فهرس المحتويات
تعريف المادة
المادة هي أي شيء له كتلة وحجم محددين، ويشغل مساحة في الفراغ. تشمل المادة كل شيء يمكن تصوره، من الكرسي والكتاب إلى الهواء الذي نتنفسه، والكواكب والنجوم.
تتكون المادة من جسيمات صغيرة جدًا تسمى الذرات، وتحتوي كل ذرة على جسيمات أخرى أصغر تسمى بروتونات ونيوترونات وإلكترونات. تُدرس الكيمياء تركيب المادة وكيفية ارتباطها مع بعضها البعض لتكوين مواد مختلفة.
مكونات المادة
فكرة أن المادة تتكون من جسيمات صغيرة تُعرف بالذرات ظهرت منذ القرن الخامس قبل الميلاد على يد الفيلسوفين اليونانيين ديموقريطوس وليوكيبوس. تعتبر ذرة الهيدروجين أبسط أنواع الذرات، حيث تحتوي على بروتون واحد فقط.
تتكون البروتونات والنيترونات والإلكترونات من الفرميونات، وهناك نوعان من الفرميونات: الكوارك والليبتون.
تُعدّ المادة المضادة نوعًا من أنواع المادة، على الرغم من أنّ جزيئاتها تدمر المادة الطبيعية عند التلامس.
خصائص المادة
لكل مادة خصائص فيزيائية وكيميائية تميزها عن غيرها من المواد.
الخصائص الفيزيائية للمادة
هي خصائص المادة التي لا تؤثر تغيرها على تركيبة المادة الأصلية، ويمكن قياسها دون الحاجة إلى حدوث تفاعل.
تشمل الخصائص الفيزيائية الكثافة، اللون، أو الخصائص التي يتم قياسها من خلال التغير تحت ظروف الحرارة، مثل الانصهار والتجمد.
يمكن ملاحظة التغيرات الفيزيائية في حياتنا اليومية، مثل ذوبان الشمع، وذوبان السكر في القهوة، وطحن المواد الصلبة إلى مساحيق.
تشمل الخصائص الفيزيائية أيضًا:
- كتلة المادة وحجمها
- اللون
- الكثافة
- الصلابة
- نقطة الانصهار
- نقطة الغليان
الخصائص الكيميائية للمادة
هي خصائص المادة التي تصف التغيرات في تركيبتها، حيث ينتج عن تفاعل المادة مع غيرها نوع جديد يختلف عن تركيبة المواد المتفاعلة.
على سبيل المثال، يعد الصدأ تغييرًا كيميائيًا لأنّ مادة الصدأ مختلفة عن الحديد والماء الموجودين قبل التفاعل.
تشمل التغيرات الكيميائية أيضًا جميع أشكال الاحتراق، والطعام الذي يتمّ طهيه أو هضمه أو تعفنه.
يتمّ تحديد خاصية المادة الكيميائية من خلال دراسة التغير الحاصل للمادة عند التفاعل، أو تحولها إلى نوع مختلف عن تركيبتها الأصلية.
تشمل الخصائص الكيميائية:
- قابلية المادة للاشتعال أو الانفجار
- قدرة المعادن على التفاعل مع الحمض
- تفاعل المادة مع الأكسجين لتكوين الأكاسيد
- التآكل
- التعفّن
- التحلّل
- التخمّر
حالات المادة وخواصها
تعتمد خصائص المادة على العلاقة بين كتلتها والحيز الذي تشغله.
تمتلك جميع المواد بسبب كتلتها قصورًا ذاتيًا يُحدَّد من خلال الكتلة، كما أنّها تمتلك وزنًا في حال تواجدها في حقل جاذبية.
نظرًا لأن المادة تحتل حيزًا، فهي تمتلك حجمًا ولاإختراقيّة؛ حيثُ لا يُمكِن لجسمين أن يحتلّا نفس الحيّز في نفس الوقت.
تختلف الخصائص المميزة للمواد أيضًا اعتمادًا على البُنية الداخليّة لها، وتشمل هذه الخصائص: المطيليّة، المرونة، القساوة، قابليّة الطرق، المساميّة، التماسُك.
وتتواجد المادة في حالات مختلفة، تشمل:
المادة الصلبة
تمتلك المواد الصلبة شكلًا محددًا ولا يمكن تغييره، كما أنّها تتميز بحجم ثابت، مثل الكتب وغيرها من المواد الصلبة والجامدة.
تعود هذه الخصائص إلى أنّ الجسيمات المكوّنة للمادة الصلبة مترابطة مع بعضها البعض بطريقة قوية ومتينة، مما يجعل من الصعب حدوث تغيير في شكلها.
تتميز جزيئات المادة الصلبة بطاقة حركية صغيرة جدًا، وتكون الإلكترونات لكل ذرة في حالة حركة، مما يجعل اهتزاز الذرات قليل، لكنها ثابتة في مكانها.
يمكن تقسيم المادة الصلبة إلى فئتين، هما: مواد بلّوريّة، ومواد غير منتظمة الشكل البلّوري؛ وذلك تبعاً لترتيب الجزيئات داخل المادة الصلبة.
المادة السائلة
تختلف المادة السائلة عن المادة الصلبة في أنّ شكلها يتغير بكل سهولة ويأخذ شكل الوعاء الذي يوضع فيه، لكن دون حدوث تغير في حجمها وكميتها.
تتميز جزيئات المادة السائلة بعدم وجود ترتيب معين، لكنها قريبة جدًا من بعضها البعض.
لذلك، يظل حجم المادة السائلة ثابتًا، ولا يُمكن ضغطها.
تتمتع جزيئات السائل بمساحة كافية للدوران حول بعضها البعض، لذلك ليس لها شكل محدد.
تتوزع القوى بشكل متساوٍ في السائل، فعند وضع جسم فوق السائل، تُزاح جزيئات السائل.
ترتبط جزيئات المادة السائلة عن طريق قوة بين جزيئية ضعيفة، وهذه القوة هي سبب نشأة القطرات والتيارات المائية، كما أنها سبب كون جزيئات المادة السائلة لا تتحرك بنفس حرية جزيئات المادة الغازية.
المادة الغازية
تتميز الغازات بسهولة انتشارها في المحيط المتواجد فيه.
ليس للغازات شكل أو حجم محدد، بل تأخذ شكل الكوب أو الوعاء الذي يتم وضعه فيه، ويمكن لأي شيء أن يمر من خلال الغاز بكل سهولة.
ذلك لأنّ الجزيئات المكوّنة له بعيدة عن بعضها البعض وغير مترابطة، بالإضافة إلى أنّها تمتلك طاقة حركية عالية.
عند تعريض الغاز للضغط عن طريق تصغير حجم الوعاء الحاوي له، فإن المسافة بين جزيئات الغاز سوف تتقارب من بعضها البعض، والضغط الناتج من تصادم هذه الجزيئات سوف يزداد.
سيزداد ضغط الغاز عند زيادة درجة الحرارة عن طريق تسخينه (مع إبقاء حجم الوعاء ثابت).
إن جزيئات المواد الغازية تمتلك طاقة حركية كبيرة كافية لكسر القوة الرابطة بين الجزيئات.
البلازما
لا تعتبر البلازما من حالات المادة للعديد من المواد على سطح الأرض، لكنها قد تكون من أكثر حالات المادة انتشارًا في الكون.
تتكون البلازما من جزيئات مشحونة بشكل كبير، ولها طاقة حركية عالية جدًا.
تُستخدم الغازات النبيلة – كالهيليوم والآرغون – عادةً لصناعة إشارات مُضيئة عن طريق استخدام الكهرباء لتأيينهم ليصبحوا في حالة البلازما.
تُعتبر النجوم كُرات بلازمية شديدة السخونة.
تكاثف بوز-أينشتاين
في عام 1995م، تمكن العلماء من توظيف التكنولوجيا لصناعة حالة جديدة للمادة.
قام العالمان (إريك كورنيل وكارل ويمان) باستخدام الليزر والمغناطيس لتبريد عينة من الروبيديوم لتُصبح درجة حرارته قريبة من الصفر.
أدّى ذلك إلى انخفاض حركة الجزيئات بشكل كبير، فتبدأ الذرات بالتكتل مع بعضها البعض.
ذلك بسبب عدم انتقال الطاقة الحركية من ذرة لأخرى، حيث لم يعد هناك آلاف الذرات المنفصلة، وإنما ذرة واحدة ضخمة.
تُستخدم هذه الحالة للمادة في دراسة ميكانيكا الكَمّ بشكل مجهري، كما أنّ الضوء يبطأ عند مروره فيها، مما يُسهِّل من دراسة الجسيم.
المراجع
1 أبتثAndrew Zimmerman Jones (30-9-2016),”Matter – Definition in Physical Sciences”،About.com, Retrieved 12-2-2017. Edited.
2 أبMary Bagley (30-5-2014),”What Is Chemistry?”،Live Science, Retrieved 12-2-2017. Edited.
3 Andrew Zimmerman Jones (24-9-2016),”Fermion Definition in Physics”،About.com, Retrieved 2-3-2017. Edited.
4 أبتopenstax team (2021),”Physical and Chemical Properties”,openstax, Retrieved 9/10/2021. Edited.
5 أبchemistry libretexts team (20/7/2021),”Differences in Matter- Physical and Chemical Properties”,chemistry libretexts, Retrieved 8/10/2021. Edited.
6 أب”Melting Point, Freezing Point, Boiling Point”,chemed.chem.purdue.edu, Retrieved 8/10/2021. Edited.
7 أبتثجحخدذر”The Properties of Matter”,InfoPlease, Retrieved 12-2-2017. Edited.
8 أبتثجحخدذMary Bagley (11-4-2016),”Matter: Definition & the Five States of Matter”،Live Science, Retrieved 12-2-2017. Edited.
9 أبMary Bagley (22-7-2014),”Properties of Matter: Solids”،Live Science, Retrieved 12-2-2017. Edited.
