حالات المادة

نحن نعلم أن كل شيء حولنا هو مادة. الهواء الذي نتنفسه، والطعام الذي نتناوله، والماء الذي نشربه، كل هذا يعتبر مكوناً من المادة. ولكن هل تساءلت يومًا ما هي المادة المصنوعة منها؟. للإجابة على هذا السؤال دعونا نفهم نظرية الجسيمات الحركية.

تشير نظرية الجسيمات الحركية إلى أن كل المادة تتكون من جزيئات صغيرة للغاية تسمى الذرات أو الجزيئات. هذه الجسيمات دائما في حركة. الجسيمات التي تتكون منها المادة، تحتوي على مسافات بينها. هناك قوى جذب بين الجسيمات. في ظروف مختلفة، تعمل هذه القوى على إبقاء الجسيمات مرتبطة ببعضها البعض. كما نعلم أن هناك ثلاث حالات للمادة. وهي المواد الصلبة والسائلة والغازية. دعونا نستكشف كل حالة من حالات المادة بناءً على نظرية الحركة الجسيمية.

الجسيمات في المادة الصلبة متراصة بشكل محكم. ونتيجة لهذا التعبئة المحكمة للجسيمات، فإن المواد الصلبة لها شكل ثابت. مثال على المادة الصلبة هو حبة الملح. إن التجميع المحكم للجسيمات في المواد الصلبة يرجع إلى وجود قوى جذب قوية بينها. الجسيمات في المواد الصلبة لديها قدر ضئيل جدًا من حرية الحركة. إنهم يهتزون فقط حول موضعهم الثابت. إذن لماذا لا نرى حبة ملح تهتز؟. وذلك لأن هذه الاهتزازات صغيرة جدًا وغير مرئية للعين.

الجسيمات في السائل لا يكون لها ترتيب منتظم كما هو الحال في المواد الصلبة. إنهم ما زالوا قريبين نسبيا من بعضهم البعض. يمكنهم الانزلاق بجانب بعضهم البعض. السوائل ليس لها شكل محدد. السوائل تأخذ شكل الوعاء الذي تشغله. على سبيل المثال، إذا صببنا الماء في كوب، فإن الماء سيأخذ شكل الكوب.

السوائل لها حجم ثابت. ولكن ما هو الحجم عندما نتحدث عن الحالات الثلاث للمادة؟. الحجم هو مقياس لمقدار المساحة التي تشغلها الأشياء. على سبيل المثال، 1 لتر من الماء سيبقى 1 لتر حتى لو قمت بنقله إلى وعاء آخر. في السوائل، تتمتع الجسيمات بحرية حركة أكبر من تلك الموجودة في المواد الصلبة. يمكنهم التحرك بجانب بعضهم البعض. يرجع ذلك إلى ضعف قوى الجذب بين جزيئات السائل مقارنة بالمواد الصلبة.

الغاز ليس له شكل ثابت. وبدلا من ذلك، فإنها تأخذ شكل الحاوية التي توجد فيها. إذا وضعت غازًا في بالون، فإنه يملأ البالون ويأخذ شكله. إذا وضعت غازًا في صندوق، فإنه يأخذ شكل الصندوق. لا تلتصق الجسيمات الموجودة في الغاز ببعضها البعض بقوة. يوجد بينهم قوى جذب ضعيفة. ولهذا السبب يمكن للغازات أن تنتشر بسرعة لملء الحاوية الخاصة بها. بعض الأمثلة على الغازات هي الأكسجين وثاني أكسيد الكربون. الهواء عبارة عن خليط من غازات مختلفة.

الغاز ليس له حجم ثابت. وهذا يعني أنه بإمكانك ضغط الغاز إلى حجم أصغر. إنه مثل الضغط على الإسفنجة لجعلها أصغر حجمًا. يحدث هذا لأن جزيئات الغاز لديها الكثير من المسافات بينها.

يمكن تحويل المادة من حالة إلى أخرى عن طريق تغيير ترتيب الجسيمات فيها. على سبيل المثال، من الممكن تحويل مادة صلبة إلى سائل من خلال عملية تسمى الذوبان. يحدث الانصهار عندما يتم تسخين مادة صلبة. عندما ترتفع درجة حرارة المادة الصلبة، تبدأ جزيئاتها الصغيرة في التحرك بشكل أسرع وأسرع لأنها تحصل على المزيد من الطاقة. في النهاية، يكتسبون طاقة كافية للتحرر من مواقعهم الثابتة والبدء في الانزلاق فوق بعضهم البعض. يتيح هذا التغيير للمادة الصلبة أن تتحول إلى سائل. تسمى درجة الحرارة المحددة التي يتحول عندها المادة الصلبة إلى سائل نقطة الانصهار.

يمكن تحويل السائل إلى مادة صلبة من خلال عملية تسمى التجميد. يحدث ذلك عندما يفقد السائل الحرارة، وعادةً ما يكون ذلك عن طريق أن يصبح أكثر برودة. عندما يبرد السائل، فإن جزيئاته الصغيرة تتباطأ وتتعرض لفقدان الطاقة. في نهاية المطاف، فإنها تتعرض لفقدان الطاقة الكافية للتجمع وتشكيل نمط منتظم وثابت. يؤدي هذا التغيير إلى تحويل السائل إلى مادة صلبة. تسمى درجة الحرارة المحددة التي يتحول عندها السائل إلى مادة صلبة بنقطة التجمد.

الغليان هو العملية التي تتحول فيها المادة السائلة إلى حالتها الغازية بسبب ارتفاع درجة الحرارة. عندما تقوم بتسخين سائل، تبدأ جزيئاته الصغيرة بالتحرك بشكل أسرع. مع تحركها بشكل أسرع وأسرع، تكتسب بعض الجسيمات طاقة كافية للهروب من السائل والتحول إلى غاز. تشكل جزيئات الغاز هذه فقاعات تطفو إلى السطح. تسمى درجة الحرارة التي يتحول عندها السائل إلى غاز نقطة الغليان.

التكثيف هو العملية التي يتحول فيها الغاز إلى سائل. عندما يبرد الغاز، فإن جزيئاته الصغيرة تتباطأ وتتجمع مع بعضها البعض. عندما تقترب الجسيمات من بعضها البعض، فإنها تشكل قطرات سائلة صغيرة. هل يمكنك أن تخبرنا لماذا تتشكل قطرات الماء على الجانب الخارجي من كوب الماء البارد؟. وهذا بسبب التكثيف.

عندما نقوم بتسخين الغاز، تكتسب جزيئات الغاز الطاقة. تبدأ هذه الجزيئات ذات الطاقة العالية بالتحرك بسرعة عالية. ويبدأون بالتصادم مع بعضهم البعض. ونتيجة لهذه الحركة والاصطدام يزداد حجم الغاز. وهذا لأن الجسيمات تتحرك بعيدا عن بعضها البعض. إنهم يريدون أن يأخذوا أكبر قدر ممكن من المساحة. يمكننا القول أن حجم الغاز يزداد بزيادة درجة الحرارة.

ماذا يحدث إذا خفضنا درجة حرارة الغاز؟. إذا قمنا بخفض درجة الحرارة فإن جزيئات الغاز سوف تتعرض لفقدان الطاقة. ونتيجة لذلك، سوف تقترب جزيئات الغاز من بعضها البعض. وبهذه الطريقة ينخفض حجم الغاز. ومن ثم يمكننا القول أن حجم الغاز ينخفض بانخفاض درجة الحرارة.

والآن دعونا نفهم تأثير الضغط على حجم الغاز. الضغط هو القوة المؤثرة على سطح جسم ما لكل وحدة مساحة. وبعبارات أبسط، هو الدفع أو الضغط المطبق على منطقة ما. عندما نزيد الضغط على الغاز فإن جزيئات الغاز تقترب من بعضها البعض. وتبدأ قوى الجذب بالتطور بينهما. ونتيجة لذلك ينخفض حجم الغاز. يمكننا القول أن حجم الغاز يقل بزيادة الضغط.

عندما نقوم بتقليل الضغط على الغاز فإن جزيئات الغاز سوف تبتعد عن بعضها البعض. ونتيجة لذلك يزداد حجم الغاز. ويمكننا أن نستنتج أن حجم الغاز يزداد بانخفاض الضغط.