جامد یک ماده متراکم است ، که توسط اتمهای نزدیک به هم که الگوی منظمی به نام شبکه را به وجود می آورند ایجاد می شود. این اتمها با نیروهایی قوی در کنار یکدیگر قرار گرفته اند ، که فقط اجازه حرکات خفیفی را می دهد . سختی یک جامد به آرایش و حرکت اتمهای آن بستگی دارد . مثلاَ عنصر کربن هم به شکل نرمی به نام گرافیت ، و هم به شکل یکی از سخت ترین جامدات روی زمین ، یعنی الماس، وجود دارد. تفاوت این دو شکل در آرایش اتمهایشان است.
کشسانی
کشسانی قابلیت یک جامد در بازگشتن به شکل اولیه خود پس از کشیده شدن یا هر تغییر شکل دیگر است . مثلاَ یک فنر کشیده شده پس از رها شدن به سرعت به شکل اولیه خود باز می گردد . اما اگر آن را بیش از حد بکشیم ، به شکل اولیه خود باز نمی گردد و حتی ممکن است پاره شود . با نزدیک شدن به حد شکستن ، فنر کشسانی خود را از دست می دهد و تغییر شکل دائمی می یابد . این حد ، حد کشسانی نامیده می شود.
قانون هوک
قانون هوک می گوید که نیروی اعمال شده به یک ماده با مقدار کشیده شدن متناسب است . یعنی مثلاَ اگر نیروی کشش وارد بر یک فنر را دو یا سه برابر کنید ، دو یا سه برابر بیشتر کشیده خواهد شد . اما این قانون پس از رسیدن به حد کشسانی ماده ، دیگر برقرار نیست. رابرت هوک پس از آتش سوزی بزرگ لندن در سال 1666 ، بازرس ارشد شهر لندن شد . او برای کمک به بازرسانی شهر ، رابطه بین کشسانی (الاستیسیته) مواد و نیروهای اعمال شده به انها را مورد تحقیق قرار داد.
طبقه‌بندی شبکه های بلوری
شبکه‌های بلوری بر حسب تقارن در شش سیستم بلوری طبقه‌بندی می‌شوند. یک سیستم بلور را می‌توان بر حسب ابعاد سلول واحد در امتداد سه محور آن (a , b , c) و اندازه سه زاویه بین این محورها (α , β , γ) توصیف کرد
چون سیستم بلوری خود دارای چند ساختار است مانند سیستم مکعبی که خود دارای سه نوع شبکه بلور است، بطور کلی 14 شبکه بلوری وجود دارد و بسیاری از اطلاعات در مورد ساختمان داخلی بلورها از آزمایشهای پرش اشعه ایکس بدست می‌آید.
انواع جامدات بلوری
جامدات بلوری بر حسب ذرات تشکیل دهنده شبکه بلور به گروههای زیر تقسیم می‌شوند.
جامدات یونی
اجزای تشکیل دهنده ساختمان این بلور ، یونها هستند. استقرار یونها در یک بلور بر طبق یک الگوی هندسی معین است. ساختمان بلوری چنان است که نیروهای جاذبه بین یونهای مثبت و منفی به‌مراتب بیشتر از نیروهای دافعه بین یونهایی است که بار مشابه دارند. ترکیبات یونی در دمای اتاق جامدند و نقطه ذوب بالایی دارند و در حالت مذاب یا بصورت محلولهای آبی رسانای خوب الکتریسیته هستند.
جامدات مولکولی
نقاط شبکه‌ای در بلور ترکیبات کووالانسی توسط مولکولها اشغال شده‌اند و نیروهای بین مولکولی که مولکولها را در شبکه نگه می‌دارند، به اندازه نیروهای الکترواستاتیکی که در بلورهای یونی مشاهده می‌شوند، قوی نیستند. از این‌رو بلورهای مولکولی نرم و دارای نقاط ذوب پایین هستند نارسانا هستند و یا ممکن است جامدات مولکولی قطبی در حالت مذاب رسانایی اندکی داشته باشند.
بلورهای شبکه‌ای (بلورهای اتمی)
در ساختمان این بلورها نقاط شبکه‌ای توسط اتمهایی اشغال شده‌اند که با شبکه‌ای از پیوندهای کووالانسی به هم متصل می‌شوند. در این بلورها تشخیص یونها از بلورها غیر ممکن است. در واقع کل بلور را می‌توان بعنوان یک مولکول عظیم تصور کرد. به همین دلیل گاهی به آنها مواد درشت مولکولی هم می‌گویند. الماس مثالی از این نوع بلورهاست که در آن اتمهای کربن توسط پیوندهای کووالانسی در یک ساختمان سه بعدی به هم متصل هستند. این مواد نقاط ذوب و جوش بالا دارند، فوق العاده سخت بوده و نارسانا هستند و در تمام حلالهای معمولی نامحلولند و این بعلت داشتن پیوندهای کووالانسی فراوان آنهاست که برای فرو ریختن ساختمان بلوری باید گسسته شوند.
بلور های فلزی
شبکه بلوری این جامدات از اتمهای فلزی ( یونهای مثبت و الکترونهای متحرک آنها ) تشکیل شده است. پیوند فلزی پیوند قوی است و به این علت است که یونهای مثبت بصورت تنگاتنگ در شبکه بلوری کنار هم و در میان الکترونهای متحرک قرار گرفته‌اند. این جامدات ، چگالی بالا و نقطه ذوب بالایی دارند و رسانای گرمایی و الکتریکی خوبی هستند
نگاه کلی
جامدات فلزی جز جامدات بلوری طبقه‌بندی می‌شوند و در مقایسه با سایر جامدات بلوری ویژگیهای فیزیکی و شیمیایی خاصی دارند که از پایین بودن پتانسیل یونش و کم بودن الکترونگاتیوی اتمهای آنها ناشی می‌شود. خواص فیزیکی و شیمیایی جامدات فلزی حاکی از ساختمانی است که در آنها الکترونها نسبتا متحرکند. تنها با این نوع ساختمان مخصوص فلزات است که می‌توان رسانایی خوب ، سهولت از دست دادن الکترون و تشکیل یونهای مثبت را توجیه کرد.
در یک جامد فلزی الکترونهای خارجی اتمهای فلزی بطور نسبتا سستی به اتم وابسته‌اند و آزادانه در سراسر یک بلور فلزی حرکت می‌کنند. باقیمانده اتمها یعنی یونهای مثبت فلزی نقاط شبکه‌ای ثابت را در بلور اشغال می‌کنند. ابر منفی الکترونهایی که آزادانه در حال حرکت هستند بلور را نگه می‌دارند.
خواص جامدات فلزی (بلورهای فلزی)
در اینجا به خواصی از فلزات می‌پردازیم که وجه تمایز آنها از سایر جامدات بلوری (جامدات یونی ، مولکولی و... ) است.
فلزات غیر فعال هستند همه آنها بجز جیوه در 25 درجه سانتیگراد جامدند. جامدات فلزی نقاط ذوب بسیار متفاوتی دارند. بعنوان مثال نقطه ذوب برخی از آنها مانند سدیم کمی بالاتر از دمای معمولی است (29Cº) و نقطه ذوب برخی دیگر مانند تنگستن به چندین هزار درجه سلیسیوس می‌رسد. (3380 در جه سیلسیوس)
فلزات در آب و حلالهای آلی نامحلول هستند. هیچ فلزی بطور حقیقی در آب حل نمی‌شود. تعدادی از فلزات فعال با آب بطور شیمیایی ترکیب می‌شوند و گاز هیدروژن آزاد می‌کنند. جیوه مایع بسیاری از فلزات را در خود حل کرده و محلولهایی به نام ملغمه ایجاد می‌کنند.
فلزات رسانای خوب جریان الکتریسیته هستند و در میان جامدات بلوری فلزات از این نظر که رسانای خوب الکتریکی در حالت جامد هستند منحصر به فرد است. جریان الکتریکی ناشی از حرکت الکترونهای داخل یک فلز است که تحت تاثیر یک میدان الکتریکی خارجی قرار می‌گیرد.
فلزات رسانایی گرمایی بالایی دارند و این ویژگی هم با توجه به تحرک زیاد الکترونی بلورهای فلزی توجیه می‌شود. الکترونهای والانس یک فلز گرما را بصورت انرژی جنبشی جذب کرده و بعلت حرکت نسبتا آزاد خود آن را سریعا به تمام قسمتهای فلز منتقل می‌کنند. ولی جامداتی که الکترونها در آنها مستقر هستند رسانایی گرمایی کمتری نشان می‌دهند، زیرا در این مواد رسانایی گرمایی فقط از طریق حرکت یونها یا مولکول می‌تواند انجام گیرد که فرآیند کندی است.
جلای فلزی در یک بلور فلزی الکترونهای والانس به تمام اتمهای بلور وابسته بوده و خیلی تحرک دارند بنابراین می‌توانند با جذب نور به ترازهای بالاتر منتقل شوند. وقتی این الکترونها به ترازهای پایین‌تر برمی‌گردند، نور تابش می‌کنند. جلای فلزات ناشی از این انتقالهای الکترونی است. یک جامد فلزی از ایجاد پیوند فلزی بین اتمهای آن ایجاد می‌شود. پیوند فلزی تنها از تاثیر متقابل اربیتالهای لایه والانس حاصل می‌شود و فاصله میان اتمها در یک بلور فلزی از روی همپوشانی اربیتالهای والانس تعیین می‌شود و اربیتالهای لایه‌های داخلی تاثیر متقابل قابل ملاحظه‌ای در تعیین این فاصله ندارند.
مدل دریای الکترون تجسم ساده‌ای از پیوند فلزی است.
در این مدل شبکه فلزی را می‌توان بصورت ردیف‌های منظم از یونهای مثبت فرض کرد که در دریایی از الکترونهای متحرک شناور نگه داشته شده‌اند. در این مورد ممکن است که الکترونها مدتی در مجاورت کاتیون فلزی باقی بمانند، اما بطور دائم در میان دو کاتیون فلزی حبس نمی‌شوند و دائما در حال تحرک هستند. بر اساس مدل دریای الکترون قدرت پیوند فلزی با مقدار بار مثبتی که شبکه را اشغال کرده‌اند، بستگی مستقیم دارد.
(جداول در فایل اصلی موجود است)