در مقاله قبلی تلاش نمودیم تاپاسخ مناسبی را برای پرسش 9 و به تبع آن برای پرسش 8 بیابیم و نقش اتمهای سطحی رادر رفتار ماده تبیین نماییم. در این راستا به مفهوم عدد همسایگی اشاره نمودیم ودیدیم که عدد همسایگی اتمهای سطحی با اتمهای درون حجم ماده متفاوت است. بنابراین اگر عدد همسایگی بر خواص اتم تاثیرگذار باشد، در مواد نانومتری وخوشههای اتمی که تعداد بسیار زیادی از اتمها بر روی سطح ماده قرار دارند (جدول(1) مقاله اهمیت سطح در دنیای نانو (3)) یا به عبارتی نسبت سطح به حجم بسیار بیشتراز مواد بزرگتر است، این تاثیر باید چشمگیرتر باشد.
فعالیت شیمیایی
برای روشنتر شدن موضوع، مثالی را که در کتاب «نانو از نو» آورده شده است، بیانمیکنیم. تصور کنید که در زنگ تفریح به همراه دوستان خود در حیاط مدرسه ایستادهاید. هنگامیکه زنگ به صدا در میآید، هر یک از شما تلاش میکند تا به سمت کلاس برود. در این شرایط آیا رفتار شما با بقیه دوستانتان یکسان است؟ اگر شمادر میان حلقه دوستانتان ایستاده باشید، ابتدا باید صبر کنید تا اطرافیانتان حلقه را ترک کنند و سپس شما بتوانید راهی به بیرون بیابید. بر عکس، دوست شما که در اطراف این جمع ایستاده است، میتواند به راحتی و با آزادی عمل بیشتری این حلقه را ترک کند. این رفتاری است که در اتمهای یک ماده جامد نیز دیده میشود. در واقع،اتمهای سطح ماده آزادی عمل بیشتری نسبت به اتمهای داخل حجم دارند. همانگونه که در مقالات قبلی گفته شد، ارتباط ماده با محیط پیرامونش، از طریق محل تماس ماده با این محیط، یا همان سطح ماده است. بنابراین به راحتی میتوان دریافت که اتمهای سطحی ماده، واکنشپذیری بیشتری دارند. بنابراین هنگامیکه اندازه ذرات تشکیل دهنده ماده تا جایی کوچک شوند که نسبت سطح به حجم افزایش چشمگیری داشته باشد، واکنشپذیری ماده نیز بسیار افزایش خواهد یافت. اگرچه، در همان اندازههای بزرگ نیز با خرد کردن ذرات یک ماده، به وضوح واکنشپذیری آن افزایش مییابد و برای مشاهده افزایش واکنشپذیری لزومی ندارد تا حتما به اندازههای نانومتری برسیم.
البته بایدبین این موضوع و موضوع غیر فعال شدن سطح فلزاتی مانند آلومینیوم بر اثر تشکیل لایهاکسیدی، روی سطح آن تمایز قائل شد. زیرا در آن شرایط اتمهای سطحی در قالب یک ترکیب شیمیایی قرار گرفتهاند و ماهیتی جدا از اتمهای خالص درون حجم ماده دارند. در نتیجه واکنشپذیری بسیار کاهش مییابد و حجم ماده از واکنش شیمیایی مصون میماند.
پرسش 10: بر اساس آنچه که تاکنون آموختهایم، برخی از مواد در هنگام قرارگیری در محیط خورنده مانند آب دریایا محیطهای اسیدی، خود را از خوردگی حفظ میکنند. به این ترتیب که یک لایهاکسیدی روی آنها تشکیل میشود. این لایه اکسیدی در آلومینیوم، Al2O3، درتیتانیوم، TiO2و در فولاد ضد زنگ، اکسید کروم یا Cr2O3است. این لایه اکسیدی بسیار سخت و دارای چسبندگی زیاد به سطح زیرین و همچنین یکپارچه است، بنابراین جلوی اکسید شدن لایههای زیرین را میگیرد. در مهندسی خوردگی و حفاظت از فلزات، به اینرفتار به اصطلاح، غیر فعال (passive)شدن گفته میشود. به نظر شما، کوچک کردن اندازه ماده به خصوص تا اندازههای نانومتری، چه تاثیری بر این رفتار دارد؟