خصائص وتنظيم الجسيمات في المواد الصلبة والسائلة والغازية

حجم المواد الصلبة. تسمى الجزيئات المتراصة بشكل وثيق والتي تحتوي على طاقة حركية أقل بكثير بالمواد الصلبة. إنها صلبة جدًا في البنية ومقاومة للقوة المطبقة. ومن أمثلة المواد الصلبة الخشب والجليد الصلب والصخور. مقدار المساحة التي يشغلها الشيء هو حجمه. يتم قياس حجم المادة الصلبة بالسنتيمتر المكعب. يمكن لجزيئات المادة الصلبة أن تكون ذات أشكال منتظمة وغير منتظمة.

بالنسبة للمواد الصلبة ذات الشكل المستطيل، يمكن قياس الحجم من خلال حاصل ضرب الطول والعرض والارتفاع. في المكعب، جميع الحواف لها نفس الطول. وبالتالي، فإن المساحة متساوية على كل جانب. حجم المكعب هو (length)³. في المنشور، الحجم هو حاصل ضرب مساحة القاعدة في الارتفاع. في الأسطوانة، الحجم يساوي حاصل ضرب مساحة قاعدتها الدائرية في ارتفاع الأسطوانة. بالنسبة للهرم، الحجم هو ثلث حاصل ضرب مساحة القاعدة في الارتفاع.

لنرى مثالاً على حجم مكعب طوله ثلاثون سنتيمتراً، وعرضه عشرون سنتيمتراً، وارتفاعه خمسة عشر سنتيمتراً. دعونا نجد حجم المكعب الذي طول كل ضلع فيه ستة سنتيمترات.

تكون المواد الصلبة عمومًا صلبة الشكل مثل الجزيئات، مضغوطة ومرتبطة ببعضها البعض بإحكام بواسطة الروابط الكيميائية. يمكن لهذه الروابط أن تعطي شكلًا صلبًا غير متبلور أو بلوريًا. في المواد الصلبة غير المتبلورة، لا يتم ترتيب الجزيئات في بنية ثلاثية الأبعاد. ومن الأمثلة على ذلك المواد الهلامية والنظارات المعدنية. في المواد الصلبة البلورية يتم ترتيب الجزيئات بطريقة ثلاثية الأبعاد. ومن الأمثلة على ذلك الماس، والثلج، وملح الطعام.

الانضغاطية. قابلية الانضغاط هي مقياس لمدى انخفاض حجم مادة صلبة معينة عن طريق تطبيق الضغط عليها. لا يوجد أساسًا أي تغيير في قابلية الانضغاط أو تغيير في الحجم على الجزيئات الصلبة. يرجع ذلك إلى أن الجزيئات التي تشكل المواد الصلبة متراصة بشكل وثيق. على سبيل المثال، إذا قمنا بتطبيق ضغط على الطوب أو الخشب فإن حجمه لن يتغير وبالتالي سيكون هناك تغيير في قابلية الضغط صفرًا.

كثافة. الكثافة هي كتلة المادة في حجم معين. تتمتع المواد الصلبة بكثافة أعلى من السوائل والغازات. وذلك لأن الجسيمات متراصة بشكل وثيق مع بعضها البعض. يمكن قياس الكثافة عن طريق قسمة الكتلة على الحجم. الحديد مادة صلبة تبلغ كثافتها سبعين وثمانمائة كيلو جرام لكل متر مكعب. يبلغ وزن الحديد سبعة وثمانمائة كيلو جرام، لذا فإن كثافته تبلغ سبعة وثمانمائة كيلو جرام لكل مكعب عند الضغط القياسي ودرجة حرارة الغرفة تقريبًا.

شكل سائل. السوائل ليس لها شكل محدد. يأخذ شكل الحاوية التي يوجد فيها. حيث أن جزيئات السائل ليست متراصة بإحكام وتكون حرة في الحركة عندما تتحرك هذه الجزيئات بحرية وتشكل أشكالًا متغيرة للسائل. هناك مساحة محدودة فقط بين الجسيمات. على سبيل المثال، الحليب هو سائل. يأخذ شكل الحاوية التي يوجد فيها. ولكن حجمها يبقى كما هو.

مقدار نظرًا لأن الحجم هو ببساطة مقياس للمساحة التي تشغلها المادة. يمكن لجزيئات السائل أن تتحرك بحرية ولكنها متراصة معًا ولها حجم محدد. ويشار إليها أيضًا باسم السعة بوحدات اللتر أو الملليلتر. على سبيل المثال، إذا كان الزجاج قادرًا على حمل مائة وخمسين مليلترًا من الماء. سنملأ هذا الكأس بالماء حجمه مائة وخمسون مليلترًا. يمكن قياس حجم السائل في القوارير الحجمية والأكواب وغيرها من المعدات المماثلة.

الانضغاطية. تتمتع السوائل بقدرة انضغاطية أعلى من المواد الصلبة لأن السوائل لها مساحة محدودة بين جزيئاتها. عندما يتم تطبيق الضغط على السوائل تتغير كثافة الجزيئات وتنضغط حتى حد معين. قابلية انضغاط السوائل أعلى من قابلية انضغاط المواد الصلبة وأقل من قابلية انضغاط الغازات.

على سبيل المثال، املأ حاوية بسائل يشغل مساحة تعادل نصف الحاوية تقريبًا. عندما يتم تطبيق الضغط من خلال المكبس، يتم ضغط السائل ويأخذ مساحة مقدارها ثلث الحاوية. عن طريق ضغط السوائل تزداد الكثافة أيضًا.

كثافة. كثافة السائل هي مقياس لمدى ثقله. إذا قمنا بوزن سائلين مختلفين في نوع ما من الحاويات، فإن وزن السائل سيكون أكثر كثافة. تمتلك جزيئات السائل قوى بين الجزيئات قوية، وبالتالي تكون أكثر كثافة من الغازات التي تتمتع بقوة جذب منخفضة للغاية بين الجزيئات.

على سبيل المثال كثافة الماء هي جرام واحد لكل سنتيمتر مكعب. في حين أن كثافة العسل تبلغ 14 جرام لكل سنتيمتر مكعب. هنا يكون العسل أكثر كثافة لأنه يمكن وضع كمية أكبر من العسل في الفضاء مقارنة بالماء. ويرجع ذلك أيضًا إلى أن جزيئات العسل أكثر صلابة.

حجم الغازاتتحتوي الغازات على مسافات كبيرة جدًا بين جزيئاتها وتستطيع جزيئاتها التحرك بحرية. الغازات ليس لها حجم محدد فهي تشغل حجم الفراغ الذي توجد فيه. إذا كان غاز ثاني أكسيد الكربون موجودًا في الأسطوانة فإنه سيشكل حجم الأسطوانة. إذا كان موجودًا في غرفة، فسوف يأخذ حجم الغرفة.

على سبيل المثال، يمكننا قياس حجم الغاز من خلال ناتج الكتلة الجزيئية والحجم المولي بوحدات اللتر أو المتر المكعب. وفقًا للمعايير القياسية، يحتوي مول واحد من الغاز على حجم أربعة وعشرين مترًا مكعبًا في درجة حرارة الغرفة. ويُعرف هذا أيضًا بالحجم المولي. يحتوي غاز ثاني أكسيد النيتروجين على 025 مول في درجة حرارة الغرفة. حجمها ستة لترات.

شكل. جزيئات الغاز ليس لها شكل محدد. إنها تحتوي على قوى جزيئية أقل بكثير بين جزيئاتها، لذا فهي تشغل مساحة الحاوية التي توجد فيها. تتحرك جزيئات الغاز بحركة عشوائية مع وجود قدر ضئيل من الجذب بينها أو انعدامه. في هذه النتيجة، يأخذ الغاز أي حجم وشكل. على سبيل المثال، يوجد جزيء غاز الأكسجين في حاوية. فهو على شكل حاوية. إذا كان موجودًا في الزجاج فإنه سيأخذ شكل الزجاج. إذا كان موجودًا في الغرفة فإنه يأخذ شكل الغرفة.

الانضغاطية. حيث أن جزيئات الغاز تحتوي على مسافات كبيرة جدًا بين جزيئاتها. فهو يتمتع بقدرة ضغط كبيرة جدًا. عندما يتم تطبيق الضغط على الغاز في حاوية، فإنه من الممكن ضغطه إلى مساحة صغيرة جدًا. تتمتع الغازات بقدرة انضغاطية أعلى من السوائل والمواد الصلبة. على سبيل المثال، يعد ثاني أكسيد الكربون الغاز الأكثر قابلية للانضغاط لأنه يحتوي على مساحة كبيرة بين جزيئاته. يمكننا قياس قابلية الانضغاط، ففي جزيئات الغاز تتغير حجم الغاز بمقدار تسعة وتسعين مرة من مائة مرة.

كثافة. كثافة الغاز صغيرة جدًا، ولكن يمكننا قياسها عند ضغط ودرجة حرارة محددين للغاية. في الظروف القياسية والضغطية تشغل كتلة الغاز حجمًا معينًا ولها كثافة. لأن جزيئات الغاز لها مساحة كبيرة جدًا وبالتالي تكون كثافتها أقل بكثير من السوائل والمواد الصلبةعلى سبيل المثال، يرتفع بالون الهيليوم بسبب وجود غاز الهيليوم الذي يعتبر أقل كثافة بكثير من الهواء المحيط به. يمكن أيضًا قياس الكثافة بواسطة صيغة قسمة الكتلة على الحجم.