الحالات الخمس للمادة: التعريف ومراحل التغيير

بالعربي/ هناك أربع حالات طبيعية للمادة وواحدة من صنع الإنسان
كل حالة من حالات المادة الخمس تشكل مجتمعة كل “الأشياء” الموجودة في الكون- – كل ما يشغل حيزًا وله كتلة هو مادة.
تتكون كل المواد من الذرات ، والتي تتكون بدورها من البروتونات والنيوترونات والإلكترونات.
تتجمع الذرات معًا لتشكل جزيئات ، والتي تعد اللبنات الأساسية لجميع أنواع المادة ، وفقًا لجامعة ولاية واشنطن . يتم تجميع كل من الذرات والجزيئات معًا بواسطة شكل من أشكال الطاقة الكامنة يسمى الطاقة الكيميائية. على عكس الطاقة الحركية ، وهي طاقة الجسم المتحرك ، فإن الطاقة الكامنة هي الطاقة المخزنة في الجسم.
هناك أربع حالات طبيعية للمادة: المواد الصلبة والسوائل والغازات والبلازما. الحالة الخامسة هي مكثفات بوز-آينشتاين من صنع الإنسان.
المواد الصلبة والسوائل والغاز
في المواد الصلبة ، يتم تجميع الجسيمات معًا بإحكام حتى لا تتحرك كثيرًا. تتحرك إلكترونات كل ذرة باستمرار ، لذلك فإن الذرات لها اهتزاز صغير ، لكنها ثابتة في موضعها. لهذا السبب ، تمتلك الجسيمات الموجودة في المادة الصلبة طاقة حركية منخفضة جدًا.
المواد الصلبة لها شكل محدد ، وكذلك الكتلة والحجم ، ولا تتوافق مع شكل الحاوية التي توضع فيها. تحتوي المواد الصلبة أيضًا على كثافة عالية ، مما يعني أن الجزيئات متراصة بإحكام.
في السائل ، تكون الجسيمات معبأة بشكل غير محكم أكثر من المواد الصلبة وتكون قادرة على التدفق حول بعضها البعض ، مما يعطي السائل شكلاً غير محدد. لذلك ، فإن السائل سيتوافق مع شكل الحاوية الخاصة به.
مثل الكثير من المواد الصلبة ، فإن السوائل (ومعظمها أقل كثافة من المواد الصلبة) يصعب ضغطها بشكل لا يصدق.
في الغاز ، يكون للجسيمات مساحة كبيرة بينها ولها طاقة حركية عالية. الغاز ليس له شكل أو حجم محدد. إذا كانت غير محصورة ، فإن جزيئات الغاز ستنتشر إلى أجل غير مسمى ؛ إذا كان محصورًا ، فسيتمدد الغاز لملء الحاوية الخاصة به. عندما يتم وضع الغاز تحت الضغط عن طريق تقليل حجم الحاوية ، يتم تقليل المسافة بين الجزيئات ويتم ضغط الغاز.
بلازما
لا تعد البلازما حالة شائعة للمادة هنا على الأرض ، لكنها قد تكون الحالة الأكثر شيوعًا للمادة في الكون ، وفقًا لمختبر جيفرسون . النجوم هي في الأساس كرات بلازما شديدة التسخين.
يتكون البلازما من جزيئات مشحونة للغاية مع طاقة حركية عالية للغاية. غالبًا ما تُستخدم الغازات النبيلة (الهيليوم والنيون والأرجون والكريبتون والزينون والرادون) لعمل إشارات متوهجة باستخدام الكهرباء لتأينها إلى حالة البلازما.
مكثف بوز-آينشتاين
تم إنشاء مكثف بوز-آينشتاين (BEC) من قبل العلماء في عام 1995. باستخدام مزيج من الليزر والمغناطيس ، قام إريك كورنيل وكارل وايمان ، العلماء في المعهد المشترك للفيزياء الفلكية (JILA) في بولدر ، كولورادو بتبريد عينة من الروبيديوم في حدود درجات قليلة من الصفر المطلق ، كما ذكرت Live Science سابقًا . عند درجة الحرارة المنخفضة للغاية ، تقترب الحركة الجزيئية من التوقف. نظرًا لعدم وجود طاقة حركية تقريبًا تنتقل من ذرة إلى أخرى ، تبدأ الذرات في التكتل معًا. لم يعد هناك آلاف من الذرات المنفصلة ، فقط “ذرة خارقة” واحدة. Advertisement
يتم استخدام BEC لدراسة ميكانيكا الكم على المستوى العياني. يبدو أن الضوء يتباطأ أثناء مروره عبر BEC ، مما يسمح للعلماء بدراسة مفارقة الجسيمات / الموجة. يحتوي BEC أيضًا على العديد من خصائص المائع الفائق ، أو السائل الذي يتدفق بدون احتكاك . تُستخدم BECs أيضًا لمحاكاة الظروف التي قد توجد في الثقوب السوداء .
حالات جديدة للمادة
أظهرت الأبحاث أنه قد تكون هناك حالات أخرى للمادة بحاجة إلى مزيد من الاستكشاف. على سبيل المثال ، في يناير 2021 ، كشف بحث نُشر في مجلة PNAS أنه أثناء التحول بين حالة السائل والصلب ، يصبح الزجاج حالة جديدة من المادة يشار إليها بالزجاج السائل.
على المستوى المجهري ، يقع الزجاج السائل في مكان ما بين مادة صلبة ومادة شبيهة بالهلام تسمى الغروانية – خليط من الجزيئات أكبر من ذرة واحدة أو جزيء. عندما تتحول مادة ما من سائل إلى صلب ، يتم ترتيب الجزيئات في هيكل بلوري – بالنسبة للزجاج ، لا يحدث هذا ويتم تجميد الجسيمات في مكانها قبل حدوث التبلور. وفقًا للباحثين ، فإن الجسيمات الموجودة في الزجاج السائل أكثر مرونة من الزجاج الصلب ، لكنها لا تستطيع الدوران. الإعلانات
“توفر تجاربنا نوعًا من الدليل على التفاعل بين التقلبات الحرجة والتوقف الزجاجي الذي كان المجتمع العلمي يلاحقه منذ فترة طويلة” ، هذا ما قاله المؤلف الرئيسي للدراسة وأستاذ نظرية المادة المكثفة اللينة في جامعة كونستانز ماتياس فوكس ، قال في بيان .
كيف تتغير حالات المادة
تؤدي إضافة أو إزالة الطاقة من المادة إلى حدوث تغيير فيزيائي حيث تنتقل المادة من حالة إلى أخرى. على سبيل المثال ، تؤدي إضافة الطاقة الحرارية (الحرارة) إلى الماء السائل إلى تحويله إلى بخار أو بخار (غاز). وإزالة الطاقة من الماء السائل يجعلها جليدًا (صلبًا). يمكن أيضًا أن تحدث التغييرات الجسدية بسبب الحركة والضغط ، وفقًا لما ورد في موجز العلوم لطلاب المدارس الثانوية بواسطة H.Messel.
الذوبان والتجميد
عندما يتم تطبيق الحرارة على مادة صلبة ، تبدأ جزيئاتها في الاهتزاز بشكل أسرع وتتحرك بعيدًا عن بعضها. عندما تصل المادة إلى تركيبة معينة من درجة الحرارة والضغط ، نقطة انصهارها ، تبدأ المادة الصلبة في الذوبان وتتحول إلى سائل.
عندما تكون حالتان من المادة ، مثل الحالة الصلبة والسائلة ، عند درجة حرارة وضغط التوازن ، فإن الحرارة الإضافية المضافة إلى النظام لن تؤدي إلى زيادة درجة الحرارة الكلية للمادة حتى تصل العينة بأكملها إلى نفس الحالة الفيزيائية ، وفقًا للموسوعة بريتانيكا . على سبيل المثال ، عندما تضع الثلج في كوب من الماء وتتركه في درجة حرارة الغرفة ، سيصل الثلج والماء في النهاية إلى نفس درجة الحرارة. عندما يذوب الجليد من الحرارة القادمة من الماء ، سيبقى عند 32 درجة فهرنهايت (0 درجة مئوية) حتى يذوب مكعب الثلج بالكامل قبل الاستمرار في التسخين. الإعلانات
عند إزالة الحرارة من السائل ، تتباطأ جزيئاته وتبدأ في الاستقرار في مكان واحد داخل المادة. عندما تصل المادة إلى درجة حرارة كافية باردة عند ضغط معين ، نقطة التجمد ، يصبح السائل صلبًا.
تسامي
عندما يتم تحويل مادة صلبة مباشرة إلى غاز دون المرور بمرحلة سائلة ، تُعرف العملية باسم التسامي. قد يحدث هذا إما عندما تزداد درجة حرارة العينة بسرعة إلى ما بعد نقطة الغليان (التبخر الوميضي) أو عندما يتم “تجميد التجفيف” عن طريق تبريدها في ظروف فراغ بحيث يخضع الماء الموجود في المادة للتبخير وإزالته من العينة بحسب هيئة المسح الجيولوجي الأمريكية . ستخضع بعض المواد المتطايرة للتسامي في درجة حرارة الغرفة وضغطها ، مثل ثاني أكسيد الكربون المجمد أو الثلج الجاف .
تبخير
التبخير هو تحويل السائل إلى غاز ويمكن أن يحدث إما من خلال التبخر أو الغليان ، وفقًا لموسوعة بريتانيكا.
نظرًا لأن جسيمات السائل في حركة مستمرة ، فإنها كثيرًا ما تتصادم مع بعضها البعض. يتسبب كل تصادم أيضًا في نقل الطاقة ، وعندما يتم نقل طاقة كافية إلى جزيئات بالقرب من السطح ، فقد يتم إبعادها تمامًا عن العينة كجزيئات غاز حرة. تبرد السوائل مع تبخرها لأن الطاقة المنقولة إلى جزيئات السطح ، والتي تتسبب في هروبها ، تنجرف معها.
يغلي السائل عند إضافة حرارة كافية إلى السائل لتكوين فقاعات بخار تحت السطح. نقطة الغليان هذه هي درجة الحرارة والضغط التي يتحول عندها السائل إلى غاز.
التكثيف والترسب
يحدث التكثف عندما يفقد الغاز الطاقة ويتحد معًا لتشكيل سائل ، وفقًا للمسح الجيولوجي الأمريكي. على سبيل المثال ، يتكثف بخار الماء في ماء سائل ، والمعروف باسم نقطة الندى .
يحدث الترسب عندما يتحول الغاز مباشرة إلى مادة صلبة ، دون المرور بالمرحلة السائلة. يتحول بخار الماء إلى جليد أو صقيع عندما يكون ملامس الهواء مادة صلبة ، مثل شفرة من العشب ، أبرد من بقية الهواء.
المصدر/ livescience.comالمترجم/barabic.com
يجب أنت تكون مسجل الدخول لتضيف تعليقاً.