قانون الكثافة في الكيمياء

الكثافة

صفةٌ فيزيائيَّة للأجسام تعبِّر عن العلاقة بين وحدة الحجم ووحدة الكتلة، وتختلف تبعاً لنوع المادة أو الجسم، كما تتناسب الكثافة طردياً مع كتلة المادة، وتتناسب عكسياً مع حجمها، والكثافة تتحكم بطبيعة المادة، فإن كانت الكثافة كبيرةً فإنَّ المادة تكون في الحالة الصّلبة، وإن كانت الكثافة متوسطة؛ فإنَ المادة تكون في الحالة السائلة، وإن كانت الكثافة قليلة أصبحت المادة غازية، باستثناء بعض الحالات، فمن المُمكن أن تكون هناك مادة صلبة وتكون كثافتها أقلّ من السائل وذلك يعود لحجم وكتلة تلك المادة.

العوامل التي تعتمد عليها الكثافة

يوجد عدة عوامل تعتمد عليها الكثافة نذكر منها ما يلي:

• تتأثُّر كثافة الجزيء بعوامل الحرارة والضَّغط، فبفعل الحرارة تتمدّد الأجسام مما يُفقدها قوَّتها الجاذبة ما بين جزيئاتها، وبذلك فإنَّ المسافات التي بينها تكبر وتزداد، وتكثر حركتها الداخليّة الجزيئية فتتمدَّد.
• تتأثَّر الكثافة بالضغط؛ حيث تنكمش الجزيئات، فبزيادة الضغط تزيد الكثافة ممَّا يكسبها قوةً جاذبةً ما بين جزيئاتها، أي تزداد القوى الدَّاخلية الجزيئيّة وبالتالي تزداد كتلتها الحجميّة، ولذلك عادةً ما تسجّل الكثافة عند درجة الحرارة وقياس الضغط القياسيين، وهذا ما يُعرف بالكثافة المطلقة عند درجة الصفر المئويّ والضغط الجويّ.

شذوذ الكثافة

شذوذ الكثافة، أو كما تُسمَّى بخاصيَّة التّمدد الحراري السَّلبي، وهي ظاهرةٌ فيزيائيَّةٌ كيميائيَّةٌ ترتبط ببعض المواد فيما يخصّ العلاقة بين الكثافة ودرجة الحرارة، إذ تُظهر هذه المواد كثافة أقلّ مع انخفاض درجة الحرارة، أي إنّها تتمدّد مع انخفاض درجة الحرارة، لذلك تُوصف هذه الظاهرة بالشذوذ؛ إذ إنَّ أغلب المواد تظهر منحنى عكسيّاً فيما يرتبط بالعلاقة بين الكثافة ودرجة الحرارة، فهي يقلّ حجمها أو تنكمش مع التبريد، وبالتالي يحدث ازدياد في الكثافة، ومن أشهر الأمثلة على المواد التي تظهر شذوذ الكثافة: هو الماء ، وتسمّى تلك الحالة الخاصة باسم شذوذ الماء.

ومن المعروف علميَّاً أنَّ مُعظم المواد تتمدَّد بالحرارة وتتقلص وتنكمش من البرودة، ولكنَّ الماء يختلف عن باقي المواد فيتمدّد بالبرودة ويتقلّص بالحرارة، وذلك يُؤدي بالماء أن يطفو إلى الأعلى، وتُساعد هذه الظاهرة الاستثنائية الكائنات البحريّة في المناطق المُتجمّدة في أن تبقى على قيد الحياة، ويعود ذلك السبب إلى وجود الجليد في أعلى الماء وبقاء الماء السائل في الأسفل، ويختلف ذلك بين الماء العذب والمالح فتختلف الكثافة حينها بعض الشيء، كما يُلاحظ ظهور ظاهرة شذوذ الكثافة لدى بعض العناصر الكيميائية، مثل: البلوتونيوم، والأنتيموان، والبزموت، والجرمانيوم، والغاليوم، والسيليكون، كما تخضع لها أيضاً بعض المركبات الكيميائيّة مثل سيانيد الزنك، وتنغستات الزركونيوم.