ما هي الخواص الفيزيائية للمواد بالتفصيل

تعرف مجموعة الخواص والصفات المادية القابلة للقياس والرؤية والملاحظة باسم الخواص الفيزيائية ، ومن خلالها يمكن تمييز المواد عن بعضها، ووصف حالة نظام المادة الفيزيائي خلال أي لحظة زمنية، وتختلف الخواص من مادة إلى أخرى، وتعتمد على قوة الرابطة بين جزيئاتها أو التباعد بينها.

تصنيف الخواص الفيزيائية

تصنف خواص المادة الفيزيائية إلى خواص مركزة كالكثافة ودرجة الغليان، وخواص شمولية تعتمد على حجم وكتلة العينة التي يتم قياسها كالطول والوزن.

أنواع خواص المادة الفيزيائية

خواص المادة هي التي تميز كل مادة عن غيرها، حيث يمكن وصف كمية المادة من خلال وحدات القياس، للمقارنة بين المواد، وتصنيفها، وهناك 3 أنواع لخواص المادة، وهما كالتالي:

• الميكانيكية: وتتمثل في السرعة، أو الثبات، أو السكون، أو التسارع والقوة وغيرهما.
• الكيميائية: وهي التي تقيس مدى قابلية المادة للدخول في تفاعلات كيميائية لتنتج مواد أخرى، مثل تفاعل الحديد مع الهواء والماء، وينتج عن ذلك الصدأ، ومثل تفاعل الاحتراقات، وغيرهم.
• خواص المادة الفيزيائية: مثل لون المادة، وكثافتها، ووزنها الذري، واللمعان، وغيرهم.

تعرف على بحث شامل عن القوة والحركة في بعدين 2024

الخواص المميزة وغير المميزة للمادة

تصنف الخواص الفيزيائية بخواص مميزة، وهي التي تعتمد على كمية المادة الموجودة وكتلتها وطولها وحجمها، وخواص غير مميزة.

وهي الخواص التي لا تعتمد على كمية المادة، فكثافة المادة عند ضغط معين ودرجة حرارة ثابتة لا تتغير مهما كانت كمية المادة، ويمكن أحيانًا معرفة المادة من خلال خواصها المميزة، ولا تكفي خاصية مميزة واحدة لتحديد المادة.

خواص المادة الفيزيائية والكيميائية

تتكون المادة من اتحاد مجموعة من الأجزاء متناهية الصغر تعرف باسم “الذرات”، وخواص المادة نوعان، هما خواص فيزيائية، وخواص كيميائية.

تابع للتعرف على خصائص الأحماض والقواعد

أولًا خواص المادة الفيزيائية ومجالات استخدامها

تصف الخاصية الفيزيائية للمادة تطورات النظام الفيزيائي عند زمن محدد، ويمكن قياس المادة وملاحظتها دون أن يحدث أي تغيير في مكوناتها، وهناك نوعان من خواص المادة الفيزيائية وهما كالتالي:

• خواص مكثفة: وهي ثابتة، ولا تعتمد على كمية المادة أو حجمها، ووحدة قياسها كيلوغرام/ متر مكعب، مثل الكثافة، ووحدة قياس الحرارة النوعية جول/ مول.
• خواص شمولية: وهي الخواص التي تعتمد على كمية المادة، حيث تزيد بزيادة المادة أو حجمها، مثل الجسيمات.

أما عن مجالات استخدام خواص المادة الفيزيائية، فيمكن من خلالها إجراء الآتي:

• تحديد المواد المناسبة لكل صناعة، فالزجاج مثلًا مستقر، وليس له تغيير كيميائي، وقابل للتشكل، ويمكن صناعة الأواني منه.
• فصل المواد المخلوطة عن بعضها، مثل استخدام خاصية درجة الغليان ليتبخر السائل الذي درجته أقل، ويتم تجميعه في قارورة، ويبقى السائل الأعلى درجة غليان في وعاء التسخين.
• تعيين المواد، حيث يمكن التمييز بين المواد من خلال خواصها الفيزيائية، مثل التعرف على المواد القادرة على التبلور، والمواد القادرة على توصيل الكهرباء.

ومن أمثلة الخواص الفيزيائية الكثافة، والضغط، والمقاومة، والمجال المغناطيسي، والتمدد الحراري، والسعة، والسرعة، والعديد من الخواص الأخرى.

ثانيًا خواص المادة الكيميائية

وهي خاصية غير مرئية للمادة، ويتم تحديدها بالحواس، وتوضح طبيعة المادة أثناء تفاعلها الكيميائي، وهي قادرة على الاتحاد مع غيرها، أو التحول لمادة أخرى، ومن أمثلة الخواص الكيميائية الآتي:

تكون الماء

عند احتراق غاز الهيدروجين بغاز الأكسجين يتكون الماء، وتعد خاصية الاحتراق خاصية كيميائية، فبعد أن يتكون الماء تختفي المواد الأصلية، ويتكون بدلًا منها مادة جديدة وهي الماء، ولا يمكن استرجاع غاز الأكسجين والهيدروجين مرة أخرى بأي عملية فيزيائية.

من أمثلة الخواص الكيميائية معدل الاحتراق، وقابلية الاشتعال، والتأكسد، والكهرسلبية، والذوبان، والتحليل الكهربائي.

بادر بقراءة القانون الأول لنيوتن | تعريفه وصيغته الرياضية واهم الامثلة

الخواص الفيزيائية لكل حالة

تتكون المادة من عناصر مترابطة ومتماسكة، ويتحكم في حالتها كيفية ترابط المكونات والجزيئات مع بعضها، وحالات المادة إما سائلة أو صلبة أو غازية، وكل حالة لها خصائص مختلفة تميزها عن غيرها، ويتضح ذلك عبر الآتي:

خواص المادة الصلبة

تعرف المادة الصلبة بالجوامد، ومن خصائصها ترابط الجسيمات لخلق شكلًا ثابتًا، وهذه الجسيمات عبارة عن جزيئات وأيونات وذرات تتجمع معًا داخل روابط صلبة، وحركتها تكون محدودة.

ويختلف ترتيب الجسيمات داخل المادة مما يؤدي إلى تكون مواد صلبة بلورية، وهي عبارة عن أيونات وتركيبات تترابط على هيئة بلورة، مثل الملح، وتتميز بأنها غير قابلة للضغط، لأن طبيعتها صلبة، ولكنها قابلة للكسر والانصهار.

وتتكون أيضًا مواد صلبة غير متبلورة، والتي لا يثبت شكلها، مثل الزجاج، والبلاستيك، حيث لا تحتاج هذه المواد إلى درجة انصهار ثابتة للتحول من طبيعتها الصلبة إلى السائلة، ولكنها تذوب في درجات حرارة مختلفة مثلما يحدث عند إذابة الشمع.

خواص المادة السائلة

المادة السائلة هي ما بين المادة الغازية والمادة الصلبة، وتتميز المادة باحتفاظها بحجمها، مع التشكل وفقًا للإناء التي ستوضع فيه، ما لم تتعرض للحرارة أو التبخر.

عند خلط السائل مع المادة الصلبة أو الغازية فإنها تذوب وتندمج ليكونا خليط سائل، وتأخذ شكل السائل حيث لا يوجد ترتيب مكاني قوي بين الذرات والجسيمات مثل الحالة الصلبة.

بالإضافة إلى أن كثافة الجزيئات ليست عالية، كما أن المادة بفعل الطاقة الحرارية تحرك الجسيمات سريعًا وتتباعد لتصبح سائلة.

إليك الضغط في الفيزياء | قانوني برنولي وشارل للضغط

خواص المادة الغازية

في الحالة الغازية تتحرك الجسيمات بحرية بسبب توسع المساحة المتوفرة في جسيماتها، وهو ما يجعل المادة في حالة غازية عديمة الوزن، حيث أن المادة في حالتها الغازية تكون كثافتها قليلة لأن حركة الجزيئات تتحرك بشكل عشوائي.

وليس هناك شكلًا محدد للمادة الغازية، فحركتها العشوائية تسمح لها بالتمدد والانكماش، وتتحرك الجزيئات بحرية، ونظرًا لكثافتها القليلة فهي قابلة للضغط، والتمدد، ويسهل اختلاط الغازات نتيجة تباعد الجزئيات بحرية.

ما الذي تعتمد عليه خواص المادة الفيزيائية؟

تعتمد خواص المادة الفيزيائية بشكل أساسي على بنية الكائن، أو الجسم، أو المادة المرئية والقابلة للقياس، وتحديد الخصائص الفيزيائية للمادة يعتمد على القياس والملاحظة.

مثل ملاحظة الخواص الفيزيائية لقطعة من الخشب على سبيل المثال، فهي صلبة، وغير قابلة للطرق، وغير موصلة للكهرباء.

أهم التغيرات الفيزيائية التي تحدث في المواد

تحدث بعض التغيرات الفيزيائية للمواد، التي تؤثر على شكلها، وملمسها، وحجمها، ولونها، وكثافتها، وهذه التغيرات كالتالي:

• حالة المادة: عند التسخين والتبريد لها تتغير العناصر والمركبات من الحالة الصلبة إلى السائلة، ومن الحالة السائلة إلى الحالة الغازية.
• التبلور: البلورات في المعادن تؤثر بشكل كبير على الخصائص الفيزيائية للمعادن، منها التأثير على قوتها وليونتها، كما تغير من شكل وحجم البلورات بالتسخين والطرق الفيزيائية.
• مغنطة المواد: عند مغنطة المواد المغناطيسية تصبح العملية قابلة للعكس، وليس لها تأثير على تركيب المادة الكيميائي.
• خلط المواد: عادة ما يكون من السهل فصل خليط من المواد الغير قابلة للذوبان، باستخدام طريقة الفرز المادي أو الترسيب.

الفرق بين التغير الفيزيائي والتغير الكيميائي

هناك اختلاف بين التفاعل الفيزيائي، والتفاعل الكيميائي، فالتفاعل الفيزيائي يحدث في الخصائص الفيزيائية فقط، ولا يمتض الطاقة ومقدارها لا يتغير.

ولا ينتج عنها مواد جديدة، بينما الخواص التغير الكيميائي للمادة سيغير من تكوينها، مما يعمل على تكوين مادة جديدة، ويتغير شكل ولون المادة دون تغيير تركيبتها.

جديرًا بالذكر، أن المادة هي كل شيء يوجد حولنا على الأرض التي نعيش عليها، فالأرض ذاتها مادة صلبة، فالمادة هي كل شيء له كتلة ويشغل حيز في الوجود.

ولذا فمن الضروري معرفة الخواص الفيزيائية لها لمعرفة طبيعة كل الأشياء المحيطة بنا مثل الماء، والهواء، والجماد، والكائنات الحية، وتعلم ما تحققه المادة من توازن للنظام البيئي.