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 .

فالمادة هي أحد مكونات الكون ، فجل ما في الكون يتألف من مادة ما ، وتوضح القياسات الكونية في سنة 2013 كون المادة تمثل 27% من إجمالي كتلة الكون ، و4% منها فحسب هي المادة الطبيعية ، والتي تتجزأ إلى نوعين أساسيين ، مادة مضيئة ، ومادة غير مضيئة .

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 .

والجزء المتبقي لا نتمكن من رؤيته ، إلا أنه موجود وهناك أدلة كونية على وجوده ، وفي الوقت الحالي يسعى العلماء إلى اكتشاف وسائل لقياس المادة المظلمة ، والطاقة المظلمة نفسها .

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 .[1]

حالات المادة

هناك أربعة حالات أساسية شهيرة للمادة ، من ضمنها ثلاثة متوفرة في الطبيعة ، ألا وهي الصلبة ، والسائلة ، والغازية ، كما توجد حالة أخرى وهي “البلازما” التي تتواجد في ظروف محددة ، وتكون على هيئة أيونات ، حيث نشاهدها في البرق ، ويظهر العديد منها في الفضاء الخارجي .

وتوجد عدد من الحالات الإضافية التي لا تتوفر في الطبيعة، وتُنتج مخبريًا فحسب، ومن ضمنها السائل فائق الميوعة، ويُطلق على عملية تحول المادة من الحالة الصلبة إلى الحالة السائلة اسم “الانصهار”.

كما أنه من الممكن لها أن تتحول إلى غاز بصورة مباشرة بلا تحول إلى الحالة السائلة ، ويُطلق على ذلك اسم “التسامي” ، في حين أن تحول المادة السائلة إلى الغازية يُطلق عليه اسم “التبخر” .

الحالة الصلبة للمادة

تتسم الذرات في الحالة الصلبة للمادة بكونها مترابطة ومتقاربة للغاية ، إذ أنه من الصعب تحريكها ، وهو ما يجعلها تتصف بالصلابة ، إلا أنه على الرغم من ذلك ، فإن الذرات في حالة المادة الصلبة تكون في حالة حركة متواصلة حتى ، وإن لم يكن هذا مرئيًا .

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

تتسم الذرات في الحالة السائلة للمادة بكونها متقاربة ومتراصة ، إلا أنها تتدفق بشكل حر حول نفسها ، ووجه الاختلاف بينها وبين حالة المادة الصلبة ، هو استطاعة الذرات التدفق ، والتحرك بشكل حر .

ومن الجدير بالذكر أن للمادة السائلة حجمًا ثابتًا يصعب تغييره ، على الرغم من كون شكلها لا يتسم بالثبات على الإطلاق ، حيث يعتمد على الحاوية التي يكون بداخلها، وعلى النقيض من الغازات ، فإن للسوائل 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 .[2]

ما هي وحدات بناء المادة

تتألف جميع المواد في الكون من أجسام صغيرة للغاية اسمها “الذرات” ، حيث تتكون كل ذرة من نواة ، وتتكون النواة بدورها من بروتونات ونيوترونات ، وتدور فيما حولها أجسام اسمها الإلكترونات ، ويحدد نوع الذرة كم البروتونات المتوافر فيها .

في حين أن الإلكترونات ليس لها أي تأثير على مدى استقرار الذرة ، وعدد من الأمور الأخرى التي لا تحدد نوعها ، وبالنسبة للنيوترونات فلا يمكنها أيضًا أن تغير نوعية العنصر الذي تنتمي الذرة إليه ، حتى ولو تغير عددها ، إلا أنها تؤثر بعض الشيء .

وفي حالة إذا ما كانت هناك ذرتان للعنصر ذاته تحملات عدد نيوترونات متباين، يُطلق عليهما اسم ” النظيرين” ، ومن الجدير بالإشارة أن أي عنصر لديه الكثير من النظائر ، التي يُطلق عليها اسم الأرقام .[1]

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 .

كما أنه في أغلب الذرات يتساوى عدد البروتونات مع عدد الإلكترونات ، والسبب في ذلك أن شحنة الإلكترون هي – 1 ، في حين أن شحنة البروتون هي +1 ، ولأن النيوترونات تعتبر متعادلة الشحنة ، فحينما يكون عدد البروتونات ، والإلكترونات متساويًا في الذرة تصير متعادلة الشحنة .

وتترابط الذرات معًا لتكون ما يُسمى بالجزيئات ، ولكل مادة جزيء يختلف عن غيرها من المواد ، وتحدد خصائص المادة بناءً على تشكيلة الذرات في الجزيء .

وفي بعض الأحيان يشتمل الجزيء على ذرات لعناصر متنوعة ، ويسمى حينئذ بالمركب ، وتوجد جزيئات بسيطة تتألف من بعض الذرات فحسب ، وهناك أيضًا جزيئات معقدة جدًا ، ويعتبر جزيء البروتين هو أكثر الجزيئات الشهيرة تعقيدًا .[2]