من منا لم يرى الماء يغلي؟ بالنسبة للكثيرين، يتعلق الأمر فقط بزيادة درجة حرارة أي فعل، ومع ذلك، بالنسبة للآخرين، فهو تأثير لتحويل حالات المادة . على الرغم من أن هذا التعديل يبدو سحريًا، إلا أنه يعد إحدى المراحل التي يمكن من خلالها العثور على عنصر معروف. أدناه، نلقي نظرة فاحصة على هذه الظاهرة ونلاحظ بعض البيانات المثيرة للاهتمام.
ما هي حالات المادة؟
تسمى المراحل التي يمكن العثور فيها على عنصر معروف بحالات تجميع المادة أو حالات المادة. وقد يعتمد تنوعها على نوعها وكثافتها وبعض العوامل الخارجية مثل درجة الحرارة أو الضغط. ومن تلك المعروفة حتى الآن يمكننا أن نذكر:
الحالة الصلبة
هي حالة من التجمع يكون فيها للمادة شكل وحجم نتيجة قوة تسمح للجزيئات بالتجاذب مع بعضها البعض، مما يجعل الطاقة الحركية هي المسيطرة. في هذه المرحلة، تتشابك الذرات، مما يوفر القدرة على مقاومة القوى دون ضرر واضح. بعض ميزاته الرئيسية هي:
- إنها مادة صلبة : بشكل عام، المادة في الحالة الصلبة تكون صلبة، أي أنها تقاوم التشوه، والتشقق، والانحناء، والالتواء.
- الصلابة: تتمتع المواد الصلبة بالقوة الفيزيائية قبل عمل العناصر الأخرى التي لها نفس الحالة، مثل الماس.
- الهشاشة : يمكن أن تتكسر إلى قطع أصغر.
- لها شكل محدد : لها شكل محدد، أي أنها لا تتدفق مثل الحالات الأخرى. ومع ذلك، قد تتشوه بعض الأجسام بسبب قابليتها للطرق.
مثال على الحالة الصلبة للمادة هو الجليد، وهو ماء سائل يصل إلى درجة التجمد. بالإضافة إلى ذلك، تحتوي الحصوات على عناصر الكالسيوم، وتأخذ العظام الكالسيوم من النظام الغذائي.
الحالة السائلة للمادة
يمكن تعريف الحالة السائلة للمادة بأنها مرحلة وسطية بين الحالة الصلبة والحالة الغازية . ويتميز بأن جزيئاته متفرقة للحفاظ على السيولة، ولكن معًا للحفاظ على التماسك. ومن أبرز خصائص هذه المرحلة ما يلي:
- ليس له شكل ، فيأخذ شكل الوعاء الذي يحتويه. على سبيل المثال، كوب من الماء سوف يكون على شكل كوب.
- فهي سائلة ، لذا يمكنها المرور عبر الأسطح الصغيرة جدًا ومن حاوية إلى أخرى. عديمة الشكل، يمكنها الانزلاق والانزلاق والتحرك.
- قد يكون لها لزوجة . هذه هي مقاومة التدفق والتشوه التي يمكن أن تحدث بسبب القوة الداخلية للجسيمات، والتي تبطئ تشوهها أثناء سقوطها. مثال على اللزوجة هو الزيت أو القار.
- لديه توتر سطحي ، والذي يشير إلى المقاومة التي توفرها السوائل عن طريق زيادة مساحة سطحها لكل وحدة مساحة. ونتيجة لذلك، فإنها لا تخترق أشياء معينة ويمكن لبعض الحشرات أن تمشي عليها.
ومن ناحية أخرى يجب أن تعلم أن السوائل ليست شديدة الانضغاط وتتقلص في وجود البرد، باستثناء الماء. بعض الأمثلة على الحالة السائلة للمادة هي الماء والزئبق والبنزين وحمض الكبريتيك وغيرها.
الحالة الغازية
هذه هي حالة تجمع المادة حيث تكون جزيئات المادة غير متحدة ، لذلك تتوسع وتكون قوة جذبها قليلة. وتتميز بشكل أساسي بحقيقة أنها ليس لها شكل محدد ويتم إطلاقها حتى يتم ملء الحاوية التي تحتوي عليها. النقاط البارزة الأخرى هي:
- نظرًا لضعف تأثير جزيئات الغاز على بعضها البعض، فإنها تشغل قوة عمل صغيرة جدًا . ولذلك ليس لديهم حجم محدد في الفضاء.
- لديهم قدرة ضغط عالية ، ولهذا السبب يمكن نقلها بسهولة عند استخدامها للمعالجات الصناعية.
- خصائصها الفيزيائية يمكن أن تختلف إلى حد كبير . بعضها، مثل الهواء، ليس له لون أو رائحة، ولكن الغازات الناتجة عن الهيدروكربونات لها رائحة نفاذة كريهة.
مثال على الحالة الغازية للمادة هو بخار الماء، والذي يمكن ملاحظته عندما يغلي السائل. بالإضافة إلى ذلك، فإن الهواء الذي نتنفسه عبارة عن خليط من الأكسجين والهيدروجين والنيتروجين، بدون رائحة أو لون.
حالة البلازما أو البلازما
يُعرف خليط النوى الموجبة والإلكترونات الحرة التي لها القدرة على توصيل الكهرباء بحالة تجميع مادة البلازما. بمعنى آخر، يمكننا القول إنه غاز متأين، لذا يمكن أن يتكون من أي نوع من الجسيمات المشحونة. يمكن لهذه أن تولد مجالًا كهربائيًا وتتأثر بالمجالات المغناطيسية.
وأفضل مثال على حالة البلازما للمادة هو حالة الشفق القطبي الشمالي، حيث تتكون الرياح الشمسية من جسيمات مشحونة عالية الطاقة. وعندما تصطدم هذه العناصر بالغلاف الجوي، فإنها تؤدي إلى تأينه ويتشكل العرض الضوئي.
التغيرات في حالات المادة
يمكن لجميع المواد أن تتحول عندما تتعرض لقوى خارجية وداخلية، ولكن خصائصها الكيميائية لا تتغير. ومثال ذلك الماء، عندما يغلي يتحول من سائل إلى غاز، لكنه يحتفظ بنفس الجزيئات. بعض طرق التحويل هي:
- التبخر : هو إضافة طاقة حرارية إلى كتلة السائل ليتحول إلى غاز.
- الغليان : هو العملية التي يتم من خلالها إمداد الجسم السائل بالطاقة الحرارية لتحويله إلى غاز. ويحدث ذلك عند الوصول إلى نقطة الغليان، حيث تعادل درجة حرارة البخار الضغط المحيط بالسائل، فيتحول إلى غاز.
- التكثيف: يشير إلى العملية التي يتم من خلالها إزالة الحرارة لتحويل الغاز إلى سائل. أثناء التسييل، يزداد الضغط عند درجات حرارة منخفضة لتحقيق نفس التغيير.
- التجميد : هذه هي العملية التي يتم فيها تحويل السائل إلى مادة صلبة عند درجة حرارة منخفضة جدًا، عند نقطة التجمد.
- الانصهار : هي عملية تحويل المادة الصلبة إلى سائلة بفعل الحرارة. يشير التسامي إلى تحول المادة الصلبة إلى غاز دون المرور بالحالة السائلة.
في الختام، تشير حالات المادة في الجدول الدوري إلى كيفية توفر العناصر. يمكن أن تخضع لتعديلات تسمح باستخدامها في أي مجال من مجالات الصناعة أو الحياة اليومية.