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”.

تُعرف العديد من حالات المادة الأخرى مثل حالة “مكثفات بوز-آينشتاين” و”المادة المتحللة للنيوترونات” و”بلازما كوارك-غلوون” على أنها حالة من حالات المادة، لكن هذه الحالات تحدث فقط في المواقف الشديدة مثل البرودة الشديدة أو المادة شديدة الكثافة.

وتتمثل حالات المادة في نصوص الكيمياء الأساسية في ثلاث مواد “صلبة وسائلة وغازية”، لكن الكيمياء الحديثة عالية المستوى أعترفت بمادة البلازما كحالة رابعة لـ

حالات المادة الصلبة والسائلة والغازية

،

وتتمثل حالات المواد الأربعة في التالي:

• 
  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 ذات حجم محدد وثابت إذا كانت درجة الحرارة والضغط ثابتين، وتأخذ شكل الإناء الخاصة به وغير قابل للضغط، وأبرز الأمثلة على السوائل الماء والزيت، وقد تسيل الغازات عندما تبرد كما هو الحال مع بخار الماء، وقد تسيل المواد الصلبة عند تسخينها؛ الحمم المنصهرة هي مثال على الصخور الصلبة التي تم تسييلها نتيجة للحرارة الشديدة، وعندما يتم تسخين مادة صلبة بدرجة أعلى من درجة انصهارها، فإنها تتحول إلى الحالة السائلة، وعادة ما يكون حجم المادة السائلة أكبر من حجم المادة الصلبة المقابلة.

• 
  المادة الغازية
  
  
  (Gase)
  

الغاز ليس له حجم محدد ولا شكل محدد، ويمكن رؤية بعض الغازات والشعور بها، بينما البعض الآخر غير ملموس، ومن أبرز أمثلة الغازات الهواء والأكسجين والهيليوم، ويتكون الغلاف الجوي للأرض من غازات تشمل النيتروجين والأكسجين وثاني أكسيد الكربون.

المسافات بين جزيئات الغاز كبيرة جدًا، وتتكون من روابط ضعيفة جدًا أو لا توجد روابط إطلاقًا، كما أن الغاز هو سائل قابل للانضغاط؛ حيث لن يتطابق الغاز مع شكل الحاوية فقط، بل سيتوسع أيضًا لملء الحاوية، ويمكن تحويل السائل إلى غاز بالتسخين عند ضغط ثابت إلى نقطة الغليان، أو عن طريق تقليل الضغط عند درجة حرارة ثابتة، وعند درجات حرارة أقل من درجة الحرارة الحرجة، يسمى الغاز “بخار”، ويمكن تسييله بالضغط وحده دون تبريد.

• 
  البلازما
  
  
  (Plasma)
  

البلازما ليس لها حجم محدد ولا شكل محدد مثل المواد الغازية، وغالبًا ما يتم رؤية البلازما في الغازات المتأينة، لكنها تختلف عن المواد الغازية لأنها تمتلك خصائص فريدة، والشحنات الكهربائية الحرة (غير المرتبطة بالذرات أو الأيونات) تجعل البلازما جيدة التوصيل للكهرباء.

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. [1] [2]

كيف تتغير حالات المادة

تؤدي إضافة أو إزالة الطاقة من المادة إلى حدوث تغيير فيزيائي حيث تنتقل المادة من حالة إلى أخرى. على سبيل المثال، يؤدي التسخين في الماء السائل إلى تحويله إلى بخار أو مادة غازية، وتؤدي إزالة الطاقة من الماء السائل يجعلها جليدًا (مادة صلبة)، ويمكن أيضًا أن تحدث التغييرات الجسدية بسبب الحركة والضغط، وتختلف

طرق تحويل المادة من حالة لأخرى

حسب الحالة، وهي كالتالي:

• 
  الإنصهار
  

عندما يتم تسخين مادة صلبة، تبدأ جزيئاتها في الاهتزاز بسرعة وتتحرك بعيدًا عن بعضها، وعندما تصل المادة إلى تركيبة معينة من درجة الحرارة والضغط ودرجة انصهارها، تبدأ المادة الصلبة في الذوبان وتتحول إلى سائل.

والجدير بالذكر أنه عندما تكون حالتان من المادة، مثل الحالة الصلبة والسائلة، عند درجة حرارة وضغط التوازن، فإن الحرارة الإضافية المضافة إلى النظام لن تؤدي إلى زيادة درجة الحرارة الكلية للمادة حتى تصل المادة بأكملها إلى نفس الحالة الفيزيائية. على سبيل المثال، عند وضع مكعبات من الثلج في كوب ماء وتركه في درجة حرارة الغرفة، سيصل الثلج والماء إلى نفس درجة الحرارة.

وعند إزالة الحرارة من المادة السائلة، تتباطأ الجزيئات وتبدأ في أن تستقر في مكان واحد داخل المادة، وعندما تصل المادة إلى درجة حرارة مناسبة عند ضغط معين يصبح السائل صلبًا.

• 
  التسامي
  

عندما يتم تحويل مادة صلبة مباشرة إلى غاز دون أن تمر بمرحلة سائلة، تُعرف العملية باسم التسامي، وقد يحدث هذا إما عندما تزداد درجة حرارة المادة بشكل سريع إلى درجة أعلى من درجة الغليان أو عن طريق تبريدها في ظروف معينة بحيث يخضع الماء الموجود في المادة للتبخير، وستخضع بعض المواد المتطايرة للتسامي في درجة حرارة الغرفة وضغطها، مثل ثاني أكسيد الكربون المجمد أو الثلج الجاف أو النيتروجين الجاف.

• 
  التبخير
  

التبخير هو تحويل السائل إلى غاز ويمكن أن يحدث إما من خلال التسخين أو الغليان؛ نظرًا لأن جسيمات السائل في حركة مستمرة، فإنها كثيرًا ما تتصادم مع بعضها البعض، ويتسبب هذا التصادم في نقل الطاقة، وعندما يتم نقل طاقة محددة إلى الجزيئات بالقرب من سطح المادة، يتم إبعادها تمامًا عن المادة في شكل جزيئات غاز حرة، وتبرد السوائل مع تبخيرها لأن الطاقة التي نقلت إلى السطح تنجرف معها، ويغلي السائل عند إضافة حرارة كافية إلى السائل لتكوين فقاعات بخار تحت السطح.

والجدير بالذكر أن نقطة الغليان هذه هي درجة الحرارة والضغط التي يتحول عندها السائل إلى غاز.

• 
  التكثيف
  
  
  والترسيب
  

يحدث التكثيف عندما يفقد الغاز الطاقة وتتحد جزيئات الغاز معًا لتكوين سائل. على سبيل المثال، يتكثف بخار الماء ويتحول إلى ماء سائل، ويحدث التكثيف عندما يتحول الغاز إلى مادة سائلة بسبب البرودة، أما عملية الترسيب فتحدث عند تحول الغاز إلى المادة الصلبة دون المرور بالمرحلة السائلة، مثل تحول بخار الماء إلى جليد أو صقيع عندما يكون ملامس الهواء مادة صلبة. [3]