مفهوم الكثافة
تُعرَّف الكثافة على أنها خاصية من خواص المواد، حيث يوجد لكل مادة كثافة خاصة بها مختلفة عن كثافة المواد الأُخرى، كما يُمكن تعريف الكثافة على أنها العلاقة ما بين كُتلة الجسم وحجمه، ويَظهُر اختلاف قيمة كثافة المواد من خلال ظواهر غرق المواد أو طفوانها على الماء، ووجود التيارات المائية في المحيط، والتيارات الهوائية الباردة والساخنة، أمَّا عن العوامل التي تُساهم باختلاف الكثافة فهي:
- الكُتلة الذرية: قد تحتوي بعض المواد على بروتونات ونيوترونات أكثر من غيرها، مما يَجعل كُتلتها أكبر، إذ إن كُتلة البروتونات والنيوترونات أكبر من كُتلة الإلكترونات، لذلك فإن المواد المُحتوية على إلكترونات أكثر من البروتونات والنيوترونات تكون كُتلتها أقل.
- بُنية الروابط الذرية وقوة ترابُط الجزيئات: حيث إن قوة ارتباط الذرات ببعضها البعض، وارتباط الجزيئات ببعضها تؤثر على التركيب البلوري للمادة، وبالتالي تؤثر على كثافة المادة، حيث إن الروابط القوية تحتوي على عدد ذرات أكبر في وحدة المساحة من الروابط الضعيفة.
- الكثافة المُختلطة: تَكون بسبب اختلاف حالة جزيئات المادة، كأن تحتوي المادة على جزيئات سائلة وغازية معاً في ذات الوقت مما يؤثر على كثافتها.
وحدة قياس الكثافة
لا يُمكن قياس الكثافة مباشرة، حيث إنه إذا أراد الشخص حِساب كثافة جسم ما فعليه أولاً قياس كُتلته، ثم حساب حجمه، ويُمكن التعبير عن الكثافة بالقانون الرياضي (الكثافة= الكتلة/الحجم)، مما يعني أن وحدة الكثافة تُساوي وحدة الكُتلة مَقسومة على وحدة الحجم، فإذا كانت الكُتلة مُقاسة بالكيلو جرام، وكان الحجم مُقاس بالمتر المُكعب، فإن وحدة الكثافة هي كيلوجرام لكل متر مُكعب، إذ إن وحدة الكثافة وفقاً لنظام الدولي للوحدات (بالإنجليزية: International System of Units SI ) هي كيلوجرام لكل متر مُكعب، أما عن الوحدات الأكثر شيوعاً للكثافة فهي جرام لكل مل، أو جرام لكل لتر.
تأثير درجة الحرارة على الكثافة
تكون كثافة المواد الغازية هي الأقل دائماَ، ثم تليها كثافة المواد السائلة ثم الصلبة في الغالب، إلا أن هذه القاعدة ليست ثابتة فقد تتواجد كثافة مواد سائلة أعلى من كثافة مواد أخرى صلبة ، ويُمكن ربط علاقة درجة الحرارة بالطاقة الحركية للذرات أو الجزيئات الموجودة في المواد الصلبة والسائلة بشكل عام، وتَرتبط درجة الحرارة ارتباطاً طردياً مع الحجم بالنسبة للمواد الغازية.
تأثير درجة الحرارة على كثافة الماء النقي
عندما نقوم بعملية تسخين الماء النقي فإن كثافته تقل مع ارتفاع درجة الحرارة ، ويرجع ذلك إلى وجود طاقة حركية أكبر للجزيئات مما يجعل جزيئات الماء تَشغُل حيزاً أكبر مع زيادة درجة الحرارة.
تأثير درجة الحرارة على كثافة السوائل النقية
السوائل مثل الإيثانول النقي (CH3CH2OH)، الذي يُشكل روابط هيدروجينية مع نفسه، ويُعتبر سائل قطبي كالماء، إلّا أنه لا يحتوي على بُنية الشبكات ثُلاثية الأبعاد ذاتها التي تمتلكها المياه، وفي هذا السائل تَقِل الكثافة مع انخفاض درجة الحرارة على عكس الماء، ويكون سلوك معظم السوائل النقية نفس سلوك الإيثانول.
كثافة بعض المواد
يُمكن حَصر كثافات بعض المواد الشائعة بما يلي:ref name="M8tzz0DM5L"/>"/>
- كثافة الثلج: تَكون كثافة الثلج عند درجة حرارة صفر سيليسوس تُساوي 0.917 جرام لكل مل.
- كثافة الماء: تَكون كثافتة الماء عند درجة حرارة 4 سيليسوس تُساوي 1 جرام لكل مل.
- كثافة الذهب: تُساوي 19.31 جرام لكل مل.
- كثافة الهيليوم: كثافته عند درجة حرارة 25 سيليسيوس تُساوي 0.000164 جرام لكل مل.
- كثافة الهواء الجاف: تَكون كثافته عند درجة حرارة 25 سيليسيوس تُساوي 0.001185 جرام لكل مل.
- كثافة الدهون في جسم الإنسان: تُساوي 0.94 جرام لكل مل.
- كثافة الفلين: تَبلُغ كثافته 0.22-0.26 جرام لكل مل.
- كثافة سكر المائدة: تُساوي 1.59 جرام لكل مل.
- كثافة خشب البلسا: تُساوي 0.12 جرام لكل مل.
- كثافة الأرض: تُساوي 5.54 جرام لكل مل.
- كثافة الملح: تَبلُغ كثافة الملح 2.16 جرام لكل مل.
- كثافة الألمنيوم: تُساوي 2.70 جرام لكل مل.
- كثافة خشب الصنوبر: تُقدر قيمتها ما بين 0.35-0.50 جرام لكل مل.
- كثافة الحديد: تُساوي كثافته 7.80 جرام لكل مل.
- كثافة الزئبق: تُساوي كثافة الزئبق 13.5 جرام لكل مل.
