يتكون العالم المادي من حولنا من مادة. من خلال حواسنا الخمس يمكننا التعرف على أنواع مختلفة من المادة أو إدراكها. يُنظر إلى بعضها بسهولة على أنها حجر يمكن رؤيته وإمساكه بيده ، والبعض الآخر يصعب التعرف عليه أو لا يمكن إدراكه من قبل إحدى الحواس ؛ على سبيل المثال ، الهواء. و المسألة هي أي شيء له كتلة والوزن ، وتحتل مكانا في الفضاء، الاختام حواسنا وتجربة ظاهرة القصور الذاتي (المقاومة عرضت مواقف التغيير).
ما الأمر
جدول المحتويات
إن تعريف المادة ، وفقًا للفيزياء ، هو كل ما يشكل ما يشغل منطقة في الزمكان ، أو كما يصفها أصلها الاشتقاقي ، إنها المادة التي تتكون منها كل الأشياء. بعبارة أخرى ، يؤسس مفهوم المادة أن كل شيء موجود في الكون له كتلة وحجم ، يمكن قياسه وإدراكه وتقديره وملاحظته ، ويحتل مكانًا زمانيًا وتحكمه قوانين الطبيعة..
بالإضافة إلى ذلك ، فإن المادة الموجودة في الأشياء لها طاقة (قدرة الأجسام على القيام بعمل ، مثل الانتقال أو التغيير من حالة إلى أخرى) ، مما يسمح لها بالانتشار في الزمكان (وهو مفهوم من المكان والزمان مجتمعين: أي كائن يشغل مساحة معينة في نقطة معينة على الخط الزمني). من المهم ملاحظة أنه ليست كل أشكال المادة التي لها طاقة لها كتلة.
توجد مادة في كل شيء ، لأنها تظهر في حالات مادية مختلفة ؛ لذلك ، يمكن أن توجد في كل من المطرقة وداخل البالون. هناك أيضًا أنواع مختلفة ؛ لذا فإن الجسد الحي هو مادة ، وكذلك كائن غير حي.
يشير تعريف المادة أيضًا إلى أنها مكونة من ذرات ، وهي وحدة متناهية الصغر من المادة ، والتي كان يُعتقد أنها الأصغر ، حتى تم اكتشاف أن الجسيمات الأخرى أصغر حجمًا (الإلكترونات ذات الشحنة السالبة والبروتونات التي لها شحنة موجبة والنيوترونات التي لها شحنة متعادلة أو بدون شحنة).
هناك 118 نوعًا منها مذكورة في الجدول الدوري للعناصر ، وهي أمور تتعلق بنوع واحد من الذرات ، بينما المركبات عبارة عن مواد تتكون من ذرتين أو أكثر ، على سبيل المثال ، الماء (الهيدروجين والأكسجين). في المقابل ، الجزيئات هي جزء من المادة ، ويتم تعريفها على أنها مجموعات من الذرات ذات التكوين الثابت والتي تكون روابطها كيميائية أو كهرومغناطيسية.
يمكن أن يتكون أي شيء أو أي شيء في العالم من أنواع مختلفة من المواد ، مثل كعكة أو حبة ملح ، ويمكن الحصول على أنواع مختلفة من المواد إذا تغيرت حالتها الفيزيائية. يمكن أن يكون هذا التعديل فيزيائيًا أو كيميائيًا. يحدث التعديل المادي عندما يتغير مظهر الجسم أو يتحول ، بينما تحدث الكيمياء عندما يكون هناك تغيير في تركيبها الذري.
يتم ترتيب الموضوع حسب مستوى تعقيده. في حالة الكائنات الحية ، من الأبسط إلى الأكثر تعقيدًا ، في تصنيف المادة ، لدينا:
- تحت ذرية: الجسيمات التي تتكون منها الذرة: البروتونات (+) والنيوترونات (بدون شحنة) والإلكترونات (-).
- الذرية: الحد الأدنى من وحدة المادة.
- الجزيئية: مجموعات من ذرتين أو أكثر ، والتي يمكن أن تكون من نفس النوع أو نوع مختلف ، وتشكل فئة مختلفة من المادة.
- الخلية: أصغر وحدة بين جميع الكائنات الحية ، وتتكون من جزيئات معقدة.
- الأنسجة: مجموعة من الخلايا وظيفتها واحدة.
- الأعضاء: تكوين الأنسجة في العضو الذي يؤدي بعض الوظائف.
- النظام أو الجهاز: تكوين الأعضاء والأنسجة التي تعمل معًا لوظيفة معينة.
- الكائن الحي: هو مجموعة الأعضاء والأنظمة والخلايا والكائن الحي ، الفرد. في هذه الحالة ، على الرغم من أنها جزء من مجموعة من العديد من الأنواع المتشابهة ، إلا أنها فريدة من نوعها مع الحمض النووي الذي يختلف عن جميع الأنواع الأخرى.
- السكان: الكائنات الحية المتشابهة التي يتم تجميعها وتعيش في نفس المكان.
- الأنواع: مجموعة جميع مجموعات الكائنات الحية من نفس النوع.
- النظام البيئي: ربط الأنواع المختلفة من خلال سلاسل الغذاء في بيئة معينة.
- المنطقة الأحيائية: مجموعات النظم البيئية داخل المنطقة.
- المحيط الحيوي: مجموعة من جميع الكائنات الحية والبيئة التي يرتبطون بها.
خصائص المادة
لتحديد ما هو مهم ، من المهم الإشارة إلى أن له خصائص. تتنوع خصائص المادة وفقًا للحالة الفيزيائية التي تحدث فيها ، أي وفقًا للتكوين والبنية التي تتكون منها الذرات ومدى اتحادها مع بعضها البعض. سيحدد كل واحد منهم كيف يبدو أو يتفاعل الجسم أو الشيء أو المادة أو الكتلة. ولكن هناك صفات مشتركة بين كل ما هو مكون من مادة ، وهي:
1. تظهر حالات مختلفة لتجميع المادة: صلبة ، سائلة ، غازية وبلازما. بالإضافة إلى هذه الحالات الفيزيائية للمادة ، هناك حالتان أقل شهرة ، وهما السائل الفائق (الذي ليس له لزوجة ويمكن أن يتدفق بلا حدود دون أي مقاومة في دائرة مغلقة) والصلب الفائق (المادة الصلبة والسائلة عندما نفس الوقت) ، ويُعتقد أن الهليوم يمكنه تقديم جميع حالات المادة.
2. لديهم كتلة ، والتي ستكون مقدار المادة في حجم أو منطقة معينة.
3. وزنها الحالي ، والذي يمثل مدى تأثير الجاذبية على الجسم المذكور ؛ أي مقدار القوة الجاذبة للأرض.
4. تظهر درجة الحرارة ، وهي كمية الطاقة الحرارية الموجودة فيها. بين جسمين لهما نفس درجة الحرارة ، لن يكون هناك انتقال لذلك ، سيبقى كما هو في كليهما ؛ من ناحية أخرى ، في جسمين بدرجات حرارة مختلفة ، سينقل الجسم الأكثر سخونة طاقته الحرارية إلى الجسم الأكثر برودة.
5. لديهم حجم ، والذي يمثل مقدار المساحة التي يشغلونها في مكان معين ، ويعطى من خلال الطول والكتلة والمسامية ، من بين سمات أخرى.
6. لديهم عدم قابلية الاختراق ، مما يعني أنه يمكن لكل جسم أن يشغل مساحة واحدة ومساحة واحدة فقط في كل مرة ، لذلك ، عندما يحاول جسم ما احتلال مساحة أخرى ، سيتم إزاحة أحد هذين الجسمين.
7. لديهم كثافة ، وهي نسبة الكتلة إلى حجم الجسم. من الأعلى إلى الأقل كثافة في الولايات ، هناك: المواد الصلبة والسوائل والغازات.
8. هناك مادة متجانسة وغير متجانسة. في الحالة الأولى ، يكاد يكون من المستحيل تحديد ما الذي يتكون منه ، حتى بمساعدة المجهر ؛ بينما في الثانية ، يمكنك بسهولة ملاحظة العناصر الموجودة فيه والتمييز بينها.
9. لديها قابلية الانضغاط ، وهي القدرة على تقليل حجمها إذا تعرضت لضغط خارجي ، على سبيل المثال ، درجة الحرارة.
بالإضافة إلى ذلك ، يمكن تسليط الضوء على التغييرات في حالة المادة ، وهي تلك العمليات التي تغير فيها حالة تجمع الجسم بنيته الجزيئية لتتحول إلى حالة أخرى. إنها جزء من الخصائص المكثفة للمادة ، وهي:
- الاندماج. إنها العملية التي يتم فيها تحويل المادة في الحالة الصلبة إلى حالة سائلة من خلال تطبيق الطاقة الحرارية.
- التجميد والتصلب. يحدث عندما يصبح السائل صلبًا من خلال عملية تبريده ، مما يحول بنيته إلى أقوى بكثير وأكثر مقاومة.
- التسامي. إنها العملية التي ، بإضافة الطاقة الحرارية ، تتحرك ذرات أجسام صلبة معينة بسرعة لتصبح غازًا دون المرور بحالة سائلة سابقة.
- الترسب أو التبلور. من خلال التخلص من الحرارة من الغاز ، يمكن أن يتسبب في تجميع الجزيئات التي يتكون منها مع بعضها البعض لتشكيل عدة بلورات صلبة ، دون الحاجة إلى المرور بالحالة السائلة مسبقًا.
- الغليان أو التبخير أو التبخر. إنها العملية التي من خلالها ، عندما يتم تطبيق الحرارة على سائل ، فإنه سيتحول إلى غاز ، حيث تنفصل ذراته.
- التكثيف والإسالة. إنها عملية التبخر العكسية ، حيث عندما يتم تطبيق البرودة على الغاز ، تتباطأ جزيئاته وتقترب من بعضها البعض حتى تشكل سائلًا مرة أخرى.
ما هي خصائص المادة
تتنوع خصائص المادة ، نظرًا لوجود عدد كبير من المكونات فيها ، ولكنها ستقدم خصائص فيزيائية وكيميائية وفيزيائية وكيميائية وعامة ومحددة. لن تُظهر كل أنواع المادة كل هذه الخصائص ، لأن بعضها ، على سبيل المثال ، ينطبق على نوع ما من المواد أو الجسم أو الكتلة ، لا سيما اعتمادًا على حالة التجميع.
من بين الخصائص العامة الرئيسية للمادة ، لدينا:
تمديد
هذا جزء من الخصائص الفيزيائية للمادة ، لأنه يشير إلى مدى وكمية المادة التي تحتلها في الفضاء. هذا يعني أنها خصائص واسعة النطاق: الحجم والطول والطاقات الحركية (تعتمد على كتلتها وتعطى من خلال إزاحتها) والإمكانات (المعطاة من موقعها في الفضاء) ، من بين أمور أخرى.
عجينة
يشير إلى مقدار المادة التي يمتلكها كائن أو جسم ، ولا يخضع لتمديده أو موضعه ؛ بعبارة أخرى ، لا ترتبط كمية الكتلة الموجودة فيه بكمية الحجم التي تشغلها في الفضاء ، لذا فإن الجسم الذي يكون امتداده صغيرًا يمكن أن يكون له كتلة ضخمة والعكس صحيح. المثال المثالي هو الثقوب السوداء ، التي تحتوي على كمية غير قابلة للقياس من الكتلة بالنسبة لمداها في الفضاء.
التعطيل
في مفهوم المادة ، هذه هي الخاصية التي تمتلكها الأشياء للحفاظ على حالة الراحة ، أو الاستمرار في حركتها ، إلا إذا كانت هناك قوة خارجها تعدل موقعها في الفضاء.
المسامية
بين الذرات التي تشكل تعريف المادة في الجسم ، توجد مساحات فارغة ، والتي ، اعتمادًا على مادة أو أخرى ، ستكون هذه الفراغات أكبر أو أصغر. هذا يسمى المسامية ، مما يعني أنها عكس الضغط.
قابلية التجزئة
إنها قدرة الأجسام على الانقسام إلى أجزاء أصغر ، حتى في الأحجام الجزيئية والذرية ، إلى حد التفكك. يمكن أن يكون هذا التقسيم نتاج تحولات ميكانيكية وفيزيائية ، لكنه لن يحول تركيبته الكيميائية ولن يغير جوهر ماهية المادة.
مرونة
يشير هذا إلى إحدى الخصائص الرئيسية للمادة ، وفي هذه الحالة هي قدرة الكائن على العودة إلى حجمه الأصلي بعد تعرضه لقوة ضغط تشوهه. ومع ذلك ، هناك حد لهذه الخاصية وهناك مواد أكثر عرضة للمرونة من غيرها.
بالإضافة إلى تلك المذكورة أعلاه ، من المهم إبراز الخصائص الفيزيائية الأخرى للمادة والخصائص الكيميائية للمادة الموجودة والمتعددة. بينهم:
1. الخصائص الفيزيائية:
أ) مكثف أو جوهري (خصائص محددة)
- المظهر: في المقام الأول ما هي حالة الجسم وكيف يبدو.
- اللون: يتعلق أيضًا بالمظهر الجسدي ، ولكن هناك مواد لها ألوان مختلفة.
- الرائحة: تعتمد على تكوينها ، وتدركها الرائحة.
- الذوق: كيف يتم فهم المادة حسب الذوق.
- نقطة الذوبان والغليان والتجميد والتسامي: النقطة التي تنتقل عندها المادة من كونها صلبة إلى سائلة ؛ سائل إلى فوار سائل إلى صلب وصلبة إلى غازية. على التوالي.
- الذوبان: تذوب عند خلطها بسائل أو مذيب.
- الصلابة: المقياس الذي تسمح فيه المادة بالخدش والقطع والعبور بواسطة مادة أخرى.
- اللزوجة: مقاومة السائل للتدفق.
- التوتر السطحي: هو قدرة السائل على مقاومة الزيادة في سطحه.
- الموصلية الكهربائية والحرارية: قدرة المادة على توصيل الكهرباء والحرارة.
- القابلية للطرق: خاصية تسمح لها بالتشوه دون أن تنكسر.
- ليونة: القدرة على تشويه وتشكيل خيوط من المواد.
- التحلل الحراري: عندما يتم تطبيق الحرارة ، يتم تحويل المادة كيميائيًا.
ب) ممتد أو خارجي (خصائص عامة)
- الكتلة: مقدار المادة في الجسم.
- الحجم: المساحة التي يشغلها الجسم.
- الوزن: قوة الدفع التي تمارسها الجاذبية على الجسم.
- الضغط: القدرة على "إخراج" ما حولهم.
- القصور الذاتي: القدرة على البقاء ثابتة ما لم تحركها قوة خارجية.
- الطول: مدى جسم أحادي البعد في الفضاء.
- الطاقة الحركية والوضعية: بسبب حركتها وموقعها في الفضاء.
2. الخصائص الكيميائية:
- PH: مستوى الحموضة أو القلوية للمواد.
- الاحتراق: القدرة على الاحتراق بالأكسجين ، حيث يطلق الحرارة وثاني أكسيد الكربون.
- طاقة التأين: الطاقة المتلقاة للإلكترون للهروب من ذراته.
- الأكسدة: القدرة على تكوين عناصر معقدة من خلال فقدان أو اكتساب الإلكترونات.
- التآكل: هو قدرة المادة على إتلاف أو إتلاف بنية المادة.
- السمية: المدى الذي يمكن أن تلحق به مادة ما الضرر بالكائن الحي.
- التفاعلية: الميل للاندماج مع المواد الأخرى.
- القابلية للاشتعال: القدرة على توليد انفجار حراري ناتج عن ارتفاع درجات الحرارة الخارجية.
- الاستقرار الكيميائي: قدرة المادة على التفاعل مع الأكسجين أو الماء.
حالات تجميع المادة
يمكن أن تظهر المادة في حالات فيزيائية مختلفة. هذا يعني أن تناسقها ، من بين خصائص أخرى ، سيكون مختلفًا وفقًا لبنية ذراتها وجزيئاتها ، وهذا هو السبب في أنها تتحدث عن الخصائص المحددة للمادة. من بين الحالات الرئيسية التي يمكن تحقيقها ما يلي:
صلب
تتميز الأجسام الصلبة بخصوصية وجود ذراتها قريبة جدًا من بعضها البعض ، مما يمنحها صلابة وتقاوم عبورها أو قطعها بواسطة مادة صلبة أخرى. بالإضافة إلى ذلك ، لديهم مرونة ، مما يسمح لهم بالتشوه تحت الضغط دون الحاجة إلى التفتيت.
يسمح تكوينها أيضًا بالحصول على ليونة ، وهي إمكانية تكوين خيوط من نفس المادة عندما تأتي قوى معاكسة نحو الجسم ، مما يسمح له بالتمدد ؛ ونقطة الانصهار ، بحيث يمكن ، عند درجة حرارة معينة ، تحويل حالتها من الحالة الصلبة إلى الحالة السائلة.
سائل
تتحد الذرات المكونة للسوائل ولكن بقوة أقل من المواد الصلبة ؛ كما أنها تهتز بسرعة ، مما يسمح لها بالتدفق وستعتمد لزوجتها أو مقاومتها للحركة على نوع السائل (كلما كانت اللزوجة أكثر ، قلت السوائل). سيتم تحديد شكله من خلال الحاوية التي تحتوي عليه.
مثل المواد الصلبة ، لديهم نقطة غليان ، وعندها تتوقف عن أن تكون سائلة وتصبح غازية ؛ ولديهم أيضًا نقطة تجمد ، حيث تتوقف عن أن تكون سائلة لتصبح صلبة.
الغازي
الذرات الموجودة في الغازات متطايرة ومبعثرة وقوة الجاذبية تؤثر عليها بدرجة أقل من حالات المادة السابقة. مثل السائل ، ليس له شكل ، سيأخذ شكل الحاوية أو البيئة حيث توجد.
هذه الحالة من المادة ، مثل السوائل ، لها قابلية الانضغاط وإلى حد أكبر ؛ كما أن لديها ضغطًا ، مما يمنحهم جودة دفع ما حولهم. كما أنه قادر على التحول إلى سائل تحت ضغط عالٍ (تسييل) والقضاء على الطاقة الحرارية ، ويمكن أن يصبح غازًا سائلًا.
بلازما
حالة المادة هذه هي واحدة من أقل الحالات شيوعًا. تعمل ذراتها بشكل مشابه للعناصر الغازية ، مع اختلاف أنها مشحونة بالكهرباء ، على الرغم من عدم وجود كهرومغناطيسية ، مما يجعلها موصلات كهربائية جيدة. نظرًا لأنه يحتوي على خصائص محددة لا تتعلق بالحالات الثلاث الأخرى ، فإنه يعتبر الحالة الرابعة لتجميع المادة.
ما هو قانون حفظ المادة؟
ينص قانون حفظ المادة أو Lomonosov-Lavoisier على أنه لا يمكن تدمير أي نوع من المادة ، ولكن يمكن تحويلها إلى مادة أخرى بخصائص خارجية مختلفة أو حتى على المستوى الجزيئي ، ولكن تبقى كتلتها. أي ، عند تعرضها لبعض العمليات الفيزيائية أو الكيميائية ، فإنها تحتفظ بنفس الكتلة والوزن ، وكذلك بنسبها المكانية (الحجم الذي تشغله).
قام بهذا الاكتشاف العالمان الروسيان ميخائيل لومونوسوف (1711-1765) وأنطوان لوران لافوازييه (1743-1794). لاحظ الأول ذلك لأول مرة عندما لم تفقد ألواح الرصاص وزنها بعد صهرها في حاوية مغلقة ؛ ومع ذلك ، لم يتم إعطاء هذه النتيجة الأهمية الواجبة في ذلك الوقت.
بعد سنوات ، جرب لافوازييه وعاءًا مغلقًا ، حيث قام بغلي الماء لمدة 101 يومًا ولم يفلت بخاره ولكنه عاد إليه. قارن الأوزان قبل التجربة وبعدها وخلص إلى أن المادة لا تُخلق ولا تُدمر بل تتحول.
هذا القانون له استثناء ، وسيكون في حالة التفاعلات من النوع النووي ، حيث يمكن تحويل الكتلة فيها إلى طاقة وفي الاتجاه المعاكس ، لذلك يمكن القول أنه يمكن "تدميرها" أو "تكوينها". لغرض معين ، ولكن في الواقع يتم تحويله ، حتى لو كانت طاقة.
أمثلة على المادة
من بين الأمثلة الرئيسية للمادة ، يمكن إبراز ما يلي من خلال حالة التجميع:
- الحالة الصلبة: صخرة ، خشب ، طبق ، قضيب فولاذي ، كتاب ، كتلة ، كوب بلاستيكي ، تفاحة ، زجاجة ، هاتف.
- الحالة السائلة: الماء ، الزيت ، الحمم البركانية ، الزيت ، الدم ، البحر ، المطر ، النسغ ، العصائر المعدية.
الغاز
- الحالة الغازية: الأكسجين ، الغاز الطبيعي ، الميثان ، البوتان ، الهيدروجين ، النيتروجين ، غازات الاحتباس الحراري ، الدخان ، بخار الماء ، أول أكسيد الكربون.
- الحالة البلازمية: النار ، الأضواء الشمالية ، الشمس والنجوم الأخرى ، الرياح الشمسية ، الأيونوسفير ، التصريفات الكهربائية للاستخدام أو الاستخدام الصناعي ، المادة بين الكواكب ، النجوم والمجرات ، العواصف الكهربائية ، النيون في شكل البلازما من مصابيح النيون ، وشاشات البلازما من أجهزة التلفزيون أو غير ذلك.
