تعريف تغيرات المادة
يدرس الكيميائيون التغيرات التي تحدث للمادة بشكل مستمر، حيث يتم تصنيف هذه التغيرات إلى نوعين: تغييرات فيزيائية وكيميائية، مما يسهم في فهم أعمق لطبيعة المادة من خلال دراسة كيفية تأثير التغيرات على سلوك الذرات والجزيئات.
أنواع تغيرات المادة
تتنوع التغيرات التي تطال المواد، ويتم تصنيفها إلى نوعين رئيسيين، وهنا سيتم توضيح الفروقات بينهما:
التغيرات الفيزيائية
تُعرَّف التغيرات الفيزيائية بأنها التغيرات التي لا تتضمن كسر أو تكوين روابط جديدة، حيث تنتج عنها مواد تحتفظ بنفس خصائص المواد الأصلية.
تتميز التغيرات الفيزيائية بعدم تشكيل مركبات أو عناصر جديدة، فعلى سبيل المثال، عندما يذوب مكعب الثلج، يتغير شكله دون أن يتغير تركيبه، مما يعني أن هذا النوع من التغيير لا يُحدث أي تغيير في تكوين المادة. ورغم أن خصائص الجزيئات تخضع للتغيير، إلا أنها تظل كما هي، ولا يزال يتواجد بها نفس عدد ذرات الهيدروجين وذرة الأكسجين الواحدة.
أمثلة على تغيرات المادة الفيزيائية
هناك العديد من الأمثلة التي توضح التغيرات الفيزيائية للمادة، ومنها:
- غلي الماء.
- خلط الرمل بالماء.
- كسر الزجاج.
- ذوبان السكر في الماء.
- تمزيق الورق.
- تقطيع الخشب.
- تقطيع تفاحة.
- خلط الملح والرمل.
- تجعد الأكياس الورقية.
- خلط الدقيق مع الملح والسكر.
- خلط الماء والزيت.
- سحق علبة معدنية.
- ذوبان الثلج.
- خلط الرخام.
- تسامي الثلج الجاف.
- تبخر النيتروجين السائل.
التغيرات الكيميائية
التغيرات الكيميائية، والمعروفة بالتفاعلات الكيميائية، تتضمن مكونات تُعرف بالمواد المتفاعلة، حيث تبدو النتائج النهائية لهذه التفاعلات كالنواتج، ويتم الإشارة إلى الانتقال من المواد المتفاعلة إلى النواتج باستخدام السهم.
يمكننا تحديد حدوث التفاعلات الكيميائية من خلال عدة مؤشرات تشمل تكوين الفقاعات، تغير اللون، أو انبعاث الروائح. على سبيل المثال، يتغير الخشب عند حرقه إلى رماد وثاني أكسيد الكربون وماء. كما يحدث تغيير لون الكروم عند تعرضه لتفاعلات الأكسدة والاختزال، أو يتغير لون بياض البيض من الشفاف إلى الأبيض عند طهوه.
أمثلة على تغيرات المادة الكيميائية
من أبرز الأمثلة على التغيرات الكيميائية ما يلي:
- هضم الطعام.
- صدأ الحديد.
- الخلط بين صودا الشرب والخل (ينتج غاز ثاني أكسيد الكربون).
- مزج مواد حامضية مع مواد قاعدية متنوعة.
- تسامي الجليد الجاف إلى بخار ثاني أكسيد الكربون.
- فساد الأطعمة.
- احتراق شمعة.
- إضافة الحرارة إلى الهيدروجين والأكسجين (تفاعل إنتاج الماء).
- احتراق الخشب.
- هضم السكريات بواسطة إنزيم الأميليز.
- تعفن الأطعمة.
- خبز المخبوزات.
- طلاء المعادن بالكهرباء.
- البطاريات الكهربائية التي تحول الطاقة الكيميائية بشكل مباشر إلى طاقة كهربائية.
- انفجار الألعاب النارية.
تغيرات المادة النافعة والضارة
يمكن تصنيف التغيرات التي تحدث للمادة إلى تغييرات نافعة وأخرى ضارة. فالتغيرات النافعة تنتج عنها مواد جديدة تتمتع بخواص وصفات إيجابية، مثل؛ ترويب اللبن وتحويل روث البقر إلى سماد طبيعي. في المقابل، التغيرات الضارة تؤدي إلى ظهور مواد ذات صفات غير مرغوبة.
من الأمثلة الواضحة على التغيرات الضارة: فساد الأطعمة، صدأ الحديد، حرائق الغابات، وكسر زجاج النوافذ.
يترافق أحياناً مع التغيرات النافعة آثار ضارة تؤثر سلباً على البيئة. فعلى سبيل المثال، يعتبر إنتاج الطاقة في محطات توليد الطاقة الحرارية تغييرًا مفيدًا، لكن انبعاث الدخان والغازات الضارة يعتبر تحويلًا ضارًا، مما يجعل هذا التغيير غير مرغوب فيه.
التغيرات في حالات المادة
يشير التغير في حالة المادة إلى تغيير فيزيائي لا يتضمن أي تغييرات كيميائية. ومن التغيرات الفيزيائية الشائعة التي قد تحدث للمادة: الذوبان، التجميد، التسامي، التكثيف، والتبخر. وفيما يلي شرح مختصر لهذه التغيرات:
التجميد
تتمثل العملية التي تتحول فيها المادة السائلة إلى مادة صلبة في التجميد. يحدث ذلك عندما يفقد الماء حرارته إلى الهواء البارد، مما يؤدي إلى فقدان جزيئات الماء لطاقة الحركة وزيادة قوى الجذب بينها، مما يمنعها من التحرك ويتسبب في تكوين جسم صلب عند الوصول لدرجة التجميد.
الذوبان
تُعرف العملية التي تنتقل فيها المادة من الحالة الصلبة إلى الحالة السائلة بالذوبان. يحدث ذوبان الثلج، على سبيل المثال، عندما يُوضع في بيئة دافئة، بحيث يمتص مكعبات الثلج الباردة الحرارة من المحيط، مما يُكسب جزيئات الثلج طاقة حرارية تمكنها من التغلب على قوى الجذب بينهما، وبالتالي تتحول إلى الحالة السائلة.
التكاثف
تُعرَّف العملية التي تتحول فيها الغازات إلى سوائل بالتكاثف، حيث تحدث هذه الظاهرة عندما يتلامس بخار الماء مع سطح بارد، فتفقد جزيئات الماء طاقتها وتجمع لتكوين قطرات من الماء السائل.
التبخر
التبخر هو العملية التي يتحول فيها السائل إلى غاز، وتحدث عندما تصل درجة حرارة السائل إلى ما يُعرف بدرجة الغليان. يأخذ الغليان شكل اكتساب الجزيئات للحرارة الكافية للتغلب على الروابط فيما بينها، مما يمكّنها من الهروب على شكل بخار والتحول إلى الحالة الغازية.
التسامي
التسامي هو العملية التي تتحول فيها المواد الصلبة مباشرة إلى غازات. يحدث التسامي عندما تتعرض المواد الصلبة لطاقة حرارية تؤدي إلى التغلب على جميع قوى الجذب بين الجزيئات، مما يمكنها من التحول بالكامل إلى غاز. يُعتبر الثلج الجاف مثالاً على المواد الصلبة التي تُخضع لهذه الظاهرة.
تُقسم التغيرات التي تحدث للمواد المحيطة بنا إلى نوعين رئيسيين: التغيرات الفيزيائية والتغيرات الكيميائية. يختلف كلا النوعين بناءً على تأثيرهما في التركيب الداخلي للمادة. كما يمكن تصنيف هذه التغيرات وفقًا لتأثيرها على المادة إلى تغيرات نافعة وأخرى ضارة.
إن التغيير في حالات المادة يُعتبر تغييرًا فيزيائيًا، ويأتي على أشكال مختلفة تتضمن؛ التجمد، الذوبان، التكاثف، التبخر، والتسامي.