ما حالات المادة مع تعريف كل مادة

حالات المادة هي

تشير كلمة “مادة” إلى كل شيء في الكون له كتلة ويحتل مساحة، وكل المادة تتكون من ذرات من العناصر، وتترابط الذرات معًا بشكل وثيق لتتكون المادة، وقد تكون الذرات في صورة مبعثرة حسب حالة المادة، ويمكن أن يتصرف العنصر أو المركب أو المحلول بشكل مختلف تمامًا اعتمادًا على حالة المادة التي يتكون منها. على سبيل المثال، الماء الصلب (الجليد) يكون قاسيًا وباردًا بينما الماء السائل رطب ومتحرك.

يتم وصف حالات المادة عمومًا على أساس الصفات التي يمكن رؤيتها أو الشعور بها؛ فالمادة التي تبدو صلبة وتحافظ على شكل ثابت تسمى بـ”مادة صلبة”، والمادة التي تبدو في صورة رطبة وتحافظ على حجمها ولكن لا تحافظ على شكلها بـ”مادة سائلة”، وتسمى المادة التي يمكن أن تغير الشكل والحجم بـ”مادة غازية”.

تشمل الحالات المختلفة للمادة، مثل “حالة مكثفات بوز-آينشتاين” و “المادة المتحللة للنيوترونات” و “بلازما كوارك-غلوون” على أنها حالات للمادة، ولكن تحدث هذه الحالات فقط في الظروف المتطرفة، مثل البرودة الشديدة أو كثافة المادة الشديدة.

تتمثل حالات المادة في مجال الكيمياء الأساسية في ثلاثة أشكال، وهي “صلبة وسائلة وغازية”. ومع ذلك، اعترفت الكيمياء الحديثة المتقدمة بالبلازما كحالة رابعة لحالات المادة، إلى جانب الحالات الثلاثة الأخرى

• المادة الصلبة (Solid)

المادة الصلبة لها شكل وحجم محددان لأن الجزيئات التي تتكون منها المادة الصلبة تترابط بشكل وثيق مع بعضها وتتحرك ببطء. وغالبًا ما تكون المواد الصلبة متبلورة؛ تشمل أمثلة المواد الصلبة البلورية ملح الطعام والسكر والماس والعديد من المعادن الأخرى، ولا يمكن للمواد الصلبة تغيير شكلها إلا بالقوة، كما هو الحال عند كسرها أو قطعها، وتتشكل المواد الصلبة أحيانًا عند تبريد السوائل أو الغازات -الجليد هو مثال على سائل مبرد أصبح صلبًا-، تشمل الأمثلة الأخرى للمواد الصلبة الخشب والمعدن والصخور في درجة حرارة الغرفة.

• المادة السائلة (Liquid)

المواد السائلة هي مواد تملك حجما محددا وثابتا عندما يكون الضغط ودرجة الحرارة ثابتين، وتأخذ شكل الحاوية المخصصة لها ولا يمكن ضغطها، وأمثلة بارزة على السوائل هي الماء والزيت، وقد تتحول الغازات إلى سوائل عندما تبرد كما هو الحال مع بخار الماء، وقد تتحول المواد الصلبة إلى سوائل عندما تسخن؛ الحمم المنصهرة هي مثال على الصخور الصلبة التي تم تصهيلها بسبب الحرارة العالية، وعندما يتم تسخين المادة الصلبة إلى درجة حرارة تفوق درجة انصهارها، فإنها تتحول إلى الحالة السائلة، وعادة ما يكون حجم المادة السائلة أكبر من حجم المادة الصلبة المقابل.

• المادة الغازية (Gase)

الغاز لا يمتلك حجمًا محددًا أو شكلًا محددًا، ويمكن رؤية بعض الغازات والشعور بها، في حين أن البعض الآخر غير ملموس، ويشمل الغازات الهواء والأكسجين والهيليوم، ويتألف الغلاف الجوي للأرض من غازات مثل النيتروجين والأكسجين وثاني أكسيد الكربون.

المسافات بين جزيئات الغاز ذات حجم كبير جدا، وتشتمل على روابط ضعيفة جدا أو لا تحتوي على روابط على الإطلاق. الغاز يمتلك قابلية للانضغاط؛ حيث لا يتماشى الغاز مع شكل الحاوية فقط، بل يتسع أيضا لملء الحاوية. ويمكن تحويل السائل إلى غاز عند تسخينه بضغط ثابت حتى نقطة الغليان، أو عن طريق تخفيض الضغط عند درجة حرارة ثابتة. عند درجات حرارة أقل من درجة الحرارة الحرجة، يشار إلى الغاز باسم “بخار”، ويمكن تجعيده عن طريق الضغط وحده دون تبريده.

• البلازما (Plasma)

البلازما ليس له حجم محدد أو شكل محدد مثل المواد الغازية، وعادة ما يتم رؤيته في الغازات المتأينة، ومع ذلك، تختلف البلازما عن المواد الغازية بأنها لديها خصائص فريدة، وتتميز بأنها جيدة التوصيل للكهرباء بسبب وجود الشحنات الكهربائيةالحرة (غير المرتبطة بالذرات أو الأيونات).

ويمكن تشكيل البلازما عن طريق تسخين الغاز وتأينه؛ تشمل أمثلة المادة المضيئة في حالة البلازما النجوم والبرق ومصابيح الفلورسنت وأضواء النيون وتلفزيونات البلازما وبعض أنواع اللهب، يؤدي تسخين المادة إلى درجات حرارة عالية إلى إنتقال الإلكترونات للذرات، مما يؤدي إلى وجود إلكترونات حرة.

كيف تتغير حالات المادة

تتسبب إضافة أو إزالة الطاقة من المادة في حدوث تغيير فيزيائي حيث تنتقل المادة من حالة إلى أخرى. على سبيل المثال، يؤدي تسخين الماء السائل إلى تحويله إلى بخار أو غاز، ويؤدي إزالة الطاقة من الماء السائل إلى تحوله إلى جليد (مادة صلبة)، ويمكن أيضا حدوث تغييرات في الخصائص الفيزيائية بسبب الحركة والضغط، وتختلف طرق تحويل المادة من حالة إلى أخرى حسب الحالة، وتكون على النحو التالي:

• الإنصهار

عندما يتم تسخين مادةصلبة، تبدأ جزيئاتها في الاهتزاز بسرعة وتبتعد عن بعضها، وعندما تصل المادة إلى درجة حرارة وضغط ودرجة انصهار معينة، فإن المادة الصلبة تذوب وتتحول إلى سائل.

يجدر بالذكر أنه عندما يكون لدينا نوعان من المادة، مثل الصلب والسائل، وعندما يكون النظام في حالة توازن درجة الحرارة والضغط، فإن الحرارة الإضافية التي يتم إضافتها للنظام لا تؤدي إلى زيادة درجة حرارة المادة بشكل عام حتى تصل المادة بأكملها إلى نفس الحالة الفيزيائية. على سبيل المثال، عندما نضع مكعبات الثلج في كوب ماء ونتركها في درجة حرارة الغرفة، ستتساوى درجة حرارة الثلج والماء.

عند إزالة الحرارة من المادة السائلة، تتباطأ حركة الجزيئات وتبدأ في الاستقرار في موقع واحد داخل المادة، وعندما تصل المادة إلى درجة حرارة مناسبة عند ضغط معين، يتحول السائل إلى صلب.

• التسامي

عندما يتم تحويل مادة صلبة مباشرة إلى غاز بدون أن تتجاوز مرحلة سائلة، تسمى هذه العملية بالتسامي. يحدث ذلك عندما يزيد سريعا درجة حرارة المادة لتصل إلى درجة أعلى من درجة الغليان، أو عند تبريدها في ظروف محددة حيث يتبخر الماء الموجود في المادة. بعض المواد القابلة للتطاير تتسامى عند درجة حرارة الغرفة وضغطها، مثل ثاني أكسيد الكربون المجمد والثلج الجاف والنيتروجين السائل.

• التبخير

التبخير هو تحويل السائل إلى غاز ويمكن أن يحدث ذلك عن طريق التسخين أو الغليان. نظرا لحركة جزيئات السائل المستمرة، فإنها غالبا ما تتصادم مع بعضها البعض، ويؤدي هذا التصادم إلى نقل الطاقة. عندما يتم نقل كمية معينة من الطاقة إلى الجزيئات بالقرب من سطح المادة، يتم تحويلها تماما إلى جزيئات غازية حرة. تبرد السوائل أثناء تبخيرها لأن الطاقة التي تم نقلها إلى السطح تنتقل معها. يغلي السائل عند إضافة كمية كافية من الحرارة ليشكل فقاعات بخار تحت السطح.

يتحوَّل السائل إلى غاز عند درجة الحرارة والضغط التي يتم فيها الغليان، وهذا يعد نقطة الغليان.

• التكثيف والترسيب

يحدث التكثيف عندما يفقد الغاز طاقته وتتجمع جزيئات الغاز معا لتشكيل سائل. على سبيل المثال، يتكثف بخار الماء ويتحول إلى سائل ويحدث التكثيف عندما يتحول الغاز إلى مادة سائلة بسبب البرودة. أما عملية الترسيب، فتحدث عندما يتحول الغاز إلى مادة صلبة مباشرة دون أن يمر بمرحلة سائلة، مثل تحول بخار الماء إلى جليد أو صقيع عندما تلامس الهواء المواد الصلبة.