تغيرات المادة
انظر إلى أعلى الصفحة، نبدأ في دراسة التغيرات التي تطرأ على المادة. عندما يسخن الفحم في الموعد فإنه يتغير لونه إلى الأحمر ثم يتحول إلى رماد وثاني أكسيد الكربون وماء، وهذا التغير يرجع إلى خواصه الفيزيائية والكيميائية. التغير الفيزيائي هو نوع التغير الذي يحدث دون أن يغير تركيب المادة، مثل تشكيل صفيحة الألومنيوم إلى كرة، أو كسر لوح زجاجي. تغير الحالة هو تحول المادة من حالة إلى أخرى كالانصهار والتجمد والتبخر والتكثف. انظر إلى الشكل الثامن في الأسفل، ترى قطرات الماء تتكون عندما يلامس الغاز سطحاً بارداً، وتلاحظ تجمد السائل ليكون إبراً جليدية.
يدور الدرس حول الفرق بين التغيرات الفيزيائية والكيميائية للمادة، وكيفية تطبيق قانون حفظ الكتلة في التفاعلات. التغير الفيزيائي يغير مظهر المادة دون تغيير تركيبها، مثل تقطيع الورق أو تغير حالة المادة بالانصهار والغليان. أما التغير الكيميائي فينتج مواد جديدة ذات تراكيب وخواص مختلفة، مثل صدأ الحديد أو تعفن الفواكه، وتسمى المواد الأصلية بالمتفاعلات والجديدة بالنواتج. وأما قانون حفظ الكتلة فيؤكد أن كتلة المواد المتفاعلة تساوي دائماً كتلة المواد الناتجة لأن الكتلة لا تفنى ولا تستحدث أثناء التفاعل الكيميائي. فلو وضعت مثلا عشرة جرامات من أكسيد الزئبق وسخنتها فتحولت إلى زئبق وأكسجين، فستجد أن مجموع كتلتي الزئبق والأكسجين الناتجين يساوي تماما عشرة جرامات.
الفكرة الأساسية
يمكن للمادة أن تحدث لها تغيرات فيزيائية وكيميائية، وفي التفاعلات الكيميائية تبقى الكتلة الكلية ثابتة لا تفنى ولا تستحدث.
الشرح
تنقسم تغيرات المادة إلى نوعين رئيسيين. الأول هو التغير الفيزيائي، وهو الذي يغير مظهر المادة أو خواصها الفيزيائية كحرارة الوسط والضغط دون أن يغير تركيبها الثابت، ومن أمثلته تشكيل صفيحة ألومنيوم إلى كرة، وتغير حالة المادة كالانصهار والتبخر والتجمد والتكثف. الثاني هو التغير الكيميائي (ويسمى أيضاً التفاعل الكيميائي)، وهو العملية التي تتضمن تغير مادة أو أكثر إلى مواد جديدة تختلف في تراكيبها وخواصها عن المواد قبل التفاعل. تسمى المواد التي نبدأ بها التفاعل بالمتفاعلات، وأما المواد الجديدة المتكونة فتسمى النواتج. وتشير مصطلحات مثل تحلل، واحتراق، وانفجار، وصدأ، وتأكسد، وتأكل، وفقدان البريق، وتخمّر، وتعفن إلى التفاعل الكيميائي. ومن أدلة حدوثه تغير اللون، وتصاعد الغاز، وتكون الراسب، وانطلاق الطاقة. ولضبط الكميات في هذه التفاعلات، ظهر قانون حفظ الكتلة الذي ينص على أن الكتلة لا تفنى ولا تستحدث أثناء التفاعل الكيميائي، بمعنى أن كتلة المتفاعلات تساوي دائماً كتلة النواتج.
مثال محلول خطوة بخطوة
حفظ الكتلة: وضع من أكسيد الزئبق II الأحمر في كأس مفتوحة، وسخنت حتى تحولت إلى زئبق سائل وغاز أكسجين، فإذا كانت كتلة الزئبق السائل فما كتلة الأكسجين الناتج عن هذا التفاعل؟
- تحليل المسألة: تم إعطاؤك كتلة المادة المتفاعلة وكتلة أحد النواتج، وتبعاً لقانون حفظ الكتلة فإن مجموع كتل النواتج يجب أن يساوي مجموع كتل المواد المتفاعلة. المعطيات: كتلة أكسيد الزئبق II تساوي ، وكتلة الزئبق تساوي . المطلوب: كتلة الأكسجين تساوي؟ .
- حساب المطلوب: ضع قانون حفظ الكتلة: . أي: كتلة أكسيد الزئبق II = كتلة الزئبق + كتلة الأكسجين. أوجد كتلة الأكسجين: كتلة الأكسجين = كتلة أكسيد الزئبق II - كتلة الزئبق. عوض بالقيم المعطاة في المعادلة: كتلة الأكسجين = .
- تقویم الإجابة: إذا كان مجموع كتلتي الزئبق والأكسجين يساوي كتلة أكسيد الزئبق II فالحل صحيح.
أخطاء شائعة
الاعتقاد الخاطئ بأن تغير شكل المادة أو حالتها يعني بالضرورة حدوث تفاعل كيميائي، والصواب أن تغير المظهر أو الحالة دون تغير التركيب الداخلي هو تغير فيزيائي بحت. ومن الأخطاء أيضاً ظن أن الكتلة تتغير أو تنقص عند تطاير الغازات الناتجة، والصواب أن الغاز الناتج يدخل في حساب الكتلة الكلية للنواتج طبقاً لقانون حفظ الكتلة.
سؤالان للتدريب مع الإجابة
السؤال الأول: تفاعلت عينة مقدارها من المغنيسيوم مع الأكسجين لتكوين من أكسيد المغنيسيوم. كم جراماً من الأكسجين تفاعل؟ الإجابة: كتلة الأكسجين = كتلة أكسيد المغنيسيوم - كتلة المغنيسيوم = . السؤال الثاني: إذا تفاعل من الصوديوم تماماً مع من الكلور، فما كتلة كلوريد الصوديوم الناتج؟ الإجابة: كتلة كلوريد الصوديوم الناتجة = كتلة الصوديوم + كتلة الكلور = .