تغيرات حالات المادة تكون من الصلبة ثم السائلة واخيرا الغازية. اشهر التغيرات هي الانصهار ومن ثم التبخر. توجد تغيرات أخرى مثل التسامي لليود من الحالة الصلبة الى الغازية. ولكن هناك تغيرات عكسية وهي التكاثف التي تحول بخار الماء او الغاز الى السائل ومن ثم التجمد . هذا يعني ان هناك تغيرات كثيرة في حالات المادة سوف نسلط عليها الضوء ولكن بشكل مبسط. مستقبلا يمكننا نشر مقالات أكثر تطورا في شرح تغيرات حالات المادة ولكننا سوف نكتفي اليوم بأسلوب بسيط.
تغيرات حالات المادة بالحرارة
تعرفت سابقا أن للمادة حالات مختلفة ( الصلبة والسائلة والغازية) وترتبط هذه الحالات بالحرارة وتأثيراتها، فقطعة الجليد الصلبة تنصهر خلال دقائق معدودة ثم ما تلبث أن تصبح ماء عند تركها في جو الغرفة . وعند تسخين الماء لدرجة حرارة معينة يتبخر، وعند ازدياد تسخينه تزداد عملية التبخر ليتحول جميعه الى بخار لبلوغه درجة الغليان. أن مايحدث في كلا الحالتين هو تغير في حالة المادة .
تغير حالة المادة هو تحول المادة من حالة إلى حالة اخرى لا يصاحبها تغير في خصائص المادة الكيميائية، فالجليد والماء السائل وبخار الماء جميعها تمثل المادة نفسها وهو الماء، ولكن التحولات في حالات المادة لها علاقة بالطاقة الحرارية المكتسبة أو المفقودة فعند تحول المادة من حالة إلى أخرى، فإما أن تكتسب حرارة أو تفقدها كما موضح في الشكل. تختلف حركة جسيمات المادة وطاقتها تبعا لحالة المادة، فطاقة جسيمات الماء، مثلا أكبر من طاقة جسيمات الجليد الصلب لكن طاقة جسيمات بخار الماء أكبر من طاقة جسيمات الماء.
سؤال: ماذا نعني بمفهوم تغير حالة المادة؟
الفكرة الرئيسة:
تتغير حالة المادة من حالة إلى أخرى بتأثير درجات الحرارة ولا يصاحبها تغير في خصائص المادة الكيميائية.
نتاجات التعلم: في نهاية هذا الدرس ساكون قادر على أن :
- أستنتج أن حالة المادة تتغير من حالة الى اخرى بتأثير الحرارة.
- أفسر أن درجة انجماد الماء ودرجة انصهاره تمثلان درجة الحرارة نفسها .
- أوضح أن الغليان والتبخر كلاهما يحصلان في سائل يتحول إلى غاز .
- أعرف أن عملية التكاثف هو تحول الغاز إلى سائل وهو عكس عملية التبخر.
المفردات حول تغيرات حالة المادة :
- الانصهار Melting
- درجة الانصهار Melting Point
- ماص للحرارة Endothermic
- الانجماد Freezing
- باعث للحرارة Exothermic
- التبخر Evaporation
- التكاثف Condensation
- درجة الغليان Boiling point
ما الانصهار ؟
الانصهار من انواع تغيرات حالات المادة من الصلبة الى السائلة . عند إضافة طاقة حرارية إلى جسم صلب كالثلج ، تكتسب جزيئاته طاقة حرارية فتزداد سرعة اهتزاز جزيئاته وتتباعد عن بعضها وتضعف قوة التجاذب بين تلك الجزيئات إلى أن تصبح قوة التجاذب والمسافات البينية بينها مقاربة للمسافات وقوى التجاذب بين جزيئات المادة السائلة مما يؤدي إلى انصهار الجسم الصلب وتسمى هذه العملية الانصهار وهو تغير حالة المادة من الحالة الصلبة إلى الحالة السائلة بالتسخين.
عندما نخرج مكعبة من الجليد من الثلاجة ونضعه في قدح زجاجي، ونتركه مدة من الزمن، ثم تقيس درجة حرارته باستعمال المحرار كل دقيقة وباستمرار حتى ينصهر الجليد تماما، نجد أن درجة الحرارة التي يقيسها المحرار تبقى ثابتة طيلة فترة الانصهار تسمى درجة الانصهار وهي درجة الحرارة الثابتة التي يتحول عندها الماء من الحالة الصلبة إلى الحالة السائلة، وتعد درجة الانصهار خاصية فيزيائية مميزة للماء والمواد الأخرى، وتختلف درجة الانصهار من مادة الأخرى . فدرجة انصهار الجليد مثلا تحت الضغط الجوي الاعتيادي هي 0°C. بينما درجة إنصهار ملح الطعام تبلغ 800°C. لذلك فأن لكل مادة صلبة نقية درجة إنصهار خاصة بها. ويعد الانصهار تغير ماص للحرارة لان المادة تمتص طاقة حرارية خلال تغير حالتها .
سؤال: فسر سبب ثبات درجة حرارة مكعب الجليد أثناء انصهاره وتحوله إلى ماء ؟
قياس درجة انصهار الجليد
ادوات النشاط : جريش الجليد، اناء زجاجي ، مصدر حراري ، محرار.
خطوات العمل :
- أضع جريش الجليد في اناء زجاجي ونضعه على مصدر حراري.
- أضع المحرار داخل جريش الجليد ، وألاحظ قراءة المحرار بعد مدة من الزمن ، إلى ماذا تشير قراءة المحرار ؟
- عند الاستمرار في انصهار الجليد هل تتغير درجة الحرارة أم تبقى ثابتة ؟
- ماذا أسمي درجة الحرارة الثابتة التي يسجلها المحرار؟
ما الانجماد؟
الانجماد احد انواع التغيرات في حالات المادة من السائلة الى الصلبة . اذا وضعت كمية من الماء في إناء معدني ثم وضعته في جزء التجميد في الثلاجة، وتركته مدة كافية من الزمن ، تلاحظ تحول الماء إلى ثلج وهذه العملية تسمي انجمادة ، والانجماد هو تحول المادة في الحالة السائلة إلى المادة في الحالة الصلبة بالتبريد .ان سبب حصول الانجماد هو تباطأ حركة جسيماته مما يؤدي إلى تقارب جزيئاته بعضها إلى بعض أكثر فتزداد قوى التماسك بين هذه الجسيمات. إلى أن تصبح مشابهة للمسافات بين جزيئات الحالة الصلبة فتتحول إلى الحالة الصلبة.
ان الانجماد هو عملية معاكسة للانصهار، يحصل الانجماد والانصهار عند درجة الانصهار نفسها . فدرجة انصهار الجليد هي نفس درجة انجماد الماء السائل وهي 0°C لاحظ الشكل. عند تجميد مادة سائلة لابد من أن تفقد من حرارتها باستمرار عن طريق تبريدها لتقل درجة حرارتها حتى في الانجماد عندها تثبت درجة الحرارة على الرغم من فقدها كميات من الحرارة باستمرار حتى تتجمد، وتتحول إلى مادة صلبة، ثم تعود درجة حرارة المادة إلى الانخفاض من جديد اذا استمر التبريد. تعد عملية الانجماد تغيرة باعثة للحرارة بسبب فقدان الجسم طاقة حرارية خلال تغير حالته .
كما أن زيادة الضغط على الثلج يؤدي إلى خفض درجة انجماده ، فالضغط الكبير الذي تسلطه الحافة الحادة في اسفل حذاء المتزلج على الجليد تعمل على انصهار الجليد في منطقة الضغط، ثم ما يلبث أن يعود الماء إلى التجمد بعد زوال الضغط .
سؤال: ما الفرق بين الانصهار والانجماد ؟
الحرارة الكامنة للانصهار
لكي تتحول المادة من الحالة الصلبة إلى الحالة السائلة في درجة الانصهار نفسها فإنها تحتاج إلى كمية من الحرارة تمتصها وتبقى كامنة (مخزونة) في المادة السائلة من غير أن تسبب رفع درجة حرارتها ، وعند فقدان هذه الحرارة من السائل يعود إلى حالته الصلبة. وقد وجد أن كمية الحرارة اللازمة لتحويل (1kg) من المادة من حالة الصلابة إلى حالة السيولة يحدث عند نقطة انصهار المادة نفسها دون تغير في درجة حرارتها تسمى الحرارة الكامنة للانصهار.
السؤال: ما الحرارة الكامنة للانصهار ؟
ما التبخر والغليان؟
التبخر هو من التغيرات في حالات المادة السائلة وتحولها الى الغاز اما الغليان فهي عملية مرافقة الى التبخر. عند هطول المطر نلاحظ تجمع بعض الماء الراكد على سطح الأرض لكن ما يلبث أن يختفي بعد أيام، لأن جزيئات الماء اكتسبت كمية من الحرارة مما أدى إلى زيادة سرعة جزيئاتها أكثر فتزداد المسافات بين الجزيئات وتصبح مقاربة للمسافات بين جزيئات المادة في الحالة الغازية وتتحول إلى بخار وتترك السطح، أي تحول الماء إلى غاز . فالتبخر هو عملية تحول المادة من حالتها السائلة إلى حالتها الغازية عند اكتسابها الحرارة.
هناك نوعان من التبخر:
النوع الأول: وهو تبخر أجزاء السائل كله ، إذ تتولد فقاعات بخارية ترتفع إلى سطحه الحر لتنفجر ويسمى الغليان ويحدث الغليان في درجة حرارية معينة يتوقف مقدارها على الضغط المسلط على السائل وتسمى درجة الغليان وهي درجة الحرارة التي يبدأ عندها السائل بالغليان ويثبت عليها حتى يتحول السائل جميعه إلى بخار ، كما موضح في الشكل .
النوع الثاني: من التبخر فيحدث باستمرار على سطح السائل دون وصول السائل إلى درجة الغليان. ويتم في جميع درجات الحرارة ويقاس التبخر بقياس كتلة السائل التي تبخرت خلال زمن معين وهذا يسمى كمية التبخر.
الكحول أسرع تبخرا من الماء
أدوات النشاط: إناءان متماثلان، ماء ، كحول .
خطوات العمل :
- أضع في الاناء الأول كمية من الماء.
- أضع الكمية نفسها من الكحول في الاناء الأخر.
- أترك الإناءين معرضين للجو مدة زمنية واحدة ، ماذا الأحظ؟
- أيهما يتبخر أسرع الكحول أم الماء ؟ ولماذا ؟
سؤال: لماذا تجف مياه المستنقعات في الأيام الدافئة ؟
العوامل المؤثرة في كمية تبخر السائل :
- نوع السائل : تختلف السوائل بعضها عن بعض في تبخرها ، فمنها ما يتبخر بسرعة، ومنها ماهو قليل التبخر، ولمعرفة أثر نوع السائل في تبخره، فكلما كانت درجة غليان السائل واطئة كان تبخره أسرع.
- اتساع سطح السائل: كلما اتسع سطح السائل المعرض للهواء كان التبخر اسرع.
- سرعة الرياح : ان تعرض السائل التيارات الهواء يزيد من سرعة تبخره فالملابس تجف بسرعة عندما تتعرض لرياح قوية، كما أن عمل مبردة الهواء يعتمد على اساس مرور الهواء على نشارة الخشب المبللة إذ
يمتص الحرارة اللازمة لتبخره من نشارة الخشب المبللة فيرد الهواء المار خلال النشارة ويصل الينا باردا. - درجة الحرارة: كلما ازدادت درجة حرارة السائل أدى ذلك إلى زيادة سرعة التبخر والعكس صحيح فعند رش الشوارع بالماء تجف صيفا أسرع مما تجف في الشتاء .
- الضغط : بازدياد الضغط تقل سرء عة التبخر والعكس صحيح.
- كمية بخار الماء في الهواء: يكون التبخر سريعة عندما يقل بخار الماء في الهواء، وبزيادته تزداد رطوبة الجو فيقل التبخر.
سؤال: لماذا يتأخر جفاف الملابس المبللة في يوم رطب ؟
الحرارة الكامنة للتبخر
لكي تتحول المادة من حالتها السائلة إلى حالتها الغازية يتطلب تزويد المادة السائلة بكمية من الحرارة يمتصها من مصدر حراري لا تتسبب في رفع درجة حرارة السائل، بل تخزن أو تكمن في السائل وبالتالي فانها تصرف لاجل التبخر وليس لأجل رفع درجة حرارة السائل، ولهذا سميت هذه الحرارة بالحرارة الكامنة للتبخر وهي كمية الحرارة اللازمة لتبخر (1Kg) من المادة السائلة بدرجة غليانها الطبيعية .
سؤال: ما الحرارة الكامنة للتبخر؟
التكاثف
التكاثف من انواع التغيرات في حالات المادة الغازية وتحولها الى السائلة . عندما أضع وعاء باردا في طريق بخار الماء المغلي، ماذا الاحظ؟ الاحظ تحول البخار إلى قطرات ماء على سطح الوعاء البارد وذلك لانه عند ملامسة جزيئات البخار للسطح البارد تفقد كمية الحرارة التي اكتسبتها وتتجمع وتتكاثف ، والتكاثف هو تحول المادة من حالتها الغازية إلى حالتها السائلة وهو عكس عملية التبخر، لهذا السبب نجد ان الغيوم، وهي بخار ماء موجود في اعالي الجو، بعد تكاثفها وتحولها إلى مطر تجعل الجو اكثر دفئا. فالبخار عندما يفقد جزءا من كمية حرارته فإنه سيتكاثف، ونجد هذا واضحا عندما تتجمع قطرات الندى على الأشجار أو السيارات في الصباح الباكر، أو تكون قطرات الماء على السطح الخارجي لزجاجة الماء البارد بعد اخراجها من الثلاجة.
سؤال: ما سبب خروج بخار من فم المتكلم في جو الشتاء البارد؟
اسئلة عن تغيرات حالات المادة
- ما المقصود بتغير حالة المادة؟
- لماذا | يعد الانصهار تغير ماص للحرارة؟
- ما التبخر ؟ وما انواعه ؟
- ماذا يحصل لدرجة حرارة مكعب من الثلج عند انصهاره؟
- ما الفرق بين الحرارة الكامنة للانصهار والحرارة الكامنة للتبخر؟
- ما العملية المعاكسة للانصهار ؟
- في أي الحالتين يفقد الماء فيها حرارة ، التبخر أم الانجماد ؟
- ماذا احتاج لصهر أي مادة صلبة ؟
- ما العوامل المؤثرة في كمية تبخر السائل؟
- وجد أن كمية من الماء تغلي عند درجة 102°C تحت الضغط الاعتيادي، هل هذا الماء يتجمد عند 0°C؟ وضح ذلك؟
- تكون كتلة من الجليد اكثر تأثيرا في التبريد في الماء في درجة 273K ؟
- لماذا يوضع مجمد الثلاجة في الأعلى ؟
إضافة تعليق
يجب عليك تسجيل الدخول او التسجيل لتستطيع اضافه تعليق .