تعريف تغيرات المادة
يبحث الكيميائيون باستمرار عن التغييرات التي تحدث للمادة ، ويصنفون هذه التغييرات على أنها تغييرات فيزيائية أو كيميائية، والتي من شأنها إتاحة فهم طبيعة المادة للكيميائيين من خلال دراسة كيفية تأثير التغيرات التي تحدث للذرات والجزيئات على سلوكهم.
أنواع تغيرات المادة
يوجد نوعان للتغيرات التي تطرأ على المواد، وتختلف هذه التغييرات فيما بينها بالعديد من الفروقات، وفيما يأتي توضيح لكل نوع:
التغيرات الفيزيائية
تُعرَّف التغييرات الفيزيائية عمومًا على أنها التغييرات التي لا تنطوي على كسر أو تكوين روابط جديدة، وينتج عنها مواد تمتلك نفس خصائص المواد الأولية.
وتمتاز التغيرات الفيزيائية بعدم تكون مركبات أو عناصر جديدة، فمثلاّ عندما يذوب مكعب الثلج، يتغير شكله، لكن لا يتغير تكوينه، أي أن التغيير الفيزيائي لا يُسبب تغيراً في المادة وتركيبها، فعلى الرغم من تغيُّر خصائص الجزيئات، إلا أنها لا تزال كما هي، ولا يزال لديها نفس عدد ذرات الهيدروجين وذرة الأكسجين الواحدة.
أمثلة على تغيرات المادة الفيزيائية
يوجد الكثير من الأمثلة على تغيرات المادة الفيزيائية، منها ما يأتي:
- غلي الماء.
- خلط الرمل بالماء.
- كسر الزجاج.
- ذوبان السكر بالماء.
- تمزيق الورق.
- تقطيع الخشب.
- تقطيع تفاحة.
- خلط الملح والرمل.
- تجعد الأكياس الورقية.
- خلط الدقيق والملح والسكر.
- خلط الماء والزيت.
- سحق علبة معدنية.
- ذوبان الثلج.
- خلط الرُخام.
- تسامي الثلج الجاف.
- تبخُّر النيتروجين السائل .
التغيرات الكيميائية
تُعرف التغيرات الكيميائية باسم التفاعلات الكيميائية، وتسمى المكونات التي تشكل هذه التفاعلات وتدخل فيها بالمواد المتفاعلة، وتسمى النتائج النهائية لهذه التفاعل بالنواتج، ويُشار إلى التغيير من المواد المتفاعلة إلى النواتج بواسطة سهم.
يمكن تحديد حدوث التفاعلات الكيميائية بواسطة عدة مؤشرات مثل تكوين الفقاعات، وتغير اللون، أو إطلاق الرائحة، وأمثلة ذلك تحول الخشب عند تعرضه للحرق إلى رماد وثاني أكسيد الكربون وماء، أو تغير لون عنصر الكروم عند تعرضه لتفاعلات الأكسدة والاختزال، أو تغير لون بياض البيض من الشفاف للأبيض بعد طهوه.
أمثلة على تغيرات المادة الكيميائية
من أهم أمثلة على تغيرات المادة الكيميائية هي:
- هضم الطعام
- صدأ الحديد
- الخلط بين صودا الشرب والخل (ينتج غاز ثاني أكسيد الكربون)
- الخلط بين مواد حامضية مختلفة مع مواد قاعدية مختلفة.
- تسامي الجليد الجاف إلى بخار ثاني أكسيد الكربون.
- فساد الأطعمة.
- حرق شمعة.
- إضافة الحرارة إلى الهيدروجين والأكسجين (تفاعل إنتاج الماء).
- احتراق الخشب.
- هضم السكريات بواسطة إنزيم الأميليز.
- تعفُّن الأطعمة.
- خبز المخبوزات.
- طلاء المعادن بالكهرباء.
- البطاريات الكهربائية التي تُحوّل الطاقة الكيميائية مباشرة إلى طاقة كهربائية.
- انفجار الألعاب النارية.
تغيرات المادة النافعة والضارة
تُصنف التغيرات التي تطرأ على المادة لتغيرات نافعة وتغييرات ضارة، وينتج عن التغييرات النافعة مواد جديدة ذات خواص وصفات محببة ومرغوب فيها، مثل؛ ترويب اللبن وتحويل روث البقر إلى سماد طبيعي، أمّا التغيرات الضارة فتسبب بظهور مواد ذات صفات غير مرغوبة.
يُعتبر فساد الأطعمة، وصدأ الحديد، وحرائق الغابات، وكسر زجاج الشبابيك من الأمثلة حولنا على تغيرات المادة الضارة.
يصاحب تغيرات المادة النافعة أحيانًا تغيرات ضارة وآثار سلبية على البيئة؛ فمثلاً يعد إنتاج الطاقة في محطة توليد الطاقة الحرارية تغييرًا مفيدًا، لكن انبعاث الدخان والغازات الضارة الأخرى إلى البيئة يجعله تغييرًا ضارًا، مما يجعل التغيير في هذه الحالة غير مرغوب فيها.
التغيرات في حالات المادة
يشير التغيير في حالة المادة إلى تغيير فيزيائي ولا يتضمن أي تغييرات كيميائية للمادة، وبعض التغييرات الفيزيائية الشائعة التي تحدث للمادة هي الذوبان، والتجميد، والتسامي، والتكثيف، والتبخير، وفيما يأتي شرح لهذه التغيرات:
التجمد
تُعرف العملية التي تتحول فيها المادة السائلة لمادة صلبة بالتجمُّد، ويحدث التجمد حين يفقد الماء حرارته وينقلها للهواء البارد، ونتيجة لهذا الانتقال تفقد جزيئات الماء طاقتها، وتزداد قوة الجذب بينها مما يمنعها من الحركة، ويجلعها تكوِّن جسم صلب عند وصولها لنقطة التجمد.
الذوبان
تسمى العملية التي تتغير فيها حالة المادة من الحالة الصلبة إلى الحالة السائلة بالذوبان، ويحدث ذوبان الثلج مثلًا عند وضعه في غرفة دافئة؛ نتيجة لامتصاص مكعبات الثلج الباردة الهواء الدافئ من المنطقة المحيطة بها، مما يُكّسب جزيئات الثلج طاقة حرارية للتغلب على قوة الجذب بينها، وتباعدهم عن بعضهم البعض لتتكون الحالة السائلة.
التكاثف
تُعرف العملية التي يتحول فيها الغاز إلى سائل بالتكاثف، وتحدث هذه الظاهرة بسبب تلامس أبخرة الماء مع السطح البارد، فتبرد حينها جزيئات الماء وتفقد طاقتها اللازمة للتغلب على قوى الجذب بينها، لتتجمّع معًا مشكّلة قطرات من الماء السائل.
التبخر
تُسمى العملية التي يغلي فيها السائل ويتحول إلى غاز بالتبخّر، والذي يحدث عندما تصل درجة حرارة المياه لدرجة معينة تُسمّى بدرجة الغليان، ويحدث الغليان نتيجة لاكتساب جزيئات الماء الحرارة الكافية التي تمكّنها من التغلب على الروابط بينها؛ لتتمكن من الهروب من خلال الفقاعات على شكل بخار والتحول إلى الحالة الغازية.
التسامي
تُعرف العملية التي تتغير فيها المواد الصلبة مباشرة إلى غازات باسم التسامي، يحدث التسامي عندما تتعرض المواد الصلبة لطاقة حرارية عالية كافية للتغلب على جميع قوى الجذب بين جزيئاتها، وتحويلها بالكامل إلى غازات، ويُعتبر الثلج الجاف مثال للمواد الصلبة التي تخضع للتسامي.
تقسم التغييرات التي تحدث للمواد من حولنا إلى نوعين؛ التغييرات الفيزيائية، والتغييرات الكيميائية وتختلف هذه التغييرات بينها فيما إذا كانت تسبب تغير في التركيب الداخلي للمادة التي تطرأ عليها أم لا يمكن تقسيم التغييرات التي تحدث للمواد تبعًا لطبيعة تأثيرها على المادة إلى تغييرات المادة النافعة وتغييرات المادة الضارة.
ويعتبر التغيير في حالات المادة تغييرًا فيزيائيًا وهو على عدة أشكال؛ التجمد والذوبان، التكاثف والتبخر، والتسامي
