حالات المادة وخصائص كل حالة
حالات المادة وخصائص كل حالة حالة المادة هي الخصائص الفيزيائية والكيميائية للمادة، والتي تشير إلى شكل الروابط بين جزيئاتها أو ذراتها أو أيوناتها، لذا أدعوك للتعرف على المزيد عبر موقع زيادة .
هل تعلم ما هي احدى حالات المادة وما هي عمليات تحويل المادةاقرأ في هذا الموضوع: ما هي احدى حالات المادة وما هي عمليات تحويل المادة
حالات المادة وخصائص كل حالة
- صلب: المادة الصلبة لها شكل ثابت لأن الجسيمات لن تتحرك إلى الموضع المناسب، الجسيمات مضغوطة جدًا في الحالة الصلبة، والكثافة في المادة الصلبة عالية لأن المسافة بين الجزيئات صغيرة.
- السائل: يكون السائل على شكل وعاء يوضع فيه السائل، والجسيمات الموجودة في السائل غير ثابتة، السائل كثيف للغاية ولا توجد مسافة كبيرة بين الجزيئات.
- حالة الغاز: الغاز ليس له شكل محدد، ولكن الغاز سيملأ أي مساحة متاحة لأن الجزيئات تتحرك بسرعة في جميع الاتجاهات، والغاز سهل الضغط، والمساحة بين الغازات كبيرة.
- وبالتالي يسهل تقارب جزيئات الغاز، كثافة الغاز منخفضة للغاية وهناك فجوات كبيرة بين الجزيئات.
- حالة البلازما (السيتوبلازم): هي حالة فريدة للمادة، يمكن وصفها بأنها غاز مؤين تكون فيه الإلكترونات حرة ولا تتحد مع الذرات أو الجزيئات.
- إذا كانت المادة موجودة في ثلاث حالات في الطبيعة: الصلبة والسائلة والغازية، فيمكن تصنيف البلازما على أنها الحالة الرابعة التي يمكن أن توجد فيها المادة.
كما نقدم لكم المزيد من المعلومات حول نسبة الماء في الارض وإجمالي حجم الماء على سطحه اقرأ من هنا للمزيد من المعلومات: نسبة الماء في الارض وإجمالي حجم الماء على سطحه
الحالات الممكنة للمادة
- حالات المادة وخصائص كل حالة هي أحد الأشكال الفريدة التي يمكن أن توجد فيها المادة.
- في الحياة اليومية، يمكننا أن نلاحظ ثلاث حالات مادية في المعدة الطبيعية: الصلبة والسائلة والغازية، من المعروف وجود العديد من الحالات الأخرى، مثل الزجاج أو الكريستال السائل.
- لا يمكن العثور على بعض الحالات إلا في ظل ظروف قاسية، مثل Bose- مُركِّز أينشتاين والمادة التي تضعف بالنيوترونات، وبلازما كوارك جلون.
- يحدث هذا فقط في ظل البرودة الشديدة والكثافة الشديدة والطاقة العالية للغاية، على التوالي.
- تعتبر بعض حالات المادة وخصائص كل حالة الأخرى ممكنة، ولكن حتى الآن، لا تزال القائمة الكاملة لجميع حالات الأجسام الغريبة نظرية.
- تاريخيا، تم التمييز على أساس الاختلافات النوعية في الخصائص.
- تحافظ المادة الصلبة على حجم وشكل ثابتين، والجسيمات المكونة لها (الذرات أو الجزيئات أو الجسيمات الأيونية) قريبة من بعضها البعض وثابتة في مكانها.
- يحافظ السائل على حجم ثابت، لكن الشكل متغير لتناسب احتياجات الحاوية.
- جزيئاته لا تزال قريبة من بعضها البعض، ولكن يمكن أن تتحرك بحرية.
- المواد الغازية لها أحجام وأشكال مختلفة لتناسب الحاوية.
- جزيئاته ليست ضيقة أو ثابتة، المادة في حالة البلازما لها حجم وشكل متغيران.
- ولكن بالإضافة إلى الذرات المحايدة، فإنها تحتوي أيضًا على عدد كبير من الأيونات والإلكترونات، وكلاهما يمكن أن يتحرك بحرية.
- يُستخدم مصطلح “طور” أحيانًا كمرادف لحالة المادة، ولكن يمكن أن يحتوي النظام على مراحل متعددة غير قابلة للذوبان في نفس الحالة.
هل تريد معرفة ما هو قانون الحجم في الفيزياء وقياساتهم والفرق بينهم والحجم والكتلة والكثافة يمكنكم زيارة موقع زيادة والاطلاع على المزيد من المعلومات حول قانون الحجم في الفيزياء: قانون الحجم في الفيزياء وقياساتهم والفرق بينهم والحجم والكتلة والكثافة
1- الحالة الصلبة
- تتجمع الجسيمات التي تتكون منها هذه الحالة من المادة بالقرب من بعضها البعض وترتبط ببعضها البعض بإحكام شديد، لذلك لا يمكنك تحريك أحد هذه الجسيمات بمعزل عن الجسيمات الأخرى باستثناء الطاقة الحركية الصغيرة.
- لكن تجدر الإشارة إلى أن ذرات هذه الجزيئات تهتز باستمرار في مواقعها، الحالة الصلبة للمادة لها شكل ثابت وحجم محدد، وليس لها شكل الحاوية التي توضع فيها.
- نظرًا لقوة روابطها الجزئية، لا يمكن ضغطها للتأثير على حجمها.
- مادة صلبة غير متبلورة: مادة صلبة لا يكون لموضع الذرات فيها تأثير عميق.
- مادة صلبة غير متبلورة: مادة صلبة تتكدس فيها الذرات أو الجزيئات أو الأيونات بترتيب منتظم.
- الكريستال البلاستيكي: مادة صلبة جزيئية بترتيب محلي بعيد المدى، ولكن مع جزيئات مكونة يمكنها الحفاظ على حرية الدوران.
- شبه بلوري: مادة صلبة لها ترتيب عميق للمواضع الذرية، ولكنها ليست متكررة.
هل تعلم ما هي نسبة الاكسجين في الهواء كم؟ وكيف يتكون الهواء؟ والخواص الكيميائية للأكسجين اقرأ في هذا الموضوع: نسبة الاكسجين في الهواء كم؟ وكيف يتكون الهواء؟ والخواص الكيميائية للأكسجين
2- الحالة السائلة
- الطاقة الحركية للجسيمات في هذه الحالة من المادة أعلى من الطاقة الحركية للمادة الصلبة، وهذه الجسيمات لا تشكل شكلاً معينًا للمادة، لكنها ضعيفة الترابط مع بعضها البعض، لذلك يمكن اعتماد شكل الحاوية.
- ولكن بالإضافة إلى كونها غير قابلة للضغط، فهي تتمتع أيضًا بحجم ثابت ومحدد، مثل الحالة الصلبة.
- عند العمل بالقوة على سطح مادة سائلة، يتم توزيع هذه القوى بالتساوي على السطح بالكامل، بحيث يمكن لأي جسم استبدال أي كمية من السائل واستبداله.
- في أبريل 2016، أعلن العلماء عن حالة سائلة غريبة، وفي هذه الحالة يمكن حمل السائل يدويًا كمادة صلبة.
- عند فحص حالات المادة وخصائص كل حالة بالمجهر، تظهر الإلكترونات في حالة ارتباط عشوائي، كما لو كانت مادة في حالة سائلة.
- تسمى هذه المادة الجديدة بسائل Kitif Spindle الكمي لأن إلكترونات المادة دخلت في حالة رقص عشوائية، وهو ما يتعارض مع الحالة المعتادة في ذلك الوقت.
- لذلك، تبدأ حالات المادة وخصائص كل حالة في تكوين حالة صلبة، ولكن بغض النظر عن انخفاض درجة الحرارة المحيطة، تميل إلكترونات المادة إلى أن تكون عشوائية.
- سائل بلوري: خاصية وسيطة بين السائل والبلور عادة، يمكن أن يتدفق مثل السائل، لكنه يظهر طلبًا طويل الأجل.
- تضخم مختلط: سائل وبلوري بطبيعته مثل البلورة، تظهر جسيماتها البعيدة كثافة منتظمة ولا يمكن ضغطها.
- مثل السوائل، تُظهر الجسيمات ذات المسافات الأصغر نفس الخصائص الفيزيائية في جميع الاتجاهات.
كما يقدم لكم موقع زيادة تعريف درجة الحرارة وما الدور العام لدرجة الحرارة اقرأ من خلال الضغط على هذا الرابط: تعريف درجة الحرارة وما الدور العام لدرجة الحرارة
3- الحالة الغازية
- المسافة بين جزيئات الغاز كبيرة جدًا، مما سيزيد من طاقتها الحركية، إذا لم تكن هذه الجسيمات محصورة في حاوية أو أي وسيط معين، فستنتشر عشوائيًا في الفضاء.
- عندما تكون جزيئات الغاز محصورة في حاوية، فإنها تنتشر لتحتل الحاوية أو جميع أجزاء الحاوية الموجودة فيها.
- عندما يزداد الضغط، تزداد درجة حرارته وطاقته الحركية.
- بالإضافة إلى ذلك، إذا ظل حجم الحاوية ثابتًا وزادت درجة حرارة الجزيئات، فستزداد طاقتها الحركية، وسيزداد ضغطها على جدار الحاوية.
4- البلازما
- قد لا تكون هذه الحالة غير شائعة على الأرض، لكنها أكثر أشكال المادة شيوعًا في الكون بأسره.
- تتكون البلازما بشكل أساسي من جزيئات مشحونة للغاية ولها طاقة حركية كبيرة، وعادة ما تستخدم الغازات الخاملة النادرة لتكوين البلازما على الأرض.
- النجوم هي في الأساس كرات نارية كبيرة من البلازما.
هل كنت تبحث عن معلومات حول سرعة التفاعلات الكيميائية وتقسيم التفاعلات الكيميائية حسب سرعتها اقرأ في هذا الموضوع: سرعة التفاعلات الكيميائية وتقسيم التفاعلات الكيميائية حسب سرعتها
حالات المادة عند درجات الحرارة المنخفضة
1- الميوعة الفائقة
- عندما تقترب درجة الحرارة من الصفر المطلق، يفقد السائل تمامًا لزوجته وقدرته على التدفق.
- تم اكتشاف هذه الحالة لأول مرة في الحالة السائلة للهيليوم في عام 1937.
- وتتميز هذه الحالة بتوصيلها الحراري اللانهائي للغاية دون أدنى مقاومة.
2- تكاثف بوز أينشتاين
- توقع ألبرت أينشتاين وناث بوس وجود حالة من المادة.
- حيث لم تعد تعمل كجسيمات مستقلة، وكل الجسيمات تنهار كمياً، بحيث يمكن وصفها بدالة موجة واحدة، أي عندما تصل غازات معينة إلى الصفر المطلق.
3- التكاثف الفيرموني
- تشبه حالتها تكاثف “بوز أينشتاين”.
- ولكنها تحتوي فقط على الفرميونات.
4- جُزيئات ريدبيرج
- إنها إحدى الحالات المستقرة للبلازما.
- وهي التي تحدث عندما تتكاثف الذرات المثارة عند درجة حرارة معينة.
5- المواد الضوئيّة
تنتج حالة المادة الناتجة عن تفاعل فوتونات الضوء مع غاز ذو كتلة كبيرة فوتونات أو جسيمات ضوئية.
هل تعلم كيف يمكنك تحويل من لتر إلى مل والتحويل من المليلتر إلى اللتر وكم من المليلترات يحتويها اللتر؟ اقرأ من هنا للمزيد من المعلومات: تحويل من لتر إلى مل والتحويل من المليلتر إلى اللتر وكم من المليلترات يحتويها اللتر؟
حالات المادة عند الطاقة العالية
1- المادة المُتحللة
- توجد هذه المادة عادة في النجوم تحت ضغط عالٍ جدًا ولها كثافة عالية.
- وهي تشارك في توليد الخصائص الكمومية لهذه الأجسام.
2- مادة الكوارك
- الكوارك هي المكون الرئيسي للبروتون والنيوترون في النواة.
- عندما يتم إطلاق هذه الكوارك من القوة التي تربطها معًا عند كثافة عالية ودرجة حرارة عالية، تمر هذه الكوارك عبر مراحل مختلفة من حالات المادة وخصائص كل حالة تسمى مادة الكوارك.
هل تريد معرفة معلومات حول كم تبلغ درجة الحرارة في مركز الشمس ودرجة الحرارة أثناء الكسوف الشمسي يمكنكم زيارة موقعنا والاطلاع على المزيد من المعلومات: كم تبلغ درجة الحرارة في مركز الشمس ودرجة الحرارة أثناء الكسوف الشمسي
الحالات الحديثة للمادة
- إكسيتون المواد المترددة: بدعم من مبدأ استبعاد باولي، تخضع المادة لضغط عالٍ.
- مادة اللوحة الإلكترونية: توجد داخل القزم الأبيض، يبقى الإلكترون مرتبطًا بالذرة، لكن يمكن أن ينتقل إلى الذرات المجاورة.
- مادة قابلة للتحلل: مادة صلبة ذات شكل وحجم محددين بدون وعاء.
- تكون الجسيمات قريبة جدًا من بعضها البعض بسبب اضمحلال النيوترونات فهي توجد في النجوم النيوترونية.
- تضغط قوة الجاذبية القوية على الذرات بشدة بحيث تضطر الإلكترونات إلى الاندماج مع البروتونات من خلال الاضمحلال التجريبي العكسي، مما ينتج عنه عناقيد نيوترونية شديدة الكثافة.
- عادةً ما تتحلل النيوترونات الحرة خارج النواة بعمر نصف أقل من 15 دقيقة، ولكن في النجم النيوتروني، تمامًا مثل النواة، يمكن أن تؤدي التأثيرات الأخرى أيضًا إلى استقرار النيوترونات.
- نوع من النيوترونات بدون وعاء له شكل محدد وحجم المادة الصلبة، الجسيمات قريبة جدًا من بعضها البعض.
- Strange matter: يمكن العثور على مادة كوارك في بعض النجوم النيوترونية بالقرب من حدود تولمان أوبنهايمر وولكوف حوالي 2-3 كتل شمسية بمجرد تشكيلها، قد تكون مستقرة في حالة منخفضة الطاقة.
- تكاثف فرميوني: يشبه مثخن بوز آينشتاين، ولكنه يتكون من الفرميونات، والمعروف أيضًا باسم مثخن فيرمي ديراك.
- يمكن لمبدأ استبعاد بولي أن يمنع الفرميونات من دخول نفس الحالة الكمومية، لكن زوجًا من الفرميونات يمكن أن يعمل كبوسون، ومن ثم يمكن للعديد منها أن يدخل نفس الحالة الكمومية دون قيود.
- الموصلية الفائقة: عند التبريد عند درجة حرارة حرجة معينة، ستظهر مقاومة صفرية وإزالة دقيقة للمجالات المغناطيسية في مواد معينة.
- الموصلية الفائقة هي الشرط الأساسي للعديد من المعادن الأساسية.
- Quantum spin liquid: على عكس الحالات المضطربة الأخرى، يمكن أن تحافظ الحالة المضطربة في نظام الدوران الكمي التفاعلي على الاضطراب عند درجات حرارة منخفضة للغاية.
- Heavy fermion material: تشكل مواد الفرميون الثقيلة أو أنظمة فيرمي المرتبطة بقوة حالة جديدة من المادة.
- والتي يتم تحديدها من خلال انتقال الأطوار الكمومية وتُظهر سلوكيات القياس العالمية من حيث الديناميكا الحرارية وخصائص النقل والاسترخاء.
- قد تنتمي السوائل الدورانية الكمومية، والبلورات شبه السائلة، وسوائل فيرمي ثنائية الأبعاد، والمعادن الثقيلة لغلوكوز الدم، والموصلات الفائقة الثقيلة إلى حالة جديدة من المادة مواد صلبة ذات أشكال وأحجام محددة بدون حاويات.
- الجسيمات قريبة جدًا من بعضها البعض: المادة الصلبة لها شكل وحجم معين، ولا توجد حاوية، الجسيمات قريبة جدًا من بعضها البعض.
- String-net liquid: الذرات في هذه الحالة لها ترتيب غير مستقر على ما يبدو، مثل السائل، لكنها تظل متسقة في الوضع العام، مثل المادة الصلبة.
كما يقدم لكم موقع زيادة بحث كامل عن الحركة الدورانية في الفيزياء اقرأ في هذا الموضوع: قانون الحجم في الفيزياء وقياساتهم والفرق بينهم والحجم والكتلة والكثافة
لقد ناقشنا في مقالة اليوم حالات المادة وخصائص كل حالة، كما تحدثنا عن حالات المادة التقليدية وحالات المادة الحديثة.