أشكال المادة (بناءً على الخصائص المجهرية)

أشكال المادة (بناءً على الخصائص المجهرية)

في حياتنا اليومية، نصادف عادةً ثلاثة أشكال مختلفة للمادة. هناك المواد الصلبة (مثل الصخور والحديد وغيرها ) ، والسوائل (مثل الماء والبنزين وغيرها ) ، والغازات (مثل الهواء وغيرها ) . ويمكن التمييز بين هذه الأشكال الثلاثة للمادة بناءً على قدرتها على الحفاظ على شكلها وحجمها (ونقصد بالحجم هنا الحجم الكلي).

تحافظ المواد الصلبة عادةً على شكل وحجم ثابتين. أما السوائل، فلا تحافظ على شكل ثابت، بل تُغيّر شكلها وفقًا للوعاء الذي توضع فيه. على سبيل المثال، إذا وضعنا الماء في كوب، يتغير شكله إلى شكل الكوب. وإذا وضعناه في حوض الاستحمام، يتغير شكله إلى شكل حوض الاستحمام. أما إذا وضعناه في كيس بلاستيكي مثقوب، فسوف ينسكب الماء... ههه ... عادةً ما يبقى حجم السائل ثابتًا. فإذا وضعنا كوبًا من الماء في حوض الاستحمام ، يبقى حجم الماء كما هو في الكوب. قد يتغير شكل الماء ، لكن حجمه لا يتغير أبدًا. من المهم ملاحظة أن حجم المواد الصلبة والسائلة لا يتغير إلا إذا طُبّقت قوة كبيرة جدًا.

ماذا عن الغاز؟ ليس للغازات شكل أو حجم ثابت. يتكيف شكلها وحجمها دائمًا مع شكل وحجم الوعاء الذي توجد فيه. على سبيل المثال، إذا وضعنا غازًا في أنبوب داخلي لإطار سيارة، يتغير شكل الغاز، تمامًا كما يتغير شكل الأنبوب. وينطبق الأمر نفسه على حجمه. فعندما يكون داخل الإطار، ينتشر الغاز ليملأ الإطار بالكامل . في هذه الحالة، يتغير حجم الغاز، تمامًا كما يتغير حجم الإطار. وإذا نفخنا بالونًا (وضعنا فيه هواءً)، يتغير شكل وحجم الهواء، تمامًا كما يتغير شكل وحجم البالون.

حتى الآن، ميّزنا حالات المادة الثلاث بناءً على خصائصها العيانية (الخصائص العيانية = شكل المادة وحجمها). وهذا، بالطبع، يستند إلى نتائج قياساتنا وملاحظاتنا اليومية. سنرى الاختلافات بين حالات المادة الثلاث بناءً على خصائصها المجهرية. تتكون كل مادة من ذرات أو جزيئات. عندما نقول إن الصخرة صلبة، لا نعرف أبدًا ما يحدث للذرات أو الجزيئات داخلها التي تجعلها صلبة. وينطبق الأمر نفسه على الماء والهواء. ما الذي يجعل الماء والهواء في حالتهما السائلة غير مرئيين؟

أشكال المادة القائمة على الخصائص المجهرية

قبل مناقشة الفروقات بين المواد الصلبة والسائلة والغازية بناءً على خصائصها المجهرية، دعونا نتناول أولًا ما يلي . لنفترض وجود جسم ما، كالصخرة مثلًا... إذا نظرنا عن كثب إلى الصخرة، سنرى أن كل جزء منها متماسك. حتى عند ركلها أو رميها، لا يتغير شكلها أو حجمها (إلا إذا تعرضت لقوة كبيرة جدًا). ​​عادةً، تبقى جميع أجزاء الصخرة كوحدة واحدة. لماذا يحدث هذا؟ لنفكر قليلًا...

Dأنا في الحجر هنالك الذرات أو الجزيئات. الآن حاول أن تتخيل... تخيل صخرة. تخيل أن الصخرة تتكون من قطع صغيرة. قسّم قطع الصخرة إلى قطع أصغر فأصغر... حتى تصل إلى حجم الذرات أو الجزيئات. تخيل الذرات على شكل كرات صغيرة. بينما الجزيئات يتكون من عدة كرات ملتصقة ببعضها.

إذن ، تحتوي الصخور على العديد من الجزيئات أو الذرات الصغيرة جدًا. هل يمكنك تخيل الذرات الموجودة في الصخور؟

^يبلغ قطر الذرة الواحدة حوالي 10⁻¹⁰ متر. إذا تخيلنا الذرة ككرة، فإن قطر هذه الكرة يبلغ 10⁻¹⁰ ^متر . إنها صغيرة جدًا لدرجة أنها لا تُرى بالعين المجردة... لا يمكن رؤيتها إلا بالتخيل. أما الجزيئات فهي ذرات ملتصقة ببعضها، لذا فهي أكبر من الذرات. لكن الجزيئات أيضًا لا تُرى بالعين المجردة.

من الغريب، أليس كذلك، أن تتواجد هذه الذرات أو الجزيئات الصغيرة في وحدة واحدة؟ لو لم تكن الذرات أو الجزيئات في وحدة واحدة، لما التصقت أجزاء الصخرة ببعضها. في الواقع، تلتصق أجزاء الصخرة ببعضها لتُصبح صلبة. فلماذا لا تنفصل الذرات أو الجزيئات؟

بالتأكيد، تتجاذب الذرات أو الجزيئات. لو لم تتجاذب، لتناثرت في كل مكان. لكانت كل ذرة أو جزيء قد افترق عن رفيقه. وهكذا، لتناثرت شظايا الصخور في كل مكان. ولتناثرت شظايا الصخور نفسها، حتى أننا لن نتمكن من رؤيتها. تتكون شظايا الصخور أيضاً من ذرات أو جزيئات. حجم الذرات صغير جداً، لذا لو كانت منفصلة، ​​لما تمكنا من رؤيتها... لكن الواقع ليس كذلك.

تبدو الصخرة صلبة، حيث تلتصق كل قطعة منها ببعضها. لذلك، نستنتج أن الذرات أو الجزيئات التي تُكوّن جسماً صلباً لا بد أن تتجاذب فيما بينها.

إن قوة التجاذب بين الذرات أو الجزيئات هي في الواقع قوة كهرومغناطيسية. وجود هذه القوة يجعل الذرات أو الجزيئات تقترب من بعضها. وعندما توشك على الاصطدام ، تتنافر الإلكترونات الموجودة في الجزء الخارجي من الذرات أو الجزيئات (تنافر كهربائي). هذا التنافر يجعل الذرات والجزيئات تتحرك للخلف. ومع ذلك، ورغم تحركها للخلف، فإنها تعود لتقترب من بعضها مرة أخرى بفعل قوة التجاذب. وهكذا دواليك... تتحرك الذرات أو الجزيئات ذهابًا وإيابًا (تهتز)، مع الحفاظ على مسافة دنيا بينها.

يكمن الفرق بين المواد الصلبة والسائلة والغازية بناءً على الخصائص المجهرية في قوة أو ضعف قوى التجاذب بين الذرات أو الجزيئات التي تشكل هذه المواد الثلاث.

صلب

في المواد الصلبة، تكون قوى التجاذب بين الذرات أو الجزيئات قوية للغاية لدرجة أن الذرات أو الجزيئات المكونة للمادة الصلبة تبقى دائمًا في مواقع ثابتة. تتحرك الذرات أو الجزيئات في المواد الصلبة ذهابًا وإيابًا (تهتز)، لكنها تهتز دائمًا في نفس الموضع.

إن التجاذب القوي بين الذرات أو الجزيئات التي تُكوّن المادة الصلبة هو السبب في أن شكل وحجم المادة الصلبة يظلان ثابتين دائمًا. تم رميها أو ضربهايصعب تغيير شكل الصخرة أو قطعة الحديد لأن قوى التجاذب بين الذرات أو الجزيئات قوية للغاية. فعند وضع صخرة أو قطعة حديد في دلو أو حوض استحمام، لا يتغير حجمها. إذن، فإن قوى التجاذب القوية بين الذرات أو الجزيئات المكونة للمادة الصلبة هي ما يحافظ على تماسكها وشكلها الصلب.

بشكل عام، تكون مواقع الذرات أو الجزيئات التي تُكوّن مادة صلبة تقريبًا كما هو موضح في الشكل (المعروف أيضًا باسم الشبكة البلورية). هذا الشكل مُكبّر. الذرات أو الجزيئات صغيرة جدًا.

سائل

في السوائل، تكون قوى التجاذب بين الذرات أو الجزيئات أضعف، مما يسمح لها بالحركة بحرية والتداخل. تستطيع الذرات أو الجزيئات المكونة للسوائل التحرك بحرية، لكنها لا تستطيع الانفصال عن بعضها. فقوة قوى التجاذب تمنعها من التحرر والتشتت.

لهذا السبب يتغير شكل السائل بينما يبقى حجمه ثابتًا. فعندما نضع الماء في كوب، تضعف قوى التجاذب بين ذراته أو جزيئاته، فيتغير شكل الماء ليأخذ شكل الكوب. وعندما نضع الماء في حوض الاستحمام، تسمح قوى التجاذب الأضعف بين الذرات أو الجزيئات للماء بالتكيف مع شكل الحوض. Vيظل حجم السائل ثابتًا دائمًا لأن قوى التجاذب بين الذرات أو الجزيئات لا تزال قادرة على إبقائها متماسكة. ابقوا متحدينكوب من الماء عند وضعه فيkعند سكب الماء في حوض الاستحمام، يبقى حجم الماء كما هو في الكوب. فالذرات أو الجزيئات التي تُكوّن الماء لا تتشتت، لذا يبقى الحجم ثابتًا دائمًا.

موضع الذرات أو الجزيئات التي تشكل السائل كما هو موضح في الصورة (يشير السهم إلى اتجاه الحركة).

المواد الغازية

في المواد الغازية، تكون قوى التجاذب بين الذرات أو الجزيئات ضعيفة للغاية لدرجة أنها لا تستطيع أن تكون وحدة واحدة. تتحرك بحرية تامة لعدم وجود روابط بينها. هذه القوى الضعيفة تجعل الذرات أو الجزيئات المكونة للمادة الغازية متناثرة في كل مكان. تكون ذرات المادة الغازية أكثر حرية في الحركة من ذرات المواد الصلبة أو السائلة.

يكون موقع الذرات أو الجزيئات التي تُكوّن مادة غازية تقريبًا كما يلي pada صورة.

إن قوة التجاذب الضعيفة للغاية هي السبب في تغير شكل وحجم الغازات، وفي عدم إمكانية رؤية الهواء بالعين المجردة. حجم الذرات أو الجزيئات صغير جدًا لدرجة أنه إذا تشتتت في كل مكان، فلن نتمكن من رؤيتها. أما حجم حبيبات الرمل أو السكر فهو أكبر بكثير من الذرات أو الجزيئات، لذا حتى وإن كانت متناثرة، يمكن رؤيتها بالعين المجردة، وإن كان ذلك بصعوبة.

يمكن رؤية المواد الصلبة والسائلة لأن ذراتها أو جزيئاتها المكونة لها غير منفصلة. فقوى التجاذب القوية في المواد الصلبة والغازية قادرة على ربطها ببعضها. أما في الغازات، فقوى التجاذب ضعيفة للغاية لدرجة أنها لا تستطيع ربط الذرات أو الجزيئات ببعضها. وهذا الضعف في قوى التجاذب هو أيضاً سبب قدرة الغازات والسوائل على الجريان.