الخواص الفيزيائية والكيميائية للمادة

الخواص الفيزيائية والكيميائية للمادة

خصائص المادة

جميع المواد في حياتنا لها خصائص تُحدّد صفاتها ومدى إمكانية تفاعلها مع المواد الأخرى، وتنقسم هذه الصفات إلى صفات فيزيائية وصفات كيميائية، فبالنسبة للخصائص الفيزيائية فهي الخصائص التي يُمكن للعلماء قياسها دون تغيير في تركيب العيّنة قيد الدراسة، ومن هذه الخصائص الكتلة، واللون، والحجم، أمّا الخصائص الكيميائية فهي تصف القدرة المميزة للمادة على التفاعل لتكوين مواد جديدة، وتتضمّن قابليّتها للاشتعال، وقابليّتها للتآكل، وتجدُر الإشارة إلى أنّ جميع عيّنات المادة النقيّة لها الخصائص الكيميائية والفيزيائية نفسها، فمثلًا النحاس النقي يكون دائمًا صلبًا ويكون لونه بنّيًّا محمرًّا (خاصية فيزيائية)، ويذوب دائمًا في حمض النيتريك المُخفّف لإنتاج محلول أزرق وغاز بنّي (خاصية كيميائية)[١].


الخصائص الفيزيائية والكيميائية للمادة

للتفريق بين الخصائص الفيزيائية والخصائص الكيميائية للمادة لا بدّ من التعرّف على التغييرات التي تحصل للمادة، فالتغيرات الفيزيائية هي التغيرات التي لا تتكسّر أو تتكوّن فيها روابط كيميائية، هذا يعني أنّ أنواع المركبات أو العناصر التي كانت موجودة في بداية التغيير موجودة في نهاية التغيير، لأنّ المواد النهائية هي نفسها مواد البداية، فالخصائص مثل اللون، ونقطة الغليان ستكون هي نفسها، كما تتضمّن التغيرات الفيزيائية تحريك الجزيئات وليس تغييرها، أما التغيرات الكيميائية فتحدث عندما تُكسر الروابط أو تُشكّل بين الجزيئات أو الذرات، وهذا يعني أنّ مادة واحدة بمجموعة مُعيّنة من الخصائص، مثل نقطة الانصهار واللون والطعم وما إلى ذلك، قادرة على تحويل المادة إلى مادة أخرى مُختلفة، وبخصائص مُختلفة أيضًا، ويُعدّ حرق الورق أحد الأمثلة الجيّدة على التغيير الكيميائي للمادة، على النقيض من عملية تمزيق الورق؛ يؤدّي حرق الورق في الواقع إلى تكوين مواد كيميائية جديدة، وهي ثاني أكسيد الكربون، والماء، وهي مركبات مختلفة عن التي كانت موجودة في بداية التغيير[١].


الخصائص الفيزيائية

الخصائص الفيزيائية هي خصائص يُمكن قياسها أو ملاحظتها دون تغيير الطبيعة الكيميائية للمادة، كنقطة الغليان، ونقطة الذوبان للمادة، وتقطيع المادة، وتحطيمها، وطحنها، فعلى سبيل المثال يؤدّي خلط الملح والفلفل إلى إنشاء مادة جديدة دون تغيير التركيب الكيميائي لأي مكوّن، وتجهيز عصير الفاكهة عن طريق تقطيع الفاكهة وخلطها معًا لا يُغيّر الخصائص الكيميائية الموجودة في الفاكهة، ولا تتغيّر المياه والفيتامينات من الفاكهة أيضًا[٢].


يُمكن أن تُقسّم الخصائص الفيزيائية بحدّ ذاتها إلى خصائص شموليّة أو مُكثّفة، وتختلف الخصائص الشمولية مع كمية المادة وتتضمّن الكتلة والوزن والحجم، وفي المقابل لا تعتمد الخصائص المُكثّفة على كمية المادة؛ وهي تتضمّن اللون ونقطة الانصهار ونقطة الغليان والتوصيل الكهربائي والحالة المادية عند درجة حرارة معينة، فمثلًا الكبريت هو مادة صلبة بلوريّة صفراء لا توصل الكهرباء ولها نقطة انصهار تبلغ 115.2 درجة مئوية، بغض النظر عن الكمية التي تُفحص، وعادةً يقيس العلماء الخصائص المُكثّفة لتحديد هوية المادة، في حين تنقل الخصائص الشمولية معلومات حول كمية المادة في العينة، على الرغم من أنّ الكتلة والحجم من الخصائص الشمولية، إلا أنّ نسبتهما خاصية مُكثّفة مهمة تُسمى الكثافة (ρ)، ويُمكن تعريف الكثافة على أنّها الكتلة لكل وحدة حجم، وعادةً ما يُعبّر عنها بالجرام لكل سنتيمتر مكعب (g/cm3)، وكلّما زادت الكتلة في حجم مُعيّن زادت الكثافة أيضًا، فمثلًا يحتوي الرصاص الذي كتلته أكبر، على كثافة أكبر بكثير من حجم الهواء نفسه[١].


الخصائص الكيميائية

الخاصية الكيميائية هي الخاصية التي يجب أن تؤدّي إلى تغيير في التركيب الكيميائي للمادة، فيما يلي عدّة أمثلة على الخصائص الكيميائية[٢]:

  • حرارة الاحتراق: وهي الطاقة المنبعثة عندما يخضع المركب للاحتراق الكامل بالأكسجين، ويُرمز لحرارة الاحتراق بالرمز ΔHc.
  • الاستقرار الكيميائي: إذ يُشير الاستقرار الكيميائي إلى ما إذا كان المركب سوف يتفاعل مع الماء أو الهواء فالمواد المستقرة كيميائيًّا لن تتفاعل مع الماء أو الهواء، فالتحلّل المائي والأكسدة هما تفاعلان من هذا القبيل وكلاهما تغيّرات كيميائية.
  • القابلية للاشتعال: إذ تُشير القابلية للاشتعال إلى ما إذا كان المركب سيحترق عند تعرضه للهب، ويُعد الحرق تفاعلًا كيميائيًّا، وعادةً ما يكون تفاعلًا تحت درجة حرارة عالية في وجود الأكسجين.
  • التفاعلات الكيميائية: إذ تُعرف التغيرات الكيميائية أيضًا بالتفاعلات الكيميائية، وتُسمى مكونات التفاعل بالمتفاعلات، والنتائج النهائية نتائج التفاعل أوالمواد الناتجة، ويُشار إلى التغيير من المواد المتفاعلة إلى المواد الناتجة بواسطة سهم، وغالبًا ما يكون تكوين فقاعات الغاز نتيجةً لتغير كيميائي، باستثناء حالة الغليان، وهو تغيير مادي، وقد يؤدي التغيير الكيميائي أيضًا إلى تكوين راسب، مثل ظهور مادة غائمة عندما تُخلط المواد المذابة، وكذلك الأمر بالنسبة للتعفّن والحرق والطبخ والصدأ؛ إذ إنها كلها أنواع أخرى من التغييرات الكيميائية لأنها تنتج مواد وتكوّن مركبات كيميائية جديدة تمامًا، فمثلًا يُصبح الخشب المحترق رمادًا وثاني أكسيد كربون وماء، والحديد عند تعرضه للماء يُصبح خليطًا من العديد من أكاسيد الحديد المائية والهيدروكسيدات، وتخضع الخميرة لعملية التخمير لإنتاج الكحول من السكر، وغالبًا ما يُشير التغيير غير المتوقع للون أو إطلاق الرائحة إلى تغير كيميائي، فمثلًا يُحدّد لون عنصر الكروم من خلال حالة الأكسدة الخاصة به؛ سيتغيّر لون مركب واحد من الكروم فقط إذا تعرّض إلى تفاعل أكسدة أو اختزال، والحرارة من طهي البيضة تغير تفاعلات البروتينات وأشكالها في بياض البيض، وبالتالي تغيير هيكلها الجزيئي وتحويل بياض البيض من شفاف إلى معتم، كل ما سبق هو أمثلة على التغيرات الكيميائية للمادة.


من حياتكِ لكِ

سنقدم لكِ تجارب تُساعدين فيها أطفالكِ أو طلابكِ على فهم الخصائص الكيمائية والفيزيائية للمادة، وسنشرح تجربتين لتوضيح هذه الخصائص[٣]:

  • التجربة الأولى: لا يؤثر تغيير حالة الماء على كتلته، لذلك يُمكنكِ أن تضعي مُكعّبين من الثلج في كيس، ثم تحسبي الكتلة مع الطلاب أو الأطفال، واطلبي منهم توقّع ما إذا كان هناك تغيير في كتلة الكيس بعد ذوبان الجليد، ثم دعي مكعبات الثلج تذوب حتى نهاية الدرس، واحسبي كتلة الكيس مع الثلج والماء مُجددًا، مع التأكد من مسح أي قطرات مُتكّثفة خارج الكيس، واسألي الأطفال لماذا يفعلون ذلك؟ والنتيجة أنّه لا يجب أن تتغيّر الكتلة لأنّ الكتلة محفوظة في الطبيعة، ولا يؤدي تغيير حالة الماء إلى تغيير كتلته.
  • التجربة الثانية: من هذه التجربة يتعرّف الطلاب أو الأطفال على التغيير الكيميائي، ويتعلّمون أيضًا أن التغير الكيميائي يُحافظ على الكتلة أيضًا، إذ يُمكنكِ بدء التجربة من خلال حساب كتلة قرص فوّار وكيس مملوء بـ 20 مل من الماء، ثم أضيفي القرص الفوّار إلى الماء وأغلقي الكيس بسرعة، وهنا سيحدث تفاعل كيميائي تنتج منه مادة جديدة وغاز ثاني أكسيد الكربون، ولكنّ الكتلة لا تتغيّر طالما أنّ الكيس المملوء بالماء مغلق، فإذا كان مفتوحًا سيخرج غاز ثاني أكسيد الكربون من الكيس، وحينها تتأثر الكتلة.


المراجع

  1. ^ أ ب ت "Properties of Matter", libretexts,2020-6-12، Retrieved 2020-7-2. Edited.
  2. ^ أ ب "Physical and Chemical Properties of Matter", lumenlearning, Retrieved 2020-7-2. Edited.
  3. "5 Experiments of Physical and Chemical Changes", lessonplan,2018-5-2، Retrieved 2020-7-2.
404 مشاهدة