line3-2 -solid matter- ةبلصلا داوملاحورلا ةغل عقوم يرصح –...

www.logatelro7.comحصري موقع لغة الروح –تأليف عــــــذاري

1

Solid matter- 2-Line3-المواد الصلبة

في خطوط عريضة في الفيزياء Matterالبد من قراءة الدرس األول بعنوان

properties of Solidخصائص الجوامد

تمتلك األنواع المختلفة من المواد خصائص مختلفة ولها درجات غليان وانصهار مختلفة وقد يكون لها ألوان مختلفة وروائح مختلفة

بعضها يتمدد بدون كسر بينما أخرى تنكسر بسهولة وهذه الخصائص تساعدنا على تمييز األنواع المختلفة من المواد وأيضا تساعدنا على

والمرونة hardnessوالصالبة densityاسب من كل مادة لغرض محدد ، سأتناول هنا عدد من الخصائص وهي الكثافة اختيار النوع المن

elasticity والهشاشةbrittleness والطرقmalleability

الطرق الهشاشة المرونة الصالبة الكثافة

الكثافة هي الخاصية التي

تصف العالقة بين الكتلة

والحجم

الكثافة

D=m/v

الحجم /هي الكتلة

والوحد هي

Gram/cubic

centimeter

تعطينا الكثافة معلومات

عن ترابط الذرات أو

الجزيئات فمثال تجمع

عدد من الذرات قريبة

من بعضها في سنتيمتر

مكعب واحد هذا يعطي

نسبيا كثافة عالية

هي مقياس لمقاومة

المادة الصلبة للخدش

scratching مثال

األلماس مادة صلبة في

الطبيعة

قدرة المادة على

العودة لشكلها األصلي

بعد زوال القوة

المؤثرة عليها

مقياس ميل المادة

للتحطم بعد التصادم

وتعتبر هذه الخاصية

مهمة في صناعة

السيارات

مقياس قدرة المادة

على الطرق لتصبح

صفيحة رقيقة مثال

يعتبر األلمنيوم فلز

قابل للطرق بشكل

عالي


2

Types of Sloidsأنواع الجوامد

Ionic solids البلورية الجوامد -1 تتشكل دوري تتابع في التنظيم ذاتية ذرات األيونات بين كهربي تجاذب يحدث عندما

anions -cations والسالبة الموجبة األيونية البلورات وهذه بلورية شبكة لتشكيل

، لكسرها كبيرة لطاقة وتحتاج مستقرة تكون .الصوديوم كلوريد عليها مثال

NaCl, CaF2, Na2Sأمثلة

تتشكل Metallic Solids الفلزية الجوامد -2 بالكترونات الشحنة موجبة أنوية تتماسك عندما

للحرارة عالية موصلية الفلزات وتمتلك متكافئة . والكهرباء

الفلزات هي العناصر التي تقع في يسار الجدول الدوري

تحتوي تحتوي على الالنتيدات واالكتينيدات ، الروابط الفلزية

على العناصر باللب وحولها االلكترونات وتعرف بمسمى بحر

نااللكترون وتشرح الرابطة الفلزية خصائص الفلزات حيث أ

ات الفلزات توصل الكهرباء بسبب حرية حركة االلكترون والفلز

اللكترونات تتحرك بسهولة ا قابلة للطرق والسحب حيث رابطة

لتتكيف مع التشويه

Molecular Solids الجزيئية الجوامد -3

اع ، الجوامد الجزيئية غير وتنقسم لثالثة أنو Non-Polar Molecularالقطبية

Solids حيث القوى التي تربط بين الذراتالجوامد و ن درفال وقوى تشتت لندنقوى فا

Polar Molecularالجزيئية القطبية Solids حيث القوى التي تربط بين الذرات

جزيئية والجوامد ال قوى التجاذب القطبي-Hydrogen بالرابطة الهيدروجينية

bonded molecular solids Covalent orالتساهمية الجوامد -4

Network Solids حيث الترابط بينمثال عليها العناصر يكون بالرابطة التساهمية

SiCكربيد السيلكون

Amorphous البلورية غير الجوامد -5Solids روابط تمتلك بلوري بناء لها ليس

والبالستيك الزجاج مثال منتظمة غير

Metallic and Ionic Solids


3

؟ PolycrystallineCrystalline andالفرق بين الجوامد البلورية ومتعددة البلورات

الجوامد متعددة البلورات تتكون من عدد من - الجوامد البلورية

ومتماثل منتظم ترتيب البلورية الجوامد تمتلك -

ordered structures and symmetry وعشوائية تشوش لها البلورات متعدد بينما .البعيد المدى على

تكون الجوامد البلورية ذات شكل واحد وبال - ذلك عن مختلفة البلورات المتعددة بينما، حدود

continuous متصل بناء لها فليسstructure تبلورها بين حدود ولديها.

نيع وهي نادرة في الجوامد البلورية صعبة التص - الطبيعة بالمقارنة مع الجوامد متعددة البلورات

ذرات هي Single crystalالبلورة المفردة - .مدى كلي للمادةبها على يتعيد ترت

Polycrystallineمواد متعددة التبلور -material تتشكل من بلورات صغيرة

grains

Amorphous Solid التبلور ةعديمجوامد -6 .ذرات عشوائية غير مرتبه

الصلب الحديد في البلورات كثيرة لحبيبات صورة

القوة مثال النوع

أيون –أيون NaCl, CaF2, ZnS أيونية

فلز Na, Fe فلزية

القطبيةIce, I2 Dipole جزيئيةInd. dipole

تساهمية Graphite Diamond شبكة


4

: Solid Metalic الفلزيةجوامد ال

وأيضا بريق أو المع سطح للفلزات يكون كيميائية وكخصائص ،عالي وحراري كهربي توصيل لها فلزات أنها توصف التي الجوامدهي

. الغرفة حرارة درجة عند صلبة الزئبق ماعدا الفلزات كل، malleable and ductile والسحب للطرق قابلة

قانون التوصيل هذا ويسمى الجوامد في تنتقل التي الحرة التكافؤ الكترونات من تأتي الحراري أو الكهربي التوصيل خاصية كال

وهو يعبر عن النسبة بين الموصلية الكهربائية والموصلية الحرارية Wiedemann-Franz law فرانس–فيدمان

. Fermi energy طاقة فيرمي يسمى وضع في للفلزات المكيروسكوبية الخصائصتبقى و

: electrical properties الكهربية الخصائص -1

ممكن للجوامد التصنيف وهذا ، عازلة أو موصلة شبه أو كموصلة توصيلها أو resistivity مقاومتهاب حس الجوامد تصنف قد

interatomic الذارت بين بـالفراغ قوية عالقة وله band theory of solids للطاقة األحزمة نظرية في نتصوره أن

spacing ، فيرمي طاقة ب غالبا عنها يعبر الجوامد في لاللكترون الطاقة ومستويات Fermi energy موصليةويمكن زيادة

p ونوعn نوع من بشوائب زيادتها ممكن الموصالت أشباه

نظرية األحزمة للجوامد

المواد بين االختالف لتوضيح طريقة أفضل طاقة بتحديد الموصلة وشبه والعازلة الموصلة

وجود عن وعوضا ، المواد في االلكترونات

بسبب discrete energies منفصلة طاقات ففي األحزمة الطاقة تشكل ، الحرة االلكترونات

التكافؤ حزام في االلكترونات العازلة المواد

valence bandحزام عن كبيرة بفجوة تنفصل الموصالت وفي conduction band التوصيل

حزام مع التكافؤ حزام يتداخل الفلزات مثل فجوة هناك الموصالتأشباه وفي التوصيل وهذا التوصيل وحزام التكافؤ حزام بين صغيرة تزيد قد التي الشائبة المادة على يعتمد

. التوصيلية مستوى هو األحزمة نظرية في مقياس وأهم

درجة عند الكترون طاقة مستويات أعلى فيرمي . منخفضة حرارة


5

Piezoelectric Effectالكهربية االجهاد ظاهرة

.البلورات التي من الممكن أن تمتلك تيار عندما تنضغط وتتشوه يطلق عليها الكهرباء اإلجهادية

magnetic Propertiesالخصائص المغناطيسية -2

, مغناطيسية وبارا diamagnetic مغناطيسية دايا أنواع بثالث المغناطيسي للمجال استجابتها حسب المواد تصنف

paramagnetic وفرومغناطيسية ferromagnetic ،ماأ المغناطيسي المجال تقاوم التي المواد لكل خاصية مغناطيسية الدايا

ثيرهاأفت مغناطيسية الفرو أما ، المجال زيادة مع وتزيد المجال اتجاه في مغناطيسية فتنتج الدايا عكس فهي مغناطيسية البارا

. المغناطيسي القطب بعزم المواد مغناطيسية عن يعبر. والبارا الدايا من أقوى فهي جدا كبير

مجال يطبق وعندما مغناطيسي مجال يولد والذي مستمر تيار حلقة لاللكترونات المدارية الحركة تولد مغناطيسية الدايا في

قانون يظهرفي وهذا المغناطيسي المجال معاكسة إلى current loops المستمر التيار هذا يميل المواد على خارجي مغناطيسي

هكذا تستجيب التي والمواد ( أحدثه الذي التغير معاكسة إلى يميل الحث عن الناتج المغناطيسي المجال أن) Lenz's law لينز

ليست المادة تكون عندما المتبقي المغناطيسي السلوك هي مغناطيسية الدايا ، مغناطيسية الدايا تسمى المغناطيسي للمجال

.مغناطيسية والبارا فرومغناطيسية

circulating currents الدائرة التيارات ألن متغيرة مغناطيسية مجاالت وجود في قوي مغناطيسي دايا تأثير يظهر موصل أي

مغناطيسية دايا فهي superconductor الفائقة الموصالت أما المغناطيسي المجال في التغيرات عكس الموصل في تتولد

،current loops المستمر التيار حلقات لتكون مقاومة اليوجد النه مثالية

--------------------------------------------------------------------------------------------------

المغناطيسي المطبق وتتبع هذه المواد قانون لبعض المواد تظهر مغناطيسية طردية للمجا البارا مغناطيسية

Curie's law كوري قانون

magnetic مغانطيسي عزم إلى يؤدي electron spin لكتروناإل دوران ألن للمغناطيسية متأصل مصدر لها الذرات كل

moment ترونكلاال تتصرف مداراتو electron orbits المواد أغلب في ، مغناطيسي مجال ينتج مستمر تيار حلقات مثل

.كامل اليكون االلغاء مغناطيسية بارا أنها تصنف التي المواد في لكن ، لاللكترونات المغناطيسية العزومتلغى

-----------------------------------------------------------------------------------------------------

المواد الفرومغناطيسية

فريد مغناطيسي سلوك dysprosium) ديسبروسيوم ،gadolinium جادولونيوم) النادرة األرضية العناصر وبعض والنيكل الحديدتظهر

ي ف neodymium ميوم،والنيودي Samarium السماريوم ، ferrum معناه الالتينية باللغة الحديد ألن فرومغناطيسية كمواد وتتصرف

.rare-earth magnets قوية مغناطيسية تنشئ الكوبالت مع السبائك

العزوم متعاكسة غير الكتروناتو مرتبة بمجموعات الذرات تظهر حيثlong-range ordering ظاهرة الفرومغناطيسية الموادتظهر

unpaired electron spins تسمى منطقة في البعض لبعضها بالنسبة متوازية فتصطف domain المجال يكون المجال هذا وبداخل

thermal الحراري لالضطراب لها الخاصية هذه تختفي حيث عالية حرارة درجة لها الفرومغناطيسية المواد كل . شديد المغناطيسي

agitation .كوري حرارة بدرجة هذه الحرارة درجة وتسمى Curie temperature ،للمجال ميكانيكيا الفرومغانطيسية المواد تستجيب

.عليها المسلط طيسيناالمغ


6

Crystalline solidsالجوامد البلورية .تكرار أو ترتيب دوري على مسافات ذرية طويلة ، نموذج ثالثي األبعاد ترتبط مع ذرات أخرى قريبة فيها يحدث

Crystal structure طريقة الذرات أو االيونات او الجزيئات في الترتيب الفراغي البناء البلوري

galliumالجاليوم Schistالشيست halite crystalالهاليت .amethyst quartzاألماتيست

ثالثة أبعاد تسمى يية عالقة هندسية ثابتة وعندما تتكون فمكررة ويربط بين الوحدات الجزيئ تتركب الجوامد البلورية من خاليا وحدة

.تظهر النظرية الهندسية فقط أربعة عشر نوع مختلف من الشبيكة البلورية latticeشبيكة The unit cellوحدة الخلية

.الترتيب الصغير لبنيه البناء الذري الطوب األساسي في بناء البناء البلوري : وحدة الخلية

يشكل البلورة كاملةوحدة الخلية هي وحدة البناء التي تصف البناء البلوري وتكرار

.مثال بناء بلوري ثالثي األبعاد

Metallic Crystal Structuresالبناء البلوري الفلزي

rapidبالرغم أن تكوين بلورات عشوائية ممكن بالتبريد السريع poly)crystalline)تكون الفلزات غالبا بلورات متعددة

cooling

وحدات الخليةأهم أنواع و

.faced-centered cubic (FCC)

• body-centered cubic (BCC)

• hexagonal close-packed (HCP).


7

Centered -Faceأوال Cubic (FCC) Crystal

Structure

وية تقع الذرات في كل زاوفي مراكز كل االوجه لكل

خلية مكعبه وحدة

Centered -Bodyثانيا Cubic (BCC) Crystal

Structure

الذرات عند كل زاوية وفي مركز الخلية المكعبة

Packed-Hexagonal Close ثالثا

Crystal Structure HCP البلورات

السداسية

لبناء الشائعة في البناء هو أحد أنواع ا

ستة ذرات تشكل ترتيب سداسي . الفلزي

. حول ذرة واحدة في المركز

UNIT CELLSى اوية في الفضاء هذه النقاط تسمترتيب ثالثي األبعاد لنقاط متس

Cubic Unit Cells وحدات الخلية المكعبة

Cubic Unit Cells of Metals في الفلزاتالمكعبة الخلية وحدات


8

Simple Cubic Unit Cell حيث كل األضالع لها نفس الطول والزوايا متعامدة بالنسبة لبعضها وتقع ذرة في كل زاوية لخلية الوحدة


9

Lattice systemsالشبكات البلورية أنواع

نسبه للعالم أوجيست برافيه Bravais latticesحسب برافيه الجدول أشكال متعددة لألنظمة البلورية يظهر

System Axial lengths and angles Unit cell geometry

Pyrite cubicالمكعب a = b = c, α = β = γ= 90°

Wulfenite

tetragonal رباعي

واألصالع الزوايا a = b ≠ c, α = β = γ= 90°

Aragonite

Orthorhombic

مستقيم معيني a ≠ b ≠ c, α = β = γ= 90°

Calcite

Rhombohedral

منتظم سداسي موشور a = b = c, α = β = γ ≠ 90°

Beryl

Hexagonal

سداسي

a = b ≠ c, α = β = 90°, γ =

120°

Azurite

Monoclinic أحادي

الميل

a ≠ b ≠ c, α = γ = 90°, β ≠

90°

Microcline

Triclinicثالثي الميل a ≠ b ≠ c, α ≠ β ≠ γ

Figure 1: Bravais lattices

.


10

لهندسية لألنظمة البلورية السبعةاالخصائص

Geometrical characteristics of the seven crystal systems

Crystal system Example

triclinic K2S2O8

monoclinic As4S4, KNO2

rhombohedral Hg, Sb

hexagonal Zn, Co, NiAs

orthorhombic Ga, Fe3C

tetragonal In, TiO2

cubic Au, Si, NaCl TABLE 2: Examples of elements and compounds that adopt each of the crystal systems.

Amorphous solidsالجوامد غير البلورية

األمثلة عليها ، يتركب الزجاج العادي الزجاج وأغلب البالستيك من أهم تفتقر هذه الجوامد إلى أي بناء منتظم على مسافات طويلة Ordinary glass ثاني أكسيد السيلكون من SiO 2 والذي يوجد في الطبيعة بشكل كريستالي يسمى الكوارتز

.polymerستيك ومواد طبيعية مثل المطاط والسلولوز تتألف من جزيئات كبيرة تسمى البوليمرات البال

(Atomic Packing Factor (APFمعامل اإلزدحام الذريحساب

بالنسبة لحجم خلية الوحدة ويمثل معدل حجم الذرات في وحدة الخليةجسيمات والتي تتكون من ي حجم في البناء البلور كسروهي


11


12

The General Features of the Seven Basic Unit Cells

The Three Kinds of Cubic Unit Cell


13

calculate the number of atoms in a unit cellحساب عدد الذرات في كل وحدة خلية

نقوم بعدد من الخطوات

وحدة الخلية 1/8كل ذرة في الزاوية تشترك مع ثمانية خاليا لذلك كل ذرة تشترك في -1

من وحدة الخلية 1/2بـتشترك الذرة في كل وجه بوحدتين خلية لذلك كل ذرة في وجه المكعب تشترك -2

من وحدة الخلية 1ال تشترك الذرة في هيكل وحدة الخلية لذلك كل ذرة هي -3

لوحدة الخلية ¼الموجودة في الحافة بأربع وحدات خلية لذلك كل ذرة في الحافة تمثل تشترك الذرة -4

monoatomic substancesبتطبيق هذه القواعد نسحب عدد الذرات فيمكعبات وحدة مختلفة في المواد أحادية الذرة

ثالثة أنوع لوحدة الخلية لنظام بلوري مكعب

رؤية ثالثية األبعاد لعدد الذرات في كل وحدة خلية

ذرات في كل زوايا المكعب 8في هذا النوع من وحدة الخلية هناك Simple cubic 1-

ذرات في الزاوية وذرة في الهيكل 8النوع كل وحدة خليه تمتلك هذافي Body centered cubic 2-

3-Face centered cubic في هذا النوع كل وحدة خلية تمتلك ذرة في كل زاوية وذرة في كل وجه تشترك مع وحدتين خلية

line3-2 -solid matter- ةبلصلا داوملاحورلا ةغل عقوم يرصح –...

Documents