محتويات
هل تحدث تغيرات الطاقة خلال تغيرات حالات المادة الفيزيائية
نعم تحدث تغيرات الطاقة خلال تغيرات حالات المادة الفيزيائية
هناك حالات متنوعة للمادة ويمكن للمادة أن تتحول من صورة إلى أخرى من خلال عمليات معينة، وهذه العمليات يتم فيها فقدان طاقة وتسمى أو امتصاص طاقة وتسمى التغيرات الفيزيائية الماصة للطاقة، لذلك أثناء التغيرات الفيزيائية للمواد تحدث تغيرات الطاقة، بل إن تغيرات حالة المادة لن تحدث إلا إذا حدثت تغيرات الطاقة، فامتصاص المادة للطاقة تجعل الذرات المكونة للمادة تتحرك بشكل أسرع وبالتالي تغير حالتها.
تتأثر المادة بمجموعة من العوامل الأخرى حتى تستطيع التحول من صورة إلى صورة، فهناك صور تكو ن فيها المدة غير مستقرة وتتحرك بشكل سريع للغاية، وصور أخرى تكون فيها المادة أكثر استقرارًا وحركة الذرات تكون بطيئة، وهذا عادة يكون في الصورة الصلبة للمادة.[1]
العوامل المؤثرة في تغير حالات المادة
- درجة الحرارة.
- الضغط المؤثر.
لا توجد مقارنة بين التغيرات الفيزيائية والكيميائية، لأن هناك عاملين فقط يؤثران على التغيرات الفيزيائية:
درجة الحرارة: يحدث التغير في المادة تحت تأثير درجة الحرارة عندما تنتقل المادة من بيئة ذات درجة حرارة معينة إلى بيئة أخرى مختلفة في درجة الحرارة، حيث أن المادة والوسط المحيط يتبادلان الحرارة وعلى إثر قوة التأثير يكون التغيير، وهذا ما يسمى بالتوازن في درجة الحرارة، ومثال على ذلك ذوبان الجليد أو الثلج من الحرارة وتحوله إلى ماء.
الضغط المؤثر: الضغط أيضًا من العوامل المهمة التي تؤثر على تحويل المادة من صورة لصورة ولكن لا يحدث التغير بواسطة الضغط إلا في حالات المواد التي تخضع للتميع، ومن أمثلة ذلك ثاني أكسيد الكربون الصلب الذي إذا إذا ظل في ضغط مرتفع يظل كما هو، أما إذا انتقل إلى بيئة ضغطها منخفضًةوفإنه سوف يذوب على الفور لأن المسافات بين ذراته تزداد والمسافات بين الذرات هي التي تحدد الحالة الفيزيائية للمادة.[2]
من الأمثلة على تغير حالة المادة في حياتنا
هناك أمثلة كثيرة يمكننا من خلالها ملاحظة تغير المادة من حالة لحالة تحت تأثير الضغط أو درجة الحرارة:
- ذوبان الجليد، فعندما تؤثر الشمس على الجليد بدرجة حرارة معينة فإنه يتحول إلى ماء.
- تكون الثلوج أو تكون الصقيع، حيث أنه عند انخفاض الحرارة يتكثف بخار الماء ويتحول.
- غليان الماء حيث تحول الماء من الحالة السائلة إلى بخار.[2]
حالات المادة الخمس
- مكثفة بوز-آينشتاين.
- المواد الصلبة.
- السائلة.
- الغازية.
- البلازما.
رغم أننا كلنا نعلم أن حالات المادة ثلاثة، إلا أن هناك خمسة حالات للمادة يمكننا التعرف عليهم:
مكثفة بوز-آينشتاين: في هذه الحالة من حالات المادة والتي تعتبر واحدة من الحالات الغريبة، أن الذرات فيها تصل إلى نفس الحالة الميكانيكية في نفس الوقت، ولكنها لم تعد موجودة الآن إلا في في جزء صغير فقط من الصفر المطلق، ولكن هناك توقعات من العلماء أنه سوف يتم استخدام المكثفات من أجل صنع أشعة ليزر ذرية.
المواد الصلبة: الحالة الثانية للمادة وهي الحالة الصلبة، والمادة في هذه الحالة تكون عبارة عن حجم وشكل محددين وذلك لأنها مقاومة بشدة للقوى الخارجية، لذلك المادة في هذه الحالة تحافظ على شكلها وكتلتها تمامًا دون حدوث أي تغيير، ومن الأمثلة على ذلك الطوب والأبواب وكل المواد الصلبة التي يمكن أن تراها في يومنا.
السائلة: المادة في الحالة السائلة تكون أكثر حرية من الحالة الصلبة وذلك لأن المسافات بين الذرات تكون أكبر، وأيضًا المواد السائلة لا يمكن أن تنضغط بل تأخذ شكل الوعاء الذي يتم وضعها فيه، لذلك لديها القدرة على الوسع إلى أجل بعيد، ومن الأمثلة على المواد السائلة والماء والغراء.
الغازية: المادة في الحالة الغازية تكون أكثر حرية من الثلاثة السابقين، لذلك يمكنها التمدد حتى تملأ الحيز الذي توضع فيه، والمادة تكون أقل كثافة منها في الحالة الصلبة أو السائلة، ومن أمثلتها الغازات المختلفة مثل الأكسجين والنيتروجين.[3]
كيف تتغير المادة من صلب إلى غاز والعكس
- التسامي.
- الترسيب.
يمكن أن تتحول المواد الصلبة إلى غازات والعكس صحيح، وذلك عن طريق العمليات الآتية:
التسامي: يطلق على عملية تحول المواد الصلبة إلى غازات بطريقة مباشرة عملية التسامي، ومعناها أن المواد الصلبة تمتص كميات كبيرة من الطاقة سواء على هيئة حرارة أو أي نوع آخر من أنواع الطاقة، فيتم التغلب على القوى الموجودة بين الذرات، ومثال ذلك تسخين المواد الصلبة المختلفة مثل الثلج الجاف، وكذلك المعطرات الصلبة هي أحد الأمثلة الواضحة على التسامي.
الترسيب: يشير الترسيب عند الحديث عن المواد الصلبة والغازية إلى تحول الغاز مباشرة إلى غاز دون المرور إلى الحالة السائلة، ويطلق على الترسيب أنه إزالة التسامي الذي حدث، والديناميكا الحرارية هي التي تستطيع وصف عملية الترسيب بصورة واضحة، ومن الأمثلة على هذه العملية تحول بخار الماء إلى بلورات ثلجية مباشرة عندما يتلامس بخار الماء مع الأسطح الباردة، وذلك دون المرور بالحالة السائلة وهي الماء.[4]
كيفية تغير المادة من سائل إلى غاز والعكس
- التبخير.
- التكثيف.
تتحول المادة من سائل إلى غاز ثم يمكنها أن تعود مرة أخرى من خلال:
التبخير: السوائل عادة يوجد بينها قوة جذب ولكنها ليست كبيرة بالمواد الصلبة، ولكن حتى يتم تحريرها لا بد من فك هذه القوة من خلال درجة الحرارة، لذلك إذا أردنا تحويل السوائل إلى غاز يكون ذلك عن طريق غلي الماء، حيث تتغلب الحرارة على قوى الجذب فتتحرر الذرات ويتحول الماء إلى بخار ماء.
كيف تتغير المادة الصلبة إلى سائل والعكس
- التجميد.
- الذوبان.
يمكن حدوث هذا التغيير عن طريق:
التكثيف: التكثيف هو العملية التي من خلالها يتم تحويل الغاز إلى سائل، وتحدث هذه العملية عند ملامسة البخار لأي سطح بارد أمامه، ومثال ذلك المرآة التي تؤدي إلى تكثيف بخار الماء، فبخار الماء يكون ساخنًا والمرآة سطح بارد، لذلك تتجمع الأبخرة وذراتها معًا مرة أخرى مما يؤدي إلى تشكل القطرات التي نراها على سطح المرآة.[4]
كيف تتغير المادة الصلبة إلى سائل والعكس
- التجميد.
- الذوبان.
يمكن حدوث هذا التغيير عن طريق:
التجميد: إذا قمنا بوضع كوب من الماء في الفريزر ثم تركناه ساعة مثلًا سنرجع ونجده قد تحول إلى ثلج، وذلك بسبب انتقال الحرارة من الماء إلى الهواء البارد الموجود في الفريزر، ويستمر هذا الانتقال حتى تفقد الجزيئات كل الطاقة التي تجعلها تتحرك، فتثبت بسبب تكوين قوة جذب بينهم ومن ثم يتحول الماء من سائل إلى صلب، وتسمى التغيرات الفيزيائية الطاردة للطاقة.
الذوبان: إذا قمنا بإخراج كوب الماء المثلج من الفريزر ووضعناه في درجة حرارة الغرفة، فإنه مع الوقت سيتحول إلى ماء سائل مرة أخرى، وذلك لأن الهواء الدافئ يحل محل الهواء البارد ويسمح بتحرير الذرات من بعضها البعض عن طريق التغلب على قوى الجذب ومن ثم ينصهر الثلج، ونقطة الانصهار هي النقطة التي يتحول الثلج فيها إلى ماء.[4]
