خصائص حالات المادة المعروفة
يمكن تعريف الحالات التي تمر بها المادة على أنها المراحل التي تمر بها مادة أو مركب ما، وذلك بتغيير درجة الحرارة مثلًا (سواء بالزيادة أو النقصان)، وتسهل عملية وصف سلوك الجزيئات والذرات داخل هذه المواد، من خلال معرفة خصائص كل مرحلة، إذ تقسم حالات المادة المتعارف عليها إلى الحالة السائلة، والصلبة، والغازية، تبعًا للظرف الذي تعرضت له المادة، وفيما يأتي تفصيل لهذه الخصائص:
خصائص الحالة السائلة للمادة
تعتبر الحالة السائلة (بالإنجليزية: Liquid status) هي المرحلة الوسط بين حالتي المادة الصلبة والغازية، وتوجد أمثلة كثيرة على السوائل، ولعل أشهرها هو الماء بدرجة حرارة الغرفة، وفيما يأتي خصائص الحالة السائلة:
يكون شكل المادة في الحالة السائلة متغيرًا، حيث تأخذ شكل الوعاء الذي توضع فيه دون حدوث تغير في حجمها، ما دامت درجة الحرارة ثابتة، نظرًا لوجود قوى تجاذب بين جزيئاتها، وهو ما يفسر ظاهرة التماسك والتلاصق لسطح السائل.
تعد اللزوجة من الخواص الفيزيائية المهمة في السوائل، وهو ما يمنح المادة في الحالة السائلة صفة التدفق، أي سرعة حركة جزيئات السائل، لذلك تختلف من سائل إلى آخر حسب درجة المقاومة للتدفق؛ فالمادة ذات اللزوجة الأقل تمتاز بسهولة تدفقها، والعكس صحيح.
تتميز جزيئات المادة في الحالة السائلة بالحركة المستمرة، لذلك تتولد طاقة حركية عند اصطدامها ببعضها بعضًا، وفي حواف الوعاء الحاوي لها، وهو ما يفسر حدوث التبخر بالتبريد عن طريق انخفاض الطاقة الحركية، وبالتالي انخفاض درجة حرارة السائل.
تكون المادة في الحالة السائلة غير قابلة للانضغاط.
خصائص الحالة الغازية للمادة
يُعد الهواء المحمل بالأكسجين والنيتروجين وغيرهما من الغازات من المواد الشائعة في حالتها الغازية (بالإنجليزية: Gaseous State)، بالإضافة إلى بخار الماء الذي ينتقل إلى الحالة الغازية بتغيير درجة حرارة المادة، وفيما يأتي بعضًا من خصائص هذه الحالة:
يتميز شكل وحجم المادة في الحالة الغازية بأنهما متغيران، حيث تنتشر جزيئات الغاز بالتساوي عند وضعه في وعاء.
تكون كثافة المواد في الحالة الغازية أقل منها في الحالة السائلة والصلبة.
توجد فراغات كبيرة بين الجزيئات، مما يكسبها سرعة في الحركة والتصادم، وبالتالي ظهور خاصية الانتشار.
يعد الضغط الناتج من زيادة كمية الغاز في الوعاء من الخواص المميزة للغازات، مما يقلل من المساحة بين الجزيئات، وبالتالي تصبح جزيئات الغاز مضغوطة داخل الوعاء.
خصائص الحالة الصلبة للمادة
تمثل المواد الفيزيائية في هذا الكون بذراتها وجزيئاتها وأيوناتها المواد في الحالة الصلبة (بالإنجليزية: Solid State)، لذلك تتميز بخصائص مختلفة عنها في الحالة السائلة والغازية، ومن هذه الخصائص ما يأتي:
تتميز المواد في الحالة الصلبة بشكل وحجم ثابت.
تتميز المادة الصلبة بمحدودية حركة جزيئاتها (طاقة حركية قليلة)، لذلك في حال التأثير عليها يقتصر شكل الحركة على بضع اهتزازات بسيطة، ضمن موقعها دون تغيير اتجاه الحركة.
خصائص الحالات الشاذة للمادة
يوجد العديد من المواد التي تدخل في حالات غريبة تشذ فيها عن الحالات الثلاث الشائعة، وذلك عند درجات حرارة منخفضة أو مرتفعة جدًا، وتُحدد هذه الحالات بخصائص خاصة بها كالآتي:
تترتب جزيئات بعض المواد الصلبة بانتظام، مما يمنحها قوة ترابط متساوية، وهذا يكسبها خواص بلورية محددة، مثل: درجة انصهار مميزة، وعدم قابليتها للانضغاط.
- المواد الصلبة غير المتبلورة
تتميز هذه المواد بعدم وجود درجة انصهار ثابتة لها مثل؛ الزجاج، والمطاط، ويعود ذلك لعدم ترتب جزيئاتها ضمن تركيب هندسي معين.
تشبه البلازما الطور الغازي، ولكن بخصائص مختلفة، من أبرزها أنها موصلة للتيار الكهربائي، باعتبارها غاز مشحون بشحنات موجبة وسالبة أي أنها غاز مؤين، ويحدث ذلك عند تسخين الغاز، مما يؤدي إلى انفصال الإلكترونات عن الذرات التي تكوّن الغاز، ليصبح غازًا مؤينًا مشحونًا بشحنات كهربائية (البلازما).
التحويل بين حالات المادة المختلفة لتغيير خصائصها
يعتمد تغيير المادة من حالة إلى أخرى على تغيير درجة حرارتها، أو ضغطها، عند قيمة معينة، وبالتالي تتغير خصائص المادة وفقًا للتغير الذي يحدث في القوى الموجودة بين جزيئات المواد، وفيما يأتي طرق التحويل بين حالات المادة المختلفة:
وهي عملية تحويل المادة من الطور الصلب إلى الطور السائل بزيادة درجة حرارة المادة، حتى تصل إلى درجة الانصهار المطلوبة لتلك المادة.
وهي عملية تحويل المادة من الحالة السائلة إلى الحالة الصلبة، ومن الأمثلة عليها وضع كوب من الماء داخل الفريزر، مما يؤدي إلى انخفاض درجة حرارة السائل، وبالتالي انخفاض الطاقة الحركية بين جزيئاته فتتجمد وتصبح في حالتها الصلبة.
وهي عملية تحويل المادة من الحالة السائلة إلى الحالة الغازية، فمثلًا عند وضع إبريق من الماء على النار ترتفع درجة حرارة جزيئاته إلى أن تصل إلى درجة الغليان الخاصة بالماء وهي 100 درجة ليدخل الماء بعدها في طور الغاز، حيث تختلف المواد في درجة الغليان من مادة إلى أخرى.
وهي العملية التي تتحول فيها المادة من مرحلة الغاز إلى مرحلة السائل، كما يحدث داخل حوض الاستحمام في أيام الشتاء الباردة، حيث تتحول جزيئات الماء الغازية (بخار الماء) بانخفاض درجة الحرارة إلى قطرات الماء السائلة التي تبقى عالقة على الجدران.
وهي عملية انتقال المادة من المرحلة الصلبة إلى المرحلة الغازية مباشرة دون المرور في الطور السائل بما يتطلب طاقة حرارية كبيرة لهذه العملية، مثال ذلك يتسامى مكعب الثلج إلى بخار الماء مباشرة.
هي العملية المعاكسة للتسامي، حيث تتحول المادة من الحالة الغازية إلى الحالة الصلبة دون المرور بالحالة السائلة، وهذا ما يحدث في فصل الشتاء على النوافذ، إذ يتحول بخار الماء إلى جزيئات من الثلج المترسبة على النوافذ.
يعتمد تغير المادة من حالة إلى أخرى على الظروف الفيزيائية المحيطة بها؛ مثل درجة الحرارة، لذا فإن زيادتها أو نقصانها يحدد خواص المواد بالانتقال من طور إلى آخر، وكل مرحلة لها خواص تختلف عن الأخرى، كالشكل، والحجم، والقوى التي تربط جزيئات المادة مع بعضها بعضًا.
