الخواص الفيزيائية لكل حالة

ما هي حالات المادة؟

تشكل المادة جزءًا من الكون الذي نراه ونلمسه، وهي كل شيء موجود يمكن إدراكه بإحدى الحواس، ويشغل حيزًا في الفراغ وله كتلة وحجم، وتتكون المادة من جسيمات بالغة الصغر تسمى الجزيئات، التي تتشكل من جسيمات أصغر هي الذرات، والتي بدورها تتكون من جسيمات أصغر هي البروتونات والإلكترونات والنيترونات، وترتبط الذرات فيما بينها لتشكل العناصر والمركبات الكيميائية التي نعرفها.

توجد أربع حالات رئيسية معروفة للمادة، ثلاث منها موجودة في الطبيعة على كوكب الأرض، وهي "الصلبة" و"السائلة" و"الغازية"، ويمكن للمادة نفسها أن توجد بعدة حالات من الثلاثة المذكورة اعتمادًا على الضغط ودرجة الحرارة، ويمكن للعناصر في حالاتها المعروفة أن تتحد تحت ظروف معينة لتكون مواد جديدة بشكل وحالة جديدة تختلف عن حالة مكوناتها الأصلية، مثل أن ترتبط ذرات عنصر الهيدروجين والأكسجين بالحالة الغازية لتكون الماء في الحالة السائلة ويسمى هذا الارتباط بالتفاعل الكيميائي.^[١]

ما هي الخواص الفيزيائية لكل حالة؟

إن خصائص المادة الفيزيائية هي تلك التي يمكن تمييزها وقياسها ورؤيتها وملاحظتها، وتتنوع الخصائص الفيزيائية وتختلف من مادةٍ إلى أخرى، كما يمكن ملاحظة مجموعة منها بوضوحٍ، بينما نحتاج إلى إجراء بعض التجارب البسيطة للكشف عن بعضها الآخر، ومن أبرز الخصائص الفيزيائية الشكل والحجم والكثافة والطاقة الحركية وغيرها، وتعتمد هذه الخصائص على مدى التراصّ وقوة الرابطة بين جزيئاتها وعلى نسبة التباعد بين الجزيئات، وفيما يأتي توضيح لخصائص المادة في حالاتها الأربعة^[٢][٣]:

الخصائص الفيزيائية للمادة الصلبة

• تحتفظ المواد الصلبة بشكل ثابت بسبب تراص جزيئاتها وترابطها بشكل منتظم وقوي.
• المواد الصلبة لها حجم ثابت، لا يسهل ضغطه لوجود مسافة قليلة جدًّا بين الجزيئات.
• تمتلك المواد الصلبة كثافة عالية جدًّا وتختلف المواد الصلبة في كثافتها اعتمادًا على حجم الجزيئات وكتلتها وطريقة ترتيبها.
• التدفق في جزيئات المواد الصلبة ضعيف جدًّا، ولا تستطيع الجزيئات التحرك بسهولة.

الخصائص الفيزيائية للمادة السائلة

• المواد السائلة ليس لها شكل ثابت، لأنها دائمًا تأخذ شكل الوعاء الذي توضع فيه لعدم انتظام ترتيب جزيئاتها المترابطة بشكل أقل من الحالة الصلبة.
• المواد السائلة تمتلك حجمًا ثابتًا، ولا يمكن ضغطه بسهولة؛ لعدم وجود مسافة كافية بين الجزيئات التي تتيح للأجسام الانضغاط.
• تمتلك المواد السائلة كثافة عالية لكنها أقل من كثافة المواد الصلبة وتختلف المواد السائلة في كثافتها.
• تتميز المادة السائلة بقدرة جزيئاتها على التحرك والتدفق بسهولة.

الخصائص الفيزيائية للمادة الغازية

• المادة الغازية لها شكل متغير، وهي أيضًا كالمواد السائلة تأخذ شكل الوعاء الذي توضع فيه، لتباعد الجزيئات عن بعضها وضعف الرابطة بينها.
• المواد الغازية لها حجم متغير أي إنها قابلة للانضغاط بسهولة ودرجة كبيرة، لوجود مساحة كبيرة تتيح للجزيئات القدرة على الانضغاط.
• للمواد الغازية كثافة منخفضة جدًّا مقارنة بالمادة السائلة والصلبة؛ أي إنها خفيفة تنتشر بسهولة في الجو، وتختلف كثافة المواد الغازية تِبَعًا لنوع الغاز.
• تمتاز المواد الغازية بقدرتها العالية على التدفق، مما يتيح للجزيئات التحرك فيما بينها بسرعة عالية وبطريقة عشوائية.

ملاحظات:

• تُعَبر الكثافة عن النسبة بين الكتلة وحجم المادة.
• يُشير الحجم إلى مقدار المساحة التي يشغلها جسم ما.
• يُعبر الانضغاط عن مقدرة المادة على أن تشغلَ حيزًا أقل.

تجارب تساعدكِ في تعليم الأطفال عن حالات المادة المختلفة

يحب الأطفال أداء التجارب العلمية ويستمتعون بها، وهي تساعدهم في الفهم العملي وترسخ المعلومة في أذهانهم، ويستمتع الأطفال أكثر بالتجارب إذا شاركت الأم الطفل بأداء التجربة في البيت، ويتحمسون أكثر إذا كانت التجربة صنعَ شيٍء لذيذ، لذا نقدم لكِ تجربة تساعدكِ في تعليم الطفل حالات المادة المختلفة في البيت عن طريق صنع الجلي^[٤]:

الأدوات المطلوبة

• علبة جلاتين (جلي).
• ماء.
• غلاية.
• أدوات المطبخ.
• صحون.

ملاحظة: أثناء تطبيق التجربة، اسألي طفلكِ عن حالات المادة وتغيراتها وخصائصها التي يستطيع معرفتها من خلال التجربة ودعيه يسجل ملاحظاته عليها.

طريقة العمل

• اطلبي من طفلك أن يفرّق بين شكل الماء والجلي ويسجل ملاحظته عن الوزن ويقارن بينهما، واسأليه هل تغيير شكل بلورات الجلي حين يضعها في كفيه عن شكلها وهي بالعلبة ويكتب ملاحظاته.
• ضعي الماء في الغلاية ثم ضعيه على الغاز حتى يبدأ الماء بالغليان، ويتبخر وأخبريه أن ارتفاع درجة الحرارة حوّل الماء من الحالة السائلة إلى الحالة الغازية.
• اطلبي من طفلكِ أن يحاول جمعَ بخار الماء في كفيه ويسجل ملاحظاته عن الوزن.
• ضعي الجلي وامزجيه بالماء حتى يذوب واسكبي المزيج السائل في صحنٍ ثم ضعيه في الثلاجة حتى يجمد.
• اسألي طفلكِ عن شكل مزيج الماء والجلي أثناء وجوده في الغلاية ووضعه في الصحن وليسجل ملاحظاته عن الشكل.
• أخرجي الصحن عندما يجمد من الثلاجة وأخبري طفلكِ أن سبب تحول المزيج السائل إلى الحالة الصلبة هو درجة الحرارة المنخفضة.
• بعد أن يستمتع طفلكِ بالمذاق اللذيذ ناقشيه في حالات المادة وخصائصها الفيزيائية التي لاحظها.

المراجع

1. ↑ WRITTEN BY The Editors of Encyclopaedia Britannica, " Matter"، britannica, Retrieved 3-7-2020. Edited.
2. ↑ "Gases, Liquids, and Solids", chem, Retrieved 3-7-2020. Edited.
3. ↑ " Properties of Solids, Liquids and Gases", goodscience, Retrieved 3-7-2020. Edited.
4. ↑ By Crystal Lee (13-3-2018), "Experiments on States of Matter for Kids"، sciencing, Retrieved 4-7-2020. Edited.