قانون الكثافة في الكيمياء

ما هي الكثافة، وما الفرق بينها وبين الكتلة؟

تعرف الكثافة بأنها كتلة المادة لكل وحدة من الحجم، والاختلاف بين الكتلة والكثافة هو أن الأولى هي لقياس كمية المادة الموجودة داخل جسم معين، بينما تعرف الكثافة بمقدار الكتلة لكل كمية معينة من الحجم، وتستخدم أيضًا لقياس ضغط المواد، ويعبر عنها من خلال غم/ سم³ أو رطل/ قدم³، ويستدل على كثافة مادة معينة بالحرف اليوناني ρ، أو الحرف اللاتيني D، وتعتمد كثافة العينة على درجة الحرارة؛ لذلك يجب ملاحظة درجة الحرارة وتسجيلها بشكل دقيق، ويمكن قياس الكثافة يدويًا أو إلكترونيًا، وأبرز الطرق اليدوية هي مقياس الجريان ومقاييس الهيدروميتر، وتحسب الكثافة كالتالي^[١]: على سبيل المثال، إذا ملأت 500 سم³ من العينة في دورق زجاجي، وكانت الكتلة تزن 1000 غرام، فستكون الكثافة ρ = 1000 غرام/ 500 سم³ = 2 غرام/ سم³.

ما هو قانون الكثافة في الكيمياء؟

يعبر قانون الكثافة عن العلاقة بين الكتلة والحجم، والتي تحتسب من خلال القوانين التالية^[٢]:

• الكثافة = الكتلة / الحجم.

ومن هذا القانون توجد عدة استنتاجات، وهي:

• الكتلة = الكثافة × الحجم.
• الحجم = الكتلة / الكثافة.
• وحدة قياس الكثافة هي غم/ سم³، أو كغم/ م³ .

تطبيقات على الكثافة في الكيمياء

تقاس الكثافة بوحدات من الغرام لكل سنتميتر مكعب؛ لأن الغرام يمثل وزنًا قياسيًا في حين أن السنتيمتر يمثل حجم الجسم، ولتطبيق الكثافة إليكِ الأمثلة التالية^[٣]:

المثال الأول

نحسب كثافة حفنة من الملح قياس 10.0 سم × 10.0 سم × 2.0 سم، والتي تزن 433 غرامًا للعثور على الكثافة، وتستخدم الصيغة التي تساعد على تحديد كمية الكتلة لكل وحدة حجم:

• ρ = م / ت
• في هذا المثال، توجد أبعاد المادة، لذلك يجب حساب الحجم، وتعتمد صيغة الحجم على شكل المادة، لكنها عملية حسابية بسيطة لمربع:
• v = الطول × العرض × السمك
• v = 10.0 سم × 10.0 سم × 2.0 سم
• ت = 200.0 سم³
• الآن بعد أن وجدت الكتلة والحجم، تحسب الكثافة على النحو التالي:
• ρ = م / ت
• ρ = 433 غم / 200.0 سم³
• ρ = 2.165 غم / سم³
• وبالتالي، فإن كثافة حفنة الملح هي 2.165 غم / سم³

المثال الثاني

لإيجاد كثافة مكعب السكر يزن 12غرامًا، وطول الجانب 2 سم نتبع ما يلي^[٢]:

• يجب اشتقاق كتلة وحجم مكعب السكر:
  • الكتلة = 12 غرامًا
  • الحجم = 2 سم من الجوانب
  • حجم المكعب = (طول الضلع)³
  • حجم المكعب = (طول الجانب)³
  • الحجم = (2)³
  • الحجم = 8 سم³
• وضع المتغيرات في الصيغة:
  • الكثافة = الكتلة / الحجم = 12 غرام / 8 سم³
  • لذلك، يكون الناتج = 1.5 غرام / سم 3
  • وبالتالي، فإن مكعب السكر هذا له كثافة 1.5 غرام / سم³

من حياتكِ لكِ

يمكنكِ شرح الكثافة لطلابك أو أولادك، إذ تبدئين بالمناقشة حول الأوزان، وتعد مقدمة الأوزان بداية جيدة للدخول لشرح الكثافة، لا سيما عند التركيز على الأشياء التي تمتلك أحجامًا متشابهة ولكن أوزانًا مختلفة، بعد ذلك، قدمي شرحًا مبسطًا لمفهوم الكثافة، ومن المهم أيضًا الحديث عن سبب غرق بعض المواد في الماء وتعويم الآخر، وهذه الخطوات تضع الأساس لمفهوم الكثافة، وإليكِ الوسائل التالية لضمان شرح المفهوم على أكمل وجه^[٤]:

• استخدمي كُرتين واحدة من البوليسترين والثانية من المطاط، وبعد ذلك اطلبي من الطالب رفعهما، لتخمين أي كرة ستكون أخف، حينها ستعرفون أن البوليسترين لها كتلة أقل.
• استخدمي الميزان لتوضيح الفرق بين كتل المواد، ويجب استخدام مواد ذات أشكال وكتل مختلفة؛ وذلك لتوضيح فكرة أن الميزان يرتفع مع الأوزان الثقيلة، وينخفض مع الأوزان ذات الكتلة المنخفضة، ويصبح صفر عند عدم وجود أي كتلة عليه.

المراجع

1. ↑ "What is Density", Mettler Toledo, Retrieved 12-6-2020. Edited.
2. ^ ^{أ ب} "Density Formula", topper, Retrieved 12-6-2020. Edited.
3. ↑ Andrew Zimmerman Jones (5-2-2020), "An Introduction to Density: Definition and Calculation"، thoughtco., Retrieved 12-6-2020. Edited.
4. ↑ Grace Williams (29-4-2018), "How to Explain Density to Elementary Students"، sciencing, Retrieved 12-6-2020. Edited.