المادة هي أي شيء يمكن التلامس معه جسديًا، ولها جوانب وخصائص مختلفة. في بيئتنا اليومية، نلاحظ تنوعًا هائلًا من المواد مثل اجوا, الصخور, خشب, بترول, أنواع الغازات المختلفة, المعادن, الكائنات الحيةمن بين أمور أخرى كثيرة. جميعها تشترك في امتلاكها ماسا y شغل مكانًا في الفضاء.
الخصائص العامة للمادة هي الكتلة والحجم والوزنتشترك جميع المواد في هذه الخصائص، سواء كانت صلبة أو سائلة أو غازية. بالإضافة إلى ذلك، توجد خصائص أخرى تُعتبر عامة أو خارجية، مثل... تمديد، مرونة (القدرة على استعادة شكلها بعد تشوهها)، قابلية القسمة (إمكانية تقسيمها إلى أجزاء أصغر)، اللااختراقية، المسامية و الجمودتتواجد كل هذه الصفات في أي نوع من المواد وتسمح صف سلوكه الفيزيائي.
توجد أنواع أخرى من الخصائص التي تميز كل نوع من أنواع المادة. على سبيل المثال، في المواد الصلبة، تبرز الخصائص التالية: دوريزا و ضعفأما في السوائل، فإن ما يلي مهم نقطة الغليان، اللزوجة يا سو الطلاقةتُستخدم هذه الخصائص المحددة لـ التمييز بين مادة وأخرى بدقة.
تهدف جميع هذه الخصائص بشكل أساسي إلى تعمل كمحددات لأنواع المادة والتي يمكن أن توجد في جميع أنحاء الكوكب، الذي يتميز بتنوع كبير للغاية، من المواد الصلبة والجامدة إلى الغازات ذات السيولة الكبيرة والتي لا تحتفظ عمليًا بشكلها الخاص، على الرغم من أنها تظل مادة.
توجد طرق متنوعة لتحديد الخصائص الدقيقة لكل مادة، وحتى القيمة العددية لتلك الخصائص، لأن العديد منها قابل للقياس والتحديد الكميتتولى الفيزياء والكيمياء مسؤولية تحديد هذه المقادير، ووضع وحدات القياس، وتصميم التجارب التي تسمح لنا بتحديد سلوك المادة بدقة.
ما هي المادة نفسها؟
يُشتق معنى المصطلح من الكلمة اللاتينية "materia"، والتي تُترجم إلى "المواد التي تُكوّن الأشياء"وهي مرتبطة أيضًا بالخشب الذي تُصنع منه الأشجار، والذي يحمل نفس المفهوم تقريبًا، لأن الأشجار مصنوعة من تلك المادة. وبالمعنى الفيزيائي الحديث، فإن المادة هي كل ما له كتلة ويشغل حيزًاوهذا يمكن أن يتفاعل مع الطاقة.
هو كل ما هو ملموس، وبالتالي يمتلك جسماً مادياً مكوناً من مواد ذات خصائص مختلفة. يوجد هذا الجسم في مناطق محددة من الفضاء وهي عرضة للتغيير طوال الوقت مرةتسمح هذه العلاقة المزدوجة مع المكان والزمان بدراسة المادة من منظور مجهري (الذرات والجزيئات والجسيمات) إلى مستويات ماكروسكوبية (الأجسام والأجرام السماوية).
المسألة الشيء الذي يمكن للمرء التفاعل معه بصريًا وملموسًاوله ثلاث خصائص أساسية: متانة (يبقى حتى لو تغير شكله أو حالته)، ماسا (كمية المادة التي تشكله) و المساحة التي يشغلها في وقت معينتتصل هذه الأفكار بالتعريف الذي تقدمه مؤسسات مثل الأكاديمية الملكية الإسبانية، والذي يصفها بأنها الواقع الذي يمكن إدراكه بالحواس والذي تتكون منه الأشياء التي تحيط بنا.
للمادة قسمان رئيسيان: كتلةوالتي تتكون من مستويات مجهرية (ذرات، جزيئات، أيونات) ومستويات عيانية (أجسام مرئية بالعين المجردة)، و مادة غير ضخمة، وهي فئة تشمل أحيانًا كيانات مثل الضوء أو أشكال معينة من الطاقة، والتي لا تمتلك كتلة سكون، على الرغم من أنها تتفاعل مع المادة والفضاء.
علاوة على ذلك، فإن كل المادة في الكون المعروف منظمة في حالات التجميعصلبة، سائلة، غازية، وبلازما. الحالات الثلاث الأولى هي الأكثر شيوعًا في حياتنا اليومية، بينما البلازما، الموجودة في النجوم وبعض الأجهزة، هي غاز متأين ذو خصائص مميزة. في أي من هذه الحالات، تظل الخصائص العامة للمادة سارية، وإن اختلفت مظاهرها.
الخصائص العامة للمادة
الخصائص العامة للمادة هي تلك التي تشترك جميع الأجسام المادية في هذابغض النظر عن تركيبها الكيميائي أو حالتها المادية أو مظهرها الخارجي. هذه الخصائص غير قادرة على التمييز بين أنواع المواد المختلفةلأنها موجودة بشكل عام في أي جزء من المادة. وهي مرتبطة بشكل أساسي بـ الخصائص الفيزيائية القابلة للقياس من خصائص الأجسام، مثل الطول أو الحجم أو الوزن أو الحجم.
من بين هذه الخصائص العامة، يمكننا أن نميز، من جهة، ما يلي: عقارات واسعة النطاقوالتي تعتمد على كمية المادة (مثل الكتلة أو الحجم أو الوزن)، ومن ناحية أخرى، بعض الخصائص التي يمكن أخذها في الاعتبار كثيفلا تعتمد هذه الخصائص على كمية المادة، وتساعد في ربط المقادير، مثل الكثافة. ورغم أن الكثافة خاصية محددة، إلا أنها تُعرض عادةً إلى جانب الخصائص العامة لأنها تُحسب منها.
كما تم تضمين مفاهيم فيزيائية أخرى كخصائص عامة، مثل: الجمود، المسامية، قابلية القسمة و اللااختراقيةكل هذه الخصائص تسمح لنا بوصف كيف تتصرف المادة عند تفاعلها مع القوى الخارجية أو مع أجسام أخرى، وهي أساسية لفهم الظواهر الميكانيكية والهيكلية.
من وجهة نظر التصنيف العلمي، تتطابق العديد من هذه الخصائص العامة مع ما يسمى الخصائص الخارجيةلأنها تتغير بتغير كمية المادة المدروسة. أما الخصائص الجوهرية، من ناحية أخرى، فتبقى ثابتة حتى لو تم أخذ عينة أكبر أو أصغر من نفس المادة، وهي تُستخدم لتحديدها.
الكتلة والحجم والوزن كخصائص عامة
- كتلة: يشير هذا المصطلح إلى إجمالي كمية المادة التي يمكن أن يحتويها الجسم. وعمومًا، فإن الوحدة المقترحة في النظام الدولي للوحدات (SI) لقياسها هي كيلوغراميُشتق هذا المصطلح من الكلمة اللاتينية "massa"، والتي تشير إلى عملية إضافة سائل إلى مادة متفتتة لتكوين كتلة لينة. ومن الناحية الفيزيائية، ترتبط الكتلة أيضًا بـ... الجمود بالنسبة للجسم: كلما زادت الكتلة، زادت المقاومة لتغيير حالة حركته.
- الحجمجميع الأجسام المادية تشغل حيزًا مساحة ثلاثية الأبعادوالتي يتم تمثيلها بارتفاعها وعرضها وطولها. ويتم قياس هذه المساحة بوحدات الحجم، مثل مترو كوبيكو في النظام الدولي للوحدات. وفي الحياة اليومية، تُستخدم اللترات والمليلترات أيضًا، وخاصة للسوائل. وبالتالي، يعبر الحجم عن ما مقدار المساحة التي يشغلها الجسم؟ في البيئة.
- الوزنيتم تحديده على أنه القوة التي تمارسها الجاذبية يعتمد عزم الدوران على كتلة الجسم وشدة مجال الجاذبية المحيطة به. رياضياً، يُعبر عنه بالمعادلة P = m · g، حيث m هي الكتلة و g هي تسارع الجاذبية الأرضية. في النظام الدولي للوحدات (SI)، يُقاس عزم الدوران بوحدة نيوتنيختلف مصطلحا الكتلة والوزن اختلافًا كبيرًا، على الرغم من أن "الوزن" في اللغة اليومية يستخدم للإشارة إلى كيلوغرامات الجسم المادي، بينما في الواقع نتحدث عن كتلته.
خصائص خارجية
الخصائص الخارجية هي جزء من الخصائص العامة، وقد سميت بهذا الاسم لأنها يعتمد ذلك على الكمية الإجمالية للمادة موجودة في الجسم. وهي خصائص تراكمية: فعند دمج جزأين من نفس المادة، يتم الحصول على القيمة الناتجة بجمع قيم كل جزء. عمومًا، لقياس هذه الخصائص، من الضروري معرفة ماسا من بين أجزاء الجسم. تمديد، طول و الجمودويمكن اعتباره أيضًا البنية الجسيمية للمادة كخاصية عامة، لأنه في بعض الأحيان يكون من الضروري معرفة عدد المولات أو الجسيمات التي تشكلها.
- تمديديشير الامتداد إلى الحجم الكلي للجسمالحجم، الذي يُفهم على أنه الحيز الذي تشغله أجزاؤه. وهو قابل للقياس، مما يسمح لنا بمقارنة أجزاء المادة وتحديد أيها يشغل حيزًا أكبر أو أصغر. وفي اللغة الدارجة، غالبًا ما يرتبط الحجم بـ"حجم" الجسم.
- التعطيل: هو المقاومة التي يبديها الجسم لا تتأثر حالة الجسم بأي تغيير في سكونه أو حركته. فإذا كان الجسم ساكنًا، فإنه يميل إلى البقاء كذلك؛ وإذا تحرك بسرعة ثابتة في خط مستقيم، فإنه يميل إلى الحفاظ على تلك الحركة ما لم تؤثر عليه قوة خارجية. وترتبط هذه الخاصية ارتباطًا وثيقًا بالكتلة: فالأجسام ذات الكتلة الأكبر تُظهر قصورًا ذاتيًا أكبر.
- طول: هو مقياس متري يشير إلى أقصى مسافة بين نقطتين في جسم ماعلى الرغم من الخلط الشائع بين الطول والمسافة، إلا أن الطول في الفيزياء يُستخدم عادةً لوصف أكبر بُعد للجسم. ويُقاس بالمتر أو بوحدات مشتقة أخرى، ويُدمج مع العرض والارتفاع لحساب المساحة أو الحجم.
خصائص عامة أخرى: المسامية، وقابلية الانقسام، وعدم النفاذية
إلى جانب الكتلة والحجم والوزن والامتداد والقصور الذاتي، تُظهر المادة خصائص عامة أخرى تُساعد في تفسير سلوكها استجابةً للقوى الخارجية أو المواد المختلفة أو التغيرات الفيزيائية. هذه الخصائص، التي تُغطى في العديد من كتب الفيزياء الأساسية، هي: المسامية، قابلية القسمة و اللااختراقية.
المسامية إنها الخاصية التي تتشكل بموجبها الأجسام جزيئات مفصولة بفراغات صغيرة (المسام). حتى المواد التي تبدو متراصة تحتوي على مسامات مجهرية بين جزيئاتها. وبفضل هذه الخاصية، يمكن للمواد السائلة أو الغازية أن يخترق وينتشر من خلال المواد الصلبة المسامية، كما يحدث مع الماء في الإسفنج أو في بعض الصخور.
قابلية القسمة وهذا يعني أن الجسم يمكن أن يكون مقسمة إلى أجزاء أصغر مع الحفاظ على طبيعتها المادية. عملياً، يمكن قطع الجسم أو سحقه أو تجزئته إلى أجزاء قابلة للقياس بدقة؛ أما في الحد النظري، فإن قابلية التقسيم تؤدي إلى دراسة الجسيمات المجهرية (الجزيئات والذرات) التي تظل مادة.
عدم الاختراق يعبر عن ذلك لا يمكن لجسمين أن يشغلا نفس المكان في نفس الوقتعندما يحاول جسم ما شغل حيز جسم آخر، تنشأ قوى تنافر أو إزاحات. ترتبط هذه الفكرة بامتداد المادة وحجمها، وتفسر، على سبيل المثال، لماذا يرتفع مستوى الماء عند وضع جسم صلب في وعاء ماء: فالجسم الصلب يزيح الماء لأنه لا يستطيع التواجد معه في نفس الحيز في آن واحد.
الخصائص الذاتية
الخصائص الجوهرية هي كل تلك الخصائص محدد والتي تشير إلى نوع الجسم المادي المراد دراسته. وتسمى أيضاً خصائص محددة وعلى عكس الأنواع العامة، فهي تسمح لنا بالتمييز بين مادة وأخرى.يتم تصنيفها إلى خصائص فيزيائية، والتي يمكن تقديرها من خلال الحواس أو باستخدام أدوات بسيطة، وخصائص كيميائية، والتي تنطوي على تغييرات في تكوين المادة.
من بين الخصائص الفيزيائية الجوهرية ما يلي: نقاط الانصهار والغليان، دوريزا، الذوبان، كثافة، الليونة، تطويع، عناد و ضعفلكل مادة قيم محددة لهذه المقادير، مما يسمح تحديدها في الجداول أو قواعد البيانات والتنبؤ بسلوكهم في ظل ظروف مختلفة.
من ناحية أخرى ، الخواص الكيميائية ترتبط خصائص المادة بقدرتها على التجربة تفاعلات كيميائيةأي العمليات التي يتغير فيها تركيب المواد. ومن أمثلة هذه الخصائص... التفاعل مع الماء، التفاعل مع القواعد أو الأحماض، أكسدة، الإحتراق أو ميلها للتحلل في ظل ظروف معينة. وتحدد هذه الخصائص ما إذا كانت المادة قابلة للاشتعال، أو أكالة، أو مستقرة، أو مؤكسدة، من بين سلوكيات أخرى محتملة.
يُتيح الجمع بين الخصائص العامة والخصائص الذاتية رؤية شاملة للمادة. وتساعد الخصائص العامة في وصفها. ما مقدار المادة الموجودة وكيف تتوزع في الفضاءبينما يشير الأخير ما هي هذه المادة؟ وكيفية تفاعلها مع التغيرات الفيزيائية أو الكيميائية. في دراسة العلوم المدرسية والجامعية، من الشائع العمل مع كلا الفئتين لحل مسائل الكثافة، وتحديد المواد المجهولة، أو تحليل تحولات المادة.
إن فهم الخصائص العامة للمادة وأمثلتها بالتفصيل يسمح لنا بربط مفاهيم مثل ماسا, الوزن, حجم, كثافة, مرونة o المسامية مع المواقف اليومية: من سبب طفو جسم ما أو غرقه في الماء، إلى سبب انكسار مادة ما بسهولة أو تحملها لضغط كبير. هذا الأساس المفاهيمي ضروري للانتقال إلى مواضيع أكثر تعقيدًا في الفيزياء والكيمياء، وكذلك لتفسير الظواهر الطبيعية والتكنولوجية التي تعتمد كليًا على سلوك المادة.