ملف تدريبي: المواد الصلبة المتشابهة التركيب البنائي الشبكي

في هذا الملف التدريبي، سوف نتدرَّب على المقارنة بين خواص المواد الصلبة المتماثلة في التركيب الشبكي والتي تُظهِر ذرات مختلفة بنفس الترتيب.

س١:

يحتوي نيتريد البورون على ذرات بورون ونيتروجين تبادلية بنفس ترتيب ذرات الكربون في الجرافيت. كيف يُمكِن المقارنة بين التوصيلية الكهربية لنيتريد البورون والتوصيلية الكهربية للجرافيت؟

  • أيُعَدُّ نيتريد البورون أكثر توصيلية؛ لأن مدارات p الفارغة للبورون تسمح بتزايد عدم تمركز الإلكترونات.
  • بيُعَدُّ نيتريد البورون والجرافيت متساويين في عدد الإلكترونات؛ ولذا فإن لهما نفس التوصيلية الكهربية.
  • جيُعَدُّ نيتريد البورون أكثر توصيلية؛ لأن الشحنات الجزئية لذرات البورون والنيتروجين تُقوِّي التداخلات بين الطبقات.
  • ديُعَدُّ نيتريد البورون أقل توصيلية؛ لأن كثافة الإلكترونات موزَّعة بتساوٍ أقل بين الذرات المُجاوِرة، وذلك يؤدِّي إلى انخفاض عدم تمركز الإلكترونات.
  • هيُعَدُّ نيتريد البورون أقل توصيلية؛ لأن مدارات p للبورون تكون فارغة، وذلك يؤدِّي إلى وجود عدد أقل من إلكترونات 𝜋 غير المُتمركِزة.

س٢:

البنية البلورية لعنصر السليكون العنصري عند درجة الحرارة والضغط القياسيين تشبه بنية الماس. كيف نقارن بين صلادة السليكون وصلادة الماس؟

  • أالسليكون أكثر صلادة من الماس؛ حيث يقوي تداخل المدارات d الروابط بين ذرات السليكون.
  • بالسليكون أقل صلادة من الماس؛ حيث يتكوَّن بين ذرات السليكون الكبرى روابط أضعف سهلة الكسر.
  • جالسليكون أقل صلادة من الماس؛ حيث تتفاعل ذرات السليكون عبر روابط فلزية، وهي أضعف من الروابط التساهمية غير الفلزية.
  • دالسليكون أكثر صلادة من الماس؛ حيث التنافر بين أزواج الإلكترونات الحرة يضعف الروابط بين ذرات الكربون الصغرى.
  • هالسليكون والماس متساويان في الصلادة؛ حيث الفرق في الطاقة طفيف بين روابط السليكون-سليكون والكربون-كربون.

س٣:

البنية البلورية لعنصر السليكون عند درجات الحرارة والضغط القياسيين تشبه بنية الماس. ما وجه الاختلاف بين التوصيلية الكهربية للسليكون والتوصيلية الكهربية للماس؟

  • أالسليكون من أشباه الموصلات والماس من العوازل: تتفاعل ذرات الكربون فقط عبر مدارات sp3، ولكن ذرات السليكون تُظهِر أيضًا تداخلًا بين مدارات d غير المشغولة، وهو ما يُنتج فجوة نطاق أضيق.
  • بالسليكون والماس من الموصلات: تتكوَّن المواد من مستويات ذرات sp2 المهجنة، مع إلكترونات غير متمركزة في نظام 𝜋 المرافق.
  • جالسليكون من أشباه الموصلات والماس من العوازل: الروابط بين ذرات السليكون أضعف؛ ولذلك فإنَّ فرق الطاقة بين المدارات المشغولة وغير المشغولة أصغر، وهو ما يُنتج فجوة نطاق أضيق.
  • دالسليكون والماس من أشباه الموصلات، ولكن الذرات الموجودة في الماس أصغر وتُظهِر تداخلًا مداريًّا أقوى، وهو ما يُنتج فجوات نطاق أضيق.
  • هالسليكون والماس من العوازل: الروابط بين الذرات قوية بشكل مماثل؛ ولذلك فإنَّ الفرق في الطاقة بين المدارات المشغولة وغير المشغولة كبير في كلتا المادتين، وهو ما يُنتج فجوات نطاق واسعة.

س٤:

ينصهر ثاني أكسيد السليكون عند 1‎ ‎700 تقريبًا، وينصهر رباعي فلوريد السليكون عند -90℃. ما السبب الرئيسي للاختلاف الكبير بين درجتَي انصهار المادتين؟

  • أيُكوِّن المُركَّبان SiO2، SiF4 شبكات تساهمية ثلاثية الأبعاد، لكن روابط SiF أكثر أيونية وأقل توجيهًا من روابط SiO؛ ولذا يُمكِن فَقْد البنية المُرتَّبة بسهولة أكثر.
  • بيُمكِن أن تتفكَّك التداخلات الضعيفة بين الجزيئات في البلورة الجزيئية للمُركَّب SiF4 على نَحْوٍ أسهل من الروابط التساهمية في الشبكة الثلاثية الأبعاد للمُركَّب SiO2.
  • جيُمكِن أن تتفكَّك التداخلات الضعيفة بين الشبكات التساهمية المستوية للمُركَّب SiF4 على نَحْوٍ أسهل من الروابط التساهمية في الشبكة الثلاثية الأبعاد للمُركَّب SiO2.
  • ديُكوِّن المُركَّبان SiO2، SiF4 شبكات تساهمية ثلاثية الأبعاد، لكن روابط SiF أضعف من روابط SiO؛ ولذلك يلزم توفُّر طاقة أقل لتفكُّك الشبيكة.
  • هيؤدِّي ارتفاع عدد تناسق ذرات Si في SiF4 إلى حدوث ازدحام فراغي، ويؤدِّي ذلك إلى إخلال توازن الشبيكة المُرتَّبة.

تستخدم نجوى ملفات تعريف الارتباط لضمان حصولك على أفضل تجربة على موقعنا. معرفة المزيد حول سياسة الخصوصية لدينا.