ما المادة؟
- المادة كل ما تتكون منه جميع الأشياء، التي تختلف عن بعضها بعضا ولكن تتشابه في أنها تشغل حيزاً، لذلك العلماء يُعرِّفون المادة بأي شيء يشغل حيزاً . يقصد بالمادة أيضاً كل شيء موجود بالكون، بما في ذلك جميع العناصر والأجسام سواء كانت في حالة صلبة أم سائلة أم غازية، ولا ينطبق هذا على كوكب الأرض فحسب، إنما على الأجسام الفضائية والشمس وما وراءها، بل وعلى الكون كله، والمادة متوافرة بشكل كبير من حولنا، وتعد دراسة تركيب المادة أحد أهم أهداف العلم الحديث .
وكلنا يلاحظ بسهولة العديد من أصناف المادة، فكل صنف يمتلك خواص معينة تجمع بين كل العينات لذات الصنف، وسوف تعتمد معرفتنا لكل من تلك الأنواع من المادة على الخواص المميزة لها، أو ما يعرف بالخواص التي تفرق بين نوع من المادة وآخر . وللمادة نوعان من الخواص: الفيزيائية والكيميائية .
ويميز الناس بعض المواد بالنظر إليها أو برائحتها أو بملمسها أو طعمها أو سماعها . فيمكننا معرفة الذهب والنحاس من لونهما، والسكر من طعمه، والبترول من رائحته، وهذه أمثلة لبعض الخواص الفيزيائية للمادة، والخاصية الفيزيائية الأخرى للمادة الكثافة أو كمية الكتلة الموجودة في وحدة حجمية واحدة، ولاختلاف الكثافة بين المواد فإن كتلة من الفلين تزن أقل من كتلة مساوية لها في الحجم من نوع آخر من الأخشاب . والذوبانية مقدرة نوع معين من أنواع المادة على الذوبان في مادة أخرى، والموصلية أو التوصيل، مقدرة المادة على توصيل الحرارة أو التيار الكهربائي، وهما أيضاً من الخواص الفيزيائية .
وتصف الخواص الكيميائية للمادة الكيفية التي تتغير بها المادة كيميائياً، فمثلاً نجد من خواص الحديد الكيميائية مقدرته على الاتحاد بالأكسجين في الهواء الرطب لتكوين أكسيد الحديد أو الصدأ، ويسمي العلماء مثل هذا التغيير في تركيب المادة، "التغيير الكيميائي" . وتؤدي بعض التغييرات إلى اختلاف في قيم بعض الخواص الفيزيائية كالوزن أو الكثافة ولكن من دون أن يحدث تغييراً في تركيب المادة، ويسمي العلماء ذلك ب "التغييرات الفيزيائية"، فمثلاً عندما يتحول الماء إلى بخار فإنه يتغير فيزيائياً وليس كيميائياً .
تتكون المادة من مجموعة من الذرّات فكلما فصلت جزءاً من مكوناتها، صغر حجمها إلى الحد الذي يصعب معه رؤيتها، وإذا واصلت فصل مكوناتها تحت أكثر الميكروسكوبات دقة، تصل في النهاية إلى أدق أجزاء المادة أو ما يطلق عليه الذرّات المادة . إذاً فكل مادة تتكون من ذرات . ولكن هل تعتبر الذرة أصغر جزيئات المادة؟
كلا، فكل ذرة تتكون من أجزاء أصغر تسمى بالجسيمات دون الذرية، وهناك ثلاثة أنواع منها وهي: البروتونات والنيوترونات والإلكترونات .
وتوجد البروتونات والنيترونات معاً في مركز الذرة الذي يعرف بالنواة، أما الإلكترونات فتدور حول النواة، وتفقد الذرة خصائص العنصر الأصلي في حالة تفتيتها .
ويعد اليورانيوم معدناً ثقيلاً على درجة كبيرة من الصلابة، وتعتبر ذراته من أكبر الذرات الموجودة في الطبيعة، حيث تحتوي على 92 بروتوناً وقرابة 146 نيتروناً في مركز النواة و92 إلكتروناً للموازنة مع عدد البروتونات . وتعتبر ذرة الهيدروجين أبسط الذرات جميعاً وأخفها، حيث تتكون من بروتون واحد يمثل نواتها، وإلكترون واحد يدور حول هذه النواة، وتلي ذرة الهيدروجين الهليوم، إذ تتكون نواتها من بروتونين ونيترونين وإلكترونين تدور حول النواة، أما ذرة الأكسجين فتتسم بالتعقيد؛ حيث تحتوي على ثمانية جسيمات من كل من البروتينات والنيترونات والإلكترونات .
ما المقصود بالكواركات؟
- يعتقد بعض العلماء أن الجسيمات دون الذرية تتكون من أجزاء أصغر من المادة تسمى الكواركات، فعلى سبيل المثال، يتكون البروتون من ثلاثة كواركات، ويعتقد بعضهم الآخر أن الذرات والكواركات وكل المواد الأخرى تتكون من نطاقات متفاوتة من الطاقة أصغر حجماً تسمى أوتاراً، فإذا كانت كتلة الذرة في حجم كوكب الأرض، كان وترها بطول رباط حذاء، وقد تلتحم هذه الأوتار مكونة أوتاراً أكبر حجماً تمتد لتشمل الكثير من الذرات، وبدأ العلماء محاولة إثبات وجود هذه الأوتار فعلياً .
ما الذي يجعل أجزاء الذرة متماسكة؟
- تتماسك البروتونات والنيوترونات داخل نواة الذرة عن طريق قوة جذب أساسية تسمى بالقوة النووية، فتحمل البروتونات الكهربائية الموجبة، أما الإلكترونات فشحنتها سالبة، في حين أن النيترونات تكون خالية من الشحنات الكهربائية . فتجذب البروتونات الموجبة الإلكترونات السالبة، وتجعلها قريبة من النواة . ويتساوى عدد البروتونات والإلكترونات في معظم الذرات، فتصبح شحناتها متعادلة، أما الذرة التي لا تحمل أي شحنة، فإنها تكون ذرة متعادلة .
هل تتشابه كل الذرات؟
- يطلق على العناصر النقية اسم العناصر الكيميائية، وكل نوع منها يتسم بذرات خاصة تختلف عن ذرات باقي العناصر الأخرى، وبالتالي، فإن ذرات عنصر مثل الكربون تتشابه جميعاً، كما أنها تحمل العدد نفسه من الجسيمات دون الذرية . وتتشابه ذرات الأكسجين، ولكنها تختلف عن ذرات الكربون لاختلاف عدد الجسيمات دون الذرية بها، وهناك ما لا يقل عن 100 عنصر كيميائي وهي مرتبة فيما يعرف بالجدول الدوري للعناصر الكيميائية، منها 30 عنصرا مُخَلَّقًا .
