على النقيض من ذلك النظام الذري المنتظم السائد في المواد الصلبة، والذي تنتظم فيه ذرات المادة على المدى الطويل Long–range Order لتكون الهياكل البلورية للمواد، فإن جزيئات جميع السوائل بلا استثناء، وكذلك ذرات بعض المواد الصلبة تحيد عن هذا النظام مبدية رغبتها في إبرام علاقات خاصة فيما بينها أو مع غيرها من الذرات، لتكون منهاجا آخر للترتيب الذري يُطلق عليه اسم التنظيم الذري قصير المدى Short–range Order. ويرجع سبب تسميته بهذا الاسم إلى وجود علاقة منتظمة تربط بين الذرات المكونة الجزيئات سائل ما. فعلى سبيل المثال يتألف جزيء الماء من ذرتين من غاز الهيدروجين ترتبطان بزاوية ثابتة قيمتها 104.5 درجة مع ذرة من غاز الأكسجين، كما هو مبين في الشكل (3 – 2 «أ »). وقيمة تلك العلاقة الزاوية التي تأسس عليها ارتباط ذرات الهيدروجين مع الأكسجين تكون ثابتة ولا تتغير من جزيء ماء إلى آخر. هذا بينما لا تُبدي جزيئات الماء أي استعداد لتنظيم علاقاتها مع الجزيئات نفسها المتاخمة لها على هذا النحو من الانتظام، لذا فهي تحتل الفراغ المتاح لها أن تشغله في عشوائية، أو لنا أن نصفه بالفوضى. ويعرف النوع الثالث والأخير من الترتيب الذري للمواد باسم النظام العشوائي غير المنتظم No–order حيث تحتل ذرات المادة الفراغ الذي تشغله في عشوائية ومن دون أدنى ترتيب. وتخضع ذرات جميع الغازات مثل الأكسيجين، الهليوم الأرغون والنيتروجين وغيرها لهذا النظام.

ويوضح الشكل (3 – 2) رسما تخطيطيا عاما لأنماط الترتيب الذري في الحالات الثلاث من المادة وهي الصلبة والسائلة والغازية، وتأثير الحرارة في تحول كل منها إلى الأخرى. ولنأخذ الماء مثالا تطبيقيا، فالماء في حالته الثلجية الصلبة، يكون على هيئة بلورات تتألف من جزيئات منتظمة الترتيب (3–2 «ب»)، بيد أنه إذا ما تم تعريضه لدرجات حرارة أعلى من الصفر المئوي فإنه يتحول إلى الحالة السائلة والتي فيها تبدأ جزيئاته في التحرر من روابطها المنتظمة الموجودة عليها في الحالة الصلبة مكونة بذلك نمطا آخر من الترتيب الذري الذي تفقد فيه جزيئات الماء مثالية الانتظام في الترتيب (3–2 «جـ»). ومع استمرار الحث الحراري فإن الماء السائل يتحول إلى الحالة الثالثة من المادة وهي الحالة الغازية، والتي بها تسود العشوائية حيث تعم الفوضى في ترتيب جزيئات بخار الماء، كما هو مبين في الشكل (3–2 «د»).

الشكل (3–2): يعرض الشكل (أ) رسما تخطيطيا يوضح تركيب جزيء ذرة الماء المؤلف من ذرة من ذرات الأكسيجين المرتبطة مع ذرتين من ذرات الهيدروجين بزاوية مقدارها 104.5 درجة. يظهر بالشكل مدى تأثير درجة الحرارة على ترتيب ذرات جزيئات الماء في الحالات الصلبة (ب) والسائلة (جـ) والغازية (د) ⁽⁸⁾.

وأود ألا تفوتني فرصة الإشارة إلى أن هذا التفاوت الكبير في الانتظام الذري لحالات المادة الثلاث يسفر عن تولد اختلافات شاسعة في صفات وخواص المادة بكل حالة فعشوائية توزيع ذرات المادة ينجم عنها اكتساب المادة صفات جديدة ومتميزة تفوق تلك الصفات الموجودة بها عند انتظام الترتيب الذري. وهناك العديد من الأمثلة لسبائك المواد الأمورفية Amorphous Alloys ⁽⁹⁾ الفلزية التي يتم تحضيرها عن طريق تعمد الإخلال بالترتيب الذري لها، وذلك بهدف الحصول على خواص فيزيائية وميكانيكية متميزة وفريدة.

ويبين الشكل (3–3) صورة مجهرية أخذت بواسطة الميكروسكوب النافذ الإلكتروني عالي الدقة لعينة فلزية من عينات المواد الأمورفية. وإذا ما عقدنا مقارنة بين هذه الصورة وتلك المبينة في الشكل (3–1 «ب») يتبين لنا مدى العشوائية التي تجنح إليها ذرات المواد الأمورفية في احتلالها لفراغ الهيكل الداخلي من المادة.

الشكل (3–3): صورة مجهرية بالميكروسكوب النافذ الإلكتروني عالي الدقة لعينة مادة أمورفية من سبيكة فلزية يظهر فيها النمط الذي تنتهجه ذرات هذه المادة في احتلالها للفراغ الداخلي من شبكة المادة، وذلك بصورة عشوائية ⁽¹⁰⁾.

_________________________________________________________________
هوامش

(8) تم تصميم وتنفيذ الشكل بواسطة مؤلف هذا الكتاب.

(9) لمزيد من الاطلاع على سلوك المواد الأمورفية في توزيع ذراتها توزيعا عشوائيا، قد يكون المرجع المبين أدناه مناسبا لهذا الغرض.

M. Sherif El–Eskandarany, J. Saida, and A. Inoue, Acta mater., Vol. 51 (2003) pp 4519–4532.

(10) M. Sherif El–Eskandarany, J. Saida, and A. Inoue, Acta mater. Vol. 51 (2003) pp. 1481–1492.