تعليم

ما هي حالات المادة

ما هي حالات المادة

تُعرف المادة بأنها شيء له حجم وكتلة ويشغل حيز من الفراغ. وتوجد عدة حالات للمادة تختلف فيما بينها في الحجم، والكتلة، والكثافة. وتتمثل حالات المادة الأكثر شيوعًا في الحالة الصلبة، والسائلة، والغازية. كما توجد أيضًا حالات أخرى من أشهرهم حالة كثافة بوز- أينشتاين، والحالة فائقة السيولة، وحالة البلازما.

 

ما هي حالات المادة

حالة كثافة بوز- أينشتاين

تُشير لاندماج كافة ذرات المادة في كرية ضخمة وتوقف الحركة الذرية والجزيئية بها. وتم التوصل لها أول مرة في 5 يونيو سنة 1995 م بتطبيقها على الروبيديوم بالمعهد المشترك للفيزياء الفلكية المختبرية في الولايات المتحدة الأمريكية علي يد العلماء: كورنيل، ووايمان، وكيتيرله، والذين حصلوا بفضل ذلك على جائزة نوبل في الفيزياء سنة 2001 م.

وتُمثل هذه الحالة أكثر حالات المادة برودة، إذ تُقاس بالمقياس المطلق (كلفن) الذي يُعادل – 273.15 سيلزيوس. وهي أقل درجة درجة حرارة كونية، والتي تتوقف عندها شتى أنماط الحركة الكونية بدايةً من حركة الذرات إلى حركة النجوم. كما تتوقف مختلف أنواع التفاعلات الكيميائية والفيزيائية، ويتوقف انبعاث الإشعاع الضوئي من المادة.

وتحدث عند تبريد المادة بوسائل تبريد شديدة التطور والتعقيد لدرجة تقترب جدًا من الدرجة المطلقة. وقد تصل أحيانًا إلى 50 ميكروكلفن وهو الأمر الذي يمكن أن يستغرق عدة سنوات أو عقود، ومن أمثلة ذلك نجاح العالم الفيزيائي الهولندي كلبنر في إيصال الهيدروجين لهذه الحالة سنة 1998 م، بعد أن بدأ العمل على ذلك في 1976 م.

 

الحالة فائقة السيولة

تعني وصول المادة السائلة إلى درجة حرارة أعلى قليلًا من حالة كثافة بوز-أينشتاين. وتتدفق فيها المادة لأعلى وتنساب على جوانب الوعاء الموجودة به بالرغم من وجود قوى الاحتكاك والجاذبية. كما يمكن للمادة في هذه الحالة اختراق جدران الوعاء والاستمرار في الدوران بنفس سرعتها.

ومن أبرز المواد الموضحة لهذه الحالة هي غاز الهيليوم المسال؛ حيث نجح العالم الهولندي كامرلنج أونز في تسييل غاز الهيليوم لأول مرة بعد إخفاق العلماء في ذلك لعدة سنوات. وقد لاحظ العالم السوفيتي كابيستا والعالم الكندي آلن انسياب غاز الهيليوم المسال عند وصول درجة حرارته إلى 2.2 كلفن، وأنه في هذه الحالة يفقد اللزوجة تمامًا وينزلق لأعلى جدران الوعاء ويخرج منه إذا كان مفتوحًا. كما لاحظ العلماء زيادة سرعة انسيابيته في الأنابيب الضيقة مقارنة بالأنابيب الأكثر إتساعًا، إذ يندفع تلقائيًا بمجرد وضعه بالحقنة.

 

حالة البلازما

حالة غير مستقرة للمادة، وتُشكل حالة أغلب المواد في الكون. وهي حالة مشابهة للحالة الغازية، فهي عبارة عن غاز متأين، بمعنى أنها تحدث عندما تقوم الذرة أو الجزيء باكتساب شحنة موجبة أو سالبة عبر إكتساب أو فقد إلكترونات، ومن أمثلتها حالة النجوم، والبرق، والشفق القطبي؛ إذ تُعد جميعها كرات بلازمية. كما يُمكن جعل المادة في حالة بلازمية صناعيًا من خلال كسر الروابط الجزيئية مع المجال المغناطيسي من خلال بعض أنواع الأجهزة كالليزر.

 

الحالة الصلبة

هي حالة تتسم بقوة الروابط بين الذرات مما يجعل المادة تتخذ شكل وحجم ثابتين. وتتميز المادة في هذه الحالة بعدة خصائص من أبرزها ارتفاع الكثافة ودرجة الانصهار، وهي حالة شائعة في الحياة اليومية مثل: الخشب والمعادن. وعند تعرض أغلب أنواع المواد في الحالة الصلبة إلى الحرارة المرتفعة فإنها تتحول إلى الحالة السائلة. كما يتحول بعضها إلى الحالة الغازية بالتعرض للحرارة مثلما يحدث مع اليود وكلوريد الأمونيوم. وتُصنف إلى مادة صلبة بلورية تكون ذراتها مرتبة بنظام محدد متكرر، بالإضافة إلى المادة الصلبة غير البلورية التي لا تمتلك تركيب بلوري منظم مثل الزجاج والمطاط.

 

الحالة السائلة

حالة غير ثابتة الشكل، حيث تأخذ المادة عند وجودها في هذه الحالة شكل الوعاء الذي يحتويها، وهي حالة تكون فيها ذرات وجزيئات المادة في حالة انتقالية عشوائية، ومن أشهر أمثلتها: الماء والزيت. وتتحول إلى الحالة الغازية وتتمدد عند تسخينها، في حين تتحول للحالة الصلبة وتنكمش بالتبريد.

 

الحالة الغازية

هي حالة حرة للمادة تكون فيها الذرات ضعيفة الترابط، وشديدة الحركة، ومنخفضة الكثافة. ويتغير شكل المادة بهذه الحالة تبعًا للمكان الذي تشغله، ويُمكن ضغطها بسهولة، ومن أمثلتها: غاز الأكسجين، والنيتروجين، وثاني أكسيد الكربون.

 
السابق
طريقة الباذنجان المخلل
التالي
مراحل الثورة الجزائرية

اترك تعليقاً