جامد چیست؟ – تعریف و انواع حالت جامد + مثال

جامد چیست ؟

جامد یکی از حالت‌های ماده است. جامدها، همیشه شکل‌های مشخص و اندازه‌های مختلفی دارند. آن‌ها می‌توانند نرم، زبر یا سخت باشند. اگر جسم جامد کوچک و سبک باشد، به راحتی می‌توانید آن را در دست خود نگه دارید.

ماده جامد شکل مشخص خود را دارد. با کمی دقت به اطراف خود مثال‌های مختلفی از مواد جامد را مشاهده خواهید کرد:

• لپ‌تاپ یا کامپیوتری که استفاده می‌کنید.
• ماشین یا اتوبوسی که در خیابان سوار می‌شوید.
• کفشی که می‌پوشید.
• کتابی که می‌خوانید یا کاغذی که بر روی آن می‌نویسید.
• مداد یا خودکاری که برای نوشتن استفاده می‌کنید.
• صندلی که بر روی آن می‌نشینید.
• لیوانی که داخل آن چای یا آب می‌نوشید.
• عینکی که به هنگام مطالعه استفاده می‌کنید.
• کلیدی که برای قفل کردن در خانه از آن استفاده می‌کنید.

ماده جامد، شکل و حجم مشخصی دارد. به مقدار ماده موجود، حجم آن ماده گفته می‌شود. برای آشنایی بهتر با مواد جامد آزمایش ساده زیر را انجام می‌دهیم.

آزمایش آشنایی با مواد جامد

برای این‌که یاد بگیرید جامد چیست می‌توانید آزمایش زیر را به‌آسانی در خانه انجام دهید. می‌دانیم ماده از سه حالت اصلی جامد، مایع و گاز تشکیل شده است. قبل از شروع آزمایش، کمی به اطراف خود دقت کنید. مواد جامد بسیاری، مانند خودکار، لباس، موبایل و عینک، را مشاهده خواهید کرد. پس از لمس این مواد متوجه می‌شوید که شکل آن‌ها ثابت می‌ماند. شاید از خود بپرسید که چگونه می‌توان شکل ماده جامد را تغییر داد.

برای پاسخ به پرسش جامد چیست و پرسش مطرح شده، مواد زیر را انتخاب می‌کنیم:

• کاغذ
• گیره کاغذ
• بطری پلاستیکی
• فلفل

برای انجام این آزمایش ساده، به سه نکته زیر دقت کنید:

1. مواد انتخاب شده را قبل و بعد از انجام آزمایش به دقت مشاهده کنید.
2. عمل انجام شده برای تغییر اندازه، شکل یا بافت مواد داده شده را مشخص کنید.
3. مشاهدات خود را یادداشت کنید.

برای راحتی کار و درک بهتر آزمایش جدولی به شکل زیر تهیه کنید.

در ادامه، گیره کاغذ را با استفاده از دست، باز می‌کنیم و آن را به شکل دلخواهی مانند قلب، درمی‌آوریم.

اکنون یکی از بطری‌های آب معدنی که مصرف کرده‌اید را انتخاب کنید و شکل ظاهری آن را با استفاده از یکی از روش‌های زیر، تغییر دهید:

• بطری پلاستیکی را زیر پای خود با تمام قدرت فشار دهید.
• بطری را بین دو دست خود با تمام قدرت فشار دهید.

همان‌طور که در تصویر زیر مشاهده می‌کنید، شکل ظاهری بطری به طور کامل تغییر کرده است.

در پایان، دانه فلفل را با استفاده از هاون بکوبید و به شکل دانه‌های با اندازه بسیار کوچک‌تر درآورید. به هنگام کوبیدن دانه‌های فلفل بسیار مواظب باشید.

اکنون جدول داده شده در بالا را با پاسخ دادن به پرسش‌های مطرح شده در ادامه، کامل می‌کنیم.

کاغذ

• کاغذ را قیچی کردیم.
• آیا شکل کاغذ تغییر کرد؟ بله، کاغذ به مثلث‌های کوچک بریده شد.
• آیا اندازه کاغذ تغییر کرد؟ بله، اندازه آن کوچک‌تر شد.

گیره کاغذ

• گیره کاغذ را باز و آن را به شکل قلب درآوردیم.
• آیا شکل گیره تغییر کرد؟ بله، به شکل قلب درست شد.
• آیا اندازه گیره تغییر کرد؟ خیر، تنها به شکل متفاوتی در آمد.

بطری پلاستیکی

• بطری پلاستیکی از طریق فشردن به شکل دیگری در آمد.
• آیا شکل بطری پلاستیکی تغییر کرد؟ بله
• آیا اندازه بطری تغییر کرد؟ بله، اندازه آن کوچک‌تر شد.
• آیا بافت بطری تغییر کرد؟ بله

فلفل

• دانه‌های فلفل با استفاده از هاون کوبیده شدند.
• آیا اندازه دانه‌های فلفل تغییر کرد؟ بله، کوچک‌تر شدند.
• آیا شکل دانه‌های فلفل تغییر کرد؟ بله

با توجه به پرسش‌های پاسخ داده شده، جدول بالا به شکل زیر کامل می‌شود.

تغییر فیزیکی در جامد چیست ؟

تغیرات فیزیکی زیادی مانند کشیدن، فشردن و ذوب شدن وجود دارند که با استفاده از آن‌ها می‌توان اندازه یا شکل ماده جامد را تغییر داد. شاید از خود بپرسید که ذوب شدن به چه معنا است. در ادامه، با انجام آزمایشی ساده، آن را توضیح خواهیم داد.

به طور قطع شکلات کاکائویی خورده‌اید و از طعم آن بسیار لذت برده‌اید. مقداری شکلات کاکائویی تخته‌ای را با استفاده از دست خرد کنید و آن را داخل ظرفی فلزی قرار دهید. ظرف را بر روی اجاق گاز بگذارید و شعله آن را روشن کنید. پس از گذشت مدت زمان مشخصی خواهید دید که تکه شکلات‌های سفت، نرم و روان شده‌اند. در واقع، شما با انجام این کار، شکلات را از حالت جامد به مایع تبدیل کرده‌اید که به آن ذوب شدن گفته می‌شود.

در این آزمایش ساده، اندازه و شکل مواد جامد مختلف را از طریق فشردن، بریدن، ذوب کردن یا خرد کردن، تغییر دادیم.

انواع مواد جامد چیست ؟

همان‌طور که در تصویر فوق مشخص است، مولکول‌ها، اتم‌ها یا یون‌ها در جامد بلوری بر طبق الگویی منظم در کنار یکدیگر قرار گرفته‌اند. اما چیدمان ذرات در جامد بی‌نظم، به طور کامل تصادفی است.

شیشه، یکی از مهم‌ترین مثال‌های جامد بی‌نظم است. کاربردهای شیشه عبارت هستند از:

• به طور گسترده در ساختما‌ن‌سازی استفاده می‌شود.
• از آن در بسته‌بندی محصولات آرایشی و بهداشتی یا غذایی استفاده می‌شود.

به منظور درک بهتر تفاوت بین جامدات بلوری و آمورف، به جدول زیر دقت کنید.

فیلم آموزش فیزیک پایه دهم 1 در فرادرس

کلیک کنید

جامدهای بلوری

جامدات بلوری براساس نوع پیوند حاکم بر آن‌ها به چهار نوع تقسیم می‌شوند:

• جامدهای یونی
• جامدهای فلزی
• جامدهای مولکولی
• جامدهای شبکه کووالانسی

پیوندهای حاکم بر این جامدها، یون‌ها، مولکول‌ها و اتم‌ها را در شبکه بلوری در کنار یکدیگر نگه می‌دارد.

در ادامه، در مورد ساختارهای جامدات بلوری و انواع آن‌ها توضیح خواهیم داد.

ساختار جامد بلوری

ذرات تشکیل‌دهنده جامد بلوری در شبکه بلوری قرار دارند. کوچک‌ترین واحد سازنده شبکه بلوری، سلول واحد نامیده می‌شود.

شبکه بلوری، مکان ذرات تشکیل‌دهنده جامد (اتم‌ها، یون‌ها یا مولکول‌ها) را در سه‌بعد، نشان می‌دهد. این مکان‌ها توسط دایره‌هایی توپر به نام نقطه‌های بلوری، در شکل بالا نشان داده شده‌اند.

• به سلول واحد دارای یک نقطه داخلی، سلول مرکز پر گفته می‌شود.
• اگر هیچ نقطه‌ای درون سلول واحد قرار نداشته باشد، به آن سلول اولیه می‌گوییم.

انواع سلول‌ های واحد در جامد چیست ؟

ساختار کلی و شکل جامد بلوری به نوع سلول واحد آن بستگی دارد. ریاضی‌دانی فرانسوی به نام «آگوست براویس» (August Bravais)‌ هفت سلول واحد را معرفی کرد. این سلول‌های واحد به عنوان سلول‌های واحد براوه نیز شناخته می‌شوند. این هفت سلول واحد در دو مورد با یکدیگر تفاوت دارند:

• طول‌های نسبی لبه‌ها در امتداد سه محور $$(a \, b \, c)$$
• زاویه بین لبه‌ها $$(\alpha \, \beta\, \gamma)$$

هفت نوع سلول واحد عبارت هستند از:

1. سلول واحد مکعبی
2. سلول واحد تتراگونال (چهارگوشه)
3. سلول واحد اورتورومبیک (راست‌لوزی)
4. سلول واحد رومبوهدرال
5. سلول واحد هگزاگونال (شش‌گوشه)
6. سلول واحد مونوکلینیک (تک‌شیب)
7. سلول واحد تری‌کلینیک (سه‌شیب)

سلول واحد مکعبی در جامد چیست ؟

$$a = b =c \ \alpha = \beta = \gamma = 90 ^ o$$

سلول واحد چهار گوشه در جامد چیست ؟

$$a = b \neq c \ \alpha = \beta = \gamma = 90 ^ o$$

سلول واحد راست لوزی در جامد چیست ؟

شکل این سلول واحد مکعب‌مستطیل است، اما ضلع‌های $$a$$ و $$b$$ و $$c$$ آن با یکدیگر برابر نیستند. همچنین، زاویه بین هر دو ضلع برابر ۹۰ درجه است.

$$a \neq b \neq c \ \alpha = \beta = \gamma = 90 ^ o$$

سلول واحد رومبوهدرال در جامد چیست ؟

$$a =‌ b = c \ \alpha = \beta = \gamma \neq 90 ^ o$$

سلول واحد شش گوشه در جامد چیست ؟

قاعده این سلول واحد شش‌گوشه و طول هر ضلع برابر $$a$$ و ارتفاع آن برابر $$c$$ است. همچنین، زاویه بین $$\alpha$$ و $$\beta$$ برابر ۹۰ درجه و زاویه $$\gamma$$ برابر ۱۲۰ درجه است.

$$a =‌ b \neq c \ \alpha = \beta = 90 ^ o \, \gamma = 120 ^ o$$

سلول واحد تک شیب در جامد چیست ؟

قاعده این سلول واحد متوازی‌الاضلاع و طول هر یک از ضلع‌های آن برابر $$a$$ و $$b$$ و ارتفاع آن برابر $$c$$ خواهد بود. همچنین، زاویه بین $$\alpha$$ و $$\beta$$ برابر ۹۰ درجه و زاویه $$\gamma$$ مخالف ۹۰ درجه است.

$$a \neq‌ b \neq c \ \alpha = \beta = 90 ^ o \, \gamma \neq 90 ^ o$$

سلول واحد سه شیب در جامد چیست ؟

قاعده این سلول واحد متوازی‌الاضلاع و طول هر یک از ضلع‌های آن برابر $$a$$ و $$b$$ و ارتفاع آن برابر $$c$$ خواهد بود. همچنین، سه زاویه $$\alpha$$ و $$\beta$$ و $$\gamma$$ با یکدیگر برابر نیستند و مخالف ۹۰ درجه هستند. .

$$a \neq‌ b \neq c \ \alpha \neq \beta \neq \gamma \neq 90 ^ o$$

جدول زیر مشخصات هر یک از این سلول‌های واحد به همراه مثال را نشان می‌دهد.

پس از آشنایی با مفهوم جامد چیست و انواع آن، در ادامه در مورد انواع جامدهای بلوری توضیح می‌دهیم.

انواع جامدهای بلورین چیست ؟

جامدهای بلورین براساس پیوند حاکم بر آن‌ها به چهار نوع جامد فلزی، یونی، مولکولی و کووالانسی تقسیم می‌شوند. در ادامه، در مورد هر یک از انواع این جامدها صحبت خواهیم کرد.

جامدهای یونی

ویژگی‌های جامد یونی

در ابتدا در مورد نقطه ذوب جامدهای یونی صحبت می‌کنیم. یون‌های مثبت و منفی در این جامدات با استفاده از نیروی الکترواستاتیکی قوی، یکدیگر را جذب می‌کنند. بنابراین، نقطه ذوب بالایی دارند. اکنون سوالی که ممکن است مطرح شود آن است که نقطه ذوب کدام یک از جامدهای یونی بالاتر است؟

دو جامد یونی کلرید سدیم ($$NaCl$$) و اکسید منیزیم ($$MgO$$) را در نظر بگیرید. برای مقایسه نقطه ذوب آن‌ها باید به مقدار نیروی الکترواستاتیکی بین یون‌های مثبت و منفی توجه کنیم. مقدار این نیرو به دو عامل بستگی دارد:

1. بزرگی بار
2. شعاع اتم‌های تشکیل‌دهنده ساختار شبکه

در اکسید منیزیم، بار یون‌ها ۲- و ۲+، در حالی‌که در کلرید سدیم مقدار بار یون‌ها برابر ۱- و ۱+ است. بنابراین، مقدار نیروی الکترواستاتیکی و نقطه ذوب در اکسید منیزیم بزرگ‌تر از کلرید سدیم خواهد بود. نقطه ذوب $$MgO$$ برابر ۲۸۲۵ درجه سلسیوس و $$NaCl$$ برابر ۸۰۱ درجه سلسیوس است.

مثال مقایسه نقطه ذوب

دو جامد یونی $$NaCl$$ و $$NaF$$ را در نظر بگیرید. نقطه ذوب کدام یک از این دو ساختار، بزرگ‌تر است؟

پاسخ:

$$F = \frac{k q_1q_2}{r^2}$$

همان‌طور که در رابطه بالا می‌بینیم، هر چه فاصله بین دو بار الکتریکی (یا یون‌های مثبت و منفی) کمتر باشد، نیروی الکترواستاتیکی وارد شده بین آن‌ها، بزرگ‌تر خواهد بود.

سوال دیگری که ممکن است در مورد این جامدها برای شما مطرح شود آن است که آیا آن‌ها به راحتی شکسته یا خم می‌شوند. برای پاسخ به این سوال، به تصویر دو‌بعدی زیر از کلرید سدیم توجه کنید.

به قسمت بالا و پایین این جامد یونی در سمت راست و چپ، فشار وارد کنید. اگر مقدار فشار وارد شده در قسمت پایین و سمت راست جامد به اندازه کافی زیاد باشد، این قسمت شروع به تکان خوردن و حرکت به سمت بالا خواهد کرد.

همان‌طور که در عکس بالا دیده می‌شود، پس از اعمال فشار، یون‌های مثبت در کنار یون‌های مثبت و یون‌های منفی نیز در کنار یون‌های منفی قرار گرفته‌اند. بنابراین، جامد یونی به راحتی می‌شکند و برخلاف فلزات که چکش‌خوار هستند و به راحتی تغییر شکل می‌دهند، این جامد‌ها شکننده خواهند بود.

فلزات رسانای خوب جریان الکتریکی هستند، زیرا الکترون‌ها در ساختار فلز، آزادانه به اطراف حرکت می‌کنند. اما یون‌ها در ساختار جامد یونی آزادانه به اطراف حرکت نمی‌کنند، بنابراین این جامدها رسانای خوب جریان الکتریکی نیستند. اگر جامد یونی مانند نمک طعام را در محلولی مانند آب حل کنیم، یون‌ها به راحتی به اطراف حرکت خواهند کرد. در این صورت، جریان الکتریکی را به راحتی از خود عبور می‌دهند. همچنین، اگر نمک طعام را تا دمایی بالاتر از دمای ذوب آن گرم کنیم، به مایع و رسانای خوب جریان الکتریکی تبدیل می‌شود.

اکنون می‌دانیم رابطه نقطه ذوب و ماده جامد چیست، در ادامه در مورد جامدهای متشکل از فلزات و ویژگی‌های آن‌ها صحبت خواهیم کرد.

جامدهای فلزی

ویژگی‌های جامدات فلزی

در ابتدا، رسانندگی الکتریکی یا گرمایی جامد فلزی را در نظر می‌گیریم. سیم‌های حامل جریان الکتریکی از فلزاتی مانند مس ساخته شده‌اند. بنابراین، جامد فلزی رسانای خوب جریان الکتریکی است. با توجه به عکس نشان داده شده در بالا، الکترون‌ها در جامد فلزی آزادانه به اطراف حرکت می‌کنند. اگر به دو سر جامد فلزی، ولتاژی با اندازه مشخص اعمال کنیم، الکترون‌ها در راستای معینی حرکت خواهند کرد. همچنین، جامدهای فلزی گرما را به خوبی انتقال می‌دهند.

فلزات چکش‌خوار هستند، آیا این ویژگی در جامد فلزی دیده می‌شود؟ آیا جامد فلزی را می‌توان به آسانی خم کرد؟ به تصویر زیر توجه کنید. جامد فلزی را با اعمال دو نیرو، به سمت چپ و راست فشار می‌دهیم.

فرض کنید قسمت بالای جامد فلزی کمی به سمت چپ جابجا شود. یون‌های مثبت هنوز در دریای الکترون قرار دارند، بنابراین جامدات فلزی بسیار چکش‌خوار هستند و به راحتی شکسته نمی‌شوند.

گاهی با افزودن عنصرهای دیگر به شبکه جامد فلزی، آن را سخت‌تر می‌کنیم. به عنوان مثال، آهن خالص بسیار چکش‌خوار است. بنابراین، اتم کربن را به ساختار آن اضافه می‌کنند.

تا اینجا دیدیم که مفهوم رسانایی در جامد چیست و چه ارتباطی با پیوندهای فلزی دارد. در ادامه، با جامد مولکولی آشنا می‌شویم.

جامدهای مولکولی

ترکیبی مانند دی‌اکسیدکربن را در نظر بگیرید. در این ترکیب، هر کربن با دو اکسیژن پیوند برقرار کرده است. هر مولکول، از طریق پیوندهای کووالانسی بین غیرفلزات، تشکیل شده است. وقتی از جامد مولکولی صحبت می‌کنیم، در واقع گروهی از این مولکول‌ها را کنار یکدیگر قرار می‌دهیم. به عنوان مثال، در جامد یونی $$I_2$$، دسته‌ای از مولکول‌های $$I_2$$ از طریق نیروهای بین مولکولی در دمایی پایین، در کنار یکدیگر قرار گرفته‌اند. دما باید به اندازه‌‌ای پایین باشد که این مولکول‌ها به صورت جامد در کنار یکدیگر قرار بگیرند. برای درک بهتر این مفهوم به مثال‌های زیر توجه کنید.

ید جامد را در نظر بگیرید. همان‌طور که گفتیم این جامد از مولکول‌های ید تشکیل شده است. هر مولکول ید از پیوند کووالانسی بین دو اتم ید تشکیل می‌شود. این ترکیب به دلیل وجود نیروی پراکندگی لاندن، جامد است. برای درک بهتر مفهوم جامد و آشنایی بهتر با جامد مولکولی، کمی در مورد نیروی پراکندگی لاندن صحبت خواهیم کرد.

نیروی پراکندگی لاندن 

الکترون‌ها به صورت ابر الکترونی به دور هسته قرار گرفته‌اند. الکترون، در هر لحظه از زمان می‌تواند هر جایی داخل ابر قرار داشته باشد. به طور معمول، الکترون‌ها به صورت یکنواخت به دور هسته توزیع نشده‌اند. لحظه‌ای را تصور کنید که الکترون‌های یکی از اتم‌ها بیشتر در سمت چپ آن توزیع شده‌اند. بنابراین، برای لحظه بسیار کوتاهی، بار جزئی منفی ($$\delta^-$$) در سمت چپ و بار جزئی مثبت ($$\delta^+$$) در سمت راست اتم داریم.

بار جزئی مثبت در الکترون سمت چپ توسط بار جزئی منفی در الکترون سمت راست، یکدیگر را جذب می‌کنند. در نتیجه، الکترون‌ها به سمت یکدیگر کشیده می‌شوند.

ويژگی‌های جامدهای مولکولی

با نیروی پراکندگی لاندن آشنا شدیم. همچنین، این نیرو مولکول‌های ید را به صورت جامد در کنار یکدیگر نگه داشته است. به یاد داشته باشید که نیروی بین اتم‌های ید، نیروی کووالانسی و نیروی بین مولکول‌های ید، نیروی پراکندگی لاندن است. بنابراین، نقطه ذوب جامدهای مولکولی پایین است. به عنوان مثال، نقطه ذوب جامد ید در حدود ۱۱‍۳٫۷ درجه سلسیوس است. این مقدار به عنوان دمای ذوب برای جامد، بسیار کوچک است.

سوال دیگری که باید به آن پاسخ دهیم آن است که چرا جامدهای مولکولی مختلف، دمای ذوب متفاوتی دارند. به عنوان مثال، دو جامد مولکولی کلر و ید را با یکدیگر مقایسه کنید. مولکول‌های ید و کلر از طریق نیروی کووالانسی بین اتم‌های ید و کلر، تشکیل شده‌اند. جامد آن‌ها از طریق نیروی پراکندگی لاندن بین مولکول‌ها تشکیل می‌شود. گفتیم اندازه نیروی لاندن به قطبش‌پذیری اتم‌ها و قطبش‌پذیری اتم به اندازه آن بستگی دارد. هرچه اتم بزرگ‌تر باشد، قطبش‌پذیری آن بیشتر خواهد بود.

با مقایسه مولکول‌های ید و کلر با یکدیگر مشاهده می‌کنیم که مولکول ید از اتم‌های بزرگ‌تری تشکیل شده است. بنابراین، مولکول‌های ید از مولکول‌های کلر، بزرگ‌تر و قطبش‌پذیری آن‌ها بیشتر است. در نتیجه، نیروی پراکندگی بین مولکول‌های ید قوی‌تر و نقطه ذوب آن بالاتر خواهد بود.

جامدهای شبکه کووالانسی

الماس، مثال دیگری از جامدهای کووالانسی است. الماس از اتم‌های کربن تشکیل شده است که از طریق پیوند کووالانسی به یکدیگر متصل شده‌اند. الماس یکی از محکم‌ترین جامدهای شناخته شده است. شکستن این جامد بسیار سخت خواهد بود. نکته جالب توجه آن است که کربن جامدهای کووالانسی مختلفی را تشکیل می‌دهد. به عنوان مثال، گرافیت را در نظر بگیرید. ساختار شبکه گرافیت و الماس در تصویر زیر با یکدیگر مقایسه شده‌اند. همان‌طور که در تصویر دیده می‌شود، گرافیت از صفحه‌های شبکه کووالانسی تشکیل شده است. هر صفحه، صفحه دیگر را از طریق نیروهای بین‌مولکولی جذب می‌کند، بنابراین به راحتی نسبت به یکدیگر حرکت می‌کنند. اما برای ذوب کردن گرافیت باید بر پیوندهای کووالانسی غلبه شود.

ویژگی‌های هر یک از انواع جامد توضیح داده شده در بالا، در جدول زیر به صورت خلاصه بیان شده است.

نمونه سوالات انواع جامد

تا اینجا یاد گرفتیم که معنی جامد چیست و در مورد انواع پیوندهای حاکم بر مواد جامد صحبت کردیم. در ادامه، برای درک بهتر این مفاهیم، به پرسش‌هایی در این زمینه پاسخ می‌دهیم.

مثال ۱

کدام یکی از دو جامد $$CS_2$$ و $$CCl_4$$ دمای ذوب بالاتری دارند؟

1. $$CS_2$$، زیرا قطبش‌پذیری مولکول‌های $$CS_2$$ نسبت به مولکول‌های $$CCl_4$$ بیشتر است.
2. $$CS_2$$، زیرا پیوند‌های $$C-S$$ قوی‌تر از پیوندهای $$C-Cl$$ است.
3. $$CCl_4$$، زیرا قطبش‌پذیری مولکول‌های $$CCl_4$$ نسبت به مولکول‌های $$CS_2$$ بیشتر است.
4. $$CCl_4$$، زیرا پیوند‌های $$C-Cl$$ قوی‌تر از پیوندهای $$C-S$$ است.

پاسخ:

در حالت کلی، نقطه ذوب ماده جامد به نیروهای جاذبه نگه‌دارنده آن بستگی دارد. هر چه اندازه این نیرو بیشتر باشد، نقطه ذوب جامد بالاتر خواهد بود. در ابتدا، نیروی جاذبه نگه‌دارنده جامدهای $$CS_2$$ و $$CCl_4$$ را تعیین می‌کنیم. هر دو مورد، جامدهای مولکولی هستند. بنابراین، از مولکول‌های جدا از هم تشکیل شده‌اند و نیروی حاکم بر آن‌ها نیروهای بین‌مولکولی یا نیروی پراکندگی لاندن است.

در ادامه، باید بدانیم نیروی بین‌مولکولی در کدام ساختار قوی‌تر است. هر دو ساختار غیرقطبی هستند، بنابراین برهم‌کنش بین آن‌ها از طریق نیروی پراکندگی لاندن خواهد بود. مولکول‌های $$CCl_4$$ نسبت به مولکول‌های $$CS_2$$ سنگین‌تر و در نتیجه، قطبش‌پذیرتر هستند. از این رو، نیروهای پراکندگی لاندن در جامد $$CCl_4$$، قوی‌تر خواهند بود.

گزینه ۳، پاسخ صحیح است.

فیلم آموزش شیمی معدنی ۱ – جامع و کاربردی در فرادرس

کلیک کنید

مثال ۲

جامدی بلوری و سفید در دمای ۱۵۳ درجه سلسیوس ذوب می‌شود. این جامد نه در حالت جامد و نه به عنوان محلول آبی، جریان الکتریکی را از خود عبور نمی‌دهد. کدام یک از گزینه‌های زیر، جامد مورد نظر است؟

1. $$C_6H_8 O_7$$
2. $$SiO_2$$
3. $$CaCl_2$$
4. Cu

پاسخ:

برای پاسخ به این سوال باید نوع جامد توصیف شده را مشخص کنیم. بر طبق صورت سوال، رنگ جامد سفید و نقطه ذوب آن پایین است. بنابراین، جامد کووالانسی یا یونی نخواهد بود، زیرا نقطه ذوب این جامدها بسیار بالاتر از عدد داده شده است. همچنین، این جامد رسانای جریان الکتریکی نیست، در نتیجه جامد مولکولی خواهد بود.

اکنون، باید بدانیم کدام‌ یک از گزینه‌های داده شده، جامد مولکولی است. گزینه یک، $$C_6 H_8 O_7$$ تنها از عناصر غیرفلزی تشکیل شده است، بنابراین به احتمال زیاد جامد مولکولی است. برای اطمینان از این موضوع، گزینه‌های دیگر را نیز بررسی می‌کنیم:

• $$SiO_2$$: این جامد، یکی از رایج‌ترین مثال‌های جامد کووالانسی است.
• $$CaCl_2$$: این جامد از عنصری فلزی، کلسیم، و عنصری غیرفلزی، کلر، تشکیل شده است. بنابراین، جامد یونی است.
• $$Cu$$: این جامد تنها از فلز مس ساخته شده و جامدی فلزی است.

پاسخ صحیح، گزینه یک است.

مثال ۳

مشخصات جامدی سفید و مات در ادامه داده شده است:

• به طور مستقیم در دمای ۷۸٫۵- درجه سلسیوس از حالت جامد به مایع تبدیل می‌شود.
• رسانای ضعیف جریان الکتریکی و گرما است.
• تقریبا نرم است.

کدام یک از شکل‌های زیر، ساختار کلی این جامد را نشان می‌دهد؟

پاسخ:

با توجه به ویژگی‌های بیان شده برای هر یک از انواع جامد، نوع جامد سفید و مات داده شده در پرسش فوق را به راحتی مشخص می‌کنیم.

بر طبق مشخصات داده شده در پرسش، جامد مورد نظر در دمای بسیار پایینی به گاز تبدیل می‌شود. بنابراین، این جامد با احتمال بسیار کمی جامد یونی یا کووالانسی است، زیرا دمای ذوب این جامدها به نسبت بالا است. همچنین، بر طبق صورت سوال، این جامد جریان الکتریکی را به خوبی از خود عبور نمی‌دهد و جامد فلزی نخواهد بود. در نتیجه، جامد مورد نظر، جامد مولکولی است.

اکنون باید بدانیم کدام یک از ساختارهای داده شده در تصویر بالا، ساختار جامد مولکولی را نشان می‌دهد. جامد مولکولی از مولکول‌های جداگانه‌ای تشکیل شده است که با استفاده از نیروهای بین‌مولکولی، جامد را تشکیل می‌دهند. بنابراین، باید به دنبال ساختاری متشکل از مولکول‌های تکی باشیم که با استفاده از نیروهای پراکندگی لاندن، جامد را تشکیل می‌دهند.

پاسخ صحیح، گزینه ۳ است.

مثال ۴

کدام یک از گزینه‌های زیر، ویژگی‌های $$MgO$$ را به درستی بیان می‌کند؟

1. این جامد رسانای ضعیف جریان الکتریکی است، زیرا الکترون‌های آن در پیوندهای کووالانسی و جفت‌های تکی، محکم نگه داشته شده‌اند.
2. جامد سختی است، زیرا یون‌های آن توسط نیروهای جاذبه الکترواستاتیکی بسیار قوی کنار یکدیگر نگه داشته شده‌اند.
3. دمای ذوب بالایی دارد، زیرا مولکول‌های آن از طریق نیروهای بین‌مولکولی قوی با یکدیگر برهم‌کنش دارند.
4. این جامد چکش‌خوار است، زیرا اتم‌های آن بدون وارد کردن اختلالی به پیوند‌ها، می‌توانند به راحتی نسبت به یکدیگر حرکت کنند.

پاسخ:

مثال ۵

به جدول زیر دقت کنید:

بر طبق داده‌های جدول بالا، کدام یک از گزینه‌ها ترتیب جامدها را براساس افزایش دمای ذوب به درستی نشان می‌دهد؟

1. $$CaO (s) <\; KCl (s) <\; KF (s)$$
2. $$KF (s) <\; KCl (s) <\; CaO (s)$$
3. $$KCl (s) <\; KF (s) <\; CaO (s)$$
4. $$CaO (s) <\; KF (s) <\; KCl (s)$$

پاسخ:

در حالت کلی، هر چه نیروی جاذبه نگه‌دارنده جامد بزرگ‌تر باشد، دمای ذوب آن بالاتر خواهد بود.

$$KF$$ و $$KCl$$ و $$CaO$$ جامدهای یونی هستند، بنابراین با استفاده از جاذبه الکترواستاتیکی بین آنیون‌ها و کاتیون‌ها تشکیل شده‌اند. نیروی الکترواستاتیکی با استفاده از قانون کولن محاسبه می‌شود. بر طبق این قانون، این نیرو با اندازه بارهای یون‌ها نسبت مستقیم و با فاصله بین آن‌ها نسبت معکوس دارد. یعنی هرچه بار یون‌ها بیشتر و فاصله آن‌ها کمتر باشد، اندازه نیروی الکترواستاتیکی بزرگ‌تر خواهد بود.

اکنون، قدرت نیروی الکترواستاتیکی را در سه جامد یونی داده شده با یکدیگر مقایسه می‌کنیم. بر طبق جدول بالا، $$CaO$$ بزرگ‌ترین بارهای یونی (۲+ و ۲-) و کوچک‌ترین فاصله بین مرکز یون‌ها (۲۳۹ پیکومتر) را دارد. بنابراین، نیروی جاذبه الکترواستاتیکی در این جامد قوی‌تر است. در مقابل، $$KCl$$ کوچک‌ترین بارهای یونی (۱+ و ۱-) و بزرگ‌ترین فاصله بین مرکز یون‌ها (۳۱۴ پیکومتر) را دارد. در نتیجه، اندازه نیروی جاذبه الکترواستاتیکی آن از دو جامد دیگر کوچک‌تر خواهد بود.

پاسخ صحیح، گزینه ۳ است.

مثال ۶

جامدی سخت و درخشان در دمای ۲۸۳۰ درجه سلسیوس ذوب می‌شود. این جامد رسانای خوبی برای جریان الکتریکی نیست و در آب حل نمی‌شود. کدام یک از گزینه‌های زیر، جامد مورد نظر است؟

1. $$C_9 H_8 O_4$$
2. $$NaCl$$
3. $$SiC$$
4. Pt

پاسخ:

با توجه به اطلاعات داده شده در سوال، نوع جامد را مشخص می‌کنیم. بر طبق صورت سوال، جامد درخشان است و نقطه ذوب بالایی دارد، بنابراین گزینه جامد مولکولی حذف می‌شود. همچنین، این جامد رسانای خوبی برای جریان الکتریکی نیست، در نتیجه جامد فلزی نیز حذف خواهد شد. در پایان، این جامد در آب حل نمی‌شود، بنابراین جامد یونی نیز از بین گزینه‌ها حذف می‌شود. از این رو، جامد درخشان و سخت، جامد شبکه کووالانسی است.

از بین گزینه‌های داده شده، تنها $$SiC$$ به عنوان جامد کووالانسی شناخته می‌شود. بنابراین، پاسخ صحیح گزینه ۳ است.

مثال ۷

کدام یک از گزینه‌های زیر، ویژگی‌های $$KI$$ را به درستی بیان می‌کند؟

1. دمای ذوب پایینی دارد، زیرا مولکول‌های آن از طریق نیروهای ضعیف بین‌مولکولی در کنار یکدیگر قرار گرفته‌اند.
2. رسانای ضعیف جریان الکتریکی است، زیرا الکترون‌های ظرفیت به یون‌ها مقید هستند.
3. چکش‌خوار است، زیرا یون‌های آن بدون ایجاد اختلال در پیوندها، به راحتی نسبت به یکدیگر حرکت می‌کنند.
4. جامد سختی است، زیرا اتم‌های آن در شبکه سه‌بعدی کووالانسی مرتب شده‌اند.

پاسخ:

جامد $$KI$$ از عنصر فلزی پتاسیم و عنصر غیرفلزی ید تشکیل شده و جامد یونی است. جامدهای یونی متشکل از آنیون‌ها و کاتیون‌ها، از طریق نیروی جاذبه قوی الکترواستاتیکی بین یون‌ها تشکیل می‌شوند. از آنجایی که الکترون‌ها در جامدهای یونی نمی‌توانند آزادانه به اطراف حرکت کنند، این جامدها رسانای ضعیف جریان الکتریکی هستند. بنابراین، پاسخ صحیح گزینه ۲ است.

جمع‌بندی

در این مطلب از مجله فرادرس یاد گرفتیم که جامد چیست و چه دسته‌بندی‌هایی دارد. مواد جامد در حالت کلی به دو دسته جامدهای بلوری و آمورف تقسیم می‌شوند. جامدهای بلوری نیز به چهار نوع جامدهای یونی، فلزی، کووالانسی و مولکولی تقسیم شده‌اند. در پایان، برای درک بهتر مفهوم جامد چیست به پرسش‌هایی در این زمینه پاسخ دادیم.