چه چيزي خواص مواد را مشخص مي..كند؟

واضح آرشیو وب فارسی:فان پاتوق: مقدمه

شايد تا بحال از خود پرسيده باشيد كه چرا مواد مختلف با هم متفاوتند؟ چرا برخي از آن.ها محكم تر از سايرين هستند؟ چرا برخي از مواد رسانا و برخي نارسانا؟ چرا نور مي.تواند از بعضي از مواد عبور .كند و از بعضي ديگر نه؟

سئوالاتي از اين دست ذهن را متوجه تفاوت..هاي مواد از نظر خواص مي..كند و ما را در رابطه با علت اين تفاوت..ها، به تفكر بيشتر وادار مي..كند. با اطلاعاتي كه ما از ساختمان عناصر و تفاوت..هاي موجود در عناصر داريم شايد گمان كنيم كه تفاوت....هاي موجود در مواد مختلف حاصل تفاوت..هاي عناصر تشكيل دهنده آنها است. با اين تفكر مواد تنها متاثر از تنوع عناصر تشكيل دهنده خود خواهند بود و تمامي ويژگي..هاي رفتاري مواد با شناخت عناصر تشكيل دهنده آنها روشن خواهد شد. بر اين اساس مشخص شدن عناصر تشكيل دهنده يعني تعيين تركيب شيميايي همه اسرار مربوط به خصوصيات مواد را آشكار مي..كند. براستي با دانستن تركيب شيميايي، خواص مواد معلوم خواهد شد؟

با كمي دقت و توجه به تركيبات شيميايي مواد پيرامون خويش در مي..يابيم كه بسياري از آنها با وجود اين كه در رفتار و خواص با يكديگر بسيار متفاوتند، داراي عناصر تشكيل دهنده و تركيب شيميايي يكسان مي.باشند و برخي ديگراز مواد با داشتن عناصر تشكيل دهنده و تركيب شيميايي متفاوت با يكديگر، داراي خواص و رفتار مشابهي هستند. پس چه چيزي بجز تركيب شيميايي موجب تفاوت در رفتار مواد مي..شود؟

براي جواب اين سئوال لازم است كه بيشتر با ساختار و ويژگي.هاي مواد آشنا شويم.

ساختار مواد چيست؟

ساختار مواد ارتباط بين اتم..ها، يون..ها و مولكول..هاي تشكيل دهنده آن مواد را مشخص مي..كند. براي شناخت ساختار مواد ابتدا بايد به نوع اتصالات بين اتم..ها و يون..ها پي برد. به طور حتم با پيوندهاي شيميايي آشنايي داريد. پيوندهاي شيميايي نحوه اتصال ميان اتم..ها و يون..ها را مشخص مي..كنند. بنابراين تفاوت پيوندهاي شيميايي مختلف را در ويژگي.هاي اين پيوندها مي..توان مشاهده كرد. به عنوان مثال در نمك طعام به دليل وجود پيوند يوني كه منجر به محصور شدن الكترون..ها مي..شود، خاصيت "رسانايي" مشاهده نمي.شود زيرا الكترون..ها كه حامل و انتقال دهنده.ي بار الكتريكي هستند، به دليل محصور شدن امكان حركت ندارند و چيزي براي انتقال بار الكتريكي در ميان ماده وجود نخواهد داشت. در مقابل در فلزات، مانند مس، به دليل وجود پيوند فلزي كه موجب آزادي الكترون..ها مي..شود و امكان تحرك الكترون..ها را فراهم مي..نمايد، مي..توانيم خاصيت رسانايي را انتظار داشته باشيم. زيرا الكترون..هاي آزاد، امكان انتقال بار الكتريكي را در طول ماده فراهم مي.آورند. همانطور كه ذكر شد اطلاع از نوع پيوندهاي اتمي مي..تواند به شناخت ما از رفتار و خواص مواد كمك كند. اما آيا تنها با دانستن نوع پيوندها تمامي خواص و رفتار يك ماده را مي..توان پيش..بيني كرد؟

براي روشن شدن مطلب مثال معروفي را ارائه مي..كنيم. همانطور كه مي..دانيد گرافيت و الماس هر دو از اتم..هاي كربن تشكيل شده..اند و هر دو "ريخت..هاي" مختلفي از عنصر كربن هستند. اما چرا خواص گرافيت و الماس تا اين حد با يكديگر متفاوت است؟ الماس به عنوان سخت..ترين ماده طبيعي معرفي مي..گردد و گرافيت به دليل نرمي بسيار، به عنوان ماده "روانساز" به كار گرفته مي..شود! تفاوت رفتار و خواص گرافيت و الماس را به نوع اتصال و پيوند شيميايي اتم..هاي كربن نمي..توان نسبت داد زيرا در هر دو شكل اين ماده - كه تنها داراي اتم..هاي كربن است - يك نوع پيوند شيميايي وجود دارد. بلكه علت در "چگونگي اتصالات و پيوندهاي شيميايي" اين دو شكل كربن است. در گرافيت اتم..هاي كربن شش ضلعي..هاي پيوسته..اي شبيه به يك لانه زنبور تشكيل مي..دهند كه در يك سطح گسترده شده است. لايه..هاي شش ضلعي ساخته شده با قرار گرفتن روي هم، حجمي را تشكيل مي..دهند كه به آن گرافيت مي..گوييم. واضح است كه در ساختار گرافيت دو نوع اتصال وجود خواهد داشت: يك نوع اتصال، اتصالي است كه بين اتم..هاي كربن هر لايه لانه زنبوري وجود دارد و جنس آن از نوع پيوند كوالانسي است. نوع دوم اتصالي است كه لايه..هاي لانه زنبوري را به يكديگر وصل مي.كند. بديهي است كه اين نوع از جنس اتصالات اوليه يعني پيوندهاي اتمي نيست. بنابراين پيوند به هم پيوستگي دوم - كه قدرت به هم پيوستگي لايه..ها را مشخص مي..كند - ضعيف..تر از اتصال اوليه كه يك پيوند كوالانسي است، خواهد بود. پس مي.توان انتظار داشت كه گرافيت، در جهت صفهات لانه.زنبوري به دليل داشتن پيوند قوي كووالانسي استحكام بالايي داشته باشد؛ بالعكس، اين ساختار در جهت عمود بر صفحات لانه زنبوري به علت وجود پيوند ضعيف ثانويه بين لايه.ها، به مراتب كمتر از استحكام درون آنها، داراي مقاومت است. از طرفي به دليل پيوندهاي ضعيف بين لايه..اي انتظار مي..رود كه با اعمال نيرويي بيشتر، لايه..هاي لانه زنبوري بتوانند بر روي يكديگر بلغزند.

شكل 1- ساختار گرافيت

شكل 2- ساختار الماس

با توضيحاتي كه راجع به تفاوت..هاي ساختاري گرافيت و الماس داده شد مشخص مي..گردد كه دليل نرمي گرافيت و سختي الماس در چيست. همانطور كه ديديد ساختار با مشخص كردن نوع، تعداد و چگونگي پيوندهاي تشكيل دهنده مواد، تاثير به سزايي در خواص مواد دارد. بنابراين از طريق مطالعه در ساختار مواد، بسياري از رفتارها و خواص آنها را مي..توان پيش..بيني كرد. همچنين براي دستيابي به برخي از خواص مي..توان ساختار متناسب با آنها را طراحي نمود.

ريزساختار چيست؟

با شناختي كه نسبت به ساختار مواد پيدا كرده.ايد، ممكن است گمان كنيد موادي كه ما به صورت توده.اي در اطراف خود مي.بينيم از گسترده.تر شدن نظم ساختاري اوليه به وجود آمده.اند. به عبارت ديگر ممكن است تصور شود كه مواد توده.اي، شكل گسترش يافته ساختار اوليه است و بنابراين تمامي خواص و رفتار ساختار اوليه را دارا خواهد بود. اين تصور با مشاهدات رفتاري مواد متفاوت است. به عنوان مثال در ساختار گرافيت ما انتظار داريم كه استحكام در راستاهاي مختلف متفاوت باشد زيرا ساختار اوليه در جهت صفحات لانه زنبوري داراي استحكام بالا و در جهت عمود بر صفحات داراي استحكام كمي است. بنابراين گرافيت فقط در برخي جهات خاص مي.بايست "قابليت حركت لايه.ها بر روي يكديگر" را داشته باشد. مي.دانيم كه از گرافيت به عنوان ماده اصلي مغز مداد استفاده مي.شود و اثري كه از مداد بر روي كاغذ باقي مي.ماند در حقيقت لايه..هاي نازك گرافيت است كه با مالش نوك مداد بر روي كاغذ، از سطح آن كنده شده و بر روي كاغذ مي.چسبد و همانطور كه پيش.تر اشاره شد لايه.هاي گرافيت به دليل پيوند ضعيف ثانويه امكان لغزش و حتي جدا شدن از يكديگر را دارند. حالا سئوال اينجاست كه اگر توده گرافيت گسترش همان ساختار اوليه گرافيت باشد، بايد مداد تنها در يك جهت خاص قابليت نوشتن داشته باشد زيرا ساختار گرافيت تنها لغزيدن لايه.ها بر روي هم و كنده شدن آنها از توده و چسبيدن.شان به سطح كاغذ را در جهت خاصي ميسر مي.سازد و در غير از آن جهات خاص به دليل وجود پيوندهاي قوي درون لايه.ها، امكان كنده شدن وجود نخواهد داشت. اين تعبير به آن معناست كه مداد تنها در برخي جهات خاص مي.نويسد و در ديگر جهات مداد نخواهد نوشت و اين تصور با تجربه هر روزه ما از بكارگيري مداد متفاوت و متناقض است زيرا به تجربه دريافته.ايم كه مداد در تمامي جهات مي.نويسد. ما مداد را در هر زاويه و هر جهتي نسبت به كاغذ حركت دهيم مداد خواهد نوشت. پس دليل اين تناقض چيست؟ آيا ساختار گرافيت آنگونه كه گمان مي.كنيم نيست؟ و يا اينكه توده گرافيت چيزي غير از گسترش يكنواخت و هماهنگ ساختار گرافيت است؟

شكل 3- طرحي ساده از ريزساختار ايده.آل گرافيت

براي درك درست از رفتار توده.اي مواد لازم است كه با ريزساختار آنها آشنا بشويم. با بررسي ميكروسكوپي گرافيت درمي.يابيم. كه توده گرافيت يكپارچه نيست بلكه اين توده متشكل از دانه.هاي بسياري است كه هر يك به صورت مستقل و جدا از يكديگر در درون خود داراي ساختار گرافيت هستند. به عبارت ديگر توده گرافيت را مي.توان اجتماع بي.نظمي از بخش.هايي كه هر يك داراي ساختار گرافيت هستند، دانست.

شكل 4- طرحي ساده از ريزساختار واقعي گرافيت

تفاوت اين نوع ريزساختار از نوعي كه پيش.تر تصور مي.كرديم، يعني يك توده گسترده از ساختار گرافيت، در دامنه نظم آنهاست. در تصور اول ما توده گرافيت را يك ساختار يكپارچه و منظم از ساختار گرافيت كه در تمام توده گسترش يافته مي.دانستيم در اين حالت نظم حاكم بر ساختار، يك نظم با دامنه بلند كه تمام توده را مي.پوشاند در نظر گرفته مي.شود اما در عمل نظم ساختار گرافيت به صورت محلي و با دامنه.هاي كوتاه مشاهده مي.شود. اين بي.نظمي در قرار گرفتن توده.هاي داراي ساختار گرافيت باعث مي.شود. تنوع و گوناگوني فراواني در بخش.هاي گرافيت كه هر يك زاويه و جهت خاصي دارند، وجود داشته باشد. بنابراين هميشه بخش.هايي كه زاويه و جهت مناسب براي حركت و كنده شدن لايه.ها را دارند، وجود خواهد داشت و ما بدون نگراني از جهت و زاويه قرار گرفتن مداد مي.توانيم از نوشتن آن مطمئن شويم.

نتيجه.گيري

عوامل تاثيرگذار در خواص توده.اي مواد را به صورت اجمالي و ساده شناختيم. اين عوامل عبارت بودند از عناصر تشكيل دهنده مواد، ساختار مواد و ريزساختار مواد. به صورتي ساده مي.توانيم خواص توده.اي مواد را مشابه با خصوصيات يك شهر بدانيم. عناصر تشكيل دهنده مواد به صورت مصالح بكار گرفته شده در ساختمان.هاي شهر، ساختار مواد كه چگونگي قرارگرفتن عناصر در كنار يكديگر و اتصالات ميان آنها را مشخص مي.كند به صورت ساختمان.هاي شهر و ريزساختار كه چگونگي كنار هم قرار گرفتن ساختار ميكروسكوپي را معين مي.كند، به صورت الگوهاي شهرسازي در نظر گرفته مي.شود. با اين تشبيه خصوصيات يك شهر نه تنها به مصالح(تركيب شيميايي بكار رفته در آن) بلكه به معماري ساختمان.ها(ساختار) و نحوه شهرسازي(ريزساختار) نيز بشدت وابسته خواهد بود.

این صفحه را در گوگل محبوب کنید

[ارسال شده از: فان پاتوق]

[مشاهده در: www.funpatogh.com]

[تعداد بازديد از اين مطلب: 613]