تعريف الصلب
المادة الصلبة هي حالة من حالات المادة، وتتميز بجسيمات مرتبة بحيث يكون شكلها وحجمها مستقرًا نسبيًا. تميل مكونات المادة الصلبة إلى أن تكون متراصّة بشكل أقرب بكثير من الجسيمات في الغاز أو السائل. إنّ سبب وجود المادة الصلبة بهذا الشكل هو أن الذرات أو الجزيئات مرتبطة ارتباطًا وثيقًا عبر الاربطة الكيميائية. قد ينتج الترابط إما هيكلاً عاديًّا كما في الجليد والمعادن والبلورات أو شكلًا غير منتظم كما في الزجاج أو الكربون غير المتبلور.
إنّ المادة الصلبة هي واحدة من الحالات الأربع الأساسية للمادة إلى جانب السوائل والغازات والبلازما.
تعتبر فيزياء وكيمياء الحالة الصلبة فرعان من العلوم يتمّ تكريسهما لدراسة الخصائص وتوليف المواد الصلبة.
أمثلة على المواد الصلبة
تعتبر المادة "صلبة" إذا كانت ذات شكل وحجم محددين. هناك العديد من الأمثلة:
- قالب الطوب
- قطعة نقديّة
- قطعة خشب
- قطعة من معدن الألمنيوم (أو أي معدن في درجة حرارة الغرفة ما عدا الزئبق)
- الماس (ومعظم البلورات الأخرى).
من الأمثلة على المواد غير الصلبة الماء السائل والهواء والبلورات السائلة وغاز الهيدروجين والدخان.
فئات المواد الصلبة
تبذل الأنواع المختلفة من الاربطة الكيميائية التي تربط الجسيمات في المواد الصلبة قوة ذات صفات محددة يمكن استخدامها لتصنيف المواد الصلبة.
إنّ الاربطة الأيونية الموجودة في ملح الطعام أو كلوريد الصوديوم مثلًا هي روابط قوية تؤدي غالبًا إلى مركبات بلورية وتتحلل الى ايوناتها في الماء. اما الروابط التساهمية(الكوفالنتية) في السكر أو السكروز تقوم بمشاركة على إلكترونات التكافؤ.
يبدو أن الالكترونات في المعادن تتدفق بسبب الرباط الفلزي . غالبًا ما تحتوي المركبات العضوية على روابط تساهمية وتفاعلات بين أجزاء منفصلة من الجزيء بسبب قوى فان دير فالس van der Waals forces، وهي قوى التأثيرات المتبادلة بين جزيئات المادة الواحدة المتعادلة كهربائياً مع بعضها البعض، وتنتج من تجاذب نواة الذرات في جزيء معين مع إلكترونات التكافؤ في جزيء مجاور.
تشمل الفئات الرئيسية للمواد الصلبة ما يلي:
المعادن: هي مواد صلبة طبيعية تشكلها العمليات الجيولوجية. تمتلك المعادن هيكلاً موحداً، ومن الأمثلة عليها الماس والأملاح والميكا.
الفلزات: تشمل الفلزات الصلبة على عناصر مثل الفضة والسبائك مثل الفولاذ. تكون الفلزات عادةً مادة صلبة، مرنة وموصلة جيّدة للحرارة والكهرباء.
الخزف: عبارة عن مواد صلبة تتكون من مركبات غير عضوية عادة ما تكون أكاسيد. يميل الخزف إلى أن يكون صلبًا وقاسيًا ومقاومًا للتآكل.
المواد الصلبة العضوية: تشتمل المواد الصلبة العضوية على بوليمرات وشمع ومواد بلاستيكية وخشب. تعتبر معظم هذه المواد الصلبة عوازل حرارية وكهربائية. تمتلك في العادة درجة انصهار وغليان أقل من الفلزات أو الخزف.
المركبات : هي تلك المواد التي تحتوي على طورين أو أكثر، كالبلاستيك الذي يحتوي على ألياف الكربون. تعطي هذه المواد خصائص غير مرئية في مكونات المصدر.
أشباه الموصلات: تمتلك المواد الصلبة شبه الموصلة خصائص كهربائية وسيطة بين الموصلات والعوازل. قد تكون المواد الصلبة عناصر نقية أو مركبات أو مواد مشبعة doped materials كالسيليكون وزرنيخيد الغاليوم gallium arsenide.
المواد النانوية: هي جسيمات صلبة صغيرة بحجم النانومتر. قد تظهر هذه المواد الصلبة خصائص فيزيائية وكيميائية مختلفة جدًا عن النسخ الأكبر من نفس المواد. تكون جسيمات الذهب النانوية حمراء اللون وتذوب عند درجة حرارة أقل من المعدن الذهبي.
المواد الحيوية: هي مواد طبيعية مثل الكولاجين والعظام والتي غالبًا ما تكون قادرة على التجميع الذاتي self-assembly، وهي عملية تكتسب الجزيئات من خلالها ترتيباً معيناً محدداً بدون أي إرشاد أو ترتيب من مصدر خارجي.
المصدر