רמות מבנה של חומר

אותו החומר ניתן לראות בקני מידה שונים וכל פעם ייראה אותו החומר לגמרי אחרת, גם בתכונות שלו וגם במבנה שלו. בשביל להדגים את זה, ניקח שני עצמים, אחד מהעולם החי ואחד מהעולם הדומם. נבחר יד של אדם ומטבע של שקל:

 במבט הכללי של היד ושל השקל אנחנו לא נראה שום דבר מיוחד. פשוט יד ופשוט מטבע. בשביל לראות את המבנה, צריכים להתבונן היטב.

אם נתבונן היטב ואולי ניעזר בזכוכית מגדלת ונבצע פעולות הכנה כגון חיתוך, שיוף, ליטוש וכו (לא נעשה את זה עם היד, נסתפק במטבע, כמובן), נראה שלשני העצמים שבחרנו יש מאקרו-מבנה:

מבנה כזה, שניתן לראות אותו בלי הגדלה או בהגדלה מתונה (פי כ-10 לכל היותר), נקרא מאקרו-מבנה

במאקרו-מבנה נוכל לראות את "המרקם" של העצמים: שריטות, שקעים וכד'. החומר עדיין נראה אחיד (עם אנחנו לא מדברים על תערובת, כגון, תערובת חול-מלח שבה בפירוש נוכל לראות גרגרים של שני סוגים שונים).

 

אם ניעזר בהגדלה יותר חזקה (פי כ-100 - 1000), נראה את המיקרו-מבנה של העצמים:

 

במיקרו-מבנה נוכל להבחין באי-אחידות החומר שקודם היה נראה אחיד לחלוטין.

ברמת המיקרו-מבנה אנחנו נגלה, כי החומר שהיה נראה אחיד, אינו אחיד בכלל! יש בו חלקים בעלי צורות שונות וצבעים שונים. הצבע, דרך אגב, ברמת המיקרו-מבנה חסר משמעות ברוב המקרים, משום שהוא תלוי לא בחומר עצמו אלא בהכנתו ובהגדרות מכשיר הצפייה שבו אנחנו משתמשים: בשביל לראות ברור את המיקרו-מבנה, נאלצנו להוסיף חומרי צבע, כימיקאלים שונים ולשחק עם הגדרות המיקרוסקופ, המצלמה והמחשב. אז מה הוא הצבע של העצם הנצפה עצמו, צבעו לפני הצפיה שלנו? - קשה להגיד. לכן יותר נכון לדבר לא על צבע אלא על חלקים יותר בהירים או יותר כהים בדגם.

ומה יהיה, אם נגביר את ההגדלה עוד יותר? - שתי הסתייגויות:

זה לא תמיד אפשרי.

חוץ מזה, אז נצטרך להחליט, איזה חלק של הדגם אנחנו רוצים לראות, כי אנחנו כבר ראינו שהדגם האחיד לכאורה אינו אחיד בכלל אלא מורכב ממרכיבים שונים.

בכל מקרה, אם נמשיך להגביר את ההגדלה (בפועל או בדמיון), נגלה עוד מספר רמות מבנה של החומר.

במדע חומרים מדברים, בדרך כלל, על שלוש רמות מבנה:

1. מאקרו-מבנה הוא מבנה החומר הנצפה ללא מיקרוסקופ. מאקרו-מבנה מאפשר לראות, האם מדובר בתערובת של מספר חומרים על בחומר אחד. מאקרו-מבנה מאפשר גם לראות מרקם, צבע וברק של החומר.

2. מיקרו-מבנה הוא המבנה הנפה במיקרוסקופ אור או מיקרוסקופ אלקטרוני בהגדלות פי 100 - פי 1000. במיקרו-מבנה ניתן לראות את האי-אחידות של כמעט כל חומר ולאפיין את הצורה ואת הגודל היחסי של כל מרכיביו.

3. מבנה אטומי (ומולקולארי) הוא המבנה שלפעמים ניתן לראות במיקרוסקופים אלקטרוניים מסוג TEM ו-STM בהגדלות של פי כ-1,000,000. בנוסף לצפייה ישירה, ניתן לקבוע את המבנה האטומי בעקיפין תוך שימוש בשיטות אנליטיות רבות. מבנה אטומי מראה את הסידור של אטומים מהם מורכב החומר.

האם יש רמות מבנה עוד יותר עדינים? - לא יודע. קשה לענות. למה? נראה בהמשך.