يقدم لكم موقع اقرأ في هذا المقال مقدمة عن الأبحاث الكيميائية عن حالات المادة، أبحاث عن حالات المادة الصلبة والسائلة والغازية، تحولات المادة، مكونات المادة وخواص المادة، وذلك بناءً على حدة الموقع لتقديم كافة نتائج الأبحاث العلمية المفيدة في مختلف المجالات، تابعونا.
مقدمة في الدراسة الكيميائية لحالات المادة
مقدمة في الدراسة الكيميائية لحالات المادة
تشير كلمة مادة إلى كل الأشياء الموجودة في الكون والتي لها كتلة وتشغل مساحة. تتكون المادة كلها من مجموعة من الذرات، التي تتميز بقربها من بعضها البعض وترابطها، والحفاظ على شكلها وحجمها، وكذلك الحفاظ على المادة السائلة، وقد تم تصنيفها في النصوص التمهيدية في الكيمياء إلى ثلاث حالات: الصلبة والسائلة والغازية، بينما في النصوص المتقدمة تقسمها إلى أربع حالات مضيفة حالة البلازما إلى الحالات السابقة. تشبه خصائص البلازما خصائص الغاز من حيث أن شكلها وحجمها يتغيران، ولكن بالإضافة إلى ذلك تتغير شحنتها الكهربائية أيضًا.
بحث في حالات التجميع: الصلبة والسائلة والغازية
حالة صلبة
تحتفظ المادة الصلبة بحجم وشكل ثابتين لأنها مكونة من جسيمات مترابطة بإحكام، مما يسمح لها بالتحرك قليلا فقط حيث تقتصر حركتها على اهتزاز طفيف للذرات الموجودة في مكانها بسبب حركة الإلكترونات. عند وضع المادة الصلبة في حاوية، فإنها لا تأخذ شكل أو حجم الحاوية حتى لو كانت المادة الصلبة مضغوطة بإحكام في الحاوية. ولن يتغير حجمه تحت أي ظرف من الظروف.
الحالة السائلة
تُعرف المادة السائلة بأنها المادة التي تحافظ على حجمها دون أن تحتفظ بشكلها. لذلك عندما يتم سكب مادة سائلة في وعاء؛ يأخذ شكله ويحافظ على حجمه ما لم تتم عملية التبخر. وتعتبر هذه الخصائص بمثابة معايير تختلف بها المادة السائلة عن غيرها من المواد مثل المواد الصلبة والغازات. تحتفظ المادة الصلبة بحجم وشكل ثابت أما المادة الغازية فلا تحتفظ بشكل أو حجم ثابت.
الحالة الغازية
تتميز المادة الغازية بوجود مسافات كبيرة بين جزيئاتها، كما أنها تحتوي على طاقة حركية كبيرة. فإذا لم يتم حفظه في حاوية فإنه سينتشر إلى أجل غير مسمى، بينما الغاز الموجود في الحاوية سوف ينتشر في كل مكان ويمكن ضغط جميع أجزاء الحاوية عن طريق تقليل حجم الحاوية، حيث يؤدي ذلك إلى زيادة المسافات بين أجزاء الحاوية فيقل الغاز، مما يزيد من الاصطدامات التي تحدث بينهما. ويمكن أيضًا زيادة الضغط عن طريق زيادة درجة الحرارة. تحتوي جزيئات الغاز على طاقة حركية كبيرة، مما يسمح لها بالتغلب على قوة الربط للجزيئات. ولذلك فإن المادة الغازية ليس لها شكل ثابت ولا حجم ثابت.
تحولات المادة
السبب الرئيسي لتحول المادة من حالة إلى أخرى هو امتلاك الطاقة أو إطلاقها، حيث أن طاقة الوضع المخزنة في الأجسام لا تختفي، بل تزداد في عملية تحول المادة من شكل إلى آخر ومن جسم. تتحول من حالة إلى أخرى عبر عدة مراحل انتقالية لتشكل الحالات الثلاث الرئيسية وهي الصلبة والسائلة والغازية ويمكن ذكرها على النحو التالي:
دقة
هذا هو انتقال المادة من الحالة الصلبة إلى الحالة السائلة. ويحدث ذلك عادة عندما تسخن المواد وترتفع درجة حرارتها، مما يعطي حرارة للجزيئات ويزيد من طاقتها الحركية.
تجميد
هو انتقال المادة من الحالة السائلة إلى الحالة الصلبة عند انخفاض درجة حرارتها.
تبخر
هو انتقال المادة من الحالة السائلة إلى الحالة الغازية عندما ترتفع درجة حرارتها بالمرور خلال درجة الغليان، وهي درجة الحرارة التي يتبخر عندها السائل.
التكثيف
التكثيف هو العملية التي يتم فيها تحويل المادة من الحالة الغازية إلى الحالة السائلة بفعل الضغط.
التسامي
هي عملية تحويل المادة الصلبة إلى غاز دون المرور بالحالة السائلة، وتحدث عندما تكون الطاقة الحركية للذرات أكبر من الضغط الواقع عليها.
الترسيب
تعمل على تحويل المادة من الحالة الغازية إلى الحالة الصلبة دون المرور بالحالة السائلة، مثل بخار الماء الذي يتحول إلى جليد عند درجات الحرارة المنخفضة.
مكونات المادة
ظهرت فكرة أن المادة تتكون من جسيمات صغيرة تسمى الذرات في وقت مبكر من القرن الخامس قبل الميلاد. قبل الميلاد على يد الفلاسفة اليونانيين ديموقريطس وليوكيبوس. تعتبر ذرة الهيدروجين أبسط أنواع الذرات. يحتوي على بروتون واحد فقط.
تتكون البروتونات والنيوترونات والإلكترونات من الفرميونات، وهناك تصنيفان للأخيرة، وهما الكواركات واللبتونات. لأنها لا تعتبر نوعا من المادة. المادة المضادة هي أيضًا نوع من المادة، على الرغم من أن جزيئاتها تدمر المادة الطبيعية عند ملامستها.
خصائص المواد
كل مادة لها خصائص فيزيائية وكيميائية تميزها عن غيرها من المواد. وفيما يلي شرح لكل من هذه الخصائص:
الخصائص الفيزيائية للمادة
وهي خواص المادة التي لا يؤثر تغيرها على تركيب المادة الأصلية، والتي يمكن قياسها دون حاجة إلى تفاعل، كالكثافة واللون، أو التي تكون ناجمة عن تغيرها تحت ظروف درجة الحرارة، كالذوبان قياس والجليد البارد.
يمكن ملاحظة التغيرات الجسدية في حياتنا اليومية؛ على سبيل المثال، عند صهر الشمع، أو إذابة السكر في القهوة، أو طحن المواد الصلبة إلى مساحيق، يحدث التغير في الحالة الفيزيائية للمادة دون التأثير على تركيبها الكيميائي. وتشمل هذه الخصائص الفيزيائية ما يلي:
- كتلة وحجم المادة.
- اللون.
- كثافة.
- صلابة.
- نقطة الانصهار التي تصبح عندها المادة سائلة.
- نقطة الغليان التي يبدأ بعدها السائل بالتبخر.
الخواص الكيميائية للمادة
هذه هي خصائص المادة التي تصف التغيرات في تركيبها. وينتج عن تفاعل مادة مع مادة أخرى ظهور نوع جديد يختلف في تركيب المواد المتفاعلة. على سبيل المثال، الصدأ هو تغير كيميائي. وتختلف مادة الصدأ عن الحديد والماء الموجودين قبل التفاعل، وكذلك عن جميع أشكال الاحتراق وعن الأطعمة المطبوخة أو المهضومة أو الفاسدة.
لتحديد خاصية المادة الكيميائية، يتم فحص التغير الذي يحدث في المادة أثناء التفاعل. أو تحويله إلى نوع مختلف عن تركيبته الأصلية. وتشمل هذه الخصائص الكيميائية:
- قابلية المادة للاشتعال أو الانفجار.
- قدرة المعادن على التفاعل مع الحمض.
- تفاعل مادة مع الأكسجين لتكوين أكاسيد.
- تآكل.
- تعفن.
- التحلل.
- التخمير.