مقدمه

آزمایش های آنتوان لاوازیه، شروع یک انقلاب در علم شیمی است. این آزمایش ها را می توان سرآغاز علم شیمی جدید دانست. او با توجه به نتایج آزمایش های کمی به توضیح پدیده های شیمیایی دست یافت و نظریه فلوژیستون را در توجیه فرایندهای شیمیایی برانداخت.

قانون بقای جرم

قانون بقای جرم می گوید که در جریان یک واکنش شیمیایی تغییری در جرم ، که قابل تشخیص باشد روی نمی دهد.

تا قبل از قرن هجدهم میلادی اصل بقای جرم و اصل بقای انرژی، دو اصل کلی و مستقل بودند که پایه های دانش را تشکیل می دادند.

در نیمه دوم قرن هجدهم میلادی لاوازیه دانشمند فرانسوی پس از یک سلسله تجربیات دریافت که مقدار جرم ماده که در فعل و انفعالات شیمیایی دخالت دارند همواره ثابت می ماند و این مشخصه مواد رادر قانون زیر به نام قانون بقای جرم خلاصه نمود.

در محدوده فیزیک کلاسیک؛  در دستگاه های منزویهیچ جرمی از بین نمی رود و هیچ جرمی نیز به خودی خود و بدون جرم دیگر به وجود نمی آید و یا به عبارت دیگر مقدار جرم مادی که در عالم وجود دارد همواره ثابت است. اصل بقای انرژی می گوید انرژی هر دستگاه معین مقدار ثابتی دارد. نه می توان انرژی را خلق کرد و نه آن را از بین برد فقط انرژی از شکلی به شکل دیگر تغییر می کند . 

 با وجود تغییراتی که ممکن است در دیگر کمیت های دستگاه (مثل انرژی ،حجم ودما ) رخ دهد، جرم کل دستگاه به شرط منزوی بودن ثابت خواهد بود. یعنی این که جرم نمی تواند آفریده شود و یا از بین برود، یا تولید و یا نابود شود. به عبارت دیگر می توان گفت که جرم خاصیت زوال ناپذیر ماده است که در تغییرات شیمیایی ماده همواره ثابت می ماند. تنها از ماده ای به ماده دیگر منتقل می شود به طور کلی در هیچ تغییری جرم ماده از بین نمی رود و یا به وجود نمی آید. به طوری که جرم کل جهان همواره ثابت می ماند.

البته سیستم هایی وجود دارند که جرم آن ها درطول زمان تغییر می کند. به عنوان مثال اگر حرکت موشک را در نظر بگیریم. موشک قبل از پرتاب دارای یک مقدار جرم کل خواهد بود . اما بعد از پرتاب سوخت موشک مصرف می شود بنابراین جرم سیستم موشک در این لحظه با جرم آن قبل از پرتاب متفاوت خواهد بود. پس سیستم بقا نخواهد داشت. با این حال اگر موشک و گازهای خارج شده از آن را کلا به صورت یک سیستم فرض کنیم در این صورت نیروهایی که گازها ی خارج شده و موشک به یکدیگر وارد می کنند، در حکم نیروهای داخلی بوده و شرط منزوی بودن سیستم برقرار می شود و باز جرم بقا خواهد داشت.

 درحالتی که سرعت جسم نزدیک به سرعت نورباشد، دراین صورت دیگر در قلمرو فیزیک کلاسیک نخواهیم بود و لذا قانون بقای جرم نقض می شود .

 قانون بقای جرم - انرژی: گفتیم که اگر سرعت جسمی بتواند نزدیک به سرعت نور برسد، در این صورت از محدوده فیزیک کلاسیک خارج خواهیم شد. در این حالت قوانین بقای جرم وانرژی نقض می شود، ودر عوض یک قانون واحد به نام قانون بقای جرم- انرژی بیان می شود. براین اساس هرگاه تغییری در مقدار جرم صورت گیرد، این تغییر به وسیله تغییر انرژی جبران می شود.

 به عنوان مثال اگر جرم کاهش یابد، در این صورت به اندازه تغییر جرم انرژی تولید می شود و برعکس، اگرجرم افزایش یابد، مقداری انرژی به جرم تبدیل شده است. هم ارزی بین جرم و انرژی اولین بار توسط اینشتن در نظریه نسبیت بیان شد. در مورد تبدیلات هسته ای نیز هم ارزی بین جرم وانرژی حاکم است.

لاوازیه اعلام کرد که تغییرات انرژی در واکنش های شیمیایی معمولی ممکن است در نتیجه تغییر جرم باشد ولی این گونه تغییرات جرمی بسیار کمتر از آن است که از طریق آزمایش قابل تشخیص باشد ازاین رو قانون بقای جرم همان طوری که بیان شد ، برای تمام واکنش ها معتبر است  به استثناء واکنش هایی که با تغییرات هسته ای همراه باشند

باور غلط : گرانش در فضا صفر است.

همه مردم بر این باورند که گرانش در فضا صفر است، ولی باید با قاطعیت بگویم که این موضوع صحت ندارد و در بعضی مواقع می تواند نسبتاً زیاد هم باشد. فرض کنید که بالای نردبانی با ارتفاع 500 کیلومتر قرار دارید، در این صورت شما در فضای خلاء قرار گرفته اید، ولی در این حالت نیز شما دارای وزن هستید و وزن شما صفر نشده است و تنها وزنتان در این ارتفاع چیزی حدود 15 درصد کمتر از وزن شما روی سطح کره زمین است.

یعنی در این حالت کسی که روی زمین وزنی برابر 100 کیلوگرم داشته است، در ارتفاع 500 کیلومتری 85 کیلوگرم وزن خواهد داشت. ولی در این ارتفاع یک فضاپیما را می توانید مشاهده کنید که بدون هیچ وزنی به دور مداری، گرد زمین در حال حرکت است و فضانوردانی که در درون این فضاپیما قرار دارند نیز احساس بی وزنی می کنند. چه طور ممکن است که شما در ارتفاع 500 کیلومتری باز هم برای خود وزنی احساس می کنید ولی فضانوردان داخل فضاپیما در این ارتفاع احساس بی وزنی می کنند؟

دلیل اینکه فضانوردان داخل شاتل احساس بی وزنی می کنند این است که آن ها داخل یک فضاپیمایی هستند که در حال سقوط است، حال اگر فرض کنید که شاتل بدون هیچ حرکتی بر بالای نردبان 500 کیلومتری شما قرار بگیرد، فضانوردان داخل آن نیز برای خود احساس وزن می کنند.

حال حتماً برای شما این سوال پیش آمده باشد که اگر شاتل و فضاپیماهایی که در مدار زمین قرار دارند، در حال سقوط هستند، چرا واقعاً به روی زمین سقوط نمی کنند؟ دلیل سقوط نکردن آن ها این است که فضاپیماها با سرعت بسیار زیاد در حرکت به دور زمین در یک مسیر خمیده هستند.

در این حالت زمین با جرم عظیمی که دارد فضاپیما و فضانوردان درون آن را به سمت خود می کشد، ولی در اثر حرکت دایره ای که فضاپیما دارد، نیروی دیگری به آن وارد می شود که اندازه آن برابر نیروی گرانش وارده از زمین است ولی جهت آن بر عکس نیروی گرانش است که به آن نیروی گریز از مرکز گفته می شود و در این حالت برآیند نیروهای وارده به فضاپیما و فضانوردان درون آن برابر صفر خواهد بود، لذا نه تنها فضاپیما روی زمین سقوط نخواهد کرد، بلکه فضانوردان درون آن نیز احساس بی وزنی خواهند کرد.

حال بر اساس این توضیحاتی که به شما داده ام، می دانید که حتی در ارتفاع 500 کیلومتری از سطح زمین، (یعنی در خارج از جو زمین و خلا) نیز نیروی گرانش بر شما وارد می شود. پس اگر از این به بعد کسی به شما گفت که در حالت سقوط اجسام، وزن آن ها صفر خواهد شد، شما نباید از او این موضوع را قبول کنید.

زیرا به عنوان مثال فرض کنید که شما از یک هواپیمای در حال حرکت در ارتفاع بسیار زیادی خود را به بیرون پرت کرده اید و در حال سقوط می باشید. آیا در حالت سقوط آزادی که قرار گرفته اید نیروی گرانشی که بر شما وارد می شود صفر است؟ اگر این موضوع صحت دارد، پس چه نیرویی است که با سرعت هر چه تمام تر شما را به سمت زمین می کشاند؟

البته باید به این نکته نیز توجه نمایید که در حالت سقوط آزاد، مقداری از نیروی گرانش وارد به اجسام توسط نیروی اصطکاک بین هوا و آن جسم کم می شود، ولی همان طور که شاهد هستید، این نیروی اصطکاک به قدری نیست که بتواند نیروی گرانش زمین را کاملاً خنثی کند و با وجود نیروی اصطکاک باز هم اجسام به سمت زمین کشیده می شوند و سقوط می کنند، ولی اگر می خواهید در هنگام سقوط هر چه بیشتر بر نیروی گرانش زمین غلبه کنید، به شما توصیه می کنیم که حتماً از چتر نجات استفاده کنید.

زیرا همان طور که مشاهده کردید، کسانی که در هنگام سقوط از چتر نجات استفاده می کنند، با سرعت کمتری سقوط می کنند که دلیل این موضوع این است که با استفاده از چتر نجات، می توانید خیلی بهتر بر نیروی گرانش زمین غلبه کنید و لذا با شتاب کمتری به سمت زمین سقوط می کنید.

در ابتدا با مفاهیم زیر آشنا می شویم :

- غشای نیمه تراوا : غشایی که نسبت به بعضی از اجزای محلول نفوذ پذیر و نسبت به سایرین غیر نفوذ پذیر است. مثل غشاهای سلولی و سلوفان.

- اسمز : حرکت اجزاء از محلولی با غلظت بیشتر به طرف محلولی با غلظت کم تر.

این حرکت برای حلال این گونه توجیه  می شود:  حرکت حلال از محلولی با غلظت حل شونده ی کم تر به سمت محلولی حاوی غلظت حل شونده ی بیشتر.

- محلول ایزوتونیک : محلولی با فشار اسمزی یکسان در دو طرف یک غشای نیمه تراوا.

- محلول هیپوتونیک : محلولی با فشار اسمزی ای کم تر از محلول هیپرتونیک که دارای فشار اسمزی بالایی است.

اگر لوله ی U شکل زیر را در نظر بگیرید:

حلال از بازوی سمت راست که دارای محلول رقیق است ( غلظت حلال بیشتر است ) به طرف محلول غلیظ ( محلول شامل آب و نمک ) واقع در بازوی سمت چپ، از طریق غشای نیمه تراوا در حال حرکت است. بنابراین رفته رفته مقدار آب در بازوی سمت چپ افزایش می یابد و محلول رقیق تر می گردد و سطح مایع در لوله بالاتر می رود. در این جا اختلاف فشار به صورت اختلاف ارتفاع در دو سمت بازو ایجاد می شود که به صورت فشار در شکل ظاهر شده است. این فشار را فشار اسمزی می نامند.

فشار اسمزی به صورت زیر توسط جاکوب وانت هوف (  Jacobus Henricus van"t Hoff ) فرمول بندی شده است:

نشان دهنده ی فشار اسمزی، R ثابت گاز ایده آل، M مولاریته ی محلول بر حسب مول در لیتر و T دما را بر حسب کلوین نشان می دهد.

ماهیت فشار اسمزی

غشایی مانند سلوفان که برخی از مولکول ها ، نه همه آنها ، را از خود عبور می‌دهد، غشای نیمه تراوا نامیده می‌شود. غشایی را در نظر می‌گیریم که بین آب خالص و محلول قند قرار گرفته است. این غشا نسبت به آب ، تراوا است، ولی «ساکارز» (قند نیشکر) را از خود عبور نمی‌دهد. در شروع آزمایش ارتفاع آب در بازوی چپ لوله U شکل برابر با ارتفاع محلول قند در بازوی راست این لوله است. از این غشا ، محلول های قند نمی‌توانند عبور کنند، ولی مولکول های آب در هر دو جهت می‌توانند عبور کنند.

در بازوی چپ لوله فوق (بازویی که محتوی آب خالص است)، تعداد مولکول های آب در واحد حجم بیش از تعداد آنها در بازوی راست است. از اینرو ، سرعت عبور مولکول های آب از سمت چپ غشا به سمت راست آن بیشتر از سرعت عبور آنها در جهت مخالف است. در نتیجه ، تعداد مولکول های آب در سمت راست غشا به تدریج زیاد می‌شود و محلول قند رقیق‌تر می‌گردد و ارتفاع محلول در بازوی راست لوله U زیاد می‌شود. این فرایند را اسمز می‌نامند.

اختلاف ارتفاع در سطح مایع در دو بازوی لوله U ، اندازه فشار اسمزی را نشان می‌دهد. بر اثر افزایش فشار هیدروستاتیکی در بازوی راست که از افزایش مقدار محلول در این بازو ناشی می‌شود، مولکول های آب از سمت راست غشا به سمت جپ آن رانده می‌شوند تا اینکه سرانجام سرعت عبور از سمت راست با سرعت عبور از سمت چپ برابر گردد.

بنابراین حالت نهایی یک حالت تعادلی است که در آن ، سرعت عبور مولکولهای آب از غشا در دو جهت برابر است.

پدیده ی اسمز در گلبول های قرمز بدن نیز وجود دارد. به این صورت که اگر گلبول های قرمز خون را در محلول آب خالص قرار دهیم، مولکول های آب از جداره ی نیمه تراوای گلبول قرمز عبور کرده و به درون گلبول قرمز راه می یابند. غلظت حلال آب که در اطراف سلول خونی بیشتر بوده و حال به درون سلول خونی راه یافته اند، در نتیجه مقدار آب درون گلبول رفته رفته افزایش یافته و منجر به پاره شدن جداره ی سلول خونی می شود.

اما اگر همین گلبول در محیط آب و نمک قرار گیرد، چون دارای حلال بیشتری است آب از گلبول به محیط اطراف نفوذ می کند و در نتیجه منجر به چروکیده شدن گلبول می شود. بنابراین در تزریقات وریدی بایستی از محلول هایی ( ایزوتونیک )استفاده شود که دارای فشار اسمزی یکسان با فشار اسمزی خون باشند.

زمانی که در لوله ی U شکل، آب از غشای نیمه تراوا عبور می کند و فشار اسمزی را ایجاد می سازد، به علت فشار هیدروستاتیکی محلولی که دارای غلظت حلال بیشتری است، آب مجددا از همان بازو به بازوی دیگری در لوله ی U شکل جریان می یابد تا زمانی که سرعت عبور آب در دو طرف غشا برابر شود در نتیجه فشار تعادلی نیز برقرار می گردد.

حال اگر فشاری بیشتر از فشار تعادلی بر روی بازوی شامل حلال و ماده ی حل شده وارد گردد، حلال آب مجددا از همان بازو به بازوی دیگری جریان می یابد و پدیده ی اسمز معکوس صورت می گیرد.

از روش اسمز معکوس برای خالص سازی آب دریا نیز استفاه می شود.

در دنیای عکاسی غروب آفتاب یکی از زیباترین صحنه‌های عکاسی است، در این نوع عکاسی رنگ بندی‌های عجیبی در غروب آفتاب رخ می‌دهد که این هنر عکاسی است که اینگونه تصویر را به رخ می‌کشند. در زیر مجموعه‌ای از تصاویر غروب آفتاب گردآوری شده است که شما را به مشاهده این تصاویر دعوت میکنیم.

شکل 1 انرژی اولین یونش عناصر در ردیف دوم جدول تناوبی را نشان می دهد. اگرچه انرژی اولین یونش در حالت کلی با حرکت از چپ به راست جدول تناوبی افزایش دارد، اما در این الگو دو تناقض مشاهده می شود:

انرژی اولین یونش بور از بریلیوم کوچک تر است و اکسیژن نیز اولین انرژی یونش کم تر از نیتروژن دارد.

شکل 1: مقادیر انرژی یونش بر حسب تغییرات عدد اتمی

این اثر می تواند با آرایش الکترون در این عناصر توضیح داده شود. زمانی که یک اتم بریلیوم یونیزه می شود، الکترون از اوربیتال 2s بیرون کشیده می شود، اما زمانی که اتم بور یونیزه می شود، الکترون اوربیتال 2p بیرون می آید:

Be: [He] 2s²

 B: [He] 2s² 2p¹

زمانی که نیتروژن و اکسیژن یونیزه می شوند، الکترون ها باز هم از اوربیتال 2p بیرون کشیده می شوند:

N: [He] 2s² 2p³

 O: [He] 2s² 2p⁴

اما تفاوت مهمی در نحوه ی توزیع الکترون ها در این اتم ها وجود دارد. قاعده ی هوند پیش بینی می کند که هر 3 الکترون در اوربیتال 2p اتم نیتروژن، باید اسپین یکسانی داشته باشند اما در یک اتم اکسیژن، الکترون اضافی در یکی از اوربیتال های 2p جفت می شوند:

قاعده ی هوند می تواند از این فرض که الکترون ها سعی دارند تا حد ممکن از هم دور باشند تا نیروی دافعه ی بین این دو ذره، کم ترین مقدار را داشته باشد، بهتر درک شود. بنابراین، 3 الکترون در اوربیتال های 2p نیتروژن، وارد اوربیتال های متفاوتی می شوند و اسپین آن ها در جهت یکسانی قرار می گیرد. در اکسیژن، ابتدا 3 الکترون مانند حالت نیتروژن در اوربیتال های متفاوت قرار می گیرند ولی الکترون چهارم باید یکی از اوربیتال های 2p اشغال شده را انتخاب کند.

نیروی دافعه بین این دو الکترون، زمانی کم ترین مقدار را خواهد داشت که این دو الکترون در یکی از اوربیتال ها با هم جفت شوند. با این وجود، هنوز هم مقداری دافعه ی اضافی بین این دو الکترون وجود دارد که این عامل باعث می شود برداشتن یک الکترون از یک اتم خنثای اکسیژن، اندکی راحت تر باشد و این نتیجه با انتظار ما از مؤثر بودن تعداد پروتون های هسته ی اتم مطابقت ندارد.

باور غلط : هوا تقریباً بی‌وزن است.

شاید شما هم باور ندارید که هوا وزن دارد، زیرا که تمام ما در درون هوا قرار داریم ولی یک مترمعکب از هوا در سطح دریا، در فشار متعارف و دمای صفر درجه سانتی گراد، وزنی برابر 2/1 کیلوگرم دارد.

این موضوع را می توانید با انجام آزمایش زیر مشاهده نمائید.

یک میله نازک فلزی نظیر میل بافتنی بر دارید. دو بادکنک یکسان را پر باد کنید و با نخ نازک آن ها را به دو انتهای میله فلزی، آویزان کنید. به وسط این میله نیز نخ دیگری ببندید و به کمک آن میله را به شاخه درخت یا چارچوب در و یا سقف بیاویزید.

نتیجه به یک ترازو شباهت خواهد داشت. در صورتی که تعادل در دو انتهای میله برقرار نباشد، با جا به جا کردن نقطه آویز یکی از بادکنک ها یا دادن تغییر جزیی در محل نخ وسط میله تعادل را مجدداً برقرار سازید. حال با یک سوزن باد یکی از بادکنک ها را خالی نمایید، بلافاصله متوجه خواهید شد که بادکنک مزبور بالا رفته و دیگری پایین می آید.

دلیل این آزمایش ساده را چنین توضیح می دهیم :

 هوا نیز مانند سایر اجسام دارای وزن است. البته در این آزمایش مطلب دیگری به نام نیروی ارشمیدس هوا هم موثر است، که فعلاً از آن صحبتی نمی کنیم.

به طور معمول ترکیبات موجود در هوا عبارتند از : 78 درصد نیتروژن (N₂)  درصد اکسیژن (O₂) و 1 درصد دیگر عناصر مانند آرگون (Ar)، دی اکسید کربن (CO₂)، متان (CH₄) و هلیوم (He). بیشتر گازها از مولکول هایی تشکیل شده اند، که خود این مولکول ها نیز از ترکیب اتم هایی به وجود آمده اند. برخی از گازها نیز تنها به صورت اتمی وجود دارند.

هوایی که اطراف زمین را احاطه کرده است از میلیاردها میلیارد مولکول تشکیل شده است. پس مثل دیگر فازهای مواد مانند جامد و مایع که دارای وزن هستند، اکنون می دانید که هوا و دیگر مواد گازی شکل نیز دارای وزن مخصوص به خود هستند و وزن آن ها به وزن اتم ها و مولکول های تشکیل دهنده آن ها بستگی دارد.

جرم مولکلولی برخی مواد موجود در هوا را می توانید در جدول رو به رو مشاهده نمائید.

یک آزمایش دیگر نیز می تواند نشان دهنده وزن هوا برای شما باشد، برای این کار باید از یک ترازوی بسیار حساس مانند ترازوهایی که در طلافروشی از آن ها استفاده می شود، استفاده کنید. 

ابتدا باید وزن یک بادکنک خالی را و مقداری نخ که می خواهید سر بادکنک را با آن ببندید را محاسبه کنید. سپس باید بادکنک را پر باد کنید و با آن مقدار نخی که وزن آن را به دست آورده اید، سر آن را محکم ببندید.

حال بار دیگر این بادکنک را وزن کنید و از عددی که مشاهده می کنید باید وزن نخ و بادکنک خالی را که در مرحله قبل به دست آورده بودید، را کم کنید تا وزن هوای محبوس در بادکنک را مشاهده کنید.

آیا اثر نقص بلوری بر خواص مواد اثری بد و نامطلوب است؟

یا این که ممکن است در برخی موارد اثری مثبت و مفید باشد؟

 آیا بر هم خوردن نظم موضعی همیشه موجب تخریب خواص مطلوب ماده می شود؟

یا این که ممکن است خصوصیات جدیدی را در ماده ایجاد کند؟

برای پاسخ به پرسش های بالا لازم است به بررسی دقیق تر مواد بپردازیم و عوامل شکل دهندة خواص را مرور کنیم.

می دانیم تفاوت های مواد ناشی از حالتی است که ماده در آن قرار دارد و می تواند بسیاری از خواص آن را تحت تأثیر خود قرار دهد. مثلاً  ماده در حالت گازی، مولکول ها به علت فاصله زیادی که از هم دارند، می توانند بدون تأثیر پذیرفتن از مولکول های مجاور، به صورت مستقل حضور داشته باشند.

شکل 1: مقایسه میزان آزادی و حرکت مولکول ها در حالت های مختلف ماده

ماده در حالت گازی خصوصیت رسانایی الکتریکی ندارد، زیرا الکترون های آزاد و یون ها که تنها حامل های جریان الکتریکی هستند، در این حالت از ماده وجود ندارند. از طرف دیگر، در حالت گازی انتظار می رود ماده رسانای گرما باشد، زیرا شرط رسانایی گرمایی، حرکت ذرات ماده است که در این حالت به علت مقید نبودن ذرات در حالت گازی به وجود می آید.

نکته جالب در این دسته بندی آن است که اثر ترکیب شیمیایی مواد مورد توجه قرار نگرفته اند، گویی حالت ماده به تنهایی بسیاری از خصوصیات کلی آن را مشخص می کند و این خصوصیات مستقل از ترکیب شیمیایی آن است.

 آنچه موجب شباهت خواص کلی همه مواد در یک حالت خاص مانند حالت گازی می شود، وضعیت ذرات نسبت به هم است. این وضعیت «میزان تحرک پذیری» ذرات در هر حالت را تعیین می کند.

وجود عیوب بلوری همانند حالت های ماده، البته به شکلی جزئی تر، به وضعیت قرار گرفتن ذرات ماده در کنار هم شکلی خاص می بخشد و از این طریق موجب می شود تا ماده ویژگی های دیگری را که بعضاً متفاوت از ویژگی های قبلی است، از خود نشان دهد.

همان طور که نمی توان تغییر حالت یک ماده از حالت گاز به مایع را که لزوماً موجب بهبود یا تخریب همه خواص نمی شود یک تغییر مثبت یا منفی دانست، وجود عیوب بلوری را نیز نمی توان عامل تخریب یا بهبود همة خواص ماده به حساب آورد.

بنابراین در پاسخ به این پرسش که آیا عیوب بلوری بر خواص مواد اثر نامطلوب می گذارند یا نه؟ باید گفت که عیوب بلوری برخی از خواص را بهبود می دهند و برخی را تضعیف می کنند.

گفتیم که عامل اصلی تعیین کننده خواص کلی مواد، میزان تحرک اجزای آن است. یعنی میزان تحرک مولکول ها و یون ها در تعیین خواص مواد نقش عمده ای بازی می کند و می تواند به تنهایی وضعیت بسیاری از خواص را مشخص سازد.

شکل 2: تصویری ساده از یک شبکة بلوری

همچنین می دانیم که بلورها (غالباً) دارای حالت جامد هستند و در این حالت از ماده تحرک ذرات به صورت حرکت های محدود مانند لرزش و جا به جایی های موضعی است. علت عدم امکان حرکت آزاد در این حالت از ماده، فشردگی ساختار و به تبع آن نیروهای قوی بین ذرات است. وجود پیوندهای قوی بین ذرات موجب می شود که ذرات در پیوندهای موجود اسیر گردند و امکان حرکت آزادانه نداشته باشند.

بدیهی است که هر چه این پیوندها بیشتر و قوی تر باشد، میزان محدودیت ذرات بیشتر و تحرک آن ها کمتر خواهد شد. بنابراین تعداد و چگونگی پیوند ها در میزان تحرک ذرات نقش اصلی را بازی می کند. با این توضیحات این س?ال مطرح می شود که در یک ساختار منظم و کامل بلوری میزان تحرک ذرات (آنیون ها و کاتیون ها) چگونه است و آیا میزان این تحرک با میزان تحرک بلورهای ناقص (دارای عیوب بلوری) متفاوت است؟

شکل 3ـ طرحی ساده از یک شبکه بلوری ناقص (دارای عیب جای خالی)

با در نظر گرفتن این نکته که در یک شبکه کامل هر یون در محل خاص خود قرار می گیرد و از طریق پیوندهای مشخص با یون های اطرافش در موضع خود مستقر می شود، می توان نتیجه گرفت که تحرک یون ها در این حالت به کمترین حد خود خواهد رسید، زیرا تمام پیوندهای ممکن در یک شبکه کامل تشکیل می شود و هیچ ظرفیتی برای برقراری پیوند خالی نمی ماند.

  در مقابل، در یک بلور ناقص به علت اضافه بودن یا کم بودن یک یون (مثلاً کم بودن یک آنیون که معادل است با اضافه بودن یک کاتیون، یا اضافه بودن یک آنیون که متناظر است با کم بودن یک کاتیون) امکان تشکیل تمامی پیوندهای ممکن وجود ندارد و از آنجا که هر پیوند همانند بندی است که یون ها را در محل خود محکم می کند، می توان انتظار داشت که در این حالت (بلور ناقص) میزان حرکت یون ها بیش از حالتی باشد که شبکه بلوری کامل است.

شکل 4ـ طرحی ساده از یک شبکه بلوری ناقص (دارای عیب بِین نشینی)

با مقایسه پیوند های موجود در شبکه بلوری کامل (شکل 2) و شبکه های بلوری دارای نقص (شکل های 3 و 4) می توان به تفاوت های ناشی از وجود عیوب که به آزادی حرکتی بیشتر  یون ها منجر می شود پی برد.