إن تفسير التركيب الثابت في حالة المواد العضوية وكذلك تفسير خواصها الطبيعية يتم بالأخذ في الاعتبار الطاقة الحرة للبلورات Crystal free energy فالجزيئات أو الأيونات تُعبأ بطريقة منتظمة بحيث إن الطاقة الحرة للنظام ككل تكون نهاية صغرى، وهذه التعبئة يمكن تعيينها عن طريق القوى بين الذرات معبرا عنها بالحجم والشكل والشحنات وثنائيات الأقطاب للجزيئات أو الأيونات المفردة.

وتكون الطاقة الحرة في البلورة نهاية صغرى بالنسبة لترتيب الجزيئات والأيونات بداخلها، وأحد الأدلة المهمة على وجود القوى بين أجزاء مكونات البلورة هي الطاقة اللازمة لتبخير البلورات إلى مكوناتها من جزيئات وأيونات، وبعض هذه القيم كالآتي:

في حالة البلورات الأيونية مثل كلوريد الصوديوم تكون الطاقة اللازمة لكسر البلورة إلى مكوناتها من أيونات هي 247 kcal/ mole.

وفي حالة البلورات ذات الروابط التساهمية مثل الماس تكون الطاقة kcal/ mole 170.

والبلورات الجزيئية Molecular crystals تحتوي على مجموعات مرتبطة بروابط فان درفال Vander Waals وروابط هيدروجينية وغيرها وفي حالة ثاني أكسيد الكربون مثلا تكون الطاقة في حدود kcal/ mole 6 وقوى الجذب بين الجزيئات في البلورات هي قوى كهربائية. فالجزيء له خواص كهربية حتى لو كان متعادل الشحنة أي أن مجموع الشحنة عليه تساوى (صفرا) ولكي نأخذ في الاعتبار هذه الخاصية فعلينا أن نعتبر الجزيء تنائي قطب فإذا كانت كل الجزيئات في المادة لها عزم ثنائي قطب ثابت فإن ذلك يؤدي إلى تفاعل بين الجزيئات بعضها البعض، ويمكن القول بأنه دائما يكون هناك تفاعل بين ثنائي أقطاب لحظية فكل جزيء يعتبر ثنائي قطب لحظي عند كل لحظة من الوقت؛ وذلك لأن مركز ثقل الإلكترونات لا يكون منطبقا أبدا مع مركز ثقل الأنوية.

وقوى التجاذب المتعددة تتعادل مع قوى التنافر بين السحب الإلكترونية للجزيئات المتجاورة، فمبدأ باولي للاستبعاد لا يسمح بتداخل السحب الإلكترونية؛ لذلك فإن قوى التجاذب تجعل الجزيئات تتماس.

ومع أن طاقة الروابط تتغير في البلورات الجزيئية بشكل ملموس إلا أن المسافات بين الجزيئات تعتمد على درجة الاستقطاب، وكذلك على طاقة الربط وغيرها، ومن الواضح أن الأبعاد بين الجزيئات يمكن تعيينها من الحدود الواضحة التي تحوي بداخلها السحابة الإلكترونية للجزيء.

وشكل الجزيء يحدد طبيعة تعبئة الجزيئات وكذلك الأبعاد بينها. أما استقطاب الجزيئات وكذلك قوى التجاذب فهي لا تؤثر على الأبعاد بين الجزيئات، وأيضا لا تؤثر على ميل الجزيئات للتعبئة المتلاصقة؛ وعلى هذا ففي كل الأحوال يمكن الوصول إلى النهاية الصغرى للطاقة بعملية التعبئة المتلاصقة للجزيئات، حيث إن البلورات الجزيئية تتبع نظرية التعبئة المحكمة (compact packing) إلا أن البعض فقط من أنواع التركيبات والتماثل هي التي توجد داخل مثل هذه البلورات. ومن الواضح أنه يمكن النظر إلى عملية التعبئة للجزيئات على أنها تعبئة محكمة لطبقات مضغوطة كما في الشكل (15-9). وجدير بالذكر أن 90% من بلورات المواد العضوية تتكون من مثل هذه الطبقات وفيها ترص الجزيئات بالطريقة الموضحة کخط متعرج (Zigzag) ويتم حساب الطاقة الحرة للبلورات على أنها مجموع طاقات الوضع بين الذرات بالإضافة لطاقة ذبذبة الذرات وكل منهما يمكن أن يقسم إلى نوعين:

1 - الناشئة بين الذرات المكونة لجزيئات مختلفة intermolecular.

2 - الناشئة بين الذرات داخل الجزيء الواحد intramolecular.

U +u + F + f

ولحساب الطاقة بين الجزيئات في الشبيكة البلورية تستخدم عادة طريقة شبه تجريبية (semi empirical).

شكل (15-9)

تعبئة مضغوطة للجزيئات (محكمة الطبقات)

مواضيع ذات صلة

تأثير تصغير مقاييس الحبيبات على خواص المادة

الحبيبات

غياب المثالية عن الترتيب الذري

الشبكات البلورية

الإشعاع السينكروتروني Synchrotron Radiation

مراكز الالوان Color Centers

الأشعة وحيدة الموجة في تجارب الحيود من البلورات

شاشات عرض البلورات السائلة ذات المصفوفات الفعالة: «AMLCD «Active Matrix Liquid Crystal Display

استخدام البلورات السائلة في أجهزة العرض

السلوك الكهروبصري لأغشية (PDLC)

الخواص الكهروبصرية لأغشية البلورات السائلة المنتشرة داخل بوليمر «PDLC»

الانكسار المزدوج وتأثره بالمجال الكهربائي Birefringence