ما هي وحدات بناء المادة

ما هي المادة

في الفيزياء، المادة هي كل ما له حجم وكتلة ، وتمتلك المادة خصائص متنوعة تتضمن الكثافة ، والحجم ، والكتلة ، مكونةً ما يُطلق عليه اسم الكون الملموس ، إلا أنه في وقتنا الراهن من العسير أن يتم تعريف المادة على تلك الصورة نظرًا لسقوط الفاصل بين الطاقة ، والمادة وفقًا لمعادلة آينشتاين المعروفة .

تمثل المادة واحدة من مكونات الكون، حيث يتألف جل ما فيه من تلك المادة، وأظهرت القياسات الكونية لعام ٢٠١٣ أن المادة تشكل ٢٧٪ من إجمالي كتلة الكون، وأن المادة الطبيعية تمثل فقط ٤٪ من تلك الكتلة، وتنقسم إلى نوعين رئيسيين: المادة المضيئة والمادة غير المضيئة .

 وتمثل المادة المضيئة 0.4% من إجمالي كتلة الكون ، بينما يمثل النوع الثاني 3.6% من إجمالي الكتلة ، وبالنسبة إلى 23% المتبقية فهي تمثل المادة المظلمة ، و73% الأخرى هي الطاقة المظلمة ، بمعنى أن كافة ما نشاهده من كواكب ، ونجوم ومجرات لا تزداد نسبتها عن 4% من إجمالي كتلة الكون .

 الجزء المتبقي لا يمكن رؤيته، ولكنه موجود، وهناك أدلة كونية على وجوده. وفي الوقت الحالي، يعمل العلماء على اكتشاف وسائل لقياس المادة المظلمة والطاقة المظلمة ذاتها .

من الممكن للمادة أن تكون في حالات متباينة ، ويُذكر أن الحالات الطبيعية للمادة ، هي بصفة أساسية 4 حالات ، صلبة ، وسائلة ، وغازية ، وبلازما ، ويسري هذا على مواد كالماء ، والزئبق ، والحديد ، وثاني أكسيد الكربون ، والرصاص ، والأمونيا ، وما إلى ذلك ، بينما هناك عدد من الحالات التي قد تم إنتاجها مخبريًا ، وهي غير موجودة في الطبيعة ، كالمواد المركبة والأمصال .

حالات المادة

تحتوي المادة على أربع حالات أساسية شهيرة، وهي الصلبة والسائلة والغازية، وتوجد حالة أخرى وهي “البلازما” التي تظهر في ظروف محددة وتتكون من أيونات، ويمكن رؤيتها في البرق ويظهر العديد منها في الفضاء الخارجي .

توجد بعض الحالات الإضافية التي لا توجد في الطبيعة ويتم إنتاجها في المختبرات فقط، ومن بين هذه الحالات السائل الفائق اللزوجة، ويطلق على عملية تحويل المادة من الحالة الصلبة إلى الحالة السائلة اسم “الانصهار.

 يمكن للمادة أن تتحول مباشرة إلى الحالة الغازية دون الانتقال إلى الحالة السائلة، ويُسمى ذلك “التسامي”، بينما يُسمى تحول المادة السائلة إلى الحالة الغازية “التبخر .

 الحالة الصلبة للمادة

تتسم الذرات في الحالة الصلبة للمادة بكونها مترابطة ومتقاربة للغاية، حيث من الصعب تحريكها، وهذا ما يجعلها تتصف بالصلابة، إلا أنّ الذرات في حالة المادة الصلبة تتحرك باستمرار، ولو كان ذلك غير مرئيٍّا .

إذ أنها تتحرك بصفة متواصلة ، ويمكن التعرف على ما إذا كانت المادة صلبة من خلال فحص ما إن كان لها شكل معين ، فلو كان لها شكل معين من الصعب تغييره فهي صلبة ، كما أنه من الممكن تحطيم المادة الصلبة كي لا ترجع إلى حالتها الأساسية ، في حين أنه من الممكن للغازات والسوائل الرجوع إلى حالتهم الأساسية .

الحالة السائلة للمادة

تتميز الذرات في الحالة السائلة للمادة بكونها متقاربة ومتراصة، ولكنها تتدفق بشكل حر حول نفسها، والفروق الرئيسية بينها وبين الحالة الصلبة هي قدرة الذرات على التدفق والحركة بشكل حر .

 يتميز السائل بحجم ثابت يصعب تغييره، على الرغم من عدم ثبات شكله بشكل مطلق، حيث يتوقف على الحاوية التي يتم وضعها فيها، وبالمقارنة مع الغازات، فإن السوائل لها لزوجة .

الحالة الغازية للمادة

تعتبر الحالة الغازية للمادة هي الدنى من حيث الترابط ، فمن الممكن للذرات التحرك فيها بشكل حر تمامًا وفي أي جهة ، وعلى النقيض من الحالة الصلبة ، فإن الغازات ليس لديها شكل أو حجم معين ، على الرغم من كون السوائل لديها حجم معين ، وبذلك من الممكن بشكل يسير أن يتم ضغط الغازات داخل إناء صغير الحجم .

ما هي وحدات بناء المادة

تتكون جميع المواد في الكون من جسيمات صغيرة جدًا تسمى `الذرات`، وتتألف كل ذرة من نواة مركزية تتكون بدورها من بروتونات ونيوترونات، وتدور حولها جسيمات صغيرة تسمى الإلكترونات، ويحدد نوع الذرة عدد البروتونات الموجودة في النواة .

على الرغم من عدم تأثير الإلكترونات على استقرار الذرة وعدد من الأمور الأخرى التي لا تحدد نوعها، فإن النيوترونات لا يمكنها أيضًا تغيير نوع العنصر الذي تنتمي إليه الذرة، حتى ولو تغير عددها، ومع ذلك، فإنها تؤثر بشكل محدود .

 في حال وجود ذرتين لنفس العنصر بعدد مختلف من النيوترونات، يتم تسميتهما بـ “النظائر”، ويجدر الإشارة إلى أن أي عنصر لديه العديد من النظائر التي تسمى بالأرقام .

ومن غير الممكن أن تستقر الذرات بأي عدد للثلاث جسيمات التي تدخل في تكوينها ، وإلا لوُجدت ملايين من العناصر في العالم ، إلا أنه في الحقيقة ، يبلغ عدد العناصر الطبيعية بالكون 92 فحسب ، ويرجع سبب ذلك إلى أنه لا تستقر الذرة بعدد من البروتونات يزيد عن 92 ، إذ أنها تنحل إلى عناصر خفيفة .

في معظم الذرات، يكون عدد البروتونات متساويًا لعدد الإلكترونات، وذلك لأن شحنة الإلكترون تكون سالبة بمقدار واحد، بينما تكون شحنة البروتون موجبة بمقدار واحد، ويعتبر النيوترون ذو شحنة محايدة. وتصبح المجموعة الشحنية للذرة في المساواة عندما تكون عدد البروتونات والإلكترونات متساويًا .

تترابط الذرات معًا لتشكّل ما يُسمى بالجزيئات، وتختلف تشكيلة الذرات في الجزيء عن تشكيلة الذرات في جزيء مادة أخرى، وتحدد هذه التشكيلة خصائص المادة .

 في بعض الأحيان يحتوي الجزيء على ذرات لعناصر متنوعة، ويسمى في هذه الحالة بالمركب، وتوجد جزيئات بسيطة مكونة من بعض الذرات فقط، وهناك أيضًا جزيئات معقدة جدًا، ويعتبر جزيء البروتين هو الجزيء الأكثر تعقيدًا وشهرًا .