مسابقه 272
در این مسابقه ابتدا توضیحاتی مختصر درباره تعریف حالت جامد ماده و انواع جامد برایتان شرح می‌دهیم و سپس یکی از سوالات المپیاد شیمی 2012 آمریکا را برایتان مطرح می‌کنیم که امیدواریم تمامی شما دوستان عزیز جواب درست را بیابید.
جامد یکی از چهار حالت اساسی ماده است (جامد، مایع، گاز و پلاسما). این حالت ماده توسط ساختار سخت و مقاومت در مقابل تغییر شکل یا حجم مشخص می‌شود. برخلاف مایع، یک شی جامد شکل ظرفی که در آن قرار دارد را نمیگیرد، همچنین برخلاف گاز تمامی حجم موجود را اشغال نمی‌کند. اتم‌ها در یک جامد بصورت محکم با یکدیگر پیوند دارند، که در این حالت می‌توانند در یک شبکه هندسی منظم (جامدهای کریستالی، که شامل فلزات و یخ می‌شود) یا نامنظم (یک جامد آمورف مانند شیشه‌ی پنجره) باشند.
شاخه‌ای از فیزیک که در رابطه با جامدها است، فیزیک حالت جامد نامیده می‌شود، و این شاخه خود شاخه اصلی فیزیک ماده چگال است. علم مواد عمدتا در رابطه با خواص فیزیکی و شیمیایی مواد جامد است. شیمی حالت جامد مانند علم شناسایی و ترکیب شیمیایی بصورت ویژه در رابطه با سنتز کردن مواد جدید است.
تعریف میکروسکوپی
اتم‌ها، مولکول‌ها یا یون‌هایی که یک جامد را می‌سازند می‌توانند در یک الگوی تکرار شونده منظم یا بصورت نامنظم چیده شده باشند. موادی که اجزای سازنده آن‌ها در یک الگوی منظم چیده شده باشند بعنوان کریستال شناخته می‌شوند. در بعضی حالت‌ها، ساختار منظم می‌تواند در یک مقیاس وسیع بصورت ممتد و بدون شکستگی ادامه داشته باشد مانند الماس‌ها که هر الماس، خود به تنهایی یک کریستال است. اشیای جامدی که به اندازه کافی بزرگ هستند که دیده شوند و قابل به کار بردن باشند به ندرت از یک کریستال تشکیل شده‌اند، بلکه از تعداد زیادی از کریستال‌های تک تشکیل شده‌اند، که بعنوان کریستالیت (crystallite) شناخته می‌شوند که اندازه این مواد می‌تواند از چند نانومتر تا چندین متر متفاوت باشد. چنین موادی چندبلور (polycrystalline) نامیده می‌شوند. تقریبا تمامی فلزات معمولی، و بسیاری از سرامیک‌ها، چندبلور هستند.
در فلزات دیگر، یک نظم طولانی در مکان اتم‌ها وجود ندارد. این جامدها بعنوان جامدهای آمورف (amorphous solids) شناخته می‌شوند؛ که شامل نمونه‌هایی نظیر پلی استایرین و شیشه می‌شود.
چه یک جامد کریستالی باشد و چه آمورف بستگی به ماده سازنده، و شرایطی که در آن تشکیل شده است دارد. جامدهایی که توسط سرد کردن تدریجی مایع تشکیل می‌شوند بلوری هستند، و جامدهایی که بسرعت سرد شده‌اند معمولا آمورف هستند. همچنین، نوع کریستالی که در جامد بلوری تشکیل می‌شود بستگی به ماده سازنده و چگونگی تشکیل آن دارد.
در حالیکه بسیاری از اشیای معمول، مانند یخ یا سکه، بصورت شیمیایی قابل شناسایی هستند، بسیاری از فلزات معمول دیگر شامل چندین ماده مختلف در کنار هم می‌شوند. برای نمونه، یک سنگ معمولی مجموعی از چندین کانی است، بدون هیچ ترکیب شیمیایی مشخصی. چوب یک ماده آلی طبیعی است که شامل عمدتا الیاف سلولز می‌شود که در یک ماتریس لیگنین (lignin) آلی در کنار هم جای گرفته‌اند. در علم مواد، ترکیبات با بیش از یک ماده تشکیل دهنده می‌تواند بصورتی طرحی شود که دارای خوص مورد نظر ما باشد.
 |
 |
|
یک ساختار شیشه‌ای (آمورف) تصادفی
|
یک ساختار بلوری |
انواع جامدها
نیروهای بین اتم‌ها در یک جامد می‌توانند انواع مختلفی داشته باشند. برای نمونه، یک بلور سدیم کلرید (نمک معمولی) از یون سدیم و کلر تشکیل شده است که توسط پیوندهای یونی در کنار هم قرار گرفته‌اند. در الماس یا سیلیکون، اتم‌ها الکترون‌های خود را به اشتراک می‌گزارند و تشکیل پیوندهای کووالانسی می‌دهند. در فلزات، الکترون‌ها در پیوندها فلزی تقسیم می‌شوند. بعضی از جامدها، بویژه بیشتر ترکیبات آلی، توسط نیروهای واندروالس که نتیجه جهت گیری ابر الکترونی هر مولکول می‌باشد به هم متصل شده‌اند. بنابراین تفاوت در انواع جامدها در اصل تفاوت در میان نوع پیوند میان اتم‌ها و مولکول‌های آن‌ها می‌باشد.
سوالی که در زیر برای شما از المپیاد شیمی 2012 آمریکا مطرح شده است سوالی در مورد انواع جامدها می‌باشد که امیدواریم با توجه به مطالب مختصری که در بالا برایتان گفته شده و همچنین با کمی مطالعه بتوانید به آن جواب درست دهید.
در کدام گزینه زیر نوع جامدی که ماده تشکیل می‌دهد اشتباه ذکر شده است؟
1. آمونیوم سولفات-جامد یونی
2. قلع-جامد فلزی
3. پتاسیوم کلرید-جامد یونی
4. سیلیکون دی اکسید-جامد مولکولی