الكيمياء والمادة
انظر إلى أعلى الصفحة، حيث تبدأ رحلتنا مع علم الكيمياء والمادة. المادة هي المكون الأساسي لكل ما حولك في الكون، فهي تشغل حيزاً ولها كتلة مثل الكتاب والهواء والسيارات. تفرق هنا بين مفهومين أساسيين: الكتلة والوزن. الكتلة هي مقياس لكمية المادة الموجودة في الجسم وهي ثابتة لا تتغير مهما انتقلت من مكان إلى آخر. أما الوزن فهو ليس مجرد قياس لكمية المادة فحسب، بل هو مقياس لقوة جذب الأرض للجداء، وقوة الجذب هذه ليست ثابتة في جميع الأماكن، فهي تصبح أقل كلما ابتعدنا عن سطح الأرض، ولهذا قد تلاحظ فرقاً طفيفاً في وزنك عندما تنتقل من مكان لآخر بينما كتلتك ثابتة. انظر إلى الشكل ۷-۱ أسفل الصفحة، فهو يوضح أشياء مادية لها كتلة ووزن.
يقوم هذا الدرس على فهم المادة وخصائصها والفروق بين الكتلة والوزن، إلى جانب استكشاف فروع علم الكيمياء المتعددة. المادة هي كل ما له كتلة ويشغل حيزاً، فالكتلة مقياس لكمية المادة بينما الوزن مقياس يقيس قوة جذب الأرض لها، ولهذا تتغير أوزان الأجسام باختلاف الجاذبية بينما تبقى كتلها ثابتة. ونظراً لأن الكيميائيين يدرسون جسيمات دقيقة لا ترى بالعين المجردة مثل الذرات، فإنهم يعتمدون على النماذج مثل النماذج الحاسوبية والبنائية لتوضيح الأفكار المعقدة. على سبيل المثال، عندما تنفخ بالوناً فإنه يتمدد ليسمح للهواء بالدخول فيه، مما يثبت أن الهواء مادة رغم أنك لا تستطيع رؤيته بالعين.
الفكرة الأساسية
تدور الفكرة حول دراسة المادة وتنوعها الهائل في الكون، وكيف يقيس العلماء كمياتها عبر الكتلة والوزن، مع استخدام النماذج لتفسير العالم المجهري الذي لا يرى بالعين.
الشرح
كل شيء حولك هو مادة؛ فالمادة هي المكون الأساسي للكون ولها أشكال عديدة، كالطاولة والهواء الذي تملأ به البالون فيتمدد ليشغل حيزاً. لكن الأفكار والآراء والحرارة والضوء ليست مادة. عندما تقيس كمية المادة في جسم ما، فأنت تستخدم الكتلة، وهي مقدار ثابت لا يتغير من مكان لآخر. أما الوزن فهو ليس مجرد مقياس لكمية المادة، بل هو مقياس لقوة جذب الأرض للجسم، ولهذا السبب يفضل العلماء قياس الكتلة بدلاً من الوزن، لأن كتلة الجسم ثابتة في أي مكان، بينما الوزن يختلف باختلاف قوة الجاذبية من مكان إلى آخر. ونظراً لأن الكيميائيين يدرسون الذرات والجسيمات الدقيقة التي لا ترى بالعين المجردة، فإنهم يعتمدون على النماذج لتمثيل الأشياء التي يصعب مشاهدتها، كالنموذج الحاسوبي للطائرة أو نماذج البناء.
مثال محلول خطوة بخطوة
إذا كان لديك جسم كتلته كيلوجرام على سطح الأرض، وكان تسارع الجاذبية الأرضية يساوي ، فما هو وزن الجسم؟ الخطوة الأولى: تذكر القانون المطبوع في الدرس أن وزن الجسم هو حاصل ضرب كتلته في تسارع الجاذبية الأرضية. الخطوة الثانية: طبق في القانون بضرب الكتلة في التسارع: الوزن = . الخطوة الثالثة: احسب الناتج النهائي ليصبح الوزن مساوياً لـ نيوتن.
أخطاء شائعة
الاعتقاد بأن الكتلة والوزن هما الكمية نفسها، والصواب أن الكتلة ثابتة ولا تعتمد على مكان وجود الجسم، بينما الوزن يتغير بتغير قوة الجاذبية. الظن بأن الهواء ليس مادة لأنه لا يرى، والصواب أن الهواء مادة لأنه يمتلك كتلة ويشغل حيزاً.
سؤالان للتدريب مع الإجابة
السؤال الأول: لماذا يفضل العلماء قياس الكتلة بدلاً من الوزن عند دراسة الأجسام؟ الإجابة: لأن كتلة الجسم ثابتة في أي مكان، بخلاف الوزن الذي يختلف من مكان إلى آخر بسبب اختلاف قوة الجاذبية. السؤال الثاني: ما فائدة استخدام النماذج في علم الكيمياء؟ الإجابة: لتمثيل الأشياء التي يصعب مشاهدتها وتوضيح الأفكار المعقدة مثل دراسة الذرات والجسيمات التي لا ترى بالعين المجردة.