بحث عن المادة وخواصها

المادّة

تُعرّف المادّة على أنّها كل شيء له كتلة وحجم معيّن ويشْغَل حيزاً من الفراغ الموجود، وتشمل على جميع الأشياء التي تخطُر في بال الإنسان؛ كالكرسي والكتاب وغيرها من الأشياء التي يمكن لمسها، ولا تقتصر المادّة على هذه الأشياء، بل تتعدّى إلى أكثر من ذلك لتشمل المواد غير الملموسة؛ كالهواء الذي يتمّ تنفّسه من قبل الكائنات الحية، بالإضافة إلى الكواكب والنجوم على اختلافها، وتحتوي المادّة على جسيمات صغيرة ذات حجم دقيق تُعرف بالذرّات؛ حيثُ تحتوي هذه الذرات على جُسيمات تُسمّى بروتونات، ونيترونات، وإلكترونات. يتمّ من خلال علم الكيمياء دراسة التركيب الخاصّ بالمادّة، ودراسة الكيفيّة التي يتمّ من خلالها معرفة الترابط مع بعضها البعض من أجل تكوين الموادّ المختلفة.^[١][٢]

إنَّ فكرة أنَّ المادّة مُكوّنة من جُسَيمات صغيرة تُسمّى ذرّات قد نشأت منذ القرن الخامس قبل الميلاد على يد الفَيْلسوفَيْن اليونانيين ديموقريطوس وليوكيبوس. تُعتَبَر ذرّة الهيدروجين هي أبسط انواع الذرّات؛ حيثُ تحتوي على بروتون واحد فقط.^[١]

إنَّ البروتونات والنيترونات والإلكترونات تتكوَّن من الفرميونات (بالإنجليزيّة: Fermion)، ويُوجَد تصنيفين من الأخيرة، وهي الكوارك، والليبتون؛ حيث إنّهما لا تُعتبران نوع من أنواع المادّة. الموادّ المضادّة (بالإنجليزيّة: Antimatter) هي أيضاً نوع من أنواع المادّة، حتّى وإن كانت جُزيئاتُهما تَمْحق المادّة الطبيعيّة عند تلامسهم.^[١][٣]

اللامادّة

هنالك أشياء في الطبيعة ليس لها كُتلة، أو أقلّها ليس لها كُتلة ثابتة، وتُعتَبَر هذه الأشياء ليست بمادّة، ومنها:^[١]

• الضوء
• الصوت
• الحرارة
• الأفكار
• الأحلام
• العواطف

إنَّ الفوتونات ليس لها كُتلة؛ لذا فهي لا تتكوَّن من مادّة، ولا يُمكِن تسميتها بالأجسام، فهي لا يُمكِن أن تُوجَد في حالة ثبات.^[١]

حالات المادّة وخواصها

إنَّ الخواصّ العامّة للمادّة هي نتيجة العلاقة بين الكُتلة والحيِّز الذي تتخذه، فبسبب الكتلة، تمتلك جميع المواد قصوراً ذاتيّاً يُحدَّد من خلال الكُتلة، كما أنّها تمتلك وزن في حال تواجدها في حقل جاذبيّة، إضافةً لذلك، فإنّه نظراً لأنَّ المادّة تحتل حيّزاً، فهي تمتلك حجماً ولاإختراقيّة؛ حيثُ لا يُمكِن لجسمين أن يحتلّا نفس الحيّز في نفس الوقت.^[٤]

إنَّ الخواصّ الأُخرى المُميّزة للموادّ تعتمد على البُنية الداخليّة لها؛ لذا فهي تختلف من مادّة لأخرى، ومن هذه الخواصّ: المطيليّة، المرونة، القساوة، قابليّة الطرق، المساميّة، التماسُك. أمّا عن حالات المادّة وخواصّها فهي كالآتي:^[٤][٥]

المادّة الصلبة

تتميّز هذه المواد بأنّ لها شكل معيّن ولا يمكن تغييره، كما لها حجم ثابت؛ كالكُتب وغيرها من المواد الصلبة والجامدة، ويعود ذلك إلى أنّ الجسيمات المكوّنة لها مترابطة مع بعضها البعض بطريقة قويّة ومتينة، ومن الصعب حدوث تغيير في شكلها. إنَّ جُزيئات المادّة الصلبة لديها طاقة حركيّة صغيرة جدّاً، كما أنَّ الإلكترونات لكل ذرّة تكون في حالة حركة، فاهتزاز الذرات قليل، ولكنّها ثابتة في مكانها. يُمكِن تقسيم المادّة الصُّلبة إلى فئتين، هُما: موادّ بلّوريّة، ومواد غير منتظمة الشكل البلّوري؛ وذلك تبعاً لترتيب الجزيئات داخل المادّة الصلبة.^[٦]

المادّة السائلة

تختلف هذه الحالة عن الحالة السابقة في أنّ شكلَها يتغّير بكلّ سهولة ويأخذ شكل الوعاء الذي يوضع فيه، لكن دون حدوث تغير في حجمه وكميته. إنَّ جُزيئات المادّة السائلة ليس لها أي ترتيب مُعيَّن، إلّا أنّها قريبة جداً من بعضها البعض؛ لذا فحجم المادّة السائلة أيضاً ثابت، ولا يُمكن ضغطُها. إنَّ جُزيئات السائل لديها مُتَّسَع كافي لتدور حول بعضها البعض، لذا فهي ليس لها شكل مُحدَّد. تتوزَّع القُوى بشكلٍ مُتساوٍ في السائل، فعند وضع جسم فوق السائل، تُزاح جُزيئات السائل. ترتبط جُزيئات المادّة السائلة عن طريق قوّة بَيْن جُزيئيّة ضعيفة، وهذه القوّة هي سبب نشأة القطرات والتيّارات المائيّة، كما أنّها سبب كَوْن جُزيئات المادّة السائلة لا تتحرَّك بنفس حُرّيّة جُزيئات المادّة الغازيّة.

المادّة الغازيّة

تتميّز الغازات بسهولة انتشارها في المحيط المتواجد فيه، فالغازات ليس لها شكل أو حجم معين، بل تأخذ شكل الكوب أو الوعاء الذي يتمّ وضعه فيه، ويمكن لأي شيء أن يمرّ من خلال الغاز وبكل سهولة؛ وذلك لأنّ الجُزيئات المكوّنة له بعيدة عن بعضها البعض وغير مترابطة، إضافةً إلى أنّها تمتلك طاقةً حركيّة عالية. عند تعريض الغاز للضغط عن طريق تصغير حجم الوعاء الحاوي له، فإنَّ المسافة بين جُزيئات الغاز سوف تتقارب من بعضها البعض، والضغط الناتج من تصادُم هذه الجزيئات سوف يزداد، وسيزداد ضغط الغاز عند زيادة درجة الحرارة عن طريق تسخينه (مع إبقاء حجم الوعاء ثابت). إنَّ لجُزيئات المواد الغازيّة طاقةً حركيّة كبيرة كافية لكسر القوّة الرابطة بين الجزيئات.

البلازما

لا تُعتبَر البلازما من حالات المادّة للعديد من المواد على سطح الأرض، إلّا أنّها قد تكون من أكثر حالات المادّة انتشاراً في الكون. تتكوَّن البلازما من جُزيئات مشحونة بشكلٍ كبير، ولها طاقة حركيّة عالية جدّاً. تُستخدَم الغازات النبيلة -كالهيليوم والآرغون- عادةً لصناعة إشارات مُضيئة عن طريق استخدام الكهرباء لتأيينهم ليُصبحوا في حالة البلازما. تُعتبر النجوم كُرات بلازمية شديدة السخونة.

تكاثف بوز-أينشتاين

عام 1995م، استطاع العُلماء توظيف التكنولوجيا لصناعة حالة جديدة للمادّة، فقد قام العالِمان (إريك كورنيل وكارل ويمان) باستخدام الليزر والمغناطيس لتبريد عيّنة من الروبيديوم لتُصبح درجة حرارته قريبة من الصفر، وقد أدّى ذلك لتُصبح حركة الجُزيئات شبه معدومة، فتبدأ الذرّات بالتكتُّل مع بعضها البعض؛ وذلك بسبب عدم انتقال الطاقة الحركيّة من ذرّة لأخرى؛ حيثُ لم يَعُد هناك آلاف الذرّات المُنفصلة، وإنّما ذرّة واحدة ضخمة. تُستخدم هذه الحالة للمادّة في دراسة ميكانيكا الْكَمّ بشكل مجهريّ، كما أنَّ الضوء يبطأ عند مُروره فيها، ممّا يُسهِّل من دراسة الجُسَيم.

المراجع

1. ^ ^{أ ب ت ث ج} Andrew Zimmerman Jones (30-9-2016), "Matter - Definition in Physical Sciences"، About.com, Retrieved 12-2-2017. Edited.
2. ↑ Mary Bagley (30-5-2014), "What Is Chemistry?"، Live Science, Retrieved 12-2-2017. Edited.
3. ↑ Andrew Zimmerman Jones (24-9-2016), "Fermion Definition in Physics"، About.com, Retrieved 2-3-2017. Edited.
4. ^ ^{أ ب} "The Properties of Matter", InfoPlease, Retrieved 12-2-2017. Edited.
5. ↑ Mary Bagley (11-4-2016), "Matter: Definition & the Five States of Matter"، Live Science, Retrieved 12-2-2017. Edited.
6. ↑ Mary Bagley (22-7-2014), "Properties of Matter: Solids"، Live Science, Retrieved 12-2-2017. Edited.