الحالات الخمس لتجميع المادة - كيمياء - 2025

ترتبط حالات تجميع المادة بحقيقة أنها يمكن أن توجد في حالات مختلفة ، اعتمادًا على الكثافة التي تظهرها الجزيئات التي تتكون منها. علم الفيزياء هو المسؤول عن دراسة طبيعة وخصائص المادة والطاقة في الكون.

يُعرَّف مفهوم المادة على أنه كل شيء يُكوِّن الكون (الذرات والجزيئات والأيونات) ، والذي يشكل جميع الهياكل الفيزيائية الموجودة. اعتبرت التحقيقات العلمية التقليدية حالات تجميع المادة كاملة كما هي ممثلة في الحالات الثلاثة المعروفة: صلبة أو سائلة أو غازية.

ومع ذلك ، هناك مرحلتان أخريان تم تحديدهما مؤخرًا ، مما يسمح بتصنيفهما على هذا النحو وإضافتهما إلى الحالات الأصلية الثلاث (ما يسمى بالبلازما ، ومكثفات بوز-آينشتاين).

تمثل هذه الأشكال من المادة أكثر ندرة من الأشكال التقليدية ، ولكنها في ظل الظروف المناسبة تظهر خصائص جوهرية وفريدة من نوعها بما يكفي لتصنيفها على أنها حالات تجميع.

حالات تجميع المادة

صلب

المعادن صلبة

عند الحديث عن مادة في حالة صلبة ، يمكن تعريفها على أنها تلك التي تتحد فيها الجزيئات التي تتكون منها بطريقة مضغوطة ، مما يتيح مساحة صغيرة جدًا بينها ويوفر طابعًا جامدًا لبنيتها.

وبالتالي ، فإن المواد في حالة التجميع هذه لا تتدفق بحرية (مثل السوائل) أو تتمدد بشكل حجمي (مثل الغازات) ، ولأغراض التطبيقات المختلفة ، تعتبر مواد غير قابلة للضغط.

بالإضافة إلى ذلك ، يمكن أن يكون لها هياكل بلورية ، يتم تنظيمها بطريقة منظمة ومنتظمة أو بطريقة غير منظمة وغير منتظمة ، مثل الهياكل غير المتبلورة.

وبهذا المعنى ، فإن المواد الصلبة ليست بالضرورة متجانسة في بنيتها ، فهي قادرة على إيجاد تلك غير المتجانسة كيميائيًا. لديهم القدرة على الانتقال مباشرة إلى الحالة السائلة في عملية الاندماج ، وكذلك الانتقال إلى الحالة الغازية عن طريق التسامي.

أنواع المواد الصلبة

تنقسم المواد الصلبة إلى عدد من التصنيفات:

المعادن: هي تلك المواد الصلبة القوية والكثيفة التي عادة ما تكون أيضًا موصلات ممتازة للكهرباء (بسبب إلكتروناتها الحرة) والحرارة (بسبب توصيلها الحراري). إنها تشكل الكثير من الجدول الدوري للعناصر ، ويمكن ربطها بمعدن آخر أو غير فلزي لتشكيل سبائك. اعتمادًا على المعدن المعني ، يمكن العثور عليه بشكل طبيعي أو إنتاجه بشكل مصطنع.

المعادن

إنها تلك المواد الصلبة التي تشكلت بشكل طبيعي من خلال العمليات الجيولوجية التي تحدث عند ضغط مرتفع.

تصنف المعادن بهذه الطريقة من خلال تركيبها البلوري بخصائص موحدة ، وهي تختلف اختلافًا كبيرًا في النوع اعتمادًا على المادة التي تتم مناقشتها وأصولها. هذا النوع من المواد الصلبة موجود بشكل شائع في جميع أنحاء كوكب الأرض.

سيراميك

إنها مواد صلبة يتم إنشاؤها من مواد غير عضوية وغير معدنية ، عادةً عن طريق تطبيق الحرارة ، والتي لها هياكل بلورية أو شبه بلورية.

إن تخصص هذا النوع من المواد هو قدرته على تبديد درجات الحرارة العالية والتأثيرات والقوة ، مما يجعله مكونًا ممتازًا للتقنيات المتقدمة في مجالات الطيران والإلكترونيات وحتى المجالات العسكرية.

المواد الصلبة العضوية

إنها تلك المواد الصلبة التي تتكون أساسًا من عنصري الكربون والهيدروجين ، وقد تحتوي أيضًا على جزيئات النيتروجين والأكسجين والفوسفور والكبريت أو الهالوجين في بنيتها.

تتنوع هذه المواد بشكل كبير ، حيث تتراوح المواد من البوليمرات الطبيعية والاصطناعية إلى شمع البارافين الناشئ من الهيدروكربونات.

المواد المركبة

إنها تلك المواد الحديثة نسبيًا التي تم تطويرها من خلال دمج مادتين صلبتين أو أكثر ، وإنشاء مادة جديدة بخصائص كل من مكوناتها ، وبالتالي الاستفادة من خصائصها لمادة متفوقة على الأصول. ومن الأمثلة على ذلك الخرسانة المسلحة والخشب المركب.

أشباه الموصلات

تم تسميتها لمقاومتها وموصليةها الكهربائية ، والتي تضعها بين الموصلات المعدنية والمحاثات غير المعدنية. كثيرا ما تستخدم في مجال الإلكترونيات الحديثة وتجميع الطاقة الشمسية.

المواد النانوية

إنها مواد صلبة ذات أبعاد مجهرية ، مما يعني أن لها خصائص مختلفة عن نسختها الأكبر. يجدون تطبيقات في مجالات العلوم والتكنولوجيا المتخصصة ، مثل مجال تخزين الطاقة.

المواد الحيوية

إنها مواد طبيعية وبيولوجية ذات خصائص معقدة وفريدة من نوعها ، تختلف عن جميع المواد الصلبة الأخرى نظرًا لأصلها المعطى خلال ملايين السنين من التطور. تتكون من عناصر عضوية مختلفة ، ويمكن تشكيلها وإعادة تشكيلها وفقًا للخصائص الجوهرية التي تمتلكها.

سائل

يُطلق على السائل مادة في حالة شبه غير قابلة للضغط ، والتي تشغل حجم الحاوية التي توجد بها.

على عكس المواد الصلبة ، تتدفق السوائل بحرية على السطح حيث توجد ، لكنها لا تتوسع حجميًا مثل الغازات ؛ لهذا السبب ، فإنها تحافظ على كثافة ثابتة عمليا. لديهم أيضًا القدرة على تبليل أو ترطيب الأسطح التي تلمسها بسبب التوتر السطحي.

تخضع السوائل لخاصية تعرف باسم اللزوجة ، والتي تقيس مقاومتها للتشوه عن طريق القص أو الحركة.

بناءً على سلوكهم فيما يتعلق باللزوجة والتشوه ، يمكن تصنيف السوائل إلى سوائل نيوتونية وغير نيوتونية ، على الرغم من أن هذا لن تتم مناقشته بالتفصيل في هذه المقالة.

من المهم أن نلاحظ أن هناك عنصرين فقط في حالة التجميع هذه في ظل الظروف العادية: البروم والزئبق ، والسيزيوم والغاليوم والفرانسيوم والروبيديوم يمكن أن يصلوا بسهولة إلى الحالة السائلة في ظل ظروف مناسبة.

يمكن تحويلها إلى حالة صلبة من خلال عملية التصلب ، وكذلك تحويلها إلى غازات عن طريق الغليان.

أنواع السوائل

وفقًا لتركيبها ، تنقسم السوائل إلى خمسة أنواع:

المذيبات

تمثل المذيبات كل تلك السوائل الشائعة وغير الشائعة بنوع واحد فقط من الجزيئات في بنيتها ، وهي تلك المواد التي تعمل على إذابة المواد الصلبة والسوائل الأخرى بداخلها ، لتكوين أنواع جديدة من السوائل.

حلول

هي تلك السوائل في شكل خليط متجانس ، والتي تكونت عن طريق اتحاد مذاب ومذيب ، يمكن أن يكون المذاب مادة صلبة أو سائلة أخرى.

مستحلبات

يتم تمثيلها على أنها تلك السوائل التي تم تكوينها عن طريق خلط سائلين نموذجيًا غير قابل للامتزاج. يتم ملاحظتها كسائل معلق داخل آخر على شكل كريات ، ويمكن العثور عليها في شكل W / O (ماء في الزيت) أو O / W (زيت في الماء) ، اعتمادًا على هيكلها.

تعليق

المعلقات هي السوائل التي توجد بها جزيئات صلبة معلقة في مذيب. يمكن أن تتشكل في الطبيعة ، ولكنها أكثر شيوعًا في المجال الصيدلاني.

الرش بالرذاذ

تتشكل عندما يمر الغاز عبر سائل ويتشتت الأول في الثاني. هذه المواد سائلة بطبيعتها مع جزيئات غازية ، ويمكن أن تنفصل مع زيادة درجة الحرارة.

غاز

يعتبر الغاز حالة المادة القابلة للانضغاط ، حيث يتم فصل الجزيئات وتشتتها بشكل كبير ، وحيث تتمدد لتشغل حجم الحاوية التي تحتوي عليها.

أيضا ، هناك العديد من العناصر التي توجد في الحالة الغازية بشكل طبيعي ويمكن أن تنضم إلى مواد أخرى لتشكيل مخاليط غازية.

يمكن تحويل الغازات مباشرة إلى سوائل عن طريق عملية التكثيف ، وإلى مواد صلبة من خلال عملية الترسيب النادرة. بالإضافة إلى ذلك ، يمكن تسخينها إلى درجات حرارة عالية جدًا أو تمريرها عبر مجال كهرومغناطيسي قوي لتأينها وتحويلها إلى بلازما.

نظرًا لطبيعتها المعقدة وعدم استقرارها اعتمادًا على الظروف البيئية ، يمكن أن تختلف خصائص الغازات وفقًا للضغط ودرجة الحرارة التي توجد بها ، لذا فأنت تعمل أحيانًا مع الغازات على افتراض أنها "مثالية".

أنواع الغازات

هناك ثلاثة أنواع من الغازات حسب تركيبتها وأصلها ، موضحة أدناه:

العناصر الطبيعية

يتم تعريفها على أنها جميع العناصر الموجودة في الحالة الغازية في الطبيعة وتحت الظروف العادية ، والتي يتم ملاحظتها على كوكب الأرض وكذلك على الكواكب الأخرى.

في هذه الحالة ، يمكن تسمية الأكسجين والهيدروجين والنيتروجين والغازات النبيلة ، بالإضافة إلى الكلور والفلور ، كأمثلة.

مركبات طبيعية

إنها غازات تتشكل في الطبيعة من خلال عمليات بيولوجية وتتكون من عنصرين أو أكثر. عادة ما تتكون من الهيدروجين والأكسجين والنيتروجين ، على الرغم من أنه في حالات نادرة جدًا يمكن أن تتكون أيضًا من الغازات النبيلة.

مصطنع

إنها تلك الغازات التي صنعها الإنسان من المركبات الطبيعية ، المصممة لتلبية احتياجات الإنسان. قد تكون بعض الغازات الاصطناعية مثل مركبات الكربون الكلورية فلورية وعوامل التخدير والمعقمات أكثر سمية أو تلويثًا مما كان يعتقد سابقًا ، لذلك هناك لوائح للحد من استخدامها على نطاق واسع.

بلازما

تم وصف حالة تراكم المادة هذه لأول مرة في عشرينيات القرن الماضي وتتميز بعدم وجودها على سطح الأرض.

يظهر فقط عندما يتعرض غاز محايد إلى مجال كهرومغناطيسي قوي إلى حد ما ، مكونًا فئة من الغاز المتأين شديد التوصيل للكهرباء ، وهذا أيضًا يختلف بشكل كافٍ عن حالات التجميع الحالية الأخرى بحيث يستحق تصنيفه كحالة..

يمكن نزع الأيونات من المادة في هذه الحالة لتصبح غازًا مرة أخرى ، لكنها عملية معقدة تتطلب ظروفًا قاسية.

يُفترض أن البلازما تمثل الحالة الأكثر وفرة للمادة في الكون ؛ تستند هذه الحجج إلى وجود ما يسمى بـ "المادة المظلمة" ، التي اقترحها علماء فيزياء الكم لشرح ظاهرة الجاذبية في الفضاء.

أنواع البلازما

هناك ثلاثة أنواع من البلازما تصنف فقط حسب أصلها ؛ يحدث هذا حتى في نفس التصنيف ، نظرًا لأن البلازما تختلف كثيرًا عن بعضها البعض ومعرفة أحدها لا يكفي لمعرفة كل شيء.

مصطنع

وهي تلك البلازما من صنع الإنسان ، مثل تلك الموجودة داخل الشاشات ، ومصابيح الفلورسنت وعلامات النيون ، وفي وقود الصواريخ.

أرض

هي البلازما التي تتشكل بطريقة أو بأخرى بواسطة الأرض ، مما يوضح أنها تحدث بشكل أساسي في الغلاف الجوي أو بيئات أخرى مماثلة وأنها لا تحدث على السطح. وهي تشمل البرق والرياح القطبية والأيونوسفير والغلاف المغناطيسي.

الفراغ

إنها تلك البلازما التي تُلاحظ في الفضاء ، وتشكل هياكل ذات أحجام مختلفة ، تتراوح من بضعة أمتار إلى امتدادات هائلة من السنوات الضوئية.

تُلاحظ هذه البلازما في النجوم (بما في ذلك شمسنا) ، وفي الرياح الشمسية ، وفي الوسط بين النجوم وبين المجرات ، بالإضافة إلى السدم بين النجوم.

مكثف بوز-آينشتاين

يُعد تكثيف بوز-آينشتاين مفهومًا حديثًا نسبيًا. نشأت في عام 1924 ، عندما توقع الفيزيائيان ألبرت أينشتاين وساتيندرا ناث بوز وجودها بطريقة عامة.

توصف حالة المادة هذه بأنها غاز مخفف من البوزونات - جسيمات أولية أو مركبة مرتبطة بكونها ناقلات طاقة - والتي تم تبريدها إلى درجات حرارة قريبة جدًا من الصفر المطلق (-273.15 كلفن).

في ظل هذه الظروف ، تنتقل البوزونات المكونة للمكثفات إلى حالتها الكمية الدنيا ، مما يجعلها تقدم خصائص ظواهر مجهرية فريدة وخاصة تفصلها عن الغازات العادية.

تظهر جزيئات مكثفات BE خصائص الموصلية الفائقة ؛ أي عدم وجود مقاومة كهربائية. يمكن أن تظهر أيضًا خصائص السيولة الفائقة ، مما يجعل المادة ذات لزوجة صفرية ، لذلك يمكن أن تتدفق دون أي فقدان للطاقة الحركية بسبب الاحتكاك.

بسبب عدم الاستقرار وقصر وجود المادة في هذه الحالة ، لا تزال الاستخدامات المحتملة لهذه الأنواع من المركبات قيد الدراسة.

لهذا السبب ، بالإضافة إلى استخدامها في الدراسات التي حاولت إبطاء سرعة الضوء ، لم يتم تحقيق العديد من التطبيقات لهذا النوع من المواد. ومع ذلك ، هناك مؤشرات على أنه قد يساعد البشرية في عدد كبير من الأدوار المستقبلية.

المراجع

1. بي بي سي. (سادس). حالات المادة. تم الاسترجاع من bbc.com
2. التعلم ، ل (سادس). تصنيف المادة. تم الاسترجاع من course.lumenlearning.com
3. لايف ساينس. (سادس). حالات المادة. تم الاسترجاع من موقع Livescience.com
4. الجامعة ، ص (سادس). حالات المادة. تم الاسترجاع من chem.purdue.edu
5. ويكيبيديا. (سادس). حالة المادة. تم الاسترجاع من en.wikipedia.org