شرح حالات المادة الستة

بسم الله الرحمن الرحيم


من المعروف لدي معظم الناس وخاصة طلاب المدارس أن حالات المادة ثلاث حالات وهى الحالة الصلبة والحالة السائلة والحالة الغازية، وقد يرجع ذلك إلي قدم اكتشاف هذه الحالات فقد ظل الإنسان قرونا طوال لا يعرف سواهن، وذلك بسبب قصور البحث العلمي أثناء تلك الفترات وقلة الإمكانيات وعدم كفاية وكفاءة الأجهزة المستخدمة فى البحث، ولعل الكثير منا يعرف أن العلوم الحديثة التي نعرفها الآن أسسها فى البداية مجموعة من الباحثين الذين بهرتهم ظواهر الطبيعة العجيبة والبحث عن أسرارها، والذين امتلكوا المقدرة المادية حينها علي تحقيق هذه الاكتشافات، ونحن نعرف أن قانون الجذب العام الذي يحكم جميع ما فى الكون من أجسام كبيرة تتولد عنها قوي جاذبية محسوسة تم اكتشافه بواسطة الإنجليزي السير اسحق نيوتن Sir Isaac Newton عندما تأمل فى سقوط تفاحة عليه من شجرة كان يجلس تحتها .

ونحن نتعجب حقاً من مقولة الفيزيائي الإنجليزي الشهير صاحب النظرية الكهرومغناطيسية، جيمس كلارك ماكسويل James Clerk Maxwell عام 1871 خلال محاضرته الافتتاحية بجامعة كمبريدج، وذلك عندما قال:
" خلال بضع سنوات سنستطيع أن نقدر علي وجه التقريب جميع الثوابت الفيزيائية الهامة، وعندئذ لن يتبقي أمام أهل العلم إلا مهمة واحدة، القيام بهذه القياسات لتضاف إليها أرقام عشرية جديدة بعد الفاصلة "

ففي هذا الوقت كان لدي الباحثين العلميين ما يكفي من الأسباب للتفاؤل فقد غذت الفيزياء التقليدية Classical Physics ( الكلاسيكية ) والكهرومغناطيسية الثورة الصناعية، وبدا وكأن معادلاتهما قادرة علي توصيف جميع النظم الفيزيائية، ولم تمض سوي ثلاثة عقود من الزمان حتى انطلقت الشرارة الأولي للفيزياء الكمية والنسبية وما تبعها من ظهور الطاقة النووية واقتحام الفضاء وسبر غور الذرة والثورة التكنولوجية والمعلوماتية وفيزياء الجسيمات، ولنا أن ندرك الآن أن ماكسويل كان خاطئاً تماماً فلم يكن يعرف عن الكون أكثر من 0.01% مما نعرف الآن.

ولقد تبعت هذه الثورة العلمية والتكنولوجية اكتشاف حالات المادة الثلاث الأخرى، وقد اعتاد الفيزيائيين تسمية هذه الحالات تبعاً لترتيب اكتشافها، فلقد سميت الحالة الصلبة للمادة بالحالة الأولي، وسميت الحالة السائلة بالحالة الثانية، وسميت الحالة الغازية بالحالة الثالثة، ثم تلاهم بعد ذلك أثناء اكتشاف الطاقة النووية ظهور الحالة الرابعة للمادة ألا وهي البلازما، ثم فى عام 1938 اكتشاف الحالة الخامسة للمادة ألا وهي السيولة ( الميوعة ) الفائقة، وأخيراً عام 1995 تم التوصل للحالة السادسة للمادة ألا وهي كثافة بوز – أينشتاين، ويوجد الآن بعض الظواهر المتعلقة بالطاقة والمادة تعتبر كأبناء عم الحالات الست، ألا وهي الليزر، والتوصيلية الفائقة، والإكسايتونات، ويرجع عدم معرفة الناس بالحالات الأخرى إلي أنها ظلت قيد البحث والدراسة عقوداً عديدة.

وتمتاز كل حالة من حالات المادة بقوانينها التي لا توصف إلا من خلالها فلا يصح أن توصف حالة من حالات المادة بقوانين حالة أخري، وسنتحدث تباعاً لذلك عن الحالات الثلاث الأخيرة بالتفصيل، ولكن اسمحوا لي أن أعيد ترتيب حالات المادة ترتيباً آخراً غير الترتيب المعتاد، والذي قد يثير غضب البعض من محبي العلوم، وذلك لأن جميع هذه الحالات تتعلق بدرجة حرارة المادة، لذا رأيت أنه من الأفضل ترتيبها حسب درجة حرارتها أو بمعني أدق حسب ترتيب ظهورها إلي الوجود.

الحالة الأولي كثافة بوز – أينشتاين Bose-Einstein condensate، الحالة الثانية السيولة الفائقة Superfluidity، الحالة الثالثة الصلب Solid، الحالة الرابعة السائل Liquid، الحالة الخامسة الغاز Gas، الحالة السادسة البلازما Plasma، ومن يدري لعل العلم يكشف لنا عن حالات أخري للمادة.



الحالة الأولي للمادة
كثافة بوز – أينشتين ( أبرد مادة فى الكون )
)

من المعلوم أن أشهر مقياس نعرفه لدرجة الحرارة هو مقياس سيلزيوس والذي يبدأ عند درجة انصهار الثلج والتي اعتبرت الدرجة صفر، ويصل إلي 100 درجة عند غليان الماء، ونحن نسمع كثيراً عن درجات حرارة تقع تحت الصفر، هذا صحيح، فهناك مقياس أعم وأشمل لدرجات الحرارة، وهو مقياس كلفن Kelvin أو المقياس المطلق، وهذا المقياس يبدأ تدريجه عند درجة حرارة تعادل - 273.15 سيلزيوس، أي أن الصفر المطلق أو الكلفين يعادل – 273.15 سيلزيوس، وهذه الدرجة الكلفينية أو المطلقة هى أقل درجة حرارة فى الكون فلا يستطيع أي جزء من الكون أن يصل إلي درجة حرارة أقل من هذه الدرجة، وأعتبر هذه الدرجة – إن صح التعبير – من وجهة نظري هى درجة تجمد الكون، فعند هذه الدرجة تتوقف كافة أشكال الحركة الكونية بدأ من الذرات وحتى النجوم وتتوقف كافة أشكال التفاعلات الكيميائية والفيزيائية، ويتوقف بثها للإشعاع الضوئي.

تنشأ كثافة بوز – أينشتاين عندما يتم تبريد المادة بوسائل تبريد متطورة جداً وغاية فى التعقيد إلي درجة تقترب كثيراً من الصفر المطلق، قد تصل أحياناً إلي 50 ميكروكلفن – أي أصغر من الدرجة المطلقة أو واحد كلفن بحوالي عشرين ألف مرة – وقد يستغرق الأمر من التبريد للوصول إلي هذه الدرجة الغاية فى الصغر عدة سنوات أو حتى عدة عقود كما حدث مع الفيزيائي الهولندي كلبنر Kleppner عندما حاول فى عام 1976 فى الوصول إلي هذه الحالة مع الهيدروجين ونجح أخيراً فى الوصول إليها فى يونية عام 1998.


بدأ كلپنر ملاحقة كُثافة بوز-آينشتاين في الهدروجين منذ عام 1976 في سباق مع مجموعة هولندية، ويعلق على ذلك بقوله: "لقد استغرق ذلك وقتًا أطول قليلاً مما توقع أيٌّ منا."

تخيل أنك تمكنت من تقليص نفسك حتى صرت بحجم الجزئ، حينها ستستطيع بكل سهولة رؤية حركة الذرات وهى تبدو ككرات زجاجية تقفز هنا وهناك وترتد عن بعضها باستمرار فى فضاء خال تقريباً، وفجأة تلاحظ أن حركة هذه الذرات بدأت فى الهدوء شيئاً فشيئاً، علي الفور يدرك طالب العلوم أن هذه الذرات تحدث لها عملية تبريد، حيث تبدأ الذرات فى تقليل سرعتها وتقترب من بعضها البعض، وباستمرار عملية التبريد يزداد تقارب هذه الذرات من بعضها، ثم تري فجأة فى مركز المنطقة أن هناك ذرتان من أبطأ الذرات تبدأن فى الإندماج معاً ليكونا فى النهاية كرية كبيرة الحجم ومعتمة، ثم تعمل هذه الكرية كالمصيدة حيث تبدأ فى التهام بقية الذرات المحيطة بها، وفي مفاجأة مروعة تختفي جميع الذرات من حولك ولا يتبقي سوي كتلة ضخمة لا تتحرك، فماذا حدث للذرات المنفردة ؟ وما هو هذا الجسم المعتم الغامض ؟

ما حدث بالفعل هو نشأة هذه الحالة من المادة، وهى أكثر أشكال المادة برودة فى الكون، والتي تمتاز باندماج جميع ذرات هذه المادة مهما اختلفت أنواعها فى كرية ضخمة، بل وتتوقف كافة أشكال الحركة الذرية والجزيئية للمادة، وحينها يستحيل عملياً التمييز بين أي ذرتين مختلفتين فى هذه الحالة وذلك ببساطة لأن جميع المواد فى هذه الحالة تسلك نفس السلوك وهو انعدام الحركة، ولنتصور صعوبة فهم هذه الحالة، فإن الأشياء من حولنا عند هذه الدرجة ستتحول إلي شئ موحد، فلن يكون لديك قلم أو كوب أو حتى الورقة التي تقرأها الآن بالشكل المعروف، ويتكون ما يطلق عليه الذرة العملاقة.

شبكات دوامات تم تصويرها في كُثافة من ذرات الروبيديوم التي تم تحريكها. لا تدور الكُثافة (a) حتى يصبح التحريك قويا لدرجة تكفي لتوليد دوّامة كاملة (b)، يكون فيها لكل ذرة كمّ واحد من الاندفاع الزاوي. ومع زيادة سرعة التحريك يزيد الدوران بإضافة دوامات أخرى. تبين الأمثلة في هذه الصورة ثماني دوّامات (c) و12 دوّامة (d). وفي مراكز الدوامات المعتمة يكون الدوران الأكثر سرعة وتكون كَثافة الغاز الأقل قيمة.

تعود البداية إلي عشرينيات القرن الماضي حيث كان هناك فيزيائياً هندياً يدعي ساتياندرا ناث بوزه يدرس إحدى الظواهر الجديدة الخاصة بالضوء، وتوصل لفكرة عبقرية تتلخص فى كيفية تقوية وترابط الضوء لينتج شعاعاً ضوئياً مترابطاً – الذي عرف فيما بعد بالليزر – ولقد كانت من عبقرية هذه الفكرة حينها أن قوبلت بالمعارضة الشديدة، لذلك لم يستطيع نشر هذه الفكرة فى أي مجلة علمية، لذا أرسلها إلي الفيزيائي الشهير ألبرت أينشتاين الذي اقتنع جداً بالفكرة واستخدم نفوذه ليجد لها مكاناً للنشر.

لم يكتف أينشتاين فى مساعدة بوزه فى نشر أبحاثه بل أضاف إليها شيئاً آخر، فلقد رأي أن فرضيات بوزه تسري أيضاً علي الذرات، ولكن بشرط عند درجات الحرارة المنخفضة، كان هذا فى عام 1924، ولقد تم الحصول علي هذه الحالة لأول مرة فى التاريخ مع الروبيديوم صباح يوم 5 يونية عام 1995 فى المعهد المشترك للفيزياء الفلكية المختبرية بالولايات المتحدة الأمريكية علي يد كل من كورنيل، ووايمان، وكيتيرله مما أهلهم للفوز بجائزة نوبل فى الفيزياء لعام 2001.

الحالة الثانية للمادة
السيولة الفائقة ( أغرب حالات المادة )

تعد هذه الحالة هى الحالة الثانية للمادة بعد كثافة بوز – أينشتين، فهي تظهر فى السوائل عند درجة حرارة اعلي قليلاً من الدرجة التي تحدث عندها الحالة الأولي، حيث تنتاب هذه السوائل حالة من الجنون عند اقتراب درجة حرارتها من الصفر المطلق، إذ أنها تتدفق إلي أعلي دون مقاومة وتنساب بلا توقف علي جوانب الأوعية الحاوية لها مهملة قوي الاحتكاك والجاذبية، كما أنه بإمكان هذه السوائل اختراق الجدران والدوران بلا توقف من تلقاء نفسها دون أن تنخفض سرعتها، حقاً إنها بالفعل أغرب حالات المادة.

لقد تمكن علماء الفيزياء من إسالة – أي تحويل المادة إلي سائل – جميع الغازات المعروفة فى نهاية القرن التاسع عشر ماعدا واحد فقط هو غاز الهيليوم، فلقد قاوم هذا الغاز جميع المحاولات لتسييله مما جعل البعض يعتقد بأنه غاز دائم لا يمكن أن يوجد فى حالة السيولة أو الصلابة، ولكن فى عام 1908 تمكن الهولندي كامرلنج أونز K. Onnes من إسالته، وفي عام 1938 لاحظ كلا من السوفيتي كابيستا والكندي آلن أن الهيليوم المسال عندما يصل لدرجة 2.2 كلفن تحدث له بعض السلوكيات الشاذة، فهو ينساب دون لزوجة مطلقاً ويمكنه القيام بحيل مثل الانزلاق لأعلي صعوداً علي الجدران والخروج من الوعاء المفتوح، كما أنه لا يبدي أي مقاومة لأي جسم يمر من خلاله ولا يلتصق بأي جسم مثل السوائل العادية المعروفة.


وتعد أغرب خصائص الهيليوم الفائق السيولة فى كونه ينساب بسرعة وحرية أكبر فى الأنابيب الضيقة أكثر منها فى الأنابيب المتسعة علي العكس تماماً من السوائل العادية، بل من الهيليوم المسال نفسه عند درجة حرارة أعلي قليلاً، فمثلاً ففي الماء أو الزيت لا يمكن لهما السريان عبر الأنابيب الرفيعة إلا بمساعدة قوة ضغط عليه، فمثلاً عند وضع الماء فى حقنة طبية لن يندفع الماء من الإبرة الرفيعة إلا إذا ضغطنا علي مكبس الحقنة، ولكن مع الهيليوم فائق السيولة فإنه يندفع من تلقاء نفسه بمجرد وضعه فى الحقنة.

وتزداد غرابة وإثارة الهيليوم عند وضعه فى كأس زجاجي ووضع الكأس علي قرص دوار، فإنه من المتوقع كما فى السوائل العادية أن يدور الهيليوم المسال مع دوران الكأس حيث تكون سرعة الدوران فى وسط السائل أبطأ من أطرافه المتصلة بجدار الكأس من الداخل، ولكن حدث العكس تماماً فلقد كانت سرعة دوران الهيليوم فائق السيولة فى الوسط أكبر بكثير من سرعة دورانه عند الحافة مخالفاً بذلك قوانين بقاء الحركة، وتظهر هذه الحركة الغريبة فى الوسط علي شكل دوامات، وعند تقليل سرعة الدوران قليلاً تحدث مفاجأة أخري، حيث تتوقف حافة السائل تماماً عن الحركة بينما يظل وسط السائل فى حالة دوامات عنيفة.

سمة ظاهرة أخري محيرة وغريبة تتعلق بانتقال الحرارة داخل الهيليوم الفائق السيولة، فإن انتقال الحرارة خلاله لحظي وهائل السرعة بعكس السوائل العادية كما تزيد سرعة انتقال الحرارة كلما كان الفرق فى درجة الحرارة صغيراً وهو مناقض لقوانين الديناميكا الحرارية، حيث تنتقل الحرارة بسرعة أكبر كلما زاد الفرق فى الحرارة بين الجزء البارد والجزء الساخن فى الحالات العادية، لذا فالهيليوم الفائق السيولة لا يمكن وضعه فى حالة غليان، إذ أن ارتفاع درجة الحرارة فى أي جزء منه تعمل علي نقل الحرارة إلي جميع أجزاء السائل بالتساوي.

إن السوائل الفائقة السيولة تبدي سلوكيات شاذة وغريبة عن كل ما هو معروف بالنسبة للسوائل، ولم يتمكن الفيزيائيين لعقوداً عديدة من تفسير هذه السلوكيات بناءاً علي قوانين السوائل العادية وحتى قوانين الفيزياء التقليدية، ومنذ عدة سنوات استطاع الفيزيائيين تفسير بعض هذه الظواهر الغريبة من خلال قوانين فيزيائية معقدة تسمي ميكانيكا الكم.

الحالة الثالثة للمادة
الحالة الصلبة

تعتبر الحالة الصلبة عبارة عن ترتيبات منتظمة من جسيمات رصت معاً في ترتيب بلوري، وبصفة عامة يشار إلي المواد الصلبة بأنها أطوار مكثفة condensed phases بالنسبة للسوائل والغازات، وعند معدل ضغط ودرجة حرارة فإن مول واحد من الغاز يشغل حجماً قدره 22.4 لتر، بينما يشغل الصلب حوالي من 10 – 100 cm3 .

الصلادة Rigidity
المواد الصلبة لها شكل وحجم محددين وتقاوم القطع والشد والضغط ويرجع ذلك إلي أن الجزيئات الأساسية للمواد الصلبة تجدها في أماكن ثابتة، تتذبذب حولها ولكنها لا تتركها بسهولة بسبب قوي التجاذب فيما بينها.

الانصهار fusion / melting
تتحول معظم المواد الصلبة إلي الحالة السائلة عندما تسخن وتلك الظاهرة التي تنتمي إلي حركة الجسيمات تعرف بالانصهار، ودرجة الحرارة التي يحدث عندها هذا التغير تعرف بنقطة الانصهار، وعند ارتفاع درجة الحرارة سوف يصبح اهتزاز هذه الجسيمات أكثر عنفاً وعند نقطة الانصهار تصبح تلك الحركة قوية لدرجة تمكنها من التغلب علي قوي التجاذب بين الجزيئية بحيث تكتسب معها حرية كافية لكي تتهيأ لحركة انتقالية وتكتسب خاصية الحالة السائلة.

الرص المتلاصق close packing
تكون الجسيمات في الحالة الصلبة لصيقة الرص في نموذج منتظم أو غير منتظم وهو يعد مسئولاً عن الكثافة العالية وعدم قابليته للانضغاط.

الضغط البخاري vapor pressure
تتبخر المواد الصلبة مثلها مثل السوائل، ولها ضغط بخاري يمكن قياسه وهو يعتمد علي طبيعة المادة الصلبة ويزداد بزيادة درجة الحرارة، ويرجع التبخر إلي هروب الجسيمات الأسرع في تحركها من علي سطح الصلب، وبعض المواد مثل اليود وكلوريد الأمونيوم تتحول إلي الحالة الغازية دون المرور بالحالة السائلة أو العكس وتعرف هذه العلمية بالتسامي sublimation.

إمكانية تصنيفها classification
تصنف المواد الصلبة إلي بلورية crystalline وأمورفية amorphous وفى الأجسام الامورفية لا تتوزع الجزئيات بانتظام وليس لها درجة انصهار محددة مثل الزجاج والقطران والشمع، ولكنها تنصهر علي مدي معين من درجات الحرارة حيث يحدث لها ليونة تدريجية ويمكن تحضيرها عادة بعملية فوق تبريد لحالة سائلة لزجة أو بالترسيب السريع عند ظروف ملائمة لحدوث التبلر.
ومن ناحية أخري فإن المادة المتبلرة تتميز بترتيب منتظم يتكرر في الاتجاهات الثلاثة في الفراغ وينصهر عند درجة حرارة محددة عند الوصول إلي نقطة الانصهار.

توجد المواد البلورية في أشكال متعددة مثل المكعب والمعين والمنشوري، في نظام محدد لترتيب الذرات أو الجزيئات المكونة للبلورة يعرف بالشبكة الفراغية space lattice كما يظهر في المواد البلورية تكرار للأوجه عند زوايا معينة ( ظاهرة التماثل ) بينما لا توجد في المواد الصلبة الأمورفية، وتختلف خواص المواد البلورية من حيث قوي الشد والمرونة، والتوصيل الكهربي، معامل الانكسار، سرعة الذوبان باختلاف الاتجاهات بينما تتساوي في جميع اتجاهات الصلب غير المتبلر.

تعدد الشكل البلوري polymorphism
عندما توجد مادة علي هينة أكثر من شكل بلوري واحد فإن تلك الظاهرة تعرف بالتشاكل البلوري polymorphism ويعتبر الكربون والكبريت والقصدير ويوديد الفضة ونترات الأمونيوم أمثلة لتلك الظاهرة، والتشاكل البلوري الذي يحدث فى العناصر يعرف بالتآصل allotropy

وقد وجد أن الشكل البلوري الأكثر ثباتاً يكون له أدني محتوي من الطاقة واقل ضغط بخاري عند مقارنته بالشكل البلوري الأقل ثباتاً ومن الممكن أن يتحول شكل البوليمر إلي آخر عند ضغط معين وعند درجة حرارة ثابتة، تعرف بدرجة حرارة التحول، مثل تحول الكبريت المعيني عند 95.6 oC إلي كبريت منشوري، وهو تحول انعكاسي، بمعني أن كلا من الشكلين يكون ثابتاً عند درجة حرارة أدني من درجة حرارة الانصهار ( للكبريت 120 سيلزيوس )، ولكن عندما يحدث انصهار كلا الشكلين قبل الوصول إلي درجة حرارة التحول فإن تلك الظاهرة تعرف المونوتروبي monotropy مثل البنزوفينون ويوديد الكلوريد وهذا التحول غير انعكاسي

تابع الحالة الصلبة

التماثل البلوري Isomorphism
عندما تمتلك مادتان أو أكثر نفس الشكل البلوري فإن هذه الظاهرة تعرف بالتماثل البلوري ويقال لتلك المواد أنها متماثلة الشكل البلوري أي أن لها نفس الشكل، فعلي سبيل المثال لشب الكروم Chrome alum K2SO4.Cr2(SO4)3.24H2O يتشابه بلورياً مع شب الألومنيوم البوتاسي Potash alum K2SO4.Al2(SO4)3.24H2O ويكون للكروم في الشب الأول نفس تكافؤ الألومنيوم في الشب الثاني، وإذا كان لمادة عدة أشكال بلورية تتماثل بلورياً مع مادة أخري فإن هذه الظاهرة تعرف بتماثل تعدد الشكل البلوري Isopolymorphism فمثلاً يوجد ثلاثي أكسيد الزرنيخوز في شكلين بلوريين أحدهما معيني الشكل البلوري والآخر ثماني، بينما يوجد نفس الشكلين البلوريين في ثلاثي أكسيد الأنتيمون.

قوي التجاذب البين جسيمية Interparticle attractions
تتحدد حالة المادة إلي مدي يمكن إدراكه بواسطة قوي التجاذب بين الجسيمات إذا أنها تكون ذات نهاية عظمي في حالة المواد الصلبة ولدرجة أقل في حالة المواد السائلة وأدني ما يمكن بالنسبة للغازات وتعتبر نقطة الانصهار مقياساً لشدة تلك التجاذبات ، ويحدث غليان المادة فقط عندما تزيد الطاقة الحركية للجسيمات إلي المدى الذي تصبح فيه أكبر من قوي التجاذب المتبادلة بين الجسيمات، وحيث أن قوي التجاذب بين الجسيمات كبيرة جداًَ فإن نقطة الانصهار بالطبع تكون عالية جداً، وتكون قوي التجاذب البين جسيمية في الأجسام الصلبة متعددة الأنواع وفيها تترابط الجسيمات بالقوي التالية:
- قوي فان درفالز
- قوة قطبية
- روابط هيدروجينية
- روابط فلزية
- روابط أيونية

البلورات الأيونية ionic crystals
وتنتج هذه البلورات من التجاذب الكهربي بين الكاتيونات والأنيونات وهي قوية للغاية، حيث أن بلورات الأملاح والأكاسيد الفلزية التي تتكون بهذه الطريقة تكون لها درجات انصهار عالية وتمدد بالحرارة منخفض، وأن حجم الأيون هو الذي يحدد عدد ما يتسع له محيطه الخارجي من أيونات مخالفة له في الشحنة، فبينما يحاط بأيون الصوديوم ست أيونات من الكلور السالبة في بلورة كلوريد الصوديوم، فإن كل أيون من السيزيوم الموجب يحاط بثمانية أيونات كلور سالبة في جزئ كلوريد السيزيوم، وبالرغم من قوتها إلا أنها هشة لها مرونة ضعيفة جداً لا تنثني ولا تتشكل وموصلة رديئة للكهرباء نظراً لصعوبة حركة الأيونات في البلورة الصلبة ولكنها عندما تنصهر تكتسب الجسيمات طاقة حركة وتصبح المادة موصل جيد للتيار الكهربي.

البلورات التساهمية ( الشبكة البلورية الذرية ) atomic lattice ( covalent crystals )

تكون الروابط التساهمية الثلاثية الأبعاد بين الذرات مسئولة تماماً عن تماسك مكونات البلورة ببعضها وهي بلورات قوية وصلبة ونقاط انصهارها عالية ويعتبر الماس مثالاً لهذا النوع من التركيب الذي يتكون من شبكة ثلاثية الاتجاه من ذرات الكربون كل منها مرتبط بأربع ذرات أخري في ترتيب رباعي وطول الرابطة بين ذرتي الكربون 1.54 A هو نفسه في المركبات الأيونية.
كما يكون السيليكون والخارصين والقصدير الرمادي نوعاً من نوع بلورات الماس، وفي بلورات الماس ترتبط ذرات الكربون بروابط ثنائية الإلكترون في قرص محكم مكونة جزيئاً هائلاً وضخماً مما يعطي للماس صلابته المعروفة وارتفاع نقطة انصهارها 3700 C عند ضغط 100 atm.
أما الجرافيت فإنه يتكون من شبكات سداسية الأضلاع علي هيئة شرائح مستوية مكونة من حلقات مثل حلقات البنزين والمسافة بين كل ذرتين في المستويين 3.35 A وبذلك تكون ذرات الكربون في المستوي ثنائي الاتجاه تكون ذرات الكربون ممسوكة بإحكام، بينما في الاتجاه الثالث تكون قوي التجاذب أقل بكثير ونتيجة لذلك فإنه يمكن لطبقة أن تنزلق فوق أخري وتكون تركيب البلورات تركيباً شرائحياً بحيث لا تتحطم المادة تماماً بتأثير الشد أو الاحتكاك، والرابطة في الجرافيت ليست تساهمية خالصة كما في الماس ولكنها في تبادل مستمر بالنسبة لذرات الكربون في المستويين الأعلى والأسفل ويشبه في ذلك الرابطة باي، كما أن حركة الإلكترون الرابع تشبه حركة الالكترونات في الفلزات لذا يتميز الجرافيت بتوصيله للكهرباء وبريقه المعدني، كما أن لسهولة كسر الرابطة يتميز الكربون بسهولة القصف.

البلورات الجزيئية ( بلورات فان درفالز ) molecular crystals ( the vander waal's crystals )
وهي تتكون من جزيئات متعادلة كهربياً ممسوكة مع بعضها البعض بقوي تجاذب ضعيفة وهي بطبيعتها كهروستاتيكية، تنشأ لتجاذب بين مزدوجات اقطاب علي ذرات أو جزيئات متجاورة وهي تعتبر أكثر القوي ضعفاً وهي موجودة بين جميع المواد كما أنها مسئولة عن حيود الغازات عن السلوك المثالي والمواد الصلبة التي تكون فيها الجسيمات ممسوكة معاً بواسطة هذه القوي فقط تكون هشة، لينة، أو شمعية، نقاط انصهارها منخفضة، وهي مسئولة أيضاً عن قابلية الغازات النادرة لكي تتكثف أو تتبلر عند درجات حرارة منخفضة.
وهناك بلورات تتكون من مواد ترتبط ببعضها بواسطة قوي قطبية polar forces وهي أقوي قليلاً من قوي فان درفال وهي توجد فى مركبات بها روابط تساهمية بين الذرات ولكنها متساوية من حيث السالبية الكهربية مثل كلوريد اليود، أو كلوريد الهيدروجين، حيث تكون الروابط بين ذراتها تساهمية جزئياً، وكهروستاتيكية جزئياً فى طبيعتها.
كما تحدث أيضاً روابط هيدروجينية بين مركبات يوجد بها زوج من الكترونات غير متقاسم بالتساوي، مثل الأكسجين والنيتروجين أو الكلور وهي أقوي من الروابط الأيونية وتوجد مثل هذه الروابط فى الثلج وكلوريد الهيدروجين.

الروابط الفلزية ionic bonds
تتكون الفلزات عادة من ترتيبات منتظمة من أيونات فلزية موجبة محاطة بالكترونات متحركة توجد فى الحالة الحرة وتتحرك بحرية بين وحدات البلورة، وتنشأ الروابط الفلزية فى تلك البلورات عن طريق التجاذب بين الأيونات الموجبة والالكترونات والتي تعمل علي ترابط الأيونات الفلزية فى مواقعها الثابتة، وحيث أن مدي وقوي التجاذب تختلف من مادة إلي اخري بسبب اختلاف تركيبها فإن الفلزات تصبح لها درجات مختلفة من الصلابة والتماسك ونقاط الانصهار والغليان وتكون قابلية للتحرك مسئولة عن قدرة هذا النوع من البلورات علي توصيل الكهرباء.
واذا اختلفت خواص البلورات ( مثل قوي الشد ، المرونة ، التوصيل الحراري ، التوصيل الكهربي ، معامل الأنكسار ، سرعة الذوبان ) باختلاف الاتجاهات فإن الجامد يعرف بأنه غير متماثل وتتضح هذه الخاصية فى جميع البلورات ماعدا الأنظمة المكعبة cubic أو المنتظمة والتي تتماثل فيها الخاصية فى جميع الاتجاهات، ويعتمد حجم البلورة علي سرعة تكوينها فكلما كانت سرعة البلورة أبطأ كلما كانت البلورة أكثر اكتمالاً.


تم بحمد الله .........