الحالة الصلبة وطاقة الشبكة البلورية والمخطط الطوري

أنواع المواد الصلبة

• المتبلورة: جسيماتها مرتّبةٌ في شكلٍ هندسيٍّ منتظم، وأنواعها خمسة: ذرّية (الغازات النبيلة المتجمّدة)، جزيئية (H₂O، CO₂، السكّر)، تساهمية شبكية (الألماس، الكوارتز)، أيونية (NaCl، KBr)، فلزية (Fe، Cu). وكلّها رديئة التوصيل عدا الفلزية (جيّدة التوصيل للحرارة والكهرباء).
• غير المتبلورة (اللابلورية): لا تترتّب جسيماتها بنمطٍ منتظم ولا تحوي بلورات (مثل الزجاج).

خواص المركّبات الأيونية والفلزات

• المركّبات الأيونية: بلوراتٌ صلبةٌ هشّة، درجة انصهارٍ وغليانٍ عالية؛ لا توصل الكهرباء وهي صلبة (الأيونات مقيّدة) لكنها توصلها مصهورةً أو مذابةً. والمركّب الأيوني الذي يوصل محلولُه التيار يُسمّى إلكتروليت.
• الفلزات: درجة انصهارٍ عالية، جيّدة التوصيل، لامعةٌ قابلةٌ للطرق والسحب وصلبة (لإلكتروناتها الحرّة). والسبيكة خليطٌ من عناصرَ ذات خواصَّ فلزية.
• الشبكة البلورية: ترتيبٌ هندسيٌّ ثلاثيُّ الأبعاد يُحاط فيه كلُّ أيونٍ موجبٍ بأيوناتٍ سالبةٍ والعكس.

طاقة الشبكة البلورية

هي طاقة تماسك البلّورة الأيونية، وتزيد كلّما زادت شحنة الأيونات وصغُر حجمها:

• MgO أعلى من NaCl (شحنتا 2+ وَ 2−).
• LiF أعلى من LiCl، LiBr، LiI (الأيون الأصغر).
• طاقة شبكة CaCl₂ أكبر من KCl لأنّ شحنة Ca أكبر من شحنة K.

خواص الموائع وتحوّلات الحالة

• الموائع (السوائل والغازات) لها الميوعة (القابلية للجريان)؛ واللزوجة مقاومةُ السائل للجريان (تزيد بقوى التماسك وكبر الجسيمات، وتقلّ برفع الحرارة)؛ والتوتّر السطحي الطاقةُ اللازمة لزيادة مساحة سطح السائل (ومنه وقوف الحشرات على الماء).
• شكل سطح السائل: يتحدّب سطحُ الزئبق لأنّ قوى التماسك أكبر من التلاصق، ويتقعّر سطحُ الماء (هلاليّ) لأنّ قوى التلاصق أكبر من التماسك.

• تحوّلات الحالة: الانصهار (صلب⟶سائل)، التجمّد (سائل⟶صلب)، التبخّر/الغليان، التكثّف، والتسامي (صلب⟶غاز مباشرةً) والترسّب (غاز⟶صلب مباشرةً).

الأشكال التآصلية والمخطط الطوري

• الأشكال التآصلية (Allotropes): صورٌ مختلفة لعنصرٍ واحدٍ في الحالة الفيزيائية نفسها؛ فللكربون ثلاثة أشكال: الألماس (الأكثر استقرارًا عند الضغط والحرارة العاليين) والجرافيت (المستقرّ في الظروف العادية) والبكمنستر فوليرين.
• المخطط الطوري (مخطط الحالة): رسمٌ بيانيٌّ لـالضغط مقابل درجة الحرارة؛ وفيه النقطة الثلاثية حيث توجد المادة في حالاتها الثلاث معًا، والنقطة الحرجة التي لا يمكن للمادة أن تكون سائلةً بعدها.