خصائص المادة المثارة

الرجل البخاخ

· الجهد والإجهاد.
· الانتشار.
· الالتصاق والارتباط.
· الارتباط الميكانيكي.
· طاقة السطح.
· الطلي- الترطيب.
· زاوية التماس.

الجهد والإجهاد Stress and Strain:
· تتعلق المسافة بين الذرية بحقول الكهرباء الساكنة للإلكترونات.

· عندما تقترب إحدى الذرات من نظيرتها فإنها ستدفع عبر شحنات الكتروناتها.

· بالمقابل فإن قوى التجاذب ستحفظ الذرات من التنافر و الانفصال.

· بالتالي فإن ذرات مادة ما تبقى مجتمعة بوضعية محددة طالما كانت القوى الجاذبة والنابذة المؤثرة متساوية في المقدار ومتخالفة في الاتجاه.

· يدعى هذا الوضع بـ التوازن الطبيعي للذرات.

· وضع الذرات الطبيعي المتوازن يمكن أن يتغير من خلال تطبيق قوة ميكانيكية.
o مثلا ً: يمكن زيادة المسافة بين الذرية بتطبيق قوة شد على مادة ما.

· عندما تقاس القوة المؤثرة في منطقة فهذا يدعى الجهد.

· التغير في أبعاد المادة يدعى الإجهاد.

· فالجهد هو القوة المطبقة، والإجهاد هو التغيرات الناتجة في الشكل.

· عندما تتغير المسافة بين الذرية عن وضعية التوازن ينشأ الجهد والإجهاد.

· عند تطبيق قوة سحب تؤدي إلى تباعد بين الذرات متجاوزة القوة الناجمة عن الجذب بين الذري:
o انفصال الذرات عن بعضها.
o تكسر الروابط الجامعة للذرات.

· يمكن أن ينجم الإجهاد عن قوة الضغط ولكنه في هذه الحالة سيكون محدودا ً.
o عند اقتراب الذرات من بعضها لمسافة أقل من المسافة بين الذرية الطبيعية.
o ستتولد زيادة مفاجئة في الطاقة.



الانتشار Diffusion:
خصائص الانتشار:
· تتواجد ظاهرة انتشار الجزيئات في الغازات والسوائل والأجسام الصلبة.
· تكون الذرات المؤلفة لشبكة فراغية ما في حالة اهتزاز مستمرة.
· ترتبط الطاقة الحركية الوسطية للاهتزاز لكامل البلورة بدرجة الحرارة المطلقة أو الطبيعية.
o درجة الحرارة المطلقة: توقف الاهتزاز بسبب لوضع الذرات في مركز الاهتزاز مسببة سكون المادة وانعدام الطاقة الحركية الداخلية.
o بدرجة الحرارة الطبيعية: يختلف مقدار الطاقة الحركية لذرات المادة حسب مواصفات كل ذرة.
· يمكن أن تملك بعض الذرات مقدار أكبر من الطاقة (اهتزاز أوسع) من غيرها.
· يمكن أن تسبب في تغير اهتزاز الذرات الأقل طاقة وبالتالي تغير مكانها ضمن الشبكة الفراغية.
· الطاقة التي تحتاجها هذه الذرات من أجل القيام بالتحريك أو الانتشار طاقة التنشيط.
o الانتشار الذاتي: قدرة الذرات حتى في الأجسام الصلبة وفي ظروف التوازن على تغيير مكانها.
o الانتشار الذاتي مهمل القيمة.

أسباب حدوث الانتشار:
· يمكن أن يحدث الانتشار لإحداث التوازن.
o ميل جزيئات السكر في محلول ما للانتشار من أجل تأمين تركيز متساو.
o كذلك تفعل الذرات في معدن ما.
· يمكن أن يحدث الانتشار لرفع تركيز موجه للذرات بعيدا ً عن التوازن.
o ماء مشبع بالسكر/ تجمع جزيئات السكر/ تبلور السكر خارج المحلول.
o كمية كبيرة من ذرات النحاس ضمن خلطة صلبة من النحاس والفضة ستولد فرط إشباع لذرات النحاس التي ستتجمع وبالتالي ستترسب.

معدل الانتشار في مادة ما يتعلق بعدة عوامل:
· الحرارة- ازدياد الحرارة بسبب ازدياد الانتشار.
· حجم الذرة- كلما صغرت الذرة انخفضت طاقة التنشيط.
· الارتباط بين الذري وبين الجزيئي.
· تشوهات الشبكة الفراغية.
· الظواهر والعوامل المحيطية.


سمات ثابت الانتشار:
· تمتلك الأوساط المختلفة (عنصر أو مركب أو بلورة ما) معدلات انتشار مختلفة تميز كلا ً منها ويدعى ثابت الانتشار D ، وهو مقدار الانتشار الحاصل في:
o امتداد وحدة مساحة معينة (1 سم­­2).
o بوحدة ثخانة معينة (1 سم).
o خلال وحدة زمنية معينة (1 ثانية).
· ثابت فيزيائي مناظر للمعدل الخطي للتمدد الحراري أو معامل الناقلية الحرارية أو معامل المرونة.
· معامل الانتشار عند معظم الأجسام الصلبة البلورية منخفض جدا ً (بطيء) بدرجة حرارة الغرفة.
· يمكن أن تتغير هذه المواصفات عند التسخين إلى درجات عالية من الحرارة مثل المعدن.
· معامل الانتشار عند المواد غير المتبلورة يكون أكثر سرعة بدرجة حرارة الغرفة بسبب:
o الطاقة العالية للمادة غير المتبلورة (غير المنتظمة).
o السماح للجزيئات بالانتشار بأقل مقدار ممكن من طاقة التنشيط.


الالتصاق Adhesion والارتباط Bonding:
الالتصاق:
· تتجلى ظاهرة الالتصاق في العديد من الحالات:
o التصاق مواد الترميم بالنسج السنية لحل ظاهرة التسرب الحفافي.
o ثبات الأجهزة الصناعية إلى النسج الرخوة (يعتمد على الالتصاق بين الجهاز الصناعي واللعب من جهة، وبين اللعاب والنسج الرخوة من جهة أخرى).
o ارتباط اللويحة الجرثومية إلى السن.
· التعريف: القوة التي تسبب ارتباط عنصرين مع بعضهما عندما يوضعان في تماس صميمي.
· نشوء انجذاب جزيئات أحد العناصر إلى جزيئات العنصر الآخر وبالتالي ارتباط سطحي للمادتين:
o الالتصاق: انجذاب جزيئات غر متماثلة إلى بعضها.
o الالتحام: انجذاب جزيئات متماثلة النوع إلى بعضها.
o اللاصق: المادة أو الطبقة الرقيقة المضافة لإحداث الالتصاق.
o الملتصق: المادة التي يعلق عليها اللاصق.

الارتباط الميكانيكي Mechanical Bonding:
سمات الارتباط الميكانيكي- التثبيت:
· وسيلة بديلة من الانجذاب الجزيئي.
· عياني: براغي أو دبابيس أو مناطق التثبيت.
· مجهري: نفوذ اللاصق ضمن التعرجات المجهرية والشقوق والآبار على سطح العنصر.
· يتم استخدام لاصق سائل أو نصف لزج نظرا ً لسهولة نفوذه ضمن التعرجات أو النتوءات السطحية.
o يؤمن اللاصق بعد تصلبه نتوءات متعددة ومنطمرة ضمن سطح الملتصق.
o يشكل أساس الارتباط الميكانيكي أو التثبيت.
· أمثلة:
o تثبيت الحشوات المصبوبة.
o تقنية التخريش الحمضي- تثبيت ميكانيكي وليس ارتباط كيميائي (ذري أو جزيئي).
§ يؤمن ارتباط الحشوة المرممة إلى بنية السن.
§ يقلل من إمكانية التسرب الحفافي.

طاقة السطح Surface Energy:
الخصائص العامة:
· عند تماس مادتين مع بعضهما تميل سطوحهما إلى الانجذاب إلى بعضها.
· الالتصاق عند سطح التماس بغض النظر عن حالة كل من المادتين (صلبة- سائلة- غازية).
· التصاق غازين غير وارد بسبب عدم وجود سطح التحام.
· تكون الطاقة على سطح الجسم الصلب أكبر منها في داخله- حالة الشبكات الفراغية.
· صفات الذرات ضمن الشبكة:
o المسافات بين الذرية متساوية.
o منجذبة إلى بعضها بشكل متساو.
o الطاقة الداخلية في حدها الأصغري.
· صفات الذرات الأكثر سطحية:
o لا تكون منجذبة بشكل متساو في جميع الاتجاهات لأنها تملك عدد غير متوازن من الذرات المتجاورة.
o المسافات بين الذرية غير متساوية أو غير متماثلة.
o توليد روابط غير مشبعة.
o توليد طاقة سطحية (الطاقة أعظم).
· صفات الذرات السطحية:
o تنجذب إلى الذرات تحت الطبقة السطحية.
o تنجذب بشدة إلى مجاوراتها من الذرات السطحية مما يخلق ظاهرة التوتر السطحي.
o تنجذب إلى ذرات المادة المجاورة أو الملاصقة.

أمثلة تطبيقية:
· الالتصاق هو انجذاب للذرات غير المتماثلة من مادتين مختلفتين على امتداد سطح الالتحام بينهما.
· يمكن أن تنجذب (تمتص) جزيئات الأكسجين إلى الذهب والفضة والبلاتين:
o الذهب: ارتباط ثانوي- فيزيائي- قوى فاندر فالس- قوى ارتباط بين جزيئية.
o الفضة: ارتباط أولي- كيميائي- امتصاص كيميائي (تشكل رابطة كيميائية بين اللاصق والملتصق مثل تشكيل طبقة رقيقة من الأكسيد على سطح المعدن)- قوى ارتباط ضمن جزيئية.
· الارتباط الفيزيائي- قوى فاندر فالس- يسبق الارتباط والامتصاص الكيميائي:
o كلما نقصت المسافة بين اللاصق والملتصق كلما أصبحت الروابط الأولية أكثر فعالية.
o ينحصر الامتصاص الكيميائي في الطبقة السطحية للاصق الموجود فيوق الملتصق.
o تتأثر الطاقة السطحية والخصائص اللاصقة لجسم صلب سلبا ً عند تلوث سطحهما كما يحصل عند الادمصاص الغازي أو التأكسد.
o كلما كانت الطاقة السطح لمادة ما أكثر كلما كانت قدرة الالتصاق أكبر.


الطلي- الترطيب Wetting:
· لا يمكن إرغام سطحين صلبين على الالتصاق فيما بينهما حتى ولو كانا ناعمين عيانيا ً.
o بسبب الخشونة السطحية لكل منهما على المستوى الذري والجزيئي.
o ينحصر التماس في هذه الحالة على النقاط العليا من السطوح.
§ تشكل هذه المناطق نسبة مئوية صغيرة جدا ً من السطح الإجمالي.
§ عدم حصول الالتصاق نظرا ً لكون الانجذاب مهمل القيمة بسبب وجد مسافات بين جزيئات السطحين أكبر من 0.0007 سم.
· تحسين الحالة باستخدام السائل.
o يتدفق بين تعرجات السطح.
o تأمين تماس على مساحة كبيرة من سطح الجسم الصلب.
o مثال:
§ لوحين زجاجيين بتماس مع بعضهما- ميل ضعيف للالتصاق.
§ لوحين زجاجيين بينهما طبقة رقيقة من الماء- صعوبة بالغة في فصل اللوحين.
§ الطاقة السطحية للزجاج كبيرة بما يكفي لجذب جزيئات الماء.

خصائص السائل:
· سهولة التدفق على كامل السطح الصلب ! التصاق على السطح الصلب (الترطيب).
· عندما لا يرطب السائل اللاصق السطح الملصوق بشكل جيد بسبب طاقته السطحية المنخفضة فإن الالتصاق بين السائل والسطح الملتصق يكون مهملا ً.
· عند وجود ترطيب جيد وحقيقي للسطح لا يمكن الالتصاق أن يفشل.
o يمكن أن يحدث الفشل ضمن السطح الصلب نفسه أو ضمن اللاصق نفسه.
o لا يحدث ضمن منطقة تماس الجسم الصلب مع اللاصق.

العوامل المؤثرة في قدرة اللاصق على ترطيب السطح الملصوق:
نظافة السطح الملصوق:
· يخفض التلوث من الطاقة السطحية مما يؤدي إلى منع عملية الطلي من قبل اللاصق.
o وجود طبقة رقيقة من الماء يخفض الطاقة السطحية للجسم الملصق وبالتالي تمنع طليه من قبل اللاصق.
o تثبط طبقة الأكسيد على سطح المعدن تماس اللاصق على هذا المعدن.
طاقة السطح الملصوق:
· كلما كانت منخفضة كان من الصعب ترطيبها.
o يمكن أن تستخدم عمدا ً لمنع الترطيب في بعض التطبيقات.
o مثال بعض الراتنجات التركيبية Teflor التي تمنع التصاق أي مادة على سطح ما.
· كلما كانت مرتفعة كان من السهل ترطيبها:
o المعادن تتفاعل بنشاط مع اللواصق السائلة.
خصائص اللاصق:
· تتمتع أغلب السوائل العضوية بطاقة سطحية منخفضة نسبيا ً يسمح لها بالانتشار بحرية على السطوح الصلبة ذات الطاقة السطحية المرتفعة.
العوامل الضرورية لتشكيل رابطة التصاق قوية:
· ترطيب جيد.
· قدرة السائل اللاصق على التصلب.
· قابلية تشوه كافية من أجل إنقاص تراكم الجهود المرنة عند تشكل الرابطة.

زاوية التماس Contact Angle:
قياس الترطيب:
· يتم تحديد مقدار امتداد اللاصق وطليه للسطح الملصوق عن طريق قياس زاوية التماس.
· زاوية التماس: الزاوية المتشكلة بين اللاصق والسطح الملصوق عند سطح التحامهما.
· أشكال زاوية التماس:
o زاوية معدومة:
§ عندما تكون جزيئات اللاصق منجذبة إلى جزيئات السطح الملصوق بمقدار يعادل أو يفوق انجذابها إلى بعضها.
§ اللاصق السائل سينتشر بشكل كامل وبحرية على امتداد سطح الجسم الصلب.
§ لن يتشكل أي زاوية بينهما.
§ قوى التصاق اللاصق مع الجسم الصلب أكبر من قوى ارتباط جزيئات اللاصق مع بعضها.
o زاوية طفيفة:
§ عند إنقاص طاقة السطح الملصوق عن طريق تلويثه الطفيف أو غير ذلك.
o زاوية متوسطة:
§ عند تواجد طبقة رقيقة أحادية ممتصة من ملوث ما على كامل السطح.
o زاوية كبيرة جدا ً:
§ عندما يكون السطح الصلب ذو طاقة سطح منخفضة مثل Teflor (ترطيب سيئ).

ميزات زاوية التماس أو الالتحام:
· معيار فعال لتحديد قابلية انتشار السائل أو قدرته على الترطيب.
· كلما نقصت زاوية التماس:
o لزوجة السائل منخفضة.
o توتر سطحي للسائل منخفض.
o تحسنت قدرة اللاصق على ملء تعرجات سطح الملتصق.
· تأثير التعرجات المجهرية للسطوح الصلبة الناعمة عيانيا ً:
o تشكل نقاط ضعف تمنع تحقيق الرابطة اللاصقة وديمومتها.
o تشكل جيوب هوائية أثناء انتشار اللاصق.
o تمنع الترطيب الكامل للسطح حتى لو كان اللاصق السائل يملك زاوية التحام منخفضة.
o تساهم المناطق المتعرجة في تمزيق الرابطة اللاصقة.
§ تعرض الرابطة اللاصقة وبشكل دائم إلى التغيرات الحرارية والجهود الميكانيكية مؤدية إلى تركيز الجهود حول هذه الفراغات.
§ تتجاوز هذه الجهود عتبة معينة: الجهد الأساسي المطبق.
§ بدء تحطم الرابطة الملاصقة المجاورة لهذا الفراغ.
§ انتشار التحطم أو الصدع من جيب أو فراغ إلى آخر.
§ تحطم كامل الرابطة تدريجيا ً مثل السّحّاب.

ظاهرة الالتصاق والبنية السنية

الالتصاق إلى بنية السن:
· تطبيق خصائص زاوية التماس يمكن أن يحسن قابلية ترطيب الميناء والعاج.
o نقصان قابلية الترطيب بعد التطبيق الموضعي لمحلول فلوري مائي.
§ السطح المينائي المعالج بالفلور يثبت مقدار أقل من القلح خلال فترة زمنية معينة (بسبب انخفاض طاقة السطح).
§ قدرة الفلور على إنقاص حدوث النخور السنية.
v بفضل تشكيل سطح سني أكثر نظافة لمدة أطول.
v إضافة إلى الآلية المعروفة للفلور في إنقاص قابلية الانحلال الحمضي للميناء.
· المشاكل السريرية:
o الطاقة السطحية عالية عند كثير من مواد الترميم (إضافة إلى خشونة السطح) مقارنة مع مادة السن.
§ ميل لتجمع اللويحة والفضلات على سطوح وحافات هذه الحشوات.
§ تساهم هذه الظاهرة ولو جزئيا ً في إحداث النخور الحفافية ذات نسبة الحدوث العالية.
o الحساسية التالية لتطبيق الحشوة والنخور الناكسة وتشوه حواف الحشوة يمكن أن يعزى إلى الافتقار إلى الالتصاق بين الحشوة والسن.
§ الحاجة إلى تحسين ظاهرة الالتصاق.