فيديو الدرس: المواد الصلبة، والسائلة، والغازية العلوم

نسخة الفيديو النصية

في هذا الفيديو، سوف نتعلم كيف نحدد الحالات الثلاث المعروفة للمادة، ونصف خواص المواد الصلبة والسوائل والغازات، ونقارن بينها.

لنفترض أن لدينا زجاجة عطر. ثمة تجربة بسيطة يمكننا إجراؤها. أولًا ننزع الغطاء عن زجاجة العطر ثم نزنها. بعد ذلك نتركها بالقرب من نافذة مفتوحة لمدة 24 ساعة. عندما نعود ونزنها مرة أخرى سنجد أن كتلتها قد نقصت قليلًا. لماذا حدث ذلك؟ حسنًا، يتكون كل شيء من جسيمات صغيرة غير مرئية تسمى جزيئات. الجزيئات أصغر وحدة من المادة يمكن أن توجد في حالة انفراد وتتضح فيها الخواص الفيزيائية والكيميائية للمادة. ما يحدث هنا هو أن الجزيئات تخرج من الزجاجة خلال هذه الـ 24 ساعة. عندما تخرج الجزيئات المكونة للعطر من الزجاجة تقل كتلته.

العطر سائل، والحالة السائلة هي إحدى الحالات التي يمكن أن توجد فيها المادة. توجد حالتان أخريان شائعتان للمادة هما: الحالة الصلبة والغازية. دعونا نتناول مثالًا لذلك وهو الماء. يسمى الماء في حالته الصلبة ثلجًا. نحن على دراية تامة بالماء السائل. يوجد الماء في حالته الغازية في الهواء ويسمى بخار الماء. هناك شيء مشترك بين الثلج والماء السائل وبخار الماء. جميعها مكون من جزيئات من الماء. إذن ما دامت المواد الثلاث كلها مكونة من جزيئات الماء، فما سبب اختلاف حالات الماء الثلاث هذه؟ يمكن تفسير ذلك على المستوى الجزيئي. للمقارنة بين حالات المادة دعونا ننظر إلى هذه الأشكال؛ حيث تمثل الجزيئات بنقاط وردية اللون.

يوجد اختلاف واحد بين حالات المادة يمكننا ملاحظته مباشرة من الشكل. نلاحظ أن المسافات بين الجزيئات تختلف باختلاف الحالة. تسمى هذه المسافات بالمسافات البينية. يمكننا إثبات وجود المسافات بين الجزيئات بإجراء تجربة بسيطة نخلط فيها الماء مع الكحول الإيثيلي. لنفترض أن لدينا 100 سنتيمتر مكعب من كل من الماء والكحول الإيثيلي. عندما نخلطهما معًا نتوقع أننا سنحصل على 200 سنتيمتر مكعب من السائل إجمالًا. لكن تبين أن حجم المحلول أقل من 200 سنتيمتر مكعب وليس مثلما توقعنا. وذلك لأن جزيئات الكحول تشغل الفراغات الموجودة بين جزيئات الماء، أو المسافات البينية، عندما نخلط المادتين معًا.

نلاحظ من الأشكال أن هذه المسافات بين الجزيئات تختلف باختلاف حالة المادة. المواد الصلبة شديدة التماسك؛ حيث توجد مسافات أصغر بين جزيئاتها. أما في الغازات، فالجزيئات متباعدة، والمسافات بين الجزيئات كبيرة للغاية. يوجد اختلاف آخر بين حالات المادة؛ وهو حركة الجزيئات. الجزيئات في حالة حركة مستمرة. بإمكانها التحرك في الفراغ، والاهتزاز، والدوران. في المواد الصلبة تكون الجزيئات شديدة التماسك؛ وبذلك لا يمكنها التحرك في الفراغ، بل تهتز فقط. هذا هو السبب في أن المواد الصلبة بالغة الصلابة مقارنة بالسوائل والغازات. أما في السوائل، فيمكن للجزيئات أن ينزلق بعضها فوق بعض، وهذا هو السبب في قابلية السوائل للسكب. وفي الغازات، تتحرك الجزيئات بحرية وسرعة أكبر مقارنة بجزيئات المواد السائلة أو الصلبة.

والآن لماذا نلاحظ هذا التفاوت في المسافات بين الجزيئات والحركة بين حالات المادة؟ حسنًا، يرجع ذلك إلى قوى التجاذب أو التماسك بين الجزيئات. تسمى قوى التجاذب بالقوى بين الجزيئات. المواد الصلبة شديدة التماسك؛ لأن القوى بين جسيماتها كبيرة للغاية. أما القوى بين الجزيئات في السوائل فهي أضعف كثيرًا منها في المواد الصلبة. وفي الغازات تكون قوى التجاذب بين الجزيئات هي الأضعف. من المفترض أن يكون هذا منطقيًّا بالنسبة إلينا. يمكننا تقسيم سائل إلى نصفين بسهولة أكبر من تقسيم مادة صلبة. وذلك لأن القوى الكبيرة بين الجزيئات في المادة الصلبة تبقي الجسيمات متماسكة.

إذن وجود اختلافات في القوى بين الجزيئات يعني أن المواد الصلبة والسائلة والغازية مختلفة الخواص. والخاصيتان اللتان سنناقشهما هما أشكال الحالات المختلفة وأحجامها. المواد الصلبة لها حجم وشكل محدد. هذا يعني أنه إذا وضعنا مادة صلبة في وعاء مختلف، فستظل محتفظة بحجمها وشكلها. أما السوائل فلها حجم محدد وشكل غير محدد. هذا يعني أنه إذا وضعنا سائلًا في وعاء مختلف، فسيظل الحجم كما هو، لكن السائل سيتخذ شكل الوعاء. وأخيرًا ليس للغازات شكل ولا حجم محدد. ومن ثم يملأ الغاز الوعاء بالكامل بغض النظر عن حجمه.

والآن بعد أن تحدثنا عن المواد الصلبة والسائلة والغازية بالتفصيل، دعونا نتناول بعض الأسئلة التدريبية.

ما الترتيب الصحيح لقوى التجاذب، من الأقوى إلى الأضعف، في المواد الصلبة والسوائل والغازات؟ أ: الغازات، المواد الصلبة، السوائل. ب: المواد الصلبة، السوائل، الغازات. ج: المواد الصلبة، الغازات، السوائل. د: الغازات، السوائل، المواد الصلبة. هـ: السوائل، المواد الصلبة، الغازات.

الحالة الصلبة والحالة السائلة والحالة الغازية هي الحالات الثلاث الشائعة التي يمكن أن توجد فيها المادة. يدور السؤال حول قوى التجاذب في هذه الحالات الثلاث. تسمى قوى التجاذب هذه بالقوى بين الجزيئات. والقوى بين الجزيئات هي قوى التماسك الموجودة بين الجسيمات. إذا كانت القوى بين الجزيئات كبيرة، فإن الجسيمات تكون شديدة التماسك، ولا يمكنها الحركة. وكلما ضعفت قوى التجاذب قل تماسك الجسيمات، وزاد تباعدها.

دعونا نقارن بين هذه الأشكال التي توضح الحالات الصلبة والسائلة والغازية لمعرفة إذا ما كان بإمكاننا تحديد أي منها له قوة تماسك بين الجزيئات أكبر. في المادة الصلبة، تكون الجزيئات متماسكة، ولكن في الغاز تستطيع الجسيمات أن تتحرك بعيدًا بعضها عن بعض. لذا نتوقع أن تكون للمواد الصلبة قوى تجاذب أكبر بين الجزيئات مقارنة بالسوائل والغازات.

يطلب منا هذا السؤال ترتيب قوى التجاذب في المواد الصلبة والسوائل والغازات من الأقوى إلى الأضعف. في المواد الصلبة تكون القوى بين الجزيئات أكبر ما يمكن، في حين أنها تكون أضعف ما يمكن في الغازات. ومن ثم فالخيار ب، المواد الصلبة، والسوائل، والغازات؛ هو الإجابة الصحيحة.

يوضح الشكل الآتي ثلاثة ترتيبات مختلفة للجسيمات. أي ترتيب تتوقع أن تكون عليه جسيمات المادة الصلبة؟

الحالة الصلبة هي إحدى الحالات الثلاث الشائعة للمادة، والحالتان الأخريان هما السائلة والغازية. في جميع حالات المادة، تكون الجسيمات في حالة حركة مستمرة. الحركات المحتملة لهذه الجسيمات هي الانتقال، والاهتزاز، والدوران. تختلف قوى التجاذب بين الجسيمات باختلاف حالة المادة. تتميز المواد الصلبة بقوى التجاذب الكبيرة بين جسيماتها. يؤدي التجاذب القوي بين الجسيمات إلى اقتراب بعض الجسيمات من بعض، وهو ما يجعل المواد الصلبة أكثر تماسكًا من السوائل والغازات. هذا يعني أن الجسيمات في المادة الصلبة لا يمكنها التحرك كثيرًا في الفراغ؛ فهي تهتز في مواضعها فقط.

الشكل الذي يطابق ترتيب الجسيمات الذي نتوقع أن تكون عليه جسيمات المادة الصلبة، في ضوء هذه المناقشة، هو الشكل أ. في الشكل أ الجسيمات متماسكة حالها حال الجسيمات في المواد الصلبة. ومن ثم نتوقع أن يكون الشكل الذي يوضح مادة صلبة هو الشكل أ.

وضعت عينة من غاز لونه أخضر باهت في وعاء غير مألوف الشكل، كما هو موضح فيما يلي، ثم أغلق الوعاء. أي الصور الآتية توضح كيف سيشغل الغاز الوعاء؟

يحدثنا هذا السؤال عن الغازات، والحالة الغازية هي إحدى الحالات الثلاث الشائعة للمادة. لحالات المادة خواص مختلفة. توجد خاصيتان لهما علاقة بهذا السؤال هما: شكل المادة وحجمها. المادة الصلبة لها شكل وحجم محددان. هذا يعني أنها تحتفظ بشكلها وحجمها إذا نقلناها إلى وعاء آخر. وأما السائل فيتخذ شكل أي وعاء يوضع فيه؛ ولذا فليس له شكل محدد. لكن حجم السائل يظل كما هو. وأما الغاز فليس له شكل محدد ولا حجم محدد. نتيجة لذلك تملأ الغازات تمامًا أي وعاء تشغله بغض النظر عن شكل الوعاء أو حجمه.

يطلب منا السؤال اختيار الصورة التي توضح ما سيحدث عندما يشغل الغاز الأخضر الباهت الوعاء غير المألوف الشكل. نعلم أن الغاز سينتشر في جميع أرجاء الوعاء الموضوع فيه؛ لأنه ليس له شكل محدد ولا حجم محدد. الخيار الذي يوضح أن الغاز يشغل الوعاء بالكامل هو الخيار د؛ وهو الإجابة الصحيحة لهذا السؤال.

وبذلك نكون قد وصلنا إلى نهاية الفيديو. لذا دعونا نلخص ما تعلمناه اليوم. الحالات الثلاث الشائعة للمادة هي الصلبة والسائلة والغازية. قوى التجاذب بين جزيئات المواد الصلبة تكون أكبر ما يمكن، في حين تكون أضعف ما يمكن في الغازات. المسافات البينية هي المسافات الموجودة بين الجزيئات. المواد الصلبة متماسكة وتحتوي على مسافات صغيرة بين الجزيئات. تحتوي السوائل على مسافات أكبر بين الجزيئات. أما الغازات فتحتوي على مسافات أكبر بين الجزيئات، وتكون جزيئاتها متباعدة.