فهم تغير الحالة الفيزيائية
يشير مصطلح تغير الحالة الفيزيائية إلى العملية التي تنتقل خلالها المادة من طور إلى آخر نتيجة للظروف المحيطة بها، مما يؤدي إلى تغيير حالتها دون تغيير مكوناتها. وبذلك، تبقى مكونات المادة وجزيئاتها كما هي قبل وبعد حدوث التغير. وترتبط هذه التغيرات ارتباطًا وثيقًا بالخصائص الفيزيائية للمادة، مثل درجة الانصهار ودرجة الغليان. تشمل تغيرات الحالة الفيزيائية التنقل بين ثلاثة أطوار أساسية وهي: الصلبة، والسائلة، والغازية.
أنواع تغييرات الحالة الفيزيائية
تعتبر الطاقة العنصر الأساسي في تغيير حالات المادة، حيث أن فقدانها أو اكتسابها يؤدي إلى تحويل الحالة الفيزيائية للمادة. على سبيل المثال، يحتاج الثلج إلى امتصاص الطاقة من البيئة المحيطة به لكي ينصهر ويتحول من الحالة الصلبة إلى الحالة السائلة. وفيما يلي توضيح للتغيرات الفيزيائية التي قد تحدث للمادة:
التغير بين الحالة الصلبة والسائلة
تحدث تغييرات المادة بين الحالتين الصلبة والسائلة على النحو التالي:
التجمد
في هذه الحالة، يفقد السائل الطاقة، مما يقلل من درجة حرارته ويحوله من الحالة السائلة إلى الحالة الصلبة، كما يحدث مع تجمد الماء.
الانصهار
على النقيض من التجمد، تكتسب المادة الصلبة الطاقة، مما يؤدي إلى تحولها إلى الحالة السائلة، كما يحدث مع انصهار الثلج.
التغير بين السائل والغاز
تتحول المادة بين الحالتين السائلة والغازية عبر عمليتين أساسيتين:
التبخر
تكتسب فيها المادة السائلة الطاقة التي تفكك جزيئاتها، مما يؤدي إلى تحولها إلى غاز، مثل تبخر الماء المغلي أو جزيئات الماء في المسطحات المائية.
التكثف
هذه العملية تتمثل في فقدان جزيئات الغاز للطاقة، مما يؤدي إلى ترابطها مرة أخرى وتشكيل قطرات سائلة على الأسطح الباردة، كما يحدث على زجاج النوافذ في فصل الشتاء.
التغير بين الحالة الصلبة والغازية
عادةً ما تمر المادة بحالة سائلة عند تحولها بين الحالة الصلبة والغازية، لكن هناك بعض التغيرات الفيزيائية التي تحدث دون الحاجة لتلك المرحلة مثل:
التسامي
وهذا يشير إلى انتقال المادة من الحالة الصلبة إلى الغازية من خلال اكتساب الطاقة الكافية لتفكك الجزيئات بطرق أكبر من تلك المطلوبة للتحول إلى الحالة السائلة، مثل الثلج الجاف.
الترسيب
هذه العملية تحدث عندما تفقد جزيئات الغاز الطاقة بشكل كبير، مما يؤدي إلى تحولها مباشرة إلى جزيئات صلبة، مثل تكوّن الصقيع في فصل الشتاء.
التغير بين الغاز والبلازما
تُعرف البلازما كإحدى حالات المادة الناتجة عن تأين الغاز. وعادةً ما تتأين المادة من الحالة السائلة أو الصلبة مباشرةً إلى حالة الغاز في حال وجود طاقة ومساحة كافية. فيما يلي توضيح عملية تحول البلازما بين الغاز والغاز:
التأين
في هذا السياق، يتحول الغاز إلى بلازما، حيث تُعرف طاقة التأين بأنها الطاقة اللازمة لإزالة الإلكترون من الذرات الغازية أو الأيونات.
إعادة التركيب
هذه هي الحالة التي تتحول فيها البلازما مرة أخرى إلى غاز، حيث تعود الجسيمات التي تعرضت للتأين إلى الحالة الغازية نتيجة توقف تزويدها بالطاقة. بشكل أكثر دقة، تعني إعادة التركيب نقل الإلكترونات أو دمج الشحنات في المادة الغازية، مما يؤدي إلى معادلة الأيونات.