التغيرات بين حالات المادة

ما هي التغيرات في حالات المادة؟

تغير الحالة هو تغير مادي، حيث تكون تغيرات قابلة للعكس ولا تنطوي على أي تغيرات في التركيب الكيميائي للمادة، وتشمل التغييرات الشائعة للحالة الذوبان والتجميد والتسامي والترسب والتكثيف والتبخير.

السبب في حدوث تغييرات في حالة المادة، يعود الى أنه عند حدوث تغير في درجة حرارة أو ضغط نظام ما، تحدث تغيرات المرحل، فعندما تزداد درجة الحرارة أو الضغط، يزداد التفاعل بين الجزيئات وبالمثل، عندما تنخفض درجة الحرارة، يصبح من السهل على الجزيئات والذرات الاستقرار في بنية أكثر صلابة.

التغييرات بين السوائل والمواد الصلبة:

التجميد:

يحدث انتقال الحرارة بين درج التسخين والهواء البارد في الفريزر، حيث يفقد الماء الدافئ الحرارة إلى الهواء البارد في الفريزر، ويحدث انتقال الحرارة هذا حتى لا تتوفر طاقة للجسيمات لتتجاوز بعضها البعض.

هذا يجبرهم على البقاء في مواقع ثابتة، محبوسين في مكانهم بقوة الجذب بينهم، وبهذه الطريقة يتحول الماء السائل إلى جليد صلب، حيث تسمى عملية تحول الماء السائل إلى جليد صلب بالتجميد، كما تُعرف درجة الحرارة التي تحدث عندها باسم نقطة التجمد.

الذوبان:

إذا أخرجنا مكعبات الثلج من الفريزر ووضعت في غرفة دافئة، فإن الثلج سيمتص الطاقة من الهواء الدافئ المحيط بها، وهذه الطاقة الممتصة تسهل عليهم التغلب على قوة الجذب التي تربطهم ببعضهم البعض، مما يمكنهم من الانزلاق من الوضع الثابت الذي يحتفظون به كجليد، حيث تسمى العملية التي تتغير فيها المواد الصلبة إلى سائل بالذوبان، ونقطة الانصهار هي درجة الحرارة التي تتحول فيها المواد الصلبة إلى سائل.

التغييرات بين السوائل والغازات:

التبخر:

إذا ملأ قدرًا بماء الصنبور البارد وقمنا بتسخينه على موقد ساخن، فإن الماء يسخن، حيث تنتقل الطاقة الحرارية من الموقد إلى القدر، ويمتص الماء الطاقة من القدر، ولكن ماذا يحدث للمياه بعد ذلك؟ إذا كان الماء ساخنًا بدرجة كافية، يبدأ في الغليان، وتتكون فقاعات من بخار الماء في الماء المغلي.

يحدث هذا عندما تكتسب جزيئات الماء السائل طاقة كافية للتغلب تمامًا على قوة التجاذب بينها والتغيير إلى الحالة الغازية، كما ترتفع الفقاعات عبر الماء وتخرج من الإناء كبخار، وتسمى العملية التي يغلي فيها السائل ويتحول إلى غاز بالتبخير.

التكثيف:

عندما نأخذ دشًا ساخنًا في حمام مغلق، فمن المرجح أن تكون المرآة ضبابية، وقد نتساءل لماذا يحدث هذا؟ حيث يتبخر بعض الماء الساخن من الدش وعندما يتلامس مع الأسطح الباردة مثل المرآة، يبرد ويفقد الطاقة.

لم تعد جزيئات الماء الأكثر برودة تمتلك الطاقة للتغلب على قوى الجذب فيما بينها، حيث يجتمعون معًا ويشكلون قطرات من الماء السائل، وتُعرف هذه العملية التي يتحول فيها الغاز إلى سائل بالتكثيف.

التغييرات بين المواد الصلبة والغازات:

التسامي:

تمر المواد الصلبة التي تتحول إلى غاز عبر الحالة السائلة أولاً ومع ذلك، في بعض الأحيان تتغير المواد الصلبة مباشرة إلى غازات وتتخطى الحالة السائلة، يمكن أن يحدث العكس أيضًا، ففي بعض الأحيان تتحول الغازات مباشرة إلى مواد صلبة.

تُعرف العملية التي تتغير فيها المواد الصلبة مباشرة إلى غازات باسم التسامي، ويحدث هذا عندما تمتص المواد الصلبة طاقة كافية للتغلب تمامًا على قوى الجذب بينها، كما يعتبر الجليد الجاف هو مثال للمواد الصلبة التي تخضع للتسامي.

إلى جانب ذلك فإن كل كائن موجود يخضع لتغيير الحالة، حيث إنها فقط مسألة مقدار الحرارة التي يتم توفيرها للمادة، فإذا وفرت ما يكفي من الحرارة، فإنه يمكن جعل كل شيء على هذا الكوكب يغير حالته.

الشيء هو أنه ليس على كل مادة أن تتبع مسار الغاز الصلب السائل، ويمكن لبعض المواد أن تتغير بشكل طبيعي من حالتها الصلبة إلى حالتها الغازية دون الدخول إلى الحالة السائلة، كالتسامي ومن الأمثلة عليه، عنصر اليود والثلج الجاف (ثاني أكسيد الكربون الصلب) والفحم عالي الجودة الذي يحترق في درجات الحرارة العالية ويتحول إلى بخار.

تعريفات فيزيائية:

• النقطة التي تتحول عندها المواد الصلبة إلى سائلة تسمى نقطة الانصهار.
  
• تعرف نقطة الغليان بأنها درجة الحرارة التي يتحول فيها السائل النقي إلى غاز.
  
• يتم تعريف نقطة الانصهار على أنها درجة الحرارة التي تبدأ عندها المادة الصلبة في الذوبان.
  
• يُعرَّف التسامي بأنه العملية التي تتغير فيها الحالة الصلبة إلى حالة غازية دون أن تتحول إلى حالة سائلة.
  
• يحدث التبخر عندما يتم تحويل السائل إلى غاز في جميع درجات الحرارة.