تغير حالات المادة
للمادة ثلاث حالات مختلفة متعارف عليها: الحالة الصلبة والحالة السائلة والحالة الغازية. ومن الممكن أن تتحول المادة من حالة إلى أخرى: وهذا ما يُطلق عليه تغير حالة المادة. ويعد الماء خير مثال على ذلك، حيث نجده في شكل ثلج في حالته الصلبة، أو مياه في حالته السائلة، أو بخار ماء في حالته الغازية. وقد تم تخصيص هذا الباب لدراسة المواد التي تحيط بنا ومعرفة الخصائص التي تمكنها من اتخاذ أشكال مختلفة.
وعادة ما نميز بين ثلاث حالات للجسم: المواد الصلبة والسوائل والغازات.
المواد الصلبة
إن المواد الصلبة هي الأسهل في التعرف عليها، فالطاولة والكوب وعود من الصلصال هي من الأجسام الصلبة التي يسهل الإمساك بها حيث إن لها شكل ثابت, ومع ذلك يتغير شكل الصلصال إذا قمنا بالضغط عليه.
السوائل
لا يمكن الإمساك ببعض الماء بأصابعنا, يأخذ الماء الذى يحتويه شكل الكوب: شكلا اسطوانيا، وعند سكب هذا الماء يأخذ شكله: أي شكلا مخروطيا. وهذا هو الحال مع الزيت والحليب وباقى سائر السوائل.
إن السوائل تسيل ويتغير شكلها, فتأخذ شكل الوعاء الذى يحتويها، ويوجد سطح فاصل مرئي بين السائل والهواء مسطح وأفقي إذا كان الوعاء واسعا بدرجة كافية.
ظاهرة غريبة !
يمكن الإمساك بحبة رمل، فإن لها شكلا، وهي صلبة. ولكن فلننظر لكوم من الرمال يمكن ملء دلو أو منقلة أو زجاجة بهذه الرمال, فتأخذ مجموعة حبات الرمل الصغيرة شكل الوعاء.
ويمكننا ذكر العديد من الأمثلة المشابهة: كنشارة الخشب والدقيق والقمح والسكر التي تمثل كل حبة منها على حدة جسما صلبا, بينما تستطيع المجموعة أن تسيل كالسوائل, ولكن قد لا يكون السطح الفاصل بينها وبين الهواء مسطحا وأفقيا.
الغازات
يعد الهواء والأكسجين والغازات الكربونية والنتروجين والكريبتون.... من الغازات فلا يمكن الامساك بها كالأجسام الصلبة
وحتى إذا لم نستطع رؤيته أو شمه فإن الغاز يملأ الوعاء الذي يحتويه بالكامل, فالوعاء إذا ليس فارغا.
والغازات كالمواد الصلبة والسوائل هي من أشكال المادة.
لجعل الوعاء فارغا يجب إخراج المادة التي يحتوى عليها الوعاء منه بالكامل.
ما هو تغيير الحالة ؟
يمكن للمادة أن تتحول من الحالة الغازية إلى الحالة السائلة أو الصلبة, ومن الحالة السائلة إلى الحالة الغازية أو الصلبة, ومن الحالة الصلبة إلى الحالة الغازية أو السائلة, وهو ما يطلق عليه تغيير الحالة، ويعني هذا أنه يمكن لجسم واحد أن يكون بهيئة صلبة أو سائلة أو غازية تبعا للظروف، فعلى سبيل المثال يمكن للماء أن يتواجد بصور مختلفة وفقا لتشكيلات جزيئية مختلفة (نموذج للمادة). وتغيير الحالة ليس دائما بالعملية السهلة فأحيانا يستحيل التغيير دون إتلاف المادة.
الماء
ولنعود إلى مثال الماء لدراسة مختلف التغيرات في الحالة التي نشاهدها في حياتنا اليومية.
التبخر: هو التغير من الحالة السائلة إلى الحالة الغازية، ويعتبر الغليان أحد وسائل التبخر, فعند تسخين الماء بقدر نشاهد الفقافيع وهي تكبر, وترتفع في الماء, ثم تنفجر عند السطح فتطلق بخار الماء الموجود بها الذي ينتشر في الحيز المحيط، ويختفي عن بصرنا لامتزاجه بالهواء. وبالتالى عند تسخين الماء السائل يتكون بخار الماء (الحالة الغازية)٠ وتقل كمية الماء السائل، ويمكن أن تتحول كل الكمية من الحالة السائلة إلى الغازية تدريجيا.
وسيلة أخرى من وسائل التبخر هي التبخير، فنلاحظ نقصان كمية الماء بالإناء عند تركه بالهواء الطلق بعد مرور بعض الوقت, ويقال أن الماء قد تبخر, وهي نفس الظاهرة التي تحدث عند تجفيف الغسيل حيث يتبخر الماء الموجود بالغسيل من تلقاء نفسه (حتى بالجو السيء)، وتوضح تلك الظاهرة هي الأخرى التغير من الحالة السائلة إلى الحالة الغازية.
ويسمى التحول المعاكس التكثيف (وهو التغير من الحالة الغازية إلى الحالة السائلة)، ونقابل هذه الظاهرة عند بدء تكون الضباب.
وهناك تغيرات أخرى من الحالة السائلة إلى الحالة الصلبة يسهل ملاحظتها.
فلنرجع لمثال الماء السائل. فعند تبريده بدرجة كافية يتحول إلى ثلج, ويقال هنا أن الماء قد تجمد أو تصلب فهو في صورة صلبة، وبالطبع تستطيع السوائل الأخرى أن تتجمد عند بلوغ درجة التجمد الخاصة بها. والانصهار هو العملية المقابلة لهذا، فقد لاحظنا كلنا أن عند إخراج الثلج من الثلاجة وتركه معرضا لدرجة حرارة الغرفة لبعض الوقت يتحول إلى سائل, ويقال أن الثلج قد ذاب، ومن أجل إتمام هذا التحول تم توفر الحرارة للثلج.
ويمكن للثلج أن يختفي بالشمس دون أن يذوب عند توفر بعض الشروط الخاصة بالحرارة والضغط فقد يتحول مباشرة إلى بخار ماء وهذا التحول هو التسامي (والتحول المقابل هو التكثف).
درجات الحرارة اللازمة لتغير الحالة:
يمكن قياس درجة حرارة تجمد الماء بما أنه يوجد الآن ماء صلب (ثلج) وماء سائل, فمثلا نلاحظ حدوث التجمد عند درجة حرارة صفر, وتحت ضغط جوى طبيعي (الضغط الجوي عند مستوى سطح البحر) وأثناء هذا التحول تبقى الحرارة ثابتة, فقد سمحت الحرارة المتوفرة بتحول الماء السائل إلى ثلج دون تغيير في درجة الحرارة وهناك اعتقاد أن درجة حرارة الثلج دائما ما تكون صفراً، ولكن إذا ما قمنا بتبريده فمن الحتمي انخفاض درجة الحرارة إلى ما تحت الصفر.
وقد رأينا أن الغليان هو التحول من الحالة السائلة إلى بخار (عند اتزان المرحلتين)، وينتج غليان الماء عند درجة حرارة ثابتة (١٠٠º تحت الضغط الجوي الطبيعي) عن طريق امتصاص الحرارة.
رد مع اقتباس
