ما هي خصائص المادة الفيزيائية والكيميائية؟
لكل مادة خصائص فيزيائية وكيميائية، الخصائص الفيزيائية هي سمات يمكن للعلماء قياسها دون تغيير تركيب العينة قيد الدراسة، مثل الكتلة واللون والحجم (مقدار الفراغ الذي تشغله العينة).
أما الخصائص الكيميائية فتصف قدرة المادة على التفاعل لتكوين مواد جديدة، وتشمل قابليتها للاشتعال وقابليتها للتآكل.
جميع عينات المادة النقية لها نفس الخصائص الكيميائية والفيزيائية. على سبيل المثال، النحاس النقي يكون دائمًا صلبًا بنيًا محمرًا (خاصية فيزيائية)، ويذوب دائمًا في حمض النيتريك المخفف لينتج محلولًا أزرق اللون وغازًا بنيًا (خاصية كيميائية).
خصائص المادة الفيزيائية والكيميائية
يمكن أن تكون الخصائص الفيزيائية شاملة أو مكثفة. الخصائص الشاملة تتغير بتغير كمية المادة، وتشمل الكتلة والوزن والحجم.
أما الخصائص المكثفة، على النقيض، فلا تعتمد على كمية المادة، وتشمل اللون ونقطة الانصهار ونقطة الغليان والتوصيل الكهربائي والحالة الفيزيائية عند درجة حرارة معينة.
على سبيل المثال، الكبريت العنصري مادة صلبة بلورية صفراء اللون، غير موصلة للكهرباء، ودرجة انصهارها 115.2 درجة مئوية، بغض النظر عن الكمية المدروسة.
يقيس العلماء عادةً الخصائص النوعية لتحديد هوية المادة، بينما تُعطي الخصائص الكمية معلومات حول كمية المادة في العينة.
على الرغم من أن الكتلة والحجم صفتان شاملتان، فإن نسبتهما تُعدّ خاصية مكثفة مهمة تُسمى الكثافة (ρ).
الكثافة
تُعرَّف الكثافة بأنها الكتلة لكل وحدة حجم، وعادةً ما تُقاس بالجرام لكل سنتيمتر مكعب (جم/سم³). كلما زادت الكتلة في حجم معين، زادت الكثافة أيضًا.
على سبيل المثال، الرصاص، بكتلته الأكبر، يتمتع بكثافة أعلى بكثير من نفس الحجم من الهواء، تمامًا كما أن الطوب يتمتع بكثافة أعلى من نفس الحجم من الستايروفوم. عند درجة حرارة وضغط معينين، تكون كثافة المادة النقية ثابتة.
الكثافة = الكتلة / الحجم
على سبيل المثال، تبلغ كثافة الماء النقي 0.998 غ/سم³ عند درجة حرارة 25 درجة مئوية. لاحظ أن نسبة كتلة زيت الذرة إلى حجمه أقل من نسبة كتلة الماء. هذا يعني أنه عند إضافته إلى الماء، سيطفو زيت الذرة.
إقرأ أيضاً… ما هي الفيزياء الكمومية؟
الخصائص والتغيرات الفيزيائية
التغيرات الفيزيائية هي تغيرات لا تُكسر فيها الروابط الكيميائية أو تتكون. وهذا يعني أن أنواع المركبات أو العناصر نفسها التي كانت موجودة في بداية التغير تبقى موجودة في نهايته.
ولأن المواد النهائية هي نفسها المواد الأولية، فإن الخصائص (مثل اللون، ودرجة الغليان، إلخ) ستبقى كما هي. تتضمن التغيرات الفيزيائية تحريك الجزيئات، ولكن دون تغييرها. ومن أنواع التغيرات الفيزيائية:
- تغيرات الحالة (التحول من الحالة الصلبة إلى السائلة أو الغازية والعكس)
- فصل المخاليط
- التشوه الفيزيائي (القطع، والانبعاج، والتمدد)
- تحضير المحاليل (أنواع خاصة من المخاليط).
عندما يذوب مكعب الثلج، يتغير شكله ويكتسب القدرة على التدفق. ومع ذلك، لا يتغير تركيبه. يُعد الذوبان مثالاً على التغير الفيزيائي، حيث تتغير بعض خصائص المادة، لكن هويتها تبقى ثابتة.
ويمكن تصنيف التغيرات الفيزيائية إلى تغيرات قابلة للانعكاس وتغيرات غير قابلة للانعكاس. يمكن إعادة تجميد مكعب الثلج المذاب، لذا فإن الذوبان تغير فيزيائي قابل للانعكاس.
جميع التغيرات الفيزيائية التي تتضمن تغيرًا في الحالة قابلة للانعكاس. تشمل تغيرات الحالة الأخرى التبخر (من سائل إلى غاز)، والتجمد (من سائل إلى صلب)، والتكثيف (من غاز إلى سائل).
الذوبان أيضًا تغير فيزيائي قابل للانعكاس. عندما يذوب الملح في الماء، يُقال إن الملح قد دخل في الحالة المائية. يمكن استعادة الملح عن طريق غلي الماء، تاركًا الملح في الماء.
إقرأ أيضاً… تعريف الكتلة في الفيزياء – مفهومها وأهميتها في فهم الكون
الخواص والتغيرات الكيميائية
تحدث التغيرات الكيميائية عندما تنكسر الروابط أو تتكون بين الجزيئات أو الذرات. وهذا يعني أن مادة ذات خصائص معينة (مثل درجة الانصهار، واللون، والطعم، إلخ) تتحول إلى مادة أخرى ذات خصائص مختلفة.
غالبًا ما يكون عكس التغيرات الكيميائية أصعب من عكس التغيرات الفيزيائية.
من الأمثلة الجيدة على التغير الكيميائي احتراق الورق. فعلى عكس تمزيق الورق، ينتج عن احتراقه تكوين مواد كيميائية جديدة (ثاني أكسيد الكربون والماء تحديدًا).
مثال آخر على التغير الكيميائي هو تكوّن الماء. يحتوي كل جزيء على ذرتي هيدروجين وذرة أكسجين واحدة مرتبطة كيميائيًا.
مثال آخر على التغير الكيميائي هو ما يحدث عند احتراق الغاز الطبيعي في الفرن. في هذه الحالة، قبل التفاعل، لدينا جزيء من الميثان، وجزيئين من الأكسجين، بينما بعد التفاعل، لدينا جزيئين من الماء، وجزيء واحد من ثاني أكسيد الكربون، في هذه الحالة، لم يتغير المظهر فحسب، بل تغيرت بنية الجزيئات أيضاً.
لا تمتلك المواد الجديدة نفس الخصائص الكيميائية للمواد الأصلية. لذلك، يُعد هذا تغيراً كيميائياً.
يُعد احتراق معدن المغنيسيوم تغيراً كيميائياً (مغنيسيوم + أكسجين ← أكسيد المغنيسيوم):
2Mg + O2 à 2MgO
وكذلك صدأ الحديد (حديد + أكسجين ← أكسيد الحديد/ الصدأ):
4Fe + 3O2 à 2Fe2O3
باستخدام مكونات التركيب والخواص، نستطيع تمييز عينة من المادة عن غيرها.
