نفسر ما هي الحالة الصلبة وما هي الخصائص الفيزيائية لهذه الحالة من المادة. أمثلة على المواد الصلبة.
ما هي الحالة الصلبة؟
تسمى الحالة الصلبة بأحد الأشكال الأساسية الأربعة التي يتم فيها تقديم المادة ، جنبًا إلى جنب مع سائل، ال مشروب غازي و ال بلازمية. تسمى هذه الأشكال حالات تجميع المادة.
تتميز المادة في الحالة الصلبة (أو ببساطة المواد الصلبة) بترتيب معين لها حبيبات، على أساس روابط صلبة وقوية للغاية ، والتي تُترجم إلى بنية فيزيائية محددة جيدًا. يحدث هذا بسبب قوى التماسك بين الجسيمات المسؤولة عن الحفاظ على الشكل و الصوت صلابة ، ولإعطائها هامشًا معينًا من الصلابة و قدرة التحمل.
ومع ذلك ، يمكن التغلب على هذه القوى من خلال العمليات الفيزيائية لتغيير الطور ، والقدرة على تحويل مادة صلبة إلى سائل أو غاز. تسمى هذه العمليات:
- انصهار. العملية الفيزيائية التي تتكون من التقديم الحرارة إلى مادة صلبة لزيادة درجة الحرارة حتى تصل إلى ملف نقطة الانصهار (درجة الحرارة التي تمر عندها المادة الصلبة إلى الحالة السائلة ، عند درجة الحرارة هذه يتعايش السائل والصلب في توازن ديناميكي حراري). عندما تتجاوز درجة الحرارة هذه النقطة ، تزداد طاقة المادة الصلبة بدرجة كافية لكسر التماسك بين جزيئاتها وتسبب تغير المرحلة. يعتمد الانصهار أيضًا على الضغط الذي تتعرض له المادة الصلبة.
- تسامي. عملية فيزيائية تمر من خلالها مادة صلبة معينة مباشرة إلى الطور الغازي ، دون المرور أولاً بالمرحلة السائلة. يمكن تحقيق ذلك من خلال معالجة ظروف درجة الحرارة و ضغط على وجه التحديد لكل مادة صلبة ، وبالتالي تجنب المرور بالمرحلة السائلة قبل الوصول إلى البخار. مثال على ذلك هو تسامي اليود الصلب (I) ، حيث يتم إنتاج غاز بنفسجي اللون.
الخصائص الفيزيائية للحالة الصلبة
المادة في الحالة الصلبة لها الخصائص التالية:
- الاستعلاء. بشكل عام ، تقاوم المادة الصلبة التشوه. على سبيل المثال: مكامن الخلل ، مكامن الخلل ، الانقسامات. فقط إذا تم التغلب على مقاومتها ، يتغير شكل المواد الصلبة (بشكل دائم أو مؤقت ، حسب مرونتها).
- عدم الانضغاطية. على عكس الغازات والسوائل ، لا يمكن ضغط المواد الصلبة ، أي أن جزيئاتها لا يمكن أن تكون معًا. بدلاً من ذلك ، عند تعرضها لقوى ضغط شديدة ، فإنها تميل إلى التصدع أو الانهيار إلى قطع أصغر.
- صلابة. بشكل عام ، المواد الصلبة مقاومة للاختراق من قبل المواد الصلبة الأخرى ، حتى خدش سطحها. يُعرف هذا بالصلابة ، القوة الجسدية ضد عمل المواد الصلبة الأخرى. أصعب ما هو معروف هو الماس.
- هشاشة. يمكن تقسيم المواد الصلبة إلى قطع أصغر.
- مرونة. على عكس الهشاشة والصلابة ، فإن المرونة هي قدرة بعض المواد الصلبة على الخضوع لتشوه مؤقت ، تحت تأثير القوة ، ثم العودة إلى شكلها الأصلي بمجرد انتهاء تأثير القوة المذكورة. المواد المرنة لها ذاكرة شكل تسمح لها بالعودة إلى وضعها السابق.
- كثافة عالية. معظم المواد الصلبة لها كثافة عالية نسبيًا لأن الجزيئات التي تتكون منها قريبة جدًا من بعضها.
- تطويع. بعض الأجسام الصلبة لديها القدرة على العمل عن طريق التشوه. بسبب هذه الخاصية ، يمكن الحصول على صفائح رقيقة من المادة دون كسر.
- شكل محدد. كونها صلبة ، فإن المواد الصلبة لها أشكال محددة ولا تتدفق مثل السوائل والغازات.
أمثلة الحالة الصلبة
بعض الأمثلة على المادة في الحالة الصلبة هي:
- المعادن. باستثناء الزئبق (Hg) ، تحتفظ المعادن في درجة حرارة الغرفة بصلابتها وصلابتها بسبب روابط معدنية بينه ذرات. ومع ذلك ، إذا تم إعطاؤهم حرارة كافية (كما هو الحال في الصهر أو المسابك) ، فإن المعادن تتدفق مثل السوائل ويمكن أن تتخذ أشكالًا أخرى.
- الجليد. الماء السائل ، عندما يصل إلى نقطة التجمد ، أي عندما يتم سحبه طاقة السعرات الحرارية حتى تصل درجة حرارتها إلى 0 درجة مئوية ، تتبلور وتتحول إلى جليد ، مادة صلبة وشفافة.
- الحجارة. تتكون الأحجار التي نجدها على أي طريق من معادن وعناصر كلسية أو رسوبية ، وهي أوضح مثال على الصلابة المحتملة على هذا الكوكب.
- الخرسانة. نتيجة اتحاد المواد مثل الحصى والماء والأسمنت في مسحوق ، أولاً كمعجون مبلل ثم كمواد شديدة الصعوبة عند التجفيف ، يتم استخدامه يوميًا في صناعة من البناء.
- العظام. ممعدن بالكالسيوم المأخوذ من نظامنا الغذائي أو عظام أجسامنا أو أجسام أي منها حيوان فقاري هم الذين يوفرون أكبر صلابة للجسم.