المادة وخواصها

هي الخواص التي يمكن ملاحظتها أو قياسها "دون تغيير" في تركيب المادة الأصلي.

أمثلة: اللون، الرائحة، الطعم، الكثافة، اللزوجة، درجة الانصهار، درجة الغليان، التوصيل الكهربي، والتوصيل الحراري.

هي الخواص التي تصف "كيفية تفاعل" المادة مع مواد أخرى، أو تحولها إلى مواد جديدة. لا يمكن ملاحظتها إلا عند حدوث "تغير كيميائي".

أمثلة: قابلية المادة للاشتعال، أو الصدأ، أو تفاعلها مع الأحماض والقلويات (مثل تأثيرها على ورقة دوار الشمس).

• المخلوط (Mixture)
• المخلوط غير المتجانس (Heterogeneous mixture)
• المخلوط المتجانس (Homogeneous mixture)
• المادة النقية (Pure substance)
• العنصر (Element)
• المركب (Compound)
• الجزيء (Molecule)
• المركب العضوي (Organic compound)
• الخواص الفيزيائية (Physical properties)
• الخواص الكيميائية (Chemical properties)

"اللزوجة" هي خاصية فيزيائية تعبر عن مدى "مقاومة" السائل للجريان أو التدفق.

مثال: لزوجة العسل "أعلى" من لزوجة الماء، لذلك ينسكب العسل ببطء شديد مقارنة بالماء. هذه الخاصية مهمة جداً في تحديد مدى سرعة حركة الأجسام خلال السوائل.

"الكثافة" هي خاصية فيزيائية تصف "مقدار الكتلة الموجودة في حجم معين" من المادة. (الكثافة = الكتلة / الحجم).

تطبيقات (الطفو والغطس): تُعد الكثافة هي السبب في طفو أو غطس المواد في السوائل.

• المواد "الأقل كثافة" من السائل "تطفو" فوقه (مثل الخشب والثلج والزيت فوق الماء).
• المواد "الأكبر كثافة" من السائل "تغوص" فيه (مثل الحديد والمسمار في الماء).

"درجة الانصهار" هي درجة الحرارة الثابتة التي تبدأ عندها المادة في التحول من الحالة "الصلبة" إلى الحالة "السائلة".

مثال: درجة انصهار "الثلج" النقي هي "صفر" درجة مئوية، بينما درجة انصهار "الزبدة" أعلى. يمكن استخدام هذه الخاصية للتمييز بين المواد النقية (مثل الذهب) والمواد المغشوشة (السبيكة).

تتفاعل بعض المواد (مثل الأحماض) مع "ورقة دوار الشمس" الزرقاء وتحولها إلى اللون "الأحمر".

بينما تتفاعل مواد أخرى (مثل القلويات) مع ورقة دوار الشمس الحمراء وتحولها إلى اللون "الأزرق". المواد المتعادلة لا تؤثر على أي منهما.

يتم استغلال الخواص الكيميائية للعناصر في تطبيقات حياتية هامة:

• الهيليوم: يُستخدم في ملء بالونات الاحتفالات والمناطيد لأنه "غاز خامل" (لا يشتعل) وأخف من الهواء.
• النيتروجين: يُستخدم في ملء إطارات السيارات بدلاً من الهواء، لأنه "غاز خامل نسبياً" لا يتفاعل مع المطاط، ويحافظ على ضغط الإطار ثابتاً نسبياً لأنه "لا يتأثر بتغير درجة الحرارة" بنفس قدر الهواء.

"المادة النقية" هي مادة لها تركيب كيميائي ثابت ومحدد، ولا يمكن فصلها إلى مكونات أبسط بالطرق الفيزيائية.

وتنقسم إلى نوعين: "العناصر" (مثل الأكسجين، الحديد) و "المركبات" (مثل الماء، ملح الطعام).

"المخلوط" هو مادة تتكون من خلط مادتين نقيتين أو أكثر، مع احتفاظ كل مادة بخصائصها الأصلية، ويمكن فصل مكوناتها بالطرق الفيزيائية.

وتنقسم إلى نوعين:

• مخلوط متجانس (محلول): هو مخلوط لا يمكن تمييز مكوناته بالعين المجردة، وتبدو مكوناته كمادة واحدة (مثل محلول ملح الطعام في الماء).
• مخلوط غير متجانس: هو مخلوط يمكن تمييز مكوناته بالعين المجردة (مثل مخلوط الرمل والماء، أو طبق السلطة).

"العنصر" هو أبسط صورة نقية للمادة، ولا يمكن تحليله إلى ما هو أبسط منه بالطرق الفيزيائية أو الكيميائية العادية.

مثال: الأكسجين، الزئبق، الكربون.

"المركب" هو مادة نقية تتكون من "اتحاد كيميائي" بين عنصرين مختلفين أو أكثر بنسب وزنية ثابتة، وينتج عن هذا الاتحاد مادة جديدة تختلف خواصها تماماً عن خواص العناصر المكونة لها.

مثال: الماء (H₂O) مركب سائل، ينتج من اتحاد الهيدروجين (غاز يشتعل) والأكسجين (غاز يساعد على الاشتعال).

المركبات العضوية: هي مركبات يجب أن تحتوي على عنصري "الكربون" و "الهيدروجين" بشكل أساسي. (مثل: الميثان CH₄، سكر الجلوكوز C₆H₁₂O₆).

المركبات غير العضوية: هي مركبات لا يشترط أن تحتوي على كربون، وإذا احتوت عليه (مثل CO_2)، فهي لا تحتوي على هيدروجين. (مثل: الماء H₂O، أكسيد الحديد Fe₂O₃).

هي صيغة رمزية بسيطة تعبر عن "نوع" و "عدد" الذرات المكونة لجزيء واحد من المركب.

مثال: الصيغة الجزيئية لجزيء حمض النيتريك هي HNO_3، وهذا يعني أنه يتكون من ذرة هيدروجين واحدة، وذرة نيتروجين واحدة، وثلاث ذرات أكسجين.

هو الجزيء الذي يتكون من ذرات "متماثلة" (نفس النوع).

• جزيء أحادي الذرة: يتكون من ذرة واحدة (مثل: الكربون C، والهيليوم He، والحديد Fe).
• جزيء ثنائي الذرة: يتكون من ذرتين (مثل: الأكسجين O₂، والهيدروجين H₂).
• جزيء عديد الذرات: يتكون من أكثر من ذرتين (مثل: الأوزون O₃).

هو الجزيء الذي يتكون من ذرات "مختلفة" (أنواع مختلفة من العناصر).

أمثلة: جزيء الماء (H₂O) يتكون من ذرتي هيدروجين وذرة أكسجين.

جدول مقارنة (أمثلة):

يمكن فصلها بسهولة لاعتمادها على الخواص الفيزيائية المختلفة لمكوناتها:

• الفصل المغناطيسي: لفصل مادة مغناطيسية (مثل برادة الحديد) عن مادة غير مغناطيسية (مثل الرمل).
• الترشيح: لفصل مادة صلبة لا تذوب في سائل (مثل فصل الرمل عن الماء) باستخدام ورقة ترشيح وقمع.
• التبخير والتكثيف: لفصل مادة صلبة ذائبة في سائل (مثل فصل الملح عن الماء). بالتسخين يتبخر الماء، وعند تكثيف البخار نحصل على ماء نقي.

لا يمكن فصل مكونات المركب بالطرق الفيزيائية العادية لأن ذراته متحدة كيميائياً.

• التسخين (الانحلال الحراري): بعض المركبات تنحل بالحرارة، مثل تسخين أكسيد الزئبق الأحمر، الذي ينحل إلى "زئبق" فضي و "أكسجين".
• التحليل الكهربي: هو الطريقة المستخدمة لفصل المركبات المستقرة جداً، مثل تحليل الماء كهربائياً (بجهاز فولتا هوفمان) إلى عنصريه "الهيدروجين" و "الأكسجين".

استخدم قدماء المصريين مركب "سيليكات الكالسيوم والنحاس" (الأزرق المصري) في التلوين والصبغات وتزيين جدران المعابد والأدوات، وما زالت هذه الألوان زاهية حتى اليوم نظراً لثباتها الكيميائي.

"الإيروجل" هو مادة صلبة مُصنّعة، تتميز بأنها "منخفضة الكثافة" جداً (شبه شفافة وخفيفة كالريشة) وتتكون بنسبة ٩٩.٨٪ من الهواء.

نظراً لهذه الكثافة المنخفضة، يُعد "الإيروجل" أفضل مادة "عازلة للحرارة" عرفتها البشرية حتى الآن، ولذلك يُستخدم في صناعة ملابس رواد الفضاء وبدلات الغطس العازلة للحرارة.