محتويات
تعريف المادة في العلوم
تتعدد تعريفات المادة في العلوم، إلا أن أكثرها شيوعًا، هو أنها كل شيء له كتلة وحجم، ويشغل حيز معين في الفراغ، سواء أكان ملموسًا أو غير ملموس، والمادة تحتوي على جسيمات صغيرة جدًا تُعرف بالذرات، والتي تتكون من كل من: البروتونات، والنيوترونات، والإلكترونات؛ وترجع فكرة أن المادة مكونة من جزيئات بناء متناهية في الصغر إلى فلاسفة اليونان مثل ديموقريطس، وليوكيبوس.[١]
ومن الجدير بالعلم أن البروتونات، والنيوترونات، والإلكترونات تتكون من الفرميونات (Fermions) والتي تم تصنيفها إلى نوعين هما:[٢]
- الكوارك: وهي نوع من الجسيمات الأساسية التي تتكون منها البروتونات، والنيوترونات، ويوجد ستة أنواع من الكوارك.
- اللبتونات: نوع آخر من الفرميونات والتي تتكون من الإلكترونات.
خصائص المادة
تتضمن المادة مجموعة من الخصائص، والتي يتم تصنيفها على النحو الآتي:
الخصائص الفيزيائية
الخاصية الفيزيائية هي الخاصية التي لا يؤثر تغيرها على تركيبة المادة الأساسية، أيّ لا تؤثر في تركيبتها الكيميائية، ومن أبرز الأمثلة على الخصائص الفيزيائية:[٣][٤]
- الكثافة.
- الكتلة.
- الحجم.
- اللون.
- الصلابة.
- نقطة الانصهار.
- نقطة الغليان.
- التوصيل الكهربائي.
ومن الممكن ملاحظة بعض هذه الخواص دون حدوث أيّ تغير للحالة الفيزيائية للمادة، مثل؛ الكثافة واللون، إلى جانب أن بعضها الآخر لا يمكن ملاحظتها إلا عند خضوع المادة لتغير فيزيائي، مثل: درجة حرارة انصهار الحديد، أو درجة حرارة تجمد الماء.
الخصائص الكيميائية
الخاصية الكيميائية هي التي يؤثر تغيّرها على تركيبة المادة الأساسية؛ وذلك بحدوث بعض التفاعلات بين المواد المختلفة، وبمعنى آخر يمكن تعريفها على أنها القدرة على التحول من نوع ما من المادة إلى نوع آخر، ومن أبرز الأمثلة على الخصائص الكيميائية للمادة:[٣][٤]
- القابلية للاشتعال والانفجار.
- التأكسد
- السميّة.
- الحموضة.
- التآكل.
- التعفن.
- التحلل.
- التخمّر.
ومن الأمثلة على التغير الكيميائي؛ تشكل الصدأ نتيجة اتحاد الحديد مع الأكسجين بوجود الماء، فالصدأ هو نوع مختلف من المادة عن الحديد، والأكسجين، والماء.
حالات المادة وخواصها
إليكم فيما يأتي أبرز حالات المادة المختلفة مع ذكر أهم خواص كل منها:
المادة الصلبة
في الحالة الصلبة تتجمع الجزيئات معًا، وتكون مترابطة معًا بشكل قوي ومتين، بحيث يصعب تغيير شكلها، ومن أبرز خواص المادة الصلبة الآتي:[٥][٦]
- تتميز بأن لها شكلًا معيناً، ولا يمكن تغييره.
- كتلتها وحجمها ثابت.
- كثافتها عالية؛ نتيجة تراص جزيئاتها معًا بشكل كبير.
- جزئياتها لها طاقة حركية صغيرة جدًا.
- الإلكترونات الخاصة بكل ذرة لديها حركة مستمرة، ولكن ذات اهتزاز قليل جدًا.
المادة السائلة
تراص المادة في الحالة السائلة يكون أقل مقارنة بالحالة الصلبة؛ لذلك لديها القدرة على التدفق حول بعضها البعض، وبالتالي لا يكون لها شكل محدد، ويمكن أن تتوافق مع شكل الوعاء الذي تُوضع فيه، ومن أبرز خصائصها:[٥][٦]
- كثافتها أقل من المادة الصلبة.
- حجمها ثابت؛ لقرب جزيئاتها من بعضها البعض، ولعدم القدرة على ضغطها.
المادة الغازية
جزيئات المادة في الحالة الغازية تكون لديها مساحة كبيرة جدًا فيما بينها؛ مما يجعلها تتميز بالخواص الآتية:[٥][٦]
- طاقتها الحركية عالية جدًا.
- عدم امتلاكها شكل محدد أو حجم محدد.
- تأخذ شكل الوعاء الذي تُوضع فيه.
- إمكانية مرور أيّ شيء خلالها بكل سهولة؛ لأن جزيئاتها بعيدة عن بعضها البعض وغير مترابطة.
- تتقارب جزيئاتها عند تعرضها لضغط كبير؛ وذلك من خلال تقليل حجم الوعاء الموضوعة داخله.
البلازما
قد لا تُعد البلازما من الحالات الشائعة للكثير من المواد على سطح الأرض، إلا أنها قد تكون أكثر حالات المادة شيوعًا في الكون، فعلى سبيل المثال النجوم مثل الشمس هي في الأساس عبارة عن كرات مكوّنة من بلازما شديدة السخونة، والبلازما تتكون من مجموعة من الجزيئات المشحونة بشكل كبير وذات طاقة حركية عالية جدًا.
وقد تُستخدم بعض الغازات النبيلة مثل؛ غازات الهيليوم، والنيون، والأرغون، والرادون، وغيرها من أجل صناعة الإشارات المتوهجة والمضيئة باستخدام الكهرباء ليتم تأيينها إلى حالة البلازما.[٥][٦]
كثافة بوز- أينشتاين
استطاع العالمان إريك كورنيل وكارل ويمان تصنيع حالة جديدة للمادة من خلال استخدام مزيج من الليزر والمغناطيس، وذلك في عام 1995.
حيث قاما بتبريد عينة من الروبيديوم لتُصبح درجة حرارتها قليلة جدًا أيّ قريبة من الصفر المطلق؛ مما نتج عن ذلك حركة شبه معدومة للجزيئات لتبدأ عندها الذرات بالتكتل معًا؛ بسبب عدم إمكانية انتقال الطاقة الحركية من ذرة إلى أخرى، ليتشكل في النهاية ذرة واحدة فقط ذات حجم ضخم وكبير جدًا.
وقد استُخدمت حالة كثافة بوز- أينشتاين لدراسة ميكانيكا الكم بشكل مجهري، بالإضافة إلى دراسة الجُسيم نتيجة تباطؤ سرعة الضوء عند مروره عبرها، ومؤخرًا اُسْتُخْدِمَت لمحاكاة الظروف التي قد توجد في الثقوب السوداء.[٥][٦]
المراجع[+]
- ↑ "What Is the Definition of "Matter" in Physics?", thoughtco. Edited.
- ↑ "Physics: Fermion Definition", thoughtco. Edited.
- ^ أ ب "Physical and Chemical Properties", openstax. Edited.
- ^ أ ب "Physical and Chemical Properties", libretexts. Edited.
- ^ أ ب ت ث ج "States of matter: Definition and phases of change", livescience. Edited.
- ^ أ ب ت ث ج "matter: The States of Matter", infoplease. Edited.
ملخص المقال
المادة في العلوم تُعرف بأنها كل شيء له كتلة وحجم ويشغل حيزًا في الفراغ، سواء كان ملموسًا أو غير ملموس. تتكون المادة من ذرات تحتوي على بروتونات، نيوترونات، وإلكترونات. خصائص المادة تنقسم إلى فيزيائية مثل الكثافة والكتلة، وكيميائية مثل القابلية للاشتعال. حالات المادة تشمل الصلبة، السائلة، الغازية، والبلازما. هناك أيضًا حالة كثافة بوز-أينشتاين التي تم اكتشافها حديثًا وتستخدم لدراسة ميكانيكا الكم.
أسئلة شائعة
هي المادة المكوّنة من جسيمات مضادة، بحيث تكون نواتها سالبة الشحنة وإلكتروناتها موجبة الشحنة، ولا وجود لها على سطح الأرض طبيعيًا إلا لفترات جدًا محدودة نتيجة تشكل الإشعاع النووي والأشعة الكونية، وفي حال التقاءها مع الجسيمات العادية فإنها تتلاشى معًا مخلفة وراءها أشعة غاما وأزواج من الجسيمات والجسيمات المضادة.
تُعرف على أنها الركيزة التي ينبثق منها الوجود المادي والتي تبقى ثابتة بشكل أو آخر في ظل التغييرات المختلفة.
هو العلم الذي يختص بدراسة خواص المواد وتطبيقاتها للعلوم والهندسة، وهو الذي يشمل كل من الفيزياء التطبيقية، والكيمياء، وغيرها.
