ما هي حالة المادة التي تكون فيها الجسيمات لزجة؟ وهو سؤال يطرح في كتاب العلوم في درس المادة والطاقة لطلبة السنة الثانية المتوسطة خلال الفصل الدراسي الأول في المملكة العربية السعودية.
مفهوم المادة
قبل تحديد حالة المادة التي ترتبط بها الجسيمات ، يجب تعريف المادة ، والتي تُعرف في الفيزياء الكلاسيكية بالكون الملموس ، أي أنها جسيمات تتميز بالكتلة والحجم ، ويعتقد الفلاسفة اليونانيون أن جميع تتكون العناصر الطبيعية من أربعة مكونات أساسية: الأوساخ والماء والهواء والنار ، حتى تم اكتشاف تلك العناصر الكيميائية وتتكون من ذرات وبروتونات وإلكترونات.
حالات المادة
يتضمن السؤال الرئيسي للمقال ما هي حالة المادة التي تكون فيها الجسيمات متجاورة مع حالات المادة المختلفة ، وهي موجودة في الطبيعة على كوكب الأرض ، على النحو التالي:
- الحالة الصلبة ، وهي ذرات مترابطة بشكل وثيق ، وتأخذ شكلاً محددًا لا يمكن تغييره بسهولة ، حيث أنها بعد تكسيرها لا تعود إلى شكلها الأصلي ، بما في ذلك الصخور والخشب.
- مادة سائلة ، تتميز بذرات متراصة بشكل وثيق وتتحرك بحرية حول بعضها البعض ، وتُعرف بالشكل غير المستقر الذي يتبع شكل الحاوية التي تحتويها والحجم الذي لا يتغير ، مثل الماء والعصير.
- الغازية وهي الأقل ترابطا فتتحرك الذرات في كل الاتجاهات وبحرية تامة وليس لها حجم أو شكل محدد ويمكن ضغط الغازات في أنابيب أو علب ومنها الهواء وغاز ثاني أكسيد الكربون.
- البلازما ، وهي حالة حديثة تعرف بالغاز المتأين تكون فيه الإلكترونات حرة وغير مرتبطة بالذرة ، بما في ذلك البرق وسطح الشمس.
- السيولة الفائقة هي حالة لبعض السوائل ، مثل مكثف بوز-آينشتاين ، والذي يتكون من بوزونات من مواد منخفضة الكثافة عند درجة حرارة قريبة جدًا من الصفر المطلق ، وتتميز بإبطاء حركة الجسيمات بشكل كبير لتصبح شبه معدوم.
ما هي حالة المادة التي تتجمع فيها الجسيمات معًا؟
إن حالة المادة التي تلتصق فيها الجسيمات هي المادة الصلبة ، حيث أن جزيئات المادة مترابطة ببعضها البعض بطريقة قوية وقريبة ، مما يؤدي إلى تباطؤ في الحركة ، وبالتالي السماح للمادة بمقاومة التشوه و تغير الحجم ، ويسمى فرع الفيزياء الذي يهتم بدراسة المواد الصلبة بفيزياء الحالة الصلبة.
حالات الطاقة العالية للمادة
الحالة الغازية هي الحالة الأكثر طاقة للمادة ، حيث تمتلك الجزيئات كمية كبيرة من الطاقة ، مع مراعاة الاختلاف في عامل درجة الحرارة ، حيث يلعب هذا العامل دورًا محوريًا في تحديد الطاقة وحالة المادة ، لذا فمن الممكن للانتقال من حالة إلى أخرى باستخدام الطاقة ، فتبريد الغاز بفقدان الطاقة وتكثيفه يصبح سائلاً ، كما يمكن التحويل من الحالة الصلبة إلى الحالة السائلة برفع درجات الحرارة وهي عملية الاندماج.
ما هي حالة المادة التي تتلامس فيها الجسيمات؟ سؤال يستدعي مراجعة دراسة المادة ، ويدعو للإشارة إلى أهمية علم المادة الذي برع فيه العلماء منذ القدم ، مثل ابن سينا الذي يعتبر أول من درس وصنف المواد والمعادن. والبيروني مؤلف كتاب “الجاهر في معرفة الجواهر” الذي يتناول علم المعادن.