حالات المادة: كيف تتحول من حالة إلى أخرى؟

ما هي حالات المادة؟

تُعرف المادة بأنها أي شيء يشغل مساحة وله كتلة، علمًا بأن جميع المواد على اختلافها تتكون من ذرات، والتي بدورها تتكون من البروتونات والنيوترونات والإلكترونات، وتوجد المواد في الطبيعة في هيئات مختلفة تعرُف باسم حالات المادة (بالإنجليزية: States of matter)، وهي ثلاث حالات رئيسية؛ الحالة الصلبة، والحالة السائلة، والحالة الغازية، بالإضافة إلى أن بعض العلماء أضافوا حالة رابعة جديدة تعرف باسم البلازما، وفيما يأتي توضيح لحالات المادة الثلاثة الرئيسية:^[١][٢]

الحالة الصلبة

المواد التي توجد في الحالة الصلبة (بالإنجليزية: solid state) يكون لها شكل ثابت ومحدد، وكذلك كتلة وحجم محددان، وهي لا تأخذ شكل الوعاء الذي توضع فيه، بالإضافة إلى أن المواد الصلبة تتميز أيضًا بكثافة عالية، مما يعني أن جزيئاتها تكون متراصة مع بعضها البعض بإحكام.

الحالة السائلة

تكون جزيئات المواد التي توجد في الحالة السائلة (بالإنجليزية: Liquid state) مرصوصة مع بعضها بشكل فضفاض أكثر مما هو الحال في الحالة الصلبة، حيث تكون الجزيئات مبتعدة عن بعضها أكثر، وتكون قادرة على التدفق حول بعضها البعض، مما يعطي للسائل شكلاً غير محدد، وبالتالي فإن المواد السائلة تأخذ شكل الوعاء الذي توضع فيه.

الحالة الغازية

يكون لجزيئات المواد التي توجد في الحالة الغازية (بالإنجليزية: Gaseous state) مساحة كبيرة فيما بينها ولها طاقة حركية عالية، والمواد في الحالة الغازية ليس له شكل أو حجم محدد، وإذا كانت المادة الغازية غير محصورة في حيز مغلق، فإن جزيئاتها سوف تنتشر إلى أجل غير مسمى؛ أما إذا تم حصرها في حيز معين مغلق، فإن الغاز سوف يتمدد لملء الوعاء الخاص به، وعندما يتم وضع الغاز تحت الضغط عن طريق تقليل حجم الوعاء، فإن المسافة بين الجزيئات تقل ويتم ضغط الغاز.

كيف تتحول المادة من حالة إلى أخرى؟

يؤدي إضافة أو إزالة الطاقة من المادة إلى حدوث تغير فيزيائي وانتقال المادة من حالة إلى أخرى، فمثلًا عند تسخين الماء السائل (إضافة طاقة) فإنه يتحول إلى بخار ماء، وعند تبريده (إزالة طاقة) فإنه يتحول إلى جليد صلب، وفيما يأتي توضيح لطرق تحول المادة من حالة فيزيائية إلى أخرى:^[١][٣]

الذوبان

عند تعريض المواد الصلبة للحرارة؛ تبدأ جزيئاتها في الاهتزاز بشكل سريع وتتحرك بعيدًا عن بعضها البعض، وعندما تصل المادة إلى مزيج معين من درجة الحرارة والضغط، وهي نقطة انصهارها، تبدأ المادة الصلبة في الذوبان، وتتحول إلى الحالة السائلة.

التجمد

عند تبريد المواد السائلة أو إزالة الحرارة منها، فإن حركة جزيئاتها تتباطأ، وتبدأ في الاستقرار في مكان واحد داخل المادة، وعندما تصل المادة إلى درجة حرارة باردة بدرجة كافية عند ضغط معين، أي عند درجة تعرف باسم درجة التجمد، تتحول المادة السائلة إلى الحالة الصلبة.

التسامي

عندما تتحول المادة الصلبة مباشرةً إلى الحالة الغازية دون المرور بالحالة السائلة، تُعرف هذه العملية بالتسامي، وقد يحدث التسامي إما نتيجة ارتفاع درجة حرارة المادة بسرعة إلى ما بعد درجة الغليان، أو عندما يتم تجفيف المادة بالتجميد، عن طريق تبريدها تحت ظروف معينة بحيث يخضع الماء الموجود في المادة للتسامي، ويتم إزالته منها.

التبخر

التبخر هو عملية تحول المادة من الحالة السائلة إلى الحالة الغازية، نظرًا لأن جزيئات السائل في حركة مستمرة، فإنها كثيرًا ما تتصادم مع بعضها البعض، ويؤدي كل تصادم إلى نقل الطاقة، وعندما يتم نقل طاقة كافية إلى الجزيئات القريبة من السطح، فإنها تُطْرَد بعيدًا عن المادة كجزيئات غازية حرة، ومع استمرار العملية تتحول المادة إلى الحالة الغازية.

التكثف والترسب

يحدث التكثيف عندما تفقد المادة الغازية الطاقة نتيجة ملامستها لسطح بارد مثلًا، وتتجمع على شكل مادة سائلة، أنا عندما يتحول الغاز إلى مادة صلبة مباشرة دون المرور بالحالة السائلة، فإن هذه العملية تعرف باسم الترسب.

الأسئلة الأكثر شيوعًا

• من الأمثلة على حالات المادة؟

من الأمثلة على حالات المادة الثلاثة؛ الجليد (صلب)، الماء (سائل)، وبخار الماء (غاز).

• كيف تتحول المادة من الحالة الغازية إلى الحالة الصلبة؟

تتحول المادة من الحالة الغازية إلى الحالة الصلبة في عملية تعرف باسم الترسب.

• ما الذي يحدد حالة المادة؟

العوامل التي تحدد حالة المادة هي درجة الحرارة والضغط.

• ماذا تسمى حالة تغير المادة من غاز إلى سائل؟

التكثف

• ما هي الحالة الرابعة للمادة؟

البلازما.

ملخص

توجد المادة في حالات رئيسية، وهي الحالة الصلبة مع شكل وحجم محدد وكثافة عالية، والحالة السائلة مع شكل محدد وقدرة على التدفق، والحالة الغازية التي تتميز بعدم امتلاكها لشكل أو حجم محددين، وتغير حالة المادة بتغيير الحرارة، ومن طرق تحول المادة من حالة إلى أخرى؛ الذوبان والتجمد والتبخر والتسامي والتكثف والترسب.