أثر الحرارة في المواد الصلبة

• ذات صلة
• كيف تتغير المادة
• خواص المواد الصلبة

الحرارة

تعرف الحرارة بأنها شكل من أشكال الطاقة، تتدفق من الجسم ذو درجة الحرارة الأعلى إلى جسم درجة حرارته أقل، ودرجة الحرارة هي مقياس لحرارة المادة أو برودتها، إذ تُنتج الطاقة الحرارية تأثيرات عديدة في المواد والكائنات الحية، فعندما تنتقل الحرارة إلى الجسم ترتفع درجة حرارته سواء أكان الجسم صلبًا أو سائلًا أوغازيًا، أما إذا أعطى هذا الجسم الساخن الطاقة الحرارية تنخفض درجة الحرارة لديه، وتؤدي الطاقة الحرارية إلى حدوث تغييرات كيميائية في المادة وقد تتحول المادة من حالة إلى أخرى.^[١]

أثر الحرارة على المواد الصلبة

يؤدي تعرّض المادة الصلبة لمصدر حرارة مرتفع إلى حدوث تخلخل وضعف قوى في التجاذب بين جزيئاتها، وهي القوى المسؤولة عن إعطائها الشكل الصلب، وعند إضعاف هذه القوى تضعف الرابطة بين الجزيئات فيسبب تباعدها عن بعضها البعض فتبدأ المادة الصلبة بالذوبان تدريجيًا على مرأى العين المجردة حتى تتحوّل بالكامل إلى الحالة السائلة، وتسمى هذه العملية التي تتحوّل بها المادة من الحالة الصلبة إلى الحالة السائلة بعملية الانصهار، وتسمى درجة الحرارة التي تنصهر عندها المادة الصلبة بدرجة الانصهار، إذ أن لكل مادة صلبة درجة انصهار ثابتة تختلف عن غيرها من المواد، فدرجة الحرارة اللازمة لانصهار الثلج تختلف عن تلك اللازمة لانصهار الحديد.^[٢]

ولمزيد من التوضيح فإن درجة الحرارة اللازمة لذوبان مكعب الثلج هي 0 درجة مئوية، وتبقى درجة الحرارة ثابتة عند الصفر مئوية أثناء عملية التحوّل حتى تكتمل عملية الانصهار تمامًا لمكعب الثلج ويتحوّل إلى الحالة السائلة ويسمى هذا التحوّل بالتحوّل الطوري، وبعد أن تضعف الرابطة بين جزيئات المادة الصلبة تمامًا حتى تصبح قوى التجاذب بينها صفر، وتحوّلها إلى سائل تبدأ درجة الحرارة بالازدياد التدريجي وهو ما ينتج عنه تسخين السائل الناتج عن عملية الإانصهار، ومع الاستمرار بارتفاع درجات الحرارة يصل السائل إلى درجة الغليان ومنها يبدأ بالتحوّل إلى بخار.^[٢]

ومن الآثار الأخرى للحرارة على المادة الصلبة هي التمدد، إذ يتحول تأثير ارتفاع درجات الحرارة إلى زيادة الطاقة الاهتزارية للجزيئات المكوّنة للمادة الصلبة مما يعني زيادة متوسط المسافة بين هذه الجزيئات مما يؤدي إلى تغير جميع أبعاد المادة، ويتغير شكلها المرئي للعين المجردة، وتعرف هذه الحالة بالتمدد الحراري، ويختلف مقدار وحجم تمدد المادة الصلبة من مادة إلى أخرى، ويعتمد أساسًا على درجة قوة التماسك بين ذراتها أو الجزيئات المكوّنة لها، فتكون درجة تمدد المادة الصلبة عند تعرّضها للتسخين فقط ضئيل جدًّا مقارنة مع المواد الغازية والسائلة، والسبب في ذلك يرجع إلى أن قوة التماسك والترابط بين جزيئات المادة الصلبة أكبر بكثير من قوى التماسك بين جزيئات المادة السائلة بينما تنعدم هذه القوى بين ذرات المادة الغازية.^[٣]

أثر الحرارة على المواد

عندما يُذكر مصطلح أثر الحرارة يذهب الذهن إلى تأثير الحرارة المرتفعة فقط على كل من السوائل أو المواد الصلبة، ولكنه أوسع من ذلك فهو يشمل أيضًا درجات الحرارة المتدنية وحتى المتوسطة، ومن أساسيات مادة العلوم التي دُرّست في المراحل الأساسية في المدارس أن المواد الصلبة تتمدد عندما تتعرض لدرجة حرارة مرتفعة وتتقلّص أو تتجمد عندما تتعرّض لدرجة حرارة متدنية، إذ تتحول المادة في الحالة الأولى من الحالة الصلبة إلى الحالة السائلة، بينما تتحوّل في الحالة الثانية من الحالة السائلة إلى الحالة الصلبة وهو التجمّد، والتقلّص يعني نقصان حجم المادة الصلبة أو بمعنى آخر نقصان الحيز التي تشغله المادة الصلبة في الفراغ، وتسمى المواد التي تحترق بسهولة في الهواء بالمواد القابلة للاشتعال أو القابلة للاحتراق، مثل الخشب والفحم والبنزين، أما المواد التي لا تحترق بسهولة في الهواء تسمى المواد غير القابلة للاحتراق؛ مثل الزجاج والحجر والمعادن، وعند تعرض المادة لدرجة حرارة عالية، يحدث تغير في حالة المادة، فتتحول المادة الصلبة إلى سائلة والسائلة إلى غازية.^[١]

المادة الصلبة

تعرّف المادة الصلبة علميًّا على أنها المادة التي لها شكل ثلاثي أو رباعي الأبعاد وتشغل حيزًا ملموسًا من الفراغ، وتتكوّن من جزيئات صغيرة متلاصقة بجانب وفوق بعضها البعض، أي أنها غير حرة الحركة، وهو ما يعرف بقوى التجاذب القوية، ويرجع السبب لها في تلاصق هذه الجزيئات، وتشكّل في مجموعها وطريقة تراصّها المادة على هيئتها التي نراها بالعين المجردة، وتقسم المواد الصلبة إلى فئتين رئيسيتين بناءً على كيفية ترتيب الجزيئات فيها، وهي المواد الصلبة البلورية والتي تعد موادًا صلبة حقيقية مثل ملح الطعام، والمواد الصلبة غير المتبلورة وهي المواد الصلبة التي تكون دون شكل كالمواد الصلبة الزائفة كالزجاج والمطاط وعظم المواد البلاستيكية، وتوجد أربعة أنواع من المواد الصلبة البلورية وهي المواد الصلبة الأيونية، المواد الصلبة الجزيئية، المواد الصلبة التساهمية في الشبكة والمواد الصلبة المعدنية.^[٤]

أمثلة على المواد الصلبة

المادة الصلبة هي شكل من أشكال المادة، لها شكل وحجم محدد، تجمع الذرات والجزيئات في معظم المواد الصلبة معًا عن قرب أكثر من الحالات الأخرى للمادة، وتوجد العديد من الأمثلة على المواد الصلبة، منها: ^[٥]

• الخشب.
• الذهب.
• القضيب الحديدي.
• الصخور.
• الرمال.
• الزجاج.
• ورق الألمنيوم.
• الجليد.

الحالات الرئيسية للمادة

الحالات الثلاث الرئيسية للمادة هي الصلبة والسائلة والغازية، ولكن توجد حالة رابعة وهي البلازما، والبلازما تمامًا كالغاز ليس له شكل أو حجم محدد، كما توجد حالات أخرى أدركها العلماء مثل السائل الزائد، والبلورات السائلة وهي في حالة متوسطة بين الحالة السائلة والصلبة، ومكثفات الزجاج الملون وهي نوع من المادة التي يُتوقع العثور عليها في نوى ذرية تتحرك بسرعة قريبة من الضوء، والمادة المظلمة وهي نوع من المادة لا تمتص الضوء ولا تنبعث منه،^[٥] وللمادة الصلبة شكل وحجم محدد، ومن أهم الأمثلة المعروفة عنها هي الجليد، أما السائل فيحتوي على حجم محدد ولكن يمكن أن تتغير حالته ومثال ذلك هو الماء، لكن الغاز ليس له شكل وحجم محدد ومثال ذلك بخار الماء، وتلخيصًا لهذه الحالات الثلاث، عند تعرض الجليد للحرارة يتحول إلى مادة سائلة وهي الماء ومع استمرار درجة الحرارة بالارتفاع يتحول السائل إلى بخار الماء.^[٦]

المراجع

1. ^ ^{أ ب} "General Effects Of Heat Energy", Next.Gurukul, Retrieved 2019-10-10. Edited.
2. ^ ^{أ ب} "Particle Theory", le.ac.uk, Retrieved 2019-11-15. Edited.
3. ↑ "THE EFFECTS OF HEAT ON MATTER ", ufba, Retrieved 2019-11-16. Edited.
4. ↑ Mary Bagley (2014-7-23), "Properties of Matter: Solids"، livescience, Retrieved 2019-11-16. Edited.
5. ^ ^{أ ب} Anne Helmenstine (2018-10-29), "10 Examples of Solids, Liquids, Gases, and Plasma"، science notes, Retrieved 2019-10-10. Edited.
6. ↑ "List 10 Types of Solids, Liquids, and Gases", thoughtco, Retrieved 2019-11-16. Edited.