ما هي حالات المادة؟

ما هي المادة في الكيمياء؟

هناك العديد من التعريفات الممكنة للمادة. علمياً المادة هي أي شيء له كتلة ويحتل مساحة. كحد أدنى تتطلب المادة جسيمًا دون ذري واحدًا على الأقل على الرغم من أن معظم المادة تتكون من ذرّات.
المادة تتكون من جزيئات صغيرة جدًا وهذه الجزيئات لا يمكننا رؤيتها بالعين المجردة. لقد لوحظ أن المادة موجودة في الطبيعة بأشكال مختلفة. بعض المواد صلبة ولها شكل ثابت مثل الخشب والحجر، ويمكن أن تتدفق بعض المواد وتأخذ شكل الوعاء الموضوع بها مثل الماء، بينما توجد حالات من المادة ليس لها شكل أو حجم محدد مثل الهواء. وبالتالي يمكن تصنيف الأمر إلى فئات مختلفة بناءً على الخصائص الفيزيائية التي تعرضها والحالات التي توجد فيها وتسمى حالات المادة.

حالات المادة الأساسية:

فيما يلي الحالات الثلاث الأساسية للمادة: الحالة الصلبة، والحالة السائلة، والحالة الغازية، يمكن تمثيل حالات المادة الثلاث بواسطة نموذج الجسيمات. يشرح هذا النموذج خصائص المواد في حالاتها المختلفة، وكذلك التغيرات في الحالة. بغض النظر عن الحالات الثلاث المذكورة، هناك العديد من الحالات التي يمكن اعتبارها من حالات أيضا للمادة التي لا نراها في حياتنا اليومية. ومثال عليها البلازما ومكثفات بوز-آينشتاين .

الحالة الصلبة:

• الحالة الصلبة هي حالة من المادة ذات شكل وحجم محددين. الذرّات والأيونات والجزيئات في حزمة صلبة معًا بإحكام ويمكن أن تشكل بلورات. 
  
• لها شكل وحجم ثابت.
  
• نظرًا لطبيعتها الجامدة، يمكن للجسيمات في الحالة الصلبة أن تهتز فقط حول متوسط ​​موضعها ولا يمكنها الحركة.
  
• قوة التجاذب بين الجسيمات عنيدة.
  
• معدل الانتشار في المواد الصلبة منخفض جدًا.
  
• مثال على المواد الصلبة: الثلج الصلب، السكر، الصخور، الخشب، إلخ.
  

الحالة السائلة:

• في الحالة السائلة للمادة، تكون الجسيمات أقل إحكامًا مقارنة بالمواد الصلبة.
  
• السوائل تأخذ شكل الوعاء التي تُحفظ فيها.
  
• يصعب ضغط السوائل لأن الجزيئات بها مساحة أقل للحركة.
  
• السوائل لها حجم ثابت ولكن ليس لها شكل ثابت.
  
• معدل الانتشار في السوائل أعلى من معدل انتشار المواد الصلبة.
  
• قوة الجذب بين الجسيمات ضعيفة.
  
• مثال على الحالة السائلة للمادة: ماء، حليب، دم، قهوة، إلخ.
  

الحالة الغازية:

• في الغازات تكون الجسيمات متباعدة عن بعضها البعض.
  
• قوة التجاذب بين الجسيمات ضئيلة ويمكنها التحرك بحريّة.
  
• الغازات ليس لها حجم ثابت ولا شكل ثابت.
  
• تتميز الحالة الغازية بأعلى درجة انضغاطية مقارنة بالمواد الصلبة والسوائل.
  
• معدل الانتشار أعلى من المواد الصلبة والسوائل.
  
• الطاقة الحركية للغازات أعلى من المواد الصلبة والسوائل.
  
• مثال على الغازات: الهواء، الهيليوم، النيتروجين، الأكسجين، ثاني أكسيد الكربون، إلخ.
  

البلازما:

• البلازما هي شكل غير مرئي من المادة بشكل عام. غالبًا ما تُرى البلازما في الغازات المتأينة. تتكون البلازما من جزيئات ذات طاقة حركية عالية للغاية. 
  
• أشكال البلازما شديدة الحرارة هي النجوم.
  

مكثفات بوز-أينشتاين:

• تم اكتشاف مكثفات بوز-آينشتاين في عام 1995 بمساعدة التطورات التكنولوجية.
  
• قام كارل وايمان وإريك كورنيل بتبريد عينة من الروبيديوم بمساعدة المغناطيس والليزر في درجات قليلة من الصفر المطلق.
  
• عند درجة الحرارة المذكورة ، تصبح حركة الجزيئات ضئيلة. نظرًا لأن هذا يؤدي إلى خفض الطاقة الحركية ، فإن الذرات لم تعد منفصلة ولكنها تبدأ في التكتل معًا. عندما تتحد الذرات معًا تشكل ذرة عظمى.
  
• يتباطأ الضوء أثناء مروره عبر Bose-Einstein condensates) – BEC) مما يساعد العلماء على دراسة المزيد عن طبيعة الضوء كموجة وجسيم.
  
• تُظهر BEC أيضًا خصائص السائل الفائق مما يعني أنه يتدفق بدون احتكاك.
  

الانتقالات بين حالات المادة:

تؤدي التغيرات في درجة الحرارة والضغط إلى تغيير المادة من حالة إلى أخرى. يسمى هذا التغيير بمرحلة انتقالية أو تغيير الحالة. أمثلة على تحولات الحالة بما في ذلك ذوبان الجليد (مادة صلبة) في الماء (سائل) وغليان الماء في بخار الماء (غاز). فيما يلي أسماء انتقالات الحالة بين المواد الصلبة والسوائل والغازات والبلازما:
الانصهار : المرحلة الانتقالية من الحالة الصلبة إلى السائلة.
التجميد: انتقال المرحلة من الحالة السائلة إلى الحالة الصلبة.
التبخير: انتقال المرحلة من الحالة السائلة إلى الغازية.
التكثيف: انتقال المرحلة من الحالة الغازية إلى السائلة.
التسامي: مرحلة الانتقال من الحالة الصلبة إلى الغازية.
الترسيب: المرحلة الانتقالية من الغاز إلى الحالة الصلبة.
التأين: مرحلة الانتقال من الغاز إلى البلازما.
إزالة التأين أو إعادة التركيب: مرحلة الانتقال من البلازما إلى الغاز.