خواص المادة الفيزيائية

تعريف الخصائص الفيزيائية

يمكن تعريف الخصائص الفيزيائية (بالإنجليزيّة: physical properties)   لمادةٍ ما هي على أنّها الخصائص التي تميّزها عن المواد الأخرى، ولا ترتبط بتركيبتها الكيميائية، مثل الكثافة واللون التي يلاحظها العلماء ويستطيعون قياسها دون أي تغيّر فيزيائي على المادة، وتبقى تحتفظ بنفس خصائصها الكيميائية، بينما بعض الخصائص الأخرى تتطلب تغيّر فيزيائي للمادة مع بقاء خواصها الكيميائية كما هي، ليستطيع العلماء ملاحظتها أو قياسها مثل درجة حرارة انصهار الحديد، أو درجة حرارة الماء المتجمد.

يُستخدم مفهوم الخصائص الفيزيائية تمييزًا لها عن الخصائص الكيميائية التي يمكن تعريفها بأنها قدرة المادة أو عدم قدرتها على التحول لمادة من نوع آخر، وترتبط الخاصية الكيميائية بالتغيرات الكيميائية التي ينتج عنها نوع أو أكثر من المواد التي تختلف عن المادة الأصلية، ومن الأمثلة على ذلك تشكّل الصدأ الذي يُعتبر تغير كيميائي لأن الصدأ مادة مختلفة عن الحديد والأكسجين والماء وهي المواد الموجودة قبل تكوّن الصدأ.

أنواع الخصائص الفيزيائية

يوجد نوعان من الخصائص الفيزيائية للمادة وهي: الخصائص الفيزيائية المكثفة، والخصائص الفيزيائية الشمولية، وقد ذُكِر المصطلحين لأول مرة من قِبل العالم ريتشارد سي تولمان عام 1917 ، وفيما يلي توضيح لكل منهما:

الخصائص الفيزيائية المكثّفة

الخصائص الفيزيائية المكثفة (بالإنجليزيّة: intensive property)، وهي تلك التي تعتمد فقط على نوع المادة في العينة وليس على كميتها، على سبيل المثال سلك النحاس موصل جيد للكهرباء، ولن يغير طول السلك هذه الخاصية، ومن الأمثلة الأخرى على الخصائص الفيزيائية المكثفة، اللون، ودرجة الحرارة، والكثافة، ودرجة الذوبان، فمهما صغر أو كبر حجم العينة تبقى تحتفظ المادة بنفس لونها، ودرجة ذوبانها، وكثافتها، ودرجة حرارتها، والموصلية الكهربائية.

الخصائص الفيزيائية الشمولية

الخصائص الفيزيائية الشموليّة (بالإنجليزية: Extensive Properties) وهي الخصائص التي تعتمد على كمية المادة في العينة، ومن الأمثلة عليها الحجم، والوزن، والطول، والكتلة، إذ يختلف قراءات هذه الخصائص بمقدار العينة المأخوذة، فعندما تكون العينة صغيرة بالتأكيد سيختلف حجمها، ووزنها، وكثافتها، وطولها فيما لو كانت العينة كبيرة.

أشهر الخصائص الفيزيائية للموادّ

درس العلماء العديد من الخصائص الفيزيائية للمواد، ومن أشهرها ما يلي:

• الكثافة(بالإنجليزيّة: Density ) :   تُعرّف الكثافة على أنّها الكتلة لكلّ وحدة حجم من مادة ما، وهي مقياس الثقل النسبي للأجسام ذات الحجم الثابت، وعادةً تُقاس كثافة مادةٍ ما بمقارنتها مع كثافة الماء، وتقاس الكثافة بقسمة الكتلة على الحجم.
• الموصلية الكهربائية(بالإنجليزيّة: Electrical conductivity): وهي خاصية تصف مدى قابلية المواد لمرور الكهرباء فيها، وتعتبر الفضة أفضل المواد توصيلاً للكهرباء.
• نقطة الانصهار(بالإنجليزيّة: Melting point): وهي درجة الحرارة التي تتغير عندها المادة النقية من الحالة الصلبة إلى حالة السيولة، وتكون عندها في حالة توازن، فمثلاً الذهب يحتاج لدرجة حرارة تختلف عن تلك التي يحتاجها الذهب للانصهار.
• الليونة أو القابلية للسحب والطرق(بالإنجليزيّة: Ductility): وهي قدرة المادة على الاستطالة أو الشد لسلك رفيع، عند تعرضها للطرق دون أن تنكسر، وتعتبر الفلزات من الأمثلة على المواد الأكثر قابلية للطرق والسحب.
• الحجم (بالإنجليزيّة: Volume): ويقصد به الحيز ثلاثي الأبعاد الذي تشغله المادة سواء الصلبة؛ أو السائلة؛ أو الغازية، ومن أشهر وحدات قياس الحجم حسب النظام المتري؛ اللتر؛ والمتر المكعب؛ والملليتر؛ والملعقة، فمثلاً الغاز الذي يملأ حاوية يكون حجمه مساوٍ لحكم الحاوية.
• الكتلة (بالإنجليزيّة: Mass): تعرف الكتلة بأنها مقدار ما يحتويه جسم من مادة، فكتلة جسم ما تختلف عن وزنه.
• الصلابة (بالإنجليزيّة: hardness): وهو مقياس لقدرة المادة الصلبة على مقاومة التشويه أو التغير في الشكل الدائم عند تطبيق قوة عليها. تكون العديد من المواد لينة إلى حد ما بما في ذلك الفضة والذهب بينما تكون مواد أخرى مثل التيتانيوم والتنغستن والكروم أكثر صلابة.
• الذائبية (بالإنجليزيّة: solubility ) : وهي قابلية مادة على الذوبان والامتزاج في مادة مذيبة عند درجة حرارة معينة، مثل مقدار السكر الذي يذوب في فنجان من القهوة، فملعقة صغيرة من السكر تذوب بسهولة في الفنجان، ولكن مع إضافة المزيد من السكر يفقد السكر قدرته على الذوبان في المذيب وهو القهوة.
• اللون (بالإنجليزيّة: color ) برونز 0.343 و تكون معظم عناصر المواد إما عديمة اللون، أو رمادية أو فضية، ومع ذلك بعض العناصر لها ألوان مميزة، بما في ذلك اللون الأصفر لكل من الكبريت والكلور، واللون النحاسي للنحاس واللون الأحمر للبروم.
• المرونة(بالإنجليزيّة: Elasticity): وهي قدرة الجسم المادي المشوه (المتغير) على العودة إلى شكله وحجمه الأصليين عند إزالة القوى المسببة للتشوه (التغير).
• الحرارة النوعية (بالإنجليزيّة: Specific Heat Capacity): وهي كميّة الحرارة اللازمة لرفع درجة حرارة جسم كتلته 1 كيلوجول درجة كلفن واحدة، على سبيل المثال تبلغ الحرارة النوعية للألمنيوم حوالي0.897، بينما تبلغ للبرونز حوالي 0.343

بربط المعلومات المذكورة بالفقرتين أعلاه نستطيع القول أن التغير الفيزيائي هو تغير خصائص المادة الفيزيائية سابقة الذكر مثل اللون، والحجم، والكثافة.. إلخ، دون أن يطرأ أي تغيّر على هيكلها الداخلي، مثلاً حجم الغاز في حاوية يختلف عن حجم الغاز في أسطوانة صغيرة، ولكن تركيبته الكيميائية تبقى غاز، أمّا إذا حدث للمادة أي تغيير على روابط ذراتها هنا يكون التغيير مسّ هيكلها الداخلي وعليه يكون تغير كيميائي.

تدريبات على الخصائص الفيزيائية

في ما يلي بعض التدريبات التي يمكن من خلالها التأكد من مدى استيعاب مفهوم الخصائص الفيزيائية للمادة:

• أي مما يعتبر من الخصائص الفيزيائية للمادة ؟
  • اللون
  • درجة الحموضة
  • القدرة على التفاعل مع الحوامض.
    • ( الإجابة: اللون).

• تُعتبر الذائبية من الخصائص الفيزيائية للمادة.
  • (الإجابة: صح)

• لا تعتمد الخصائص الفيزيائية الشمولية على حجم المادة.
  • (الإجابة: خطأ)

• يُعتبر اللون من الخصائص الفيزيائية الحاسمة في تحديد نوع معظم المواد.
  • (الإجابة: خطأ؛ لأن معظم المواد تتشابه في كونها عديمة اللون، أو رمادية، أو فضية )

• الخاصية الفيزيائية التي تصف ذوبان السكر الأبيض في كوب من الشاي الأخضر الساخن هي؟
  • اللون
  • الذائبية
  • الصلادة
    • ( الإجابة: الذائبية).

• أفضل المواد توصيلاً للكهرباء؟
  • النحاس
  • الحديد
  • الفضة
    • (الإجابة: الفضة).

• يمكن تعريف حجم جسم ما بأنه مقدار ما يحتويه من مادة.
  • (الإجابة: خطأ، لأن الكتلة هي مقدار ما يحتويه جسم من مادة، في حين يُعرف الحجم بأنه مقدار الحيز ثلاثي الأبعاد الذي تشغله المادة).

• أذكر أنواع الخصائص الفيزيائية للمادة؟
  • (الإجابة: الخصائص الفيزيائية الشمولية، والخصائص الفيزيائية المكثفة).

• جد كثافة جسم، حجمه40 غرام وحجمه 5 سم مكعب؟
  • (الإجابة نقسم الكتلة على الحجم فيكون الناتج 8 غرام/سم مكعب)

الخلاصة

لكل مادة على الأرض خصائص كيميائية وأخرى فيزيائية، وهذه الأخيرة يمكن ملاحظتها دون تغير في التركيب الكيميائي للمادة، وإن كانت بعض هذه الخصائص لا تُلاحظ إلا عندما يطرأ تغير فيزيائي على المادة، فيحولها من حالة إلى أخرى دون أن يغير في تركيبها الكيميائي، كما يحدث عند تجمد الماء، وبذلك يختلف التغير الفيزيائي عن التغير الكيميائي الذي يعتمد على تغيّر تركيب المادة لتتحول المادة إلى أخرى مختلفة عن المادة الأصلية.

تقسم الخصائص الفيزيائية للمادة إلى قسمين، خصائص فيزيائية مكثفة تعتمد على نوع المادة ولا تتأثر بكميتها ومن هذه الخصائص اللون، والكثافة، وخصائص فيزيائية شمولية وهي خصائص تتأثر بكمية المادة مثل الكتلة و الحجم.