المادة هي أساس الكون، وهي كل ما يشغل حيزًا من الفراغ؛ مهما صغر حجمه. تتكون جميع المواد من الذرات؛ والتي تتكون بدورها من البروتونات والنيوترونات والإلكترونات، هذه الذرات تتجمع معًا لتشكل ما يُسمّى بالجزيئات، والتي تعتبر البنية الأساسية لجميع أنواع المادة, ووفقًا لجامعة ولاية واشنطن: يتم تجميع كل من الذرات والجزيئات معًا بواسطة الطاقة الكيميائية، وهي طاقة كامنة على عكس الطاقة الحركية، وهي طاقة الجسم المتحرك، والطاقة الكامنة هي الطاقة المخزنة في الجسم.
حالات المادة
من الطبيعي أننا نعلم أن المادة حالاتها أربعة، تتلخص فى: صلبة، سائلة، غازية، بلازما.
ولكن تم اكتشاف حالة جديدة من المادة من صنع الإنسان وتُسمّى بوز-آينشتاين Bose-Einstein condensate.
الحالة الصلبة
في المواد الصلبة؛ تتجمع الجزيئات معًا وتكون متقاربة من بعضها البعض حتى تقلل من حركة الجزيئات، فإلكترونات كل ذرة يحتويها الجزيء تتحرك باستمرار، لذا؛ فإن الذرات لها اهتزاز صغير، مع العلم أنها ثابتة في موضعها، ولهذا السبب تمتلك الجسيمات الموجودة في المادة الصلبة طاقة حركية منخفضة جدًا.
المواد الصلبة لها شكل محدد، وكذا الكتلة والحجم، ولا تتوافق مع شكل الحاوية التي توضع فيها؛ لأن لها شكلًا ثابتًا بالطبع، وتحتوي أيضًا المواد الصلبة على كثافة عالية، مما يعني أن الجزيئات متراصة بإحكام.
الحالة السائلة
في السائل؛ تكون الجسيمات معبأة بشكل انسيابي أكثر من المواد الصلبة، وتكون قادرة على التدفق حول بعضها البعض؛ مما يُعطي السائل شكلًا غير محدد، لذا؛ فإن السائل سيتوافق ويتشكل مع شكل الحاوية الخاصة به، ومعظمها أقل كثافة من المواد الصلبة، كما يصعب ضغطها مثل المواد الصلبة.
الحالة الغازية
في الغازات؛ تنتشر الذرات أكثر بكثير من المواد الصلبة أو السائلة بحيث تنتشر فى نطاق أوسع فى الهواء الجوي، وتتصادم الذرات بشكل عشوائي مع بعضها البعض، يملأ الغاز أية حاوية، ولكن إذا لم تكن الحاوية مغلقة بإحكام فإن الغاز سوف يتسرب، كما يمكن ضغط الغاز بسهولة أكثر من ضغط السائل أو الصلب.
البلازما
البلازما شبيهة جدًا بالغاز، أسهل طريقة لوصف البلازما هي أنها غاز يحمل شحنة كهربائية، هي شكل من أشكال المادة التي توجد عندما تكون الذرات في حالة الإثارة؛ لدرجة تجعلهم يقفزون إلى مستوى طاقة أعلى، وبذلك تنبعث الفوتونات نتيجة فقد الطاقة وتبدأ جزيئات البلازما في الخروج والتحرك بشكل عشوائي، ولكن على عكس الغاز؛ فإنها تحتوي على بعض الأيونات والإلكترونات الحرة، وهو يعطي البلازما قدرته على شحنه للكهرباء.
توجد البلازما بشكل شائع على الأرض في بعض أنواع مصابيح الفلورسنت وعلامات النيون، ويوجد شكل آخر من أشكال البلازما على الأرض يحدث أثناء العواصف؛ كالبرق،
أما الشفق القطبي فهو شكل آخر من أشكال البلازما، حيث تتأثر الذرات الموجودة في الغلاف الجوي العلوي بالجسيمات التي تأتي من الفضاء الخارجي. البلازما هي الحالة الأكثر شيوعًا للمادة، مثل: النجوم؛ كالشمس، فهي تشكل 99% من الكون المرئي.
المراحل المتغيرة
من المهم أن نفهم أن المادة الموجودة في جميع أنحاء العالم يمكن أن تتغير حالاتها أيضًا؛ إما عن طريق الاستخدام المختلف للطاقة أو بمؤثرات خارجية، وعادةً ما يرتبط بالتغيرات البيئية، مثال بسيط:
إذا توفرت كتلة من الثلج -صلب- عند تعريضه للحرارة؛ فيصبح ماءً سائلًا، ويمكننا شربه أيضًا إذا أردنا -وصل إلى نقطة الانصهار-، وعند الاستمرار في استخدام الحرارة؛ يتبخر الماء -وصل إلى نقطة الغليان-، ويمكن عمل هذه التحوّلات بشكل عكسي بالطبع؛ كأن يتم تبريد الغاز -عن طريق فقد الطاقة- فيتكثف مرة أخرى في ماء سائل، ثم يبرد لفترة أطول فيتحول لمادة صلبة -الثلج-، وهناك أيضًا ما تُسمى بعملية “التسامي”؛ يمكنك من خلالها أن تُحوّل المادة الصلبة مباشرة إلى غاز -دون المرور بالحالة السائلة-.
وهذه لمحة بسيطة وسريعة عن المادة وتحوّلاتها المختلفة.
كتابة: هدير أحمد
مراجعة: أحمد مغربي
تحرير: أحمد عبيد
