلاءم جميع جزيئاته في شبكة مكانية مشتركة واحدة. البلورة المفردة متباينة الخواص. معظم المعادن أحادية البلورات.

بوليكريستال- جسم يتكون من العديد من البلورات الصغيرة المفردة ، بشكل عشوائي بالنسبة لبعضها البعض. لذلك ، تعد البلورات متعددة الخواص ، أي منطقة

أرز. 1.2 الأنواع الرئيسية من المشابك البلورية للمعادن: أ- مكعب (1 ذرة لكل خلية) ؛ ب - مكعب محوره الجسم (ذرتان لكل خلية) ؛

في- مكعب متمركز على الوجه (4 ذرات لكل خلية) ؛ جي- معبأة سداسية الشكل (6 ذرات لكل خلية)

تعطي نفس الخصائص الفيزيائية في كل الاتجاهات. المعادن هي أمثلة على الكريستالات. ومع ذلك ، يمكن أيضًا الحصول على المعدن على شكل بلورة واحدة ، إذا تم تبريد المصهور ببطء عن طريق إدخال بلورة واحدة من هذا المعدن فيه (ما يسمى بالنواة). حول هذه النواة ستنمو بلورة معدنية مفردة.

اعتمادًا على الجسيمات التي تتكون منها الشبكة البلورية ، هناك أربع مجموعات رئيسية من المشابك: الأيونية والذرية والجزيئية والمعدنية.

شعرية أيونيةيتكون من أيونات مشحونة معاكسة يتم الاحتفاظ بها في مواقع الشبكة بواسطة قوى كهربائية. الغالبية العظمى من البلورات لها شعرية أيونية.

شعرية ذريةتتكون من ذرات محايدة مثبتة في مواقع الشبكة بواسطة روابط كيميائية (تكافؤ): الذرات المجاورة لها إلكترونات خارجية (تكافؤ). الجرافيت ، على سبيل المثال ، لديه شبكة ذرية.

شعرية جزيئيةيتكون من جزيئات قطبية (ثنائية القطب) ، والتي يتم الاحتفاظ بها أيضًا في مواقع الشبكة بواسطة قوى كهربائية. ومع ذلك ، بالنسبة للجزيئات القطبية ، يكون تأثير هذه القوى أضعف من تأثير الأيونات. لذلك ، من السهل نسبيًا تشوه المواد ذات الشبكة الجزيئية. تحتوي معظم المركبات العضوية (السليلوز والمطاط والبارافين وما إلى ذلك) على شبكة بلورية جزيئية.

صر معدنييتكون من أيونات معدنية موجبة محاطة بالإلكترونات الحرة. تربط هذه الإلكترونات أيونات الشبكة المعدنية ببعضها البعض. هذه الشبكة هي خاصية مميزة للمعادن.

تعتبر الفيزياء الحديثة الأجسام البلورية أجسامًا صلبة. تتميز السوائل ، كما لوحظ بالفعل ، بترتيب عشوائي للجسيمات ، وبالتالي فإن السوائل متناحية الخواص. يمكن تبريد بعض السوائل بدرجة عالية جدًا دون أن تصبح في حالة صلبة (بلورية). ومع ذلك ، فإن لزوجة هذه السوائل هائلة جدًا لدرجة أنها تفقد سيولتها عمليًا ، وتحتفظ ، مثل المواد الصلبة ، بشكلها. تسمى هذه الأجسام غير متبلورة. تشتمل الأجسام غير المتبلورة ، على سبيل المثال ، على الزجاج ، والراتنج - الصنوبري ، وما إلى ذلك. ومن الواضح أن الأجسام غير المتبلورة متباينة الخواص. ومع ذلك ، يجب أن يؤخذ في الاعتبار أن الأجسام غير المتبلورة يمكن ، بمرور الوقت (طويل) ، أن تنتقل إلى حالة بلورية. في الزجاج ، على سبيل المثال ، تظهر البلورات بمرور الوقت: تبدأ في أن تصبح غائمة ، وتتحول إلى جسم متعدد البلورات.

حالة غير متبلورة- حالة صلبة مكثفة للمادة ، تتميز بتناحي الخواص الفيزيائية بسبب الترتيب المضطرب للذرات والجزيئات. بالإضافة إلى الخواص الخواص (ميكانيكية ، حرارية ، كهربائية ، بصرية ، إلخ) ، تتميز الحالة غير المتبلورة للمادة بوجود فاصل درجة حرارة تنتقل فيه مادة غير متبلورة إلى حالة سائلة مع زيادة درجة الحرارة. تحدث هذه العملية تدريجيًا: عند تسخينها ، فإن المواد غير المتبلورة ، على عكس المواد البلورية ، تنعم أولاً ، ثم تبدأ في الانتشار ، وأخيراً تصبح سائلة ، أي المواد غير المتبلورة تذوب في نطاق درجات حرارة واسع.

الخواص هي أيضًا خاصية مميزة للحالة متعددة البلورات ، لكن البلورات المتعددة لها نقطة انصهار محددة بدقة ، مما يجعل من الممكن التمييز بين الحالة متعددة البلورات والحالة غير المتبلورة.

في المواد غير المتبلورة ، على عكس المواد المتبلورة ، لا يوجد ترتيب بعيد المدى في ترتيب جسيمات المادة ، ولكن هناك ترتيب قصير المدى يتم ملاحظته على مسافات تتناسب مع أحجام الجسيمات. لذلك ، لا تشكل المواد غير المتبلورة بنية هندسية منتظمة ، تمثل هياكل جزيئات مرتبة عشوائيًا.

يتم الكشف عن الاختلاف الهيكلي بين مادة غير متبلورة ومادة بلورية باستخدام أنماط الأشعة السينية. تشكل الأشعة السينية أحادية اللون ، المنتشرة على البلورات ، نمط حيود على شكل خطوط أو نقاط مميزة. هذا ليس نموذجيًا للحالة غير المتبلورة.

على عكس الحالة البلورية ، فإن الحالة غير المتبلورة للمادة ليست في حالة توازن. ينشأ نتيجة لعوامل حركية وهو مكافئ هيكليًا للحالة السائلة: المادة غير المتبلورة عبارة عن سائل فائق التبريد وله لزوجة عالية جدًا. عادة ، تتشكل الحالة غير المتبلورة أثناء التبريد السريع للذوبان ، عندما لا يكون لتبلور المادة الوقت الكافي لتمريره. هذه العملية نموذجية للحصول على الزجاج ؛ لذلك ، غالبًا ما تسمى الحالة غير المتبلورة الحالة الزجاجية. ومع ذلك ، في كثير من الأحيان ، حتى أسرع التبريد ليس بالسرعة الكافية لمنع تكوين البلورات. نتيجة لذلك ، لا يمكن الحصول على معظم المواد في الحالة غير المتبلورة.

إن العملية التلقائية لإعادة ترتيب مادة غير متبلورة إلى بنية بلورية متوازنة بسبب انتشار الإزاحة الحرارية للذرات هي عمليا لا نهاية لها. لكن في بعض الأحيان يمكن تنفيذ مثل هذه العمليات بسهولة تامة. على سبيل المثال ، الزجاج غير المتبلور ، بعد تثبيته عند درجة حرارة معينة ، "يزيل التزجيج" ، أي تظهر بلورات صغيرة فيه ويصبح الزجاج معكرًا.

في الطبيعة ، تكون الحالة غير المتبلورة أقل شيوعًا من الحالة البلورية. يحتوي على: أوبال ، سبج ، عنبر ، راتنجات طبيعية ، قار. في الحالة غير المتبلورة ، لا يمكن أن يكون هناك فقط مواد تتكون من ذرات فردية وجزيئات عادية ، مثل الزجاج والسوائل غير العضوية (مركبات ذات وزن جزيئي منخفض) ، ولكن أيضًا مواد تتكون من جزيئات كبيرة طويلة السلسلة - مركبات ذات وزن جزيئي مرتفع ، أو بوليمرات. تختلف الخصائص الفيزيائية للمواد غير المتبلورة اختلافًا كبيرًا عن خصائص المواد البلورية ، بسبب المواد غير المتبلورة التي وجدت تطبيقًا واسعًا في الصناعة.

تُستخدم البوليمرات على نطاق واسع - المواد العضوية غير المتبلورة ، والتي ترتبط جزيئاتها الفردية ، بسبب الروابط الكيميائية (التكافؤ) ، ببعضها البعض (بلمرة) في سلاسل طويلة ، تتكون في بعض الحالات من عدة آلاف من الجزيئات الفردية. الممثل النموذجي للبوليمر هو البلاستيك. من الخصائص القيّمة جدًا للبوليمرات مرونتها العالية وقوتها. بعض البوليمرات ، على سبيل المثال ، تتحمل تمددًا مرنًا يبلغ 2-5 أضعاف طولها الأصلي. يتم تفسير خصائص البوليمر هذه من خلال حقيقة أن السلاسل الجزيئية الطويلة يمكن طيها في ملفات كثيفة أثناء التشوه أو ، على العكس من ذلك ، شدها إلى خطوط مستقيمة. في الوقت الحاضر ، تُستخدم المركبات العضوية الطبيعية والاصطناعية لإنشاء بوليمرات ذات الخصائص المرغوبة (خفيفة ، قوية ، مرنة ، مقاومة كيميائية ، عازلة كهربيًا ، مقاومة للحرارة ، إلخ).

نظرًا لترتيبها الأقصى ، تتميز الحالة البلورية بحد أدنى من الطاقة الداخلية وهي حالة توازن ديناميكي حراري للمعلمات المحددة - الضغط ودرجة الحرارة والتركيب (في حالة حلول صلبة) وغيرها ، بالمعنى الدقيق للكلمة ، لا يمكن حقًا تحقيق حالة بلورية مرتبة تمامًا ؛ يحدث التقريب لها عندما تميل درجة الحرارة إلى 0 كلفن (ما يسمى البلورة المثالية). الأجسام الحقيقية في الحالة البلورية تحتوي دائمًا على بعض الكمية عيوبالتي تنتهك النظام قصير المدى وطويل المدى. يتم ملاحظة الكثير بشكل خاص في المحاليل الصلبة ، حيث تحتل الجسيمات الفردية ومجموعاتها بشكل إحصائي مواقع مختلفة في الفضاء.

نظرًا للدورية ثلاثية الأبعاد للتركيب الذري ، فإن السمات الرئيسية هي تجانس كل من الخصائص والتماثل ، والذي يتم التعبير عنه ، على وجه الخصوص ، في حقيقة أنه في ظل ظروف معينة من التكوين ، تأخذ البلورات شكل متعدد الوجوه (انظر النمو ). تختلف بعض الخصائص الموجودة على سطح البلورة وبالقرب منها اختلافًا كبيرًا عن هذه الخصائص داخل البلورة ، على وجه الخصوص ، بسبب كسر التناظر. تتغير التركيبة ، وبالتالي الخصائص ، في جميع أنحاء حجم البلورة بسبب التغيير الحتمي في تكوين الوسط مع نمو البلورة. وبالتالي ، فإن تجانس الخصائص ، بالإضافة إلى وجود نظام بعيد المدى ، يشير إلى خصائص الحالة البلورية "المثالية"

معظم الأجسام في الحالة البلورية متعددة البلورات وهي عبارة عن نواتج بينية لعدد كبير من البلورات الصغيرة (حبيبات) - أقسام بترتيب 10-1-10 -3 مم في الحجم ، غير منتظمة الشكل وموجهة بشكل مختلف. يتم فصل الحبيبات عن بعضها بواسطة طبقات بين الخلايا الحبيبية يتم فيها إزعاج ترتيب الجزيئات. في الطبقات الحبيبية ، يحدث تركيز الشوائب أيضًا في عملية التبلور. نظرًا للتوجه العشوائي للحبوب ، يمكن أن يكون الجسم متعدد البلورات ككل (الحجم الذي يحتوي على الكثير من الحبوب) خواص الخواص ، على سبيل المثال ، يتم الحصول عليه من البلورات مع الأخير. . ومع ذلك ، عادة في هذه العملية ، وخاصة البلاستيك ، ينشأ نسيج. - المزايا ، اتجاه الحبيبات البلورية في اتجاه معين ، مما يؤدي إلى تباين الخواص.

بسبب الحالة البلورية ، يمكن للعديد من الحقول الموجودة في المنطقة ذات درجات الحرارة المنخفضة نسبيًا والحقول المرتفعة أن تستجيب لنظام مكون واحد. إذا كان هناك حقل واحد فقط للحالة البلورية ولم تتحلل المادة كيميائيًا مع زيادة درجة الحرارة ، فإن مجال حدود الحالة البلورية في الحقول والغاز على طول خطوط الانصهار والتسامي - التكثيف ، على التوالي ، والسائل والغاز (بخار) يمكن أن يكون في حالة مستقرة (فائقة البرودة) في الحقل ، الحالة البلورية ، بينما لا يمكن أن تكون الحالة البلورية في الحقل أو البخار ، أي لا يمكن تسخين المادة البلورية فوق درجة حرارة الانصهار أو التسامي. يتحول بعض (mesogens) إلى حالة بلورية سائلة عند تسخينها (انظر الشكل. بلورات سائلة). إذا كان هناك حقلين أو أكثر للحالة البلورية على الرسم التخطيطي لنظام مكون واحد ، فإن هذه الحقول تحد على طول خط التحولات متعددة الأشكال. يمكن تسخين المادة البلورية أو التبريد الفائق تحت درجة حرارة التحول متعدد الأشكال. في هذه الحالة ، يمكن أن تكون الحالة البلورية المدروسة في مجال التعديلات البلورية الأخرى وتكون ثابتة.

بينما يمكن تحويل السائل والبخار باستمرار إلى بعضهما البعض بسبب وجود نقطة حرجة على خط التبخر ، فإن مسألة إمكانية التحول المتبادل المستمر للحالة البلورية لم يتم حلها نهائيًا. بالنسبة لبعض المواد ، من الممكن تقدير المعلمات الحرجة - الضغط ودرجة الحرارة ، حيث يكون DH pl و DV pl مساويًا للصفر ، أي أن الحالة البلورية والسائل لا يمكن تمييزهما ديناميكيًا حراريًا. لكن في الواقع ، لم يلاحظ مثل هذا التحول لأي منهم (انظر الشكل. الوضع الحرج).

يمكن أن تنتقل مادة من الحالة البلورية إلى حالة مضطربة (غير متبلورة أو زجاجية) ، والتي لا تتوافق مع الحد الأدنى من الطاقة الحرة ، ليس فقط عن طريق تغيير معلمات الحالة (الضغط ودرجة الحرارة والتركيب) ، ولكن أيضًا عن طريق التعرض للتأين إشعاع أو طحن ناعم. حجم الجسيم الحرج ، الذي لم يعد من المنطقي الحديث عن الحالة البلورية ، حوالي 1 نانومتر ، أي بنفس ترتيب حجم خلية الوحدة.