شبكة المواد الصلبة التساهمية

تحتوي المواد الصلبة التساهمية الشبكية على شبكة ثلاثية الأبعاد من الذرات المترابطة تساهمياً كما هو موجود في الهياكل البلورية للمواد غير المعدنية مثل الماس والجرافيت والسيليكون وبعض المركبات التساهمية، مثل ثاني أكسيد السيليكون (الرمل) وكربيد السيليكون (الكربوراندوم، المادة الكاشطة على ورق الصنفرة) تحتوي العديد من المعادن على شبكات من الروابط التساهمية.

لكسر أو إذابة شبكة تساهمية صلبة، يجب كسر الروابط التساهمية. نظراً لأن الروابط التساهمية قوية نسبياً، فإن المواد الصلبة للشبكة التساهمية تتميز عادةً بالصلابة والقوة ونقاط الانصهار العالية. على سبيل المثال، الماس هو أحد أقسى المواد المعروفة ويذوب فوق 3500 °C.

الماس مقابل الجرافيت

الكربون عنصر أساسي. الماس والجرافيت هما أكثر المواد المتآصلة شيوعًا في الكربون. المواد المتآصلة هي أشكال هيكلية مختلفة لنفس العنصر. الماس هو أحد أقسى المواد المعروفة، في حين أن الجرافيت ناعم بدرجة كافية لاستخدامه كقلم رصاص. تنبع هذه الخصائص المختلفة جداً من الترتيبات المختلفة لذرات الكربون في المتآصلات المختلفة.

الماس شديد الصلابة بسبب الترابط القوي بين ذرات الكربون في جميع الاتجاهات. يتكون الجرافيت من صفائح مستوية من البلورات التساهمية التي يتم تجميعها معًا في طبقات بواسطة قوى غير تساهمية. على عكس المواد الصلبة التساهمية النموذجية، فإن الجرافيت ناعم جداً وموصل للكهرباء. يتم فرك الجرافيت (في الرصاص بالقلم الرصاص) على الورق نظراً لضعف التجاذب بين طبقات الكربون.

الجرافين: مادة المستقبل

يعتبر الجرافين أحد أشكال الكربون التي تم اكتشافها مؤخراً. تم عزل الجرافين لأول مرة في عام 2004 باستخدام شريط لتقشير الطبقات الأرق فالأرق من الجرافيت. إنها في الأساس ورقة واحدة (بسمك ذرة واحدة) من الجرافيت. الجرافين ليس قوياً وخفيف الوزن فحسب، ولكنه أيضاً موصل ممتاز للكهرباء والحرارة. قد تكون هذه الخصائص مفيدة للغاية في مجموعة واسعة من التطبيقات، مثل شرائح ودوائر الكمبيوتر المحسنة بشكل كبير، والبطاريات والخلايا الشمسية الأفضل، والمواد الهيكلية الأقوى والأخف وزناً. مُنحت جائزة نوبل في الفيزياء لعام 2010 لأندريه جيم وكونستانتين نوفوسيلوف لعملهما الرائد مع الجرافين.

تم اقتباس هذا النص منOpenstax, Chemistry 2e, Section: 10.5 The Solid State of Matter.