خواص المواد الصلبة

خصائص المواد الصلبة

المادة الصلبة (بالإنجليزية: solid) هي واحدة من حالات المادة الثلاث، والتي تمتاز بشكلها وحجمها المحددين، وتختلف عن الحالة الغازية والحالة السائلة كثيرًا، كما تختلف المواد الصلبة فيما بينها؛ فمنها ما يتألف من جزيئات مرتّبة بشكل منتظم، ومنها ما يتكون من جزيئات مرتبة بشكل غير منتظم، ومن أمثلة المواد الصلبة الصخور، والمعادن، وفيما يأتي توضيح لخصائص المواد الصلبة:

لها شكل وحجم محدد

تمتاز المواد الصلبة بأنّها تتخذ شكلًا وحجمًا محددًا نظرًا لأنّ الجزيئات التي تتألف منها تتخذ كلّ منها موقعًا ثابتًا، ممّا يعني أنّها غير متحركة لتخلق طاقة حركية بينها، ويُذكر أنّه من الممكن أن تكون المواد الصلبة قاسية أو هشة وطرية اعتمادًا على أيوناتها.

تختلف تركيبة المادة الصلبة عن الحالة السائلة والغازية التي تجعلها ثابتة الشكل والحجم، ففي الحالة السائلة تكون جزيئات المادة متباعدة عن بعضها البعض ممّا يسمح لها بالحركة حول بعضها، حيث يجعلها هذا الأمر قادرة على التماسك معًا بحجم واحد لكن دون اتخاذ شكل ثابت، حيث يختلف هذا الشكل باختلاف الإناء الذي توضع فيه.

تعدّ الغازات مختلفة أيضًا في هذا المجال؛ حيث إنّ جزيئاتها متباعدة كثيرًا وتتحرك بعشوائية ممّا يجعلها عديمة الشكل الثابت والحجم، ويُشار إلى أنّ تحويل المادة من الحالة الصلبة للسائلة لا يُغير كثيرًا على حجمها كما يحدث في حالة ذوبان الجليد، أمّا عند تحويل السائل إلى الحالة الغازية فإن حجمه يزيد بمقدار كبير.

لها كثافة عالية

يقصد بالكثافة (بالإنجليزية: Density) بأنّها الكتلة التي تتواجد ضمن حجم معين، وتعتمد كثافة المادة على بنيتها وتكوينها، وبما أنّ المادة الصلبة تمتلك جزيئات مترابطة وقريبة جدًا من بعضها فإنّ كثافتها عالية جدًا ، فعلى سبيل المثال عنصر الذهب له كثافة عالية تصل إلى 19.3 غم / سم^3.

يختلف الحال بالطبع فيما يخص الحالة السائلة والحالة الغازية، ففي كلتا الحالتين تكون الكثافة منخفضة أو شبه معدومة نظرًا لتباعد المسافات بين جزيئات المواد، وهذا ما يجعل المادة الصلبة ذات خصائص فريدة.

القابلية المحدودة للانضغاط

تسمّى هذه الخاصية للمادة الصلبة بمقاومة التشوّه (بالإنجليزية: Resistance of Deformation)، والتي تعني أنّ المواد الصلبة ذات الشكل والحجم المحدَدين صعبة الاستجابة للقوة الخارجية التي تضغط عليها لتغيير شكلها أو ضغطها في وعاء معين، ويعود ذلك لخصائص المواد الصلبة الميكانيكية المختلفة عن الغازات والتي تتمثل بما يأتي:

• خاصية المرونة

وتعني خاصية المرونة (بالإنجليزية: Elasticity) أنّ المادة قابلة لاستعادة شكلها وحجمها الأصلي بعد رفع القوة الخارجية عنها.

• خاصية اللدونة

وتعني خاصية اللدونة (بالإنجليزية: Plasticity) تغيّر شكل المادة الصلبة عند تعرضها لقوة ضغط معينة دون العودة للشكل الأصلي، ومن الأمثلة على هذه الخاصية البلاستيك.

• خاصية الليونة

تنطبق خاصية الليونة (بالإنجليزية: Ductility) على المواد القابلة للسحب والطرق على شكل أسلاك وصفائح.

تختلف المواد الصلبة عن الغازات في قابليتها للانضغاط، حيث إنّ الغازات قابلة للانضغاط بشدة على عكس المواد الصلبة.

القابلية المحدودة للانتشار

تعني خاصية الانتشار (بالإنجليزية: Diffusion) قدرة جزيئات المادة على الاندماج مع جزيئات مادة أخرى واختلاطها، وفي حالة الانتشار تستمر الجزيئات بالتوزع والاختلاط للحصول على خليط موحد، إلا أنّ قابلية المواد الصلبة للانتشار ضئيلة نظرًا لتقارب ذراتها من بعضها البعض وضعف حركتها الذي يجعلها محافظةً على شكلها.

تختلف المواد الصلبة عن المواد الغازية من ناحية القدرة على الانتشار، فالمواد الغازية تعتبر قدرتها على الانتشار كبيرة تبعًا لحركة جسيماتها السريعة وتباعد هذه الجسيمات عن بعضها البعض.

تتأثر خاصية الانتشار في المواد بتغيّر درجات الحرارة وبعلاقة طردية، إذ تزيد قدرتها على الانتشار مع ارتفاع درجات حرارتها والعكس صحيح، في الحالة السائلة تكون القدرة على الانتشار بطيئة ولكنها أسرع من انتشار المادة الصلبة.

تمتلك قوى ترابط عالية بين جزيئات المادة

تتألف جميع المواد من ذرات وجزيئات أو أيونات تختلف في ترتيبها والمسافات بينها، وهذا ما يخلق أشكال المادة الثلاث، وتمتاز الحالة الصلبة بأنّ جزيئاتها تترابط معًا بقوة وأحيانًا في نمط مثالي، على عكس الغازات والسوائل، كما أنّ جزيئات المادة الصلبة تهتز قليلًا إلا أنّها لا تتحرك من مكانها كما يحدث في الحالات الأخرى.

تفسِّر هذه الخاصية عدم قابلية المادة الصلبة للانضغاط، وصعوبة ذوبانها نظرًا لأن الإذابة تعتمد على تفكيك الروابط بين جزيئات المادة ثم دمجها مع العنصر المذيب.

درجة الانصهار العالية

تحتاج المواد الصلبة لدرجات حرارة مرتفعة حتى تنصهر وتذوب، نظرًا لكثافتها المرتفعة على عكس الغازات والسوائل، وتختلف درجة الانصهار عن درجة الغليان فعلى سبيل المثال كلوريد الصوديوم ذا الروابط الأيونية القوية ينصهر على درجة حرارة 801ْ بينما يغلي على درجة الحرارة 1413ْ.

يختلف الأمر في حالة الغازات والسوائل، إذ يمكن أن تنصهر الغازات والسوائل بدرجة حرارة أقل من حرارة الغرفة، ويُشار إلى أنّه أي مادة تحتاج لدرجات حرارة أعلى من درجة حرارة الغرفة كثيرًا حتى تنصهر وتتفكك روابطها المتماسكة بشدة تعدّ مادةً صلبةً، ويعود ذلك لأنّ ذراتها مترابطة ومتقاربة جدًا من بعضها.

أنواع المواد الصلبة

تتكون المواد الصلبة من نوعين؛ أولهما المواد الصلبة البلورية، وثانيهما المواد الصلبة غير البلورية، ويختلف هذين النوعين باختلاف خصائص كل منهما، والتي سيتم توضيحها كما يأتي:

نستنتج مما سبق أنّ المادة الصلبة ذات خصائص فريدة من نوعها تجعلها تمتلك هذه المواصفات من القوة، والمرونة، وقابلية التشكيل، ومن أهمّ هذه الخصائص أنها غير قابلة للانضغاط بسهولة، وغير قابلة كذلك للانتشار، كما أنّها ذات شكل وحجم ثابت يصعب تغييره، وتحتاج لدرجات حرارة عالية لتنصهر وتتغير من شكل لآخر، إضافة لأن جزيئاتها مترابطة بقوة ممّا يعني أنّ كثافتها عالية.