مقدمة حول حالات المادة
تعرف المادة بأنها كل ما يشغل حيزاً ولها كتلة، وتعتبر أساس الكون. تتكون من ذرات تحتوي على ثلاثة أنواع من الجسيمات، وهي البروتونات، والنيوترونات، والإلكترونات. تجمع هذه الذرات لتشكل جزيئات تُعتبر الوحدة الأساسية لكل المواد، وتحتوي الذرات والجزيئات على شكل من أشكال الطاقة الكامنة، المعروفة بالطاقة الكيميائية.
توجد المادة بصفة أساسية على سطح الأرض في ثلاث حالات رئيسية حددها الفلاسفة الإغريق القدماء بناءً على ملاحظاتهم للماء، الذي يمكن أن يتواجد في أي من هذه الحالات الثلاث في الظروف الطبيعية. والحالات هي: الحالة الصلبة، والسائلة، والغازية. وقد أثبت العلماء لاحقاً وجود حالة رابعة تعرف بالحالة البلازمية، التي تتألف من جسيمات مشحونة ذات طاقة حركية عالية جداً. ورغم أن الحالة البلازمية ليست شائعة على سطح الأرض، إلا أنها تعتبر الأكثر شيوعاً في الكون، حيث تتكون النجوم بشكل أساسي من كرات بلازمية ذات درجات حرارة مرتفعة للغاية.
الحالة الصلبة
تُعرف الحالة الصلبة بأنها إحدى حالات المادة الثلاث، وتحدث عندما تفوق قوى الجذب بين جزيئات المادة قوى التنافر، مما يحفظ الجزيئات في أماكنها بالقرب من بعضها. ولكن هذا لا يعني أن الذرات والجزيئات لا تتحرك، بل تستمر في الحركة بفعل الطاقة الاهتزازية التي تمتلكها، مما يؤدي إلى اهتزاز الجزيئات ولكن في أماكنها. من المهم أن نلاحظ أنه كلما زادت درجة حرارة المادة الصلبة، زادت كمية الاهتزاز.
تتميز المادة الصلبة بخصائص فريدة، منها أنها تحتفظ بشكل ثابت ومحدد، حيث لا يتغير شكل المواد الصلبة بتغير شكل الإناء الذي توضع فيه، إلا في حالة تعرضها لقوة تؤدي إلى كسرها. كما تحتوي المواد الصلبة على كتلة وحجم ثابتين، بالإضافة إلى كثافتها العالية، نتيجة قرب جزيئاتها من بعضها البعض. وغالباً ما تنتظم الجزيئات والذرات والأيونات في المواد الصلبة ضمن بنية منظمة ومتكررة تُعرف بالشبكة البلورية. من أبرز الأمثلة على المواد الصلبة البلورية: ملح الطعام، والسكر، والألماس، وقد تحتوي بعض المواد على اكثر من هيكل بلوري واحد.
الحالة السائلة
تنتقل المادة من الحالة الصلبة إلى الحالة السائلة عندما تزداد طاقتها، عادةً من خلال زيادة درجة الحرارة، مما يؤدي إلى تفكيك الروابط بين جزيئات المادة الصلبة. ورغم أن الجزيئات تظل قريبة من بعضها البعض في السائل، إلا أنها تمتلك طاقة حركية تسمح لها بالتحرك بعيداً عن بعضها البعض، مما يزيد من احتمالات الاصطدام فيما بينها. وتزداد حركة الجزيئات بزيادة حرارة السائل، ورغم ذلك فإن الجزيئات تظل مرتبطة بواسطة قوى جزيئية مثل الروابط الهيدروجينية، التي تحافظ على قرب الجزيئات لكنها روابط ضعيفة عادةً ما تتفكك بسرعة. تتسم المادة في الحالة السائلة بقدرتها على تغيير شكلها وفقًا لشكل الإناء الذي توضع فيه، مما يعني أن لديها شكل غير ثابت، لكنها تتمتع بحجم ثابت وغير قابلة للانضغاط بسهولة بسبب قرب الجزيئات.
الحالة الغازية
تتحول المادة إلى الحالة الغازية عندما تزيد الطاقة بشكل يفوق قوى الجذب بين الجزيئات، مما يجعل تفاعل الجزيئات في أدنى مستوياته. بذلك، تمتلك الجزيئات حرية الحركة بسرعة كبيرة جداً وفي جميع الاتجاهات وعلى مسافات طويلة. كلما زادت درجة الحرارة، زادت الطاقة الحركية للجزيئات.
تتسم الغازات بعدة خصائص، منها عدم وجود شكل أو حجم محدد، فإذا وضعت في إناء فإنها تأخذ شكل الإناء وتتمدد حسب سعته. وعندما لا تكون محصورة في إناء، تنتشر الجزيئات الغازية بشكل واسع. كما أن الغازات لها كثافة منخفضة بسبب تباعد جزيئاتها، بالإضافة إلى سهولة انضغاطها بسبب ضعف قوى الترابط بين الجزيئات. يمكن زيادة الضغط على المادة الغازية بتقليل حجم الإناء المحصور فيه، مما يؤدي إلى تقليل المسافة بين الجزيئات. كما أن هناك تشابه بين حالات المادة الغازية والسائلة، حيث تعتبر كلاهما موائع (بالإنجليزية: fluids)، مما يعني أنها قابلة للجريان والسيلان على سطح معين، حيث تتحرك الجزيئات في المائع بشكل عشوائي مستمر وتتصادم مع بعضها البعض ومع جدران الوعاء.
مقارنة بين الحالات الثلاث وأمثلة عليها
يوضح الجدول أدناه أهم الفروقات الرئيسية بين حالات المادة الثلاث:
| الخاصية | الحالة الصلبة | الحالة السائلة | الحالة الغازية |
| الشكل | ثابت | متغير | متغير |
| الحجم | ثابت | ثابت | متغير |
| القابلية للانضغاط | لا يمكن ضغطهاRelated Posts |
