دسته‌ بندی مواد بر چه اساسی انجام می‌شود؟

دسته‌ بندی مواد بر چه اساسی انجام می‌شود؟ در این مقاله برآنیم تا درباره اصول و روش‌هاس دسته بندی مواد توضیح دهیم. با ما همراه باشید.

دسته‌ بندی مواد چه کاربردی دارد؟

در علوم گوناگون از جمله فیزیک، شیمی و علم مواد، روش‌های طبقه‌بندی مواد، ابزارهایی ضروری هستند که به ما کمک می‌کنند تا مواد موجود در جهان را بهتر درک و سازمان‌دهی کنیم. این روش‌ها به دانشمندان اجازه می‌دهند تا مواد را بر اساس ویژگی‌های مختلف طبقه‌بندی کنند و نیز به آن‌ها اجازه می‌دهد تا به طور مؤثرتری مواد مختلف را مطالعه و تجزیه‌وتحلیل کنند.

بیشتر بخوانید: شیمی و شاخه های آن چیست؟

این مقاله دسته بندی مواد را که در انواع رشته‌های علمی مورد استفاده قرار می‌گیرند، از هفت منظر بررسی می‌کند و اهمیت و کاربرد آن‌ها را توضیح می‌دهد.

حالات فیزیکی

یکی از اساسی‌ترین اصول طبقه‌بندی مواد، دسته بندی بر اساس حالت‌های فیزیکی ماده است که سه شکل مهم در شناخته‌شده آن عبارتند از: جامد، مایع و گاز. این دسته‌بندی به ترتیب و حرکت ذرات در یک ماده بستگی دارد.

جامدات شکل و حجم ثابتی دارند، مایعات حجم مشخصی دارند اما شکل ثابتی ندارند، در حالی که گازها شکل یا حجم ثابتی ندارند. اما این اشکال سه‌گانه، تنها حالت‌های فیزیکی کشف‌شده تا کنون نیستند. در ادامه، ۵ شکل مختلف از فازهای فیزیکی ماده را که تا کنون کشف شده‌اند، بررسی خواهیم کرد:

حالت جامد

جامدات به دلیل نیروهای بین مولکولی قوی که ذرات آن‌ها را محکم بسته نگه می‌دارد، شکل و حجم مشخصی دارند. به عنوان مثال می‌توان به فلزات، کانی‌ها، سنگ‌ها و کریستال‌ها اشاره کرد.

حالت مایع

مایعات حجم مشخصی دارند اما به دلیل نیروهای بین مولکولی ضعیف‌تر در مقایسه با جامدات، شکل ظرف خود را به خود می‌گیرند. به عنوان مثال می‌توان به آب، روغن، الکل و جیوه اشاره کرد.

حالت گازی

گازها شکل یا حجم مشخصی ندارند زیرا ذرات آن‌ها به دلیل نیروهای بین مولکولی ضعیف، فاصله زیادی از همدیگر دارند. به عنوان مثال می‌توان به اکسیژن، نیتروژن، دی اکسید کربن و هلیوم اشاره کرد.

حالت پلاسما

پلاسما یک گاز یونیزه است که از ذرات باردار به دلیل سطوح انرژی بالا یا دمای بالا تشکیل شده است. معمولاً در ستارگان یا در تخلیه‌های الکتریکی مانند رعد و برق یافت می‌شود.

میعانات بوز-اینشتین (BEC)

این فاز، BEC یک حالت عجیب و غریب است که در دماهای بسیار پایین به دست می‌آید که در آن اتم‌ها هویت فردی خود را از دست می‌دهند و به عنوان یک موجودیت واحد با ویژگی‌های کوانتومی رفتار می‌کنند.

بیشتر بخوانید: مکانیک کوانتومی چیست؟

ترکیب شیمیایی

یکی دیگر از روش‌های مهم  دسته بندی مواد، دسته بندی بر اساس ترکیب شیمیایی است. مواد را می‌توان به عناصر، ترکیبات یا مخلوط طبقه‌بندی کرد. عناصر موادی هستند که فقط از یک نوع اتم (مثلاً اکسیژن یا طلا) تشکیل شده‌اند.

ترکیبات شامل دو یا چند عنصر هستند که از نظر شیمیایی به یکدیگر پیوند دارند (مثلاً آب یا دی اکسید کربن).

مخلوط‌ها ترکیبی از دو یا چند ماده هستند که می‌توانند به صورت فیزیکی از هم جدا شوند (مثلاً آب نمک یا هوا). در ادامه، این دسته بندی مواد در شیمی را بررسی خواهیم کرد:

عناصر

عناصر موادی هستند که با روش‌های شیمیایی به مواد ساده‌تری تجزیه نمی‌شوند. آن‌ها فقط از یک نوع اتم تشکیل شده‌اند و با نمادهای منحصربه‌فرد در جدول تناوبی نشان داده می پ‌شوند. به عنوان مثال می‌توان به هیدروژن (H)، اکسیژن (O)، کربن (C) و طلا (Au) اشاره کرد.

ترکیبات

ترکیبات موادی هستند که از دو یا چند عنصر مختلف به صورت شیمیایی در نسبت‌های ثابت ترکیب شده‌اند. آن‌ها دارای خواص متمایز متفاوت از عناصر تشکیل‌دهنده خود هستند. به عنوان مثال می‌توان به آب (H2O)، دی اکسید کربن (CO2) و کلرید سدیم (NaCl) اشاره کرد.

مخلوط‌ها

مخلوط‌ها ترکیبی از دو یا چند ماده هستند که به‌طور فیزیکی با هم مخلوط شده‌اند بدون این‌که تحت واکنش شیمیایی قرار گیرند. آن‌ها را می‌توان به عنوان مخلوط‌های همگن یا ناهمگن طبقه‌بندی کرد.

مخلوط‌های همگن: هم‌چنین به عنوان محلول‌ها شناخته می‌شوند، این مخلوط‌ها دارای یک ترکیب یکنواخت در سراسر خود هستند و ذرات در آن‌ها به طور مساوی در سطح مولکولی توزیع می‌شوند. به عنوان مثال می‌توان به آب نمک، هوا و شکر حل شده در آب اشاره کرد.

مخلوط‌های ناهمگن: این مخلوط‌ها دارای ترکیبات غیریکنواخت با تفاوت‌های مشهود در اجزای آن‌ها می‌باشند. به عنوان مثال می‌توان به ماسه و آب، روغن و سرکه یا حتی سالاد با مواد مختلف غذایی اشاره کرد.

نکته: عناصر و ترکیبات به عنوان مواد خالص، و مخلوط‌ها به عنوان مواد ناخالص نیز شناخته می‌شوند.

ساختار اتمی

دسته بندی مواد بر اساس ساختار اتمی شامل طبقه‌بندی مواد به اتم یا مولکول است. اتم‌ها کوچک‌ترین واحدهای یک عنصر هستند که خواص شیمیایی خود را حفظ می‌کنند، در حالی که مولکول‌ها از دو یا چند اتم تشکیل شده‌اند که با هم پیوند دارند (به عنوان مثال O2 برای گاز اکسیژن).

رسانایی الکتریکی

در دسته بندی مواد بر اساس رسانایی الکتریکی، مواد را می‌توان به عنوان رسانا، عایق یا نیمه‌رسانا طبقه‌بندی کرد. رساناها به دلیل تعداد زیاد الکترون‌های آزاد (مثلاً فلزات) به جریان الکتریکی اجازه می‌دهند تا به راحتی جریان یابد. عایق‌ها به دلیل نداشتن الکترون آزاد (مثلاً لاستیک) مانع از جریان الکتریکی می‌شوند. نیمه‌رساناها دارای خواص رسانایی متوسط ​​هستند (به عنوان مثال، سیلیکون).

خواص مغناطیسی

خواص مغناطیسی سیستم دیگری را برای طبقه‌بندی مواد فراهم می‌کند. مواد را می‌توان به عنوان فرومغناطیسی، پارامغناطیس یا دیامغناطیس طبقه‌بندی کرد. مواد فرومغناطیسی به شدت جذب آهنرباها می‌شوند (مانند آهن). مواد پارامغناطیس به سمت آهن‌رباها (مثلاً آلومینیوم) جذب ضعیفی دارند. مواد دیامغناطیس توسط آهن‌رباها (مثلا مس) ضعیف دفع می‌شوند.

چگالی مواد

طبقه‌بندی بر اساس چگالی شامل طبقه‌بندی ماده بر اساس جرم آن در واحد حجم است. مواد را می‌توان بر اساس مقادیر چگالی آنها به دو دسته چگال یا کمتر چگال طبقه‌بندی کرد. به عنوان مثال، سرب چگال‌تر از آب است.

حلّالیت

حلّالیت یک روش دیگر دسته بندی مواد است که مواد را بر اساس توانایی آن‌ها در حل شدن در یک حلّال خاص رتبه‌بندی می‌کند. مواد را بسته به توانایی آن‌ها در حل شدن در یک حلّال می‌توان به عنوان محلول یا نامحلول طبقه‌بندی کرد (مثلاً شکر در آب حل می‌شود اما در روغن نامحلول است).

جمع‌بندی و نتیجه‌گیری

روش‌های دسته‌ بندی مواد نقش مهمی در تحقیقات علمی و درک خواص و رفتار مواد مختلف ایفا می‌کند. هفت روشی که در بالا توضیح داده شد، شامل: حالت‌های فیزیکی، ترکیب شیمیایی، ساختار اتمی، رسانایی الکتریکی، خواص مغناطیسی، چگالی و حلّالیت، ابزارهای ارزشمندی را برای سازمان‌دهی و مطالعه مؤثر ماده در اختیار دانشمندان قرار می‌دهند. با استفاده از این سیستم‌های طبقه‌بندی، دانشمندان می‌توانند درک خود را از ماهیت متنوع ماده و کاربردهای آن در رشته‌های مختلف علمی عمیق‌تر کنند.

در این مقاله درباره دسته‌ بندی مواد و انواع روش‌های آن مطالبی آموختیم. با تشکر از همراهی شما.