المادة هي أي شيء له كتلة ومساحة ويتكون من مجموعة من الذرات، وتختلف طبيعته باختلاف مدى قرب تلك الذرات من بعضها البعض ومدى ارتباطها ببعضها البعض. ولكل مادة حالتها الخاصة التي تميزها عن غيرها من المواد.
المحتويات
عناصر البحث
- مقدمة للبحث.
- حالة التجميع السائلة.
- الحالة الصلبة للمادة.
- حالة التجميع الغازية.
- حالة البلازما.
- حالات المادة عند درجات الحرارة المرتفعة.
- حالات المادة عند درجات الحرارة المنخفضة.
- خاتمة البحث عن.
تحميل كتاب أبحاث حالات المادة PDF
مقدمة لدراسة حالات المادة
من المعروف أن حالات المادة تنقسم إلى ثلاث حالات: السائلة والصلبة والغازية، ولكن مع تطور الأبحاث الأكاديمية والنصوص المتقدمة ظهر التصنيف الجديد.
ووفقا له، تنقسم حالات المادة إلى أربع حالات بإضافة حالة البلازما إلى الحالات الثلاث الرئيسية.
1- الحالة السائلة
هي الحالة التي تحافظ فيها المادة على حجمها الأصلي دون أن تحتفظ بشكلها. وتأخذ المادة السائلة شكل الوعاء الذي تصب فيه مع الحفاظ على حجمها ما لم تتبخر. وهذا ما يميزه عن الحالتين الصلبة والغازية، ومن أبرز مميزاته ما يلي:
- يمكن لجزيئات المادة أن تتحرك عبر بعضها البعض، ولكنها تنجذب دائمًا لبعضها البعض.
- في الظروف العادية، تكون درجة غليان السوائل أعلى من درجة حرارة الغرفة.
- يدعم نقل الموجات الصوتية في الوسط بسرعة تصل إلى كيلومتر واحد في الثانية.
- ليس لها شكل محدد، ولكنها تتغير حسب شكل الوعاء الذي توضع فيه.
- -له خاصية التماسك والالتصاق.
- تتدفق من مرحلة إلى أخرى.
- توافر التوتر السطحي.
ومن أشهر الأمثلة على المواد الموجودة في الحالة السائلة ما يلي:
- المشروبات بأنواعها.
- معدن الزئبق في مقياس الحرارة.
- مياه البحر.
2- الحالة الصلبة
عندما تكون المادة في حالتها الصلبة فإنها تقاوم أي ضغط أو قوة تؤثر على سطحها، إذ تعتمد قوتها على القوى التي تربط الذرات ببعضها وترتيبها، وتتميز بعدة خصائص منها.
- لا يوجد مسافة بين ذرات المادة مما يزيد من قوتها وتماسكها.
- القدرة على تحريك الجسيمات الصلبة فقط حول مواقعها المتوسطة.
- المواد الصلبة غير قابلة للضغط بسبب وجود مسافات صغيرة بين الذرات.
- المادة لها حجم وشكل محدد؛ بسبب انتظام الجزيئات المكونة له.
- حتى عندما تتعرض لقوة خارجية، تحافظ المادة الصلبة على شكلها الثابت.
- فإذا تغير شكله بسبب قوة خارجية، فإنه سيعود إلى هذا الشكل عند زوال القوة.
- مطلوب درجة حرارة عالية جدًا للصهر الناجح.
- يدعم خاصية الذوبان، أي تحول المادة من الحالة الصلبة إلى الحالة السائلة بعد تعرضها لدرجة حرارة عالية.
- وله خاصية التسامي، أي أنه يتحول إلى الحالة الغازية دون المرور بالحالة السائلة.
يمكن العثور على المواد الصلبة حولنا في كل مكان، ومن أشهر الأمثلة عليها:
- جليد.
- الماس.
- كوارتز.
- كلوريد الصوديوم (ملح الطعام).
3- الحالة الغازية
ليس للمادة حجم أو شكل ثابت، ولكن ما يميزها هو كثافتها المنخفضة مقارنة بحالات المادة الأخرى. وبما أن جزيئات الغاز لديها طاقة حركية عالية، فإن السبب هو وجود مسافة كبيرة بين جزيئاتها.
ولذلك فإن الجزيئات تتصادم مع بعضها البعض، والنتيجة هي أنها تنتشر بسرعة وبشكل متساو في جميع أنحاء الحاوية، مع العلم أن سرعة انتشار الجزيئات تتناسب عكسيا مع درجة الحرارة، بالإضافة إلى المزيد من الخصائص المميزة للجزيئات.
- وله خاصية الترسيب، حيث يحول الحالة الغازية إلى الحالة الصلبة دون المرور بالحالة السائلة.
- التجاذب بين الجزيئات صغير ومن شبه المؤكد أنه معدوم، لذا فهي تتحرك بشكل عشوائي.
- لا يلزم وجود وسط ميكانيكي لخلط الغازات بجميع النسب.
- يأخذ شكل الوعاء الذي يوضع فيه حيث أنه ليس له شكل ثابت.
- تمارس الغازات ضغطًا متساويًا في اتجاهات مختلفة.
تتواجد المواد ذات الحالة الغازية في جميع الغازات التي تحيط بنا، ومن أشهرها:
- غاز النيتروجين.
- غاز الأكسجين.
- غاز الهيدروجين.
- غاز الهيليوم.
- الهواء المحيط.
4- حالة البلازما
تصنف حالة البلازما على أنها حالة فرعية للمادة الغازية، ولكن هناك بعض الاختلافات التي تميزها عن الحالة الغازية البحتة، وعلى الرغم من أن المادة في هذه الحالة ليست شائعة على الأرض، إلا أنها يمكن أن تكون شائعة جدًا في الكون بشكل عام.
- تتكون البلازما من جزيئات مشحونة للغاية ذات طاقة حركية عالية.
- تمت إزالة بعض أو كل الإلكترونات من ذرات البلازما، وتتحرك داخلها نوى موجبة الشحنة تسمى الأيونات.
- مع نفس العدد من الإلكترونات والبروتونات في الداخل؛ هذا يجعلها محايدة كهربائيا.
- وله القدرة على قتل المواد البكتيرية ولذلك يستخدم في تعقيم الأطعمة الطازجة.
- لديها القدرة على تغيير شكلها وحجمها حسب العوامل البيئية الخارجية.
- انخفاض كثافة البلازما مقارنة بالمواد في حالتها الصلبة والسائلة.
- القدرة على تثبيت البلازما في مكان محدد باستخدام المجالات المغناطيسية.
ومن المهم معرفة أن الغازات النبيلة هي العامل الرئيسي في تكوين حالات البلازما؛ لتوليد الإشارات المشعة باستخدام الكهرباء، مثل الغازات (الأرجون، الكريبتون، الزينون، الرادون، النيون)، والمواد الرئيسية في حالة البلازما هي:
- كبريتيد الهيدروجين.
- نتروجين.
- موجات ألففين.
- مصباح الفلورسنت أو علامة النيون.
- كرات البلازما التي تنتج البرق الملون بداخلها.
- الأضواء الشمالية حول القطبين.
حالات المادة عند درجات الحرارة المرتفعة
1- مادة الكوارك
وهو المكون الأساسي في بنية النيوترونات والبروتونات في النواة الذرية. عندما تتم إزالة القوة التي تجمعها معًا عند درجة حرارة وكثافة عالية من الكواركات، فإنها تمر بمراحل مختلفة من المادة.
2- المادة المتحللة
وبما أنها مادة تتواجد تحت ضغط كبير وتتميز بكثافة عالية، فهي تتواجد غالباً في النجوم والأجسام.
حالات المادة عند درجات الحرارة المنخفضة
1- مكثفة بوز-آينشتاين
تنبأ كل من ألبرت أينشتاين وناث بوز بوجود هذه الحالة من المادة، حيث يتم دمج الذرات الفردية في كيان ميكانيكي كمي واحد من خلال مزيج من المغناطيس والليزر. وقد تم عرض هذه العملية لأول مرة في عام 1995م.
تم تبريد عينة من الروبيديوم إلى درجة حرارة قريبة من الصفر المطلق، وهي -273.15 درجة مئوية، وبالتالي فإن موجات ذرات الروبيديوم تتوسع عند درجة الحرارة المنخفضة وتبدأ في الالتصاق ببعضها البعض.
حتى يقتربوا ويصلوا إلى الصمت التام؛ وبما أنه لا توجد طاقة حركية بين الذرات، فإنها تبدأ في الاتحاد لتصبح متساوية مع بعضها البعض وتتكون ذرة كبيرة بدلاً من الذرات الفردية.
وفي عام 2011م، بدأ العلماء بدراسة الخصائص غير المعروفة حتى الآن لمكثفات بوز-آينشتاين، وبدأوا في استكشاف العديد من المجالات التي يمكن تطويرها واستغلالها بشكل أكبر من خلال دراسة هذه الحالة بشكل متعمق.
2- التكثيف الفرموني
وهو مشابه جدًا لمكثف بوز-آينشتاين، لكنه يحتوي على فرميونات فقط.
3- المواد البصرية
وفي هذه الحالة تتشكل المواد من تفاعل فوتونات الضوء مع غازات ذات كتل كبيرة، وتتكون إما مواد فوتونية أو فوتونية.
4- جسيمات ريدبيرج
إنها حالة من البلازما المستقرة التي تنشأ عن تكثيف الذرات المثارة عند درجة حرارة معينة.
5- السيولة الزائدة
هي الحالة التي تكون عليها المادة السائلة عندما تفقد لزوجتها والعوامل التي تسهل سريانها، وذلك عندما تقترب من الصفر المطلق.
وتتميز المواد في هذه الحالة بقدرتها على توصيل الحرارة إلى ما لا نهاية ودون أدنى مقاومة تذكر. تم اكتشافها لأول مرة عام 1937م في الحالة السائلة لغاز الهيليوم.
خاتمة البحث في حالات المادة
المادة جزء من الكون لأن كل شيء في الكون يتكون من أجسام وأشياء مادية ودرجة الحرارة هي المتحكم الأساسي في تغير شكل المادة من حالة إلى أخرى.
تتكون كل المادة من وحدات صغيرة جدًا تسمى الذرات، وعلى أساس الحركة بين الذرات يتم تحديد حالة المادة.
الأسئلة المتداولة
-
ما الفرق بين حالات المادة الثلاث؟
ترتيب الذرات أو الجزيئات أو الأيونات التي تشكل المادة.
-
ما هي أنواع المادة الموجودة؟
الصلبة، السائلة، الغازية، البلازما.
-
هل العطر سائل أم غاز؟