ما هي حدود المشابك التساهمية والمعدنية؟

على المستوى الذري ، تحتوي المواد الصلبة على ثلاثة هياكل أساسية. تكون جزيئات الزجاج والطين شديدة الاضطراب مع عدم وجود بنية أو نمط متكرر لترتيبها: وتسمى هذه المواد الصلبة غير المتبلورة. توجد المعادن والسبائك والأملاح كمشابك ، كما هو الحال مع بعض أنواع المركبات غير المعدنية ، بما في ذلك أكاسيد السيليكون وأشكال الجرافيت والماس من الكربون. تتكون المشابك من وحدات متكررة ، تسمى أصغرها خلية وحدة. تحمل خلية الوحدة جميع المعلومات اللازمة لإنشاء بنية كبيرة شبكية من أي حجم معين.

تتميز جميع المشابك بأنها مرتبة بدرجة عالية ، حيث يتم تثبيت الذرات أو الأيونات المكونة لها في أماكنها على فترات منتظمة. يكون الترابط في المشابك المعدنية إلكتروستاتيكيًا ، في حين أن الترابط في أكاسيد السيليكون والجرافيت والماس يكون تساهميًا. في جميع أنواع الشبكة ، يتم ترتيب الجسيمات المكونة في التكوين الأكثر ملاءمة من حيث الطاقة.

توجد المعادن على شكل أيونات موجبة في بحر أو سحابة من الإلكترونات غير المحددة. النحاس ، على سبيل المثال ، موجود على شكل أيونات النحاس (II) في بحر من الإلكترونات ، حيث تبرعت كل ذرة نحاسية بإلكترونين لهذا البحر. إن الطاقة الكهروستاتيكية بين أيونات المعادن والإلكترونات هي التي تعطي الشبكة ترتيبها وبدون هذه الطاقة تكون المادة الصلبة بخارًا. يتم تحديد قوة الشبكة المعدنية من خلال طاقتها الشبكية ، وهي التغير في الطاقة عندما يتشكل مول واحد من الشبكة الصلبة من الذرات المكونة لها. الروابط المعدنية قوية جدًا ، ولهذا تميل المعادن إلى درجات حرارة انصهار عالية ، والذوبان هو النقطة التي تنكسر عندها الشبكة الصلبة.

ثاني أكسيد السيليكون، أو السيليكا ، مثال على الشبكة التساهمية. السيليكون رباعي التكافؤ ، مما يعني أنه سيشكل أربع روابط تساهمية ؛ في السيليكا كل من هذه الروابط للأكسجين. رابطة السيليكون والأكسجين قوية جدًا وهذا يجعل السيليكا بنية مستقرة جدًا مع نقطة انصهار عالية. إنه بحر من الإلكترونات الحرة في المعادن التي تجعلها موصلات كهربائية وحرارية جيدة. لا توجد إلكترونات حرة في السيليكا أو المشابك التساهمية الأخرى ، وهذا هو سبب كونها موصلة رديئة للحرارة أو الكهرباء. تسمى أي مادة يكون لها موصل ضعيف بالعازل.

الكربون هو مثال لمادة لها هياكل تساهمية مختلفة. الكربون غير المتبلور ، الموجود في السخام أو الفحم ، ليس له بنية متكررة. الجرافيت ، المستخدم في خيوط أقلام الرصاص وإنتاج ألياف الكربون ، بترتيب أكبر بكثير. يتكون الجرافيت من طبقات من ذرات كربون سداسية ذات سماكة طبقة واحدة. يتم ترتيب الألماس بشكل أكبر ، حيث يشتمل على روابط كربون معًا لتشكيل شبكة رباعي السطوح صلبة وقوية بشكل لا يصدق. يتشكل الماس تحت حرارة وضغط شديدين والماس هو أقسى المواد الطبيعية المعروفة. على الرغم من أن الماس والسخام متطابقان كيميائيًا. تسمى الهياكل المختلفة للعناصر أو المركبات المتآصلة.