الكيمياء والمادة

1-2 الكيمياء والمادة

Chemistry and Matter

الفكرة الرئيسة

تتناول مجالات علم الكيمياء دراسة الأنواع المختلفة من المادة.

الأهداف

• تقارن بين الكتلة والوزن.
• تفسر سبب اهتمام الكيميائيين بالوصف تحت المجهري للمادة.
• تحدد المجالات التي يدرسها كل فرع من فروع الكيمياء المختلفة.

مراجعة المفردات

التقنية: التطبيق العملي للمعرفة العلمية.

المفردات الجديدة

• الكتلة
• الوزن
• النموذج

الربط مع الحياة

إذا اعتبرت أن كل شيء من حولك مادة فسوف تدرك أن الكيميائيين يدرسون تنوعًا ضخمًا من الأشياء.

المادة وخواصها

Matter and its Characteristics

المادة هي المكون الأساسي للكون. وللمادة أشكال عدة؛ فكل شيء من حولك مادة، ومنها الأشياء الموجودة في الشكل 1-7. بعض المواد توجد في الطبيعة، ومنها الأوزون، وبعضها الآخر اصطناعي، ومنها مركبات الكلورو فلوروكربون CFCs.

ربما لاحظت أن الأشياء التي تستعملها يوميًا مكونة من مادة لها كتلة. والكتلة هي مقياس كمية المادة. فالكتاب له كتلة ويشغل حيزًا، لكن هل الهواء مادة؟ أنت لا تستطيع رؤية الهواء أو الإحساس به أحيانًا، لكنك عندما تنفخ بالونًا فإنه يتمدد ليسمح للهواء بالدخول فيه، ويصبح أثقل من ذي قبل، ولهذا فالهواء مادة. هل كل شيء مادة؟ الأفكار والآراء التي تملأ رأسك ليست مادة، وكذلك الحرارة والضوء وموجات الراديو والمجالات المغناطيسية. ما الأشياء التي ليست مادة؟ اذكر بعضها.

الكتلة والوزن

هل سبق أن استعملت ميزانًا لقياس وزنك؟ الوزن ليس مقياسًا لكمية المادة فحسب، وإنما هو أيضًا مقياس لقوة جذب الأرض للمادة. وقوة الجذب ليست ثابتة في جميع الأماكن على الأرض؛ فهي تصبح أقل عندما تتحرك بعيدًا عن سطح الأرض. ربما لم تلاحظ فرقًا في وزنك عندما تنتقل من مكان إلى آخر، لكن فرقًا صغيرًا يحدث حقًا.

الشكل 1-7

كل شيء في هذه الصورة مادة وله كتلة ووزن.

قارن بين الكتلة والوزن.

#

الشكل 1-8

يستعمل العلماء النماذج لتوضيح الأفكار المعقدة كتركيب النباتات. كما أنهم يستعملون النماذج لاختبار مفهوم، كتصميم جديد لطائرة قبل إنتاجها.

استنتج: لماذا يستعمل الكيميائيون النماذج لدراسة الذرات؟

نموذج طائرة
نموذج توسعة الحرم المكي

قد يبدو من الأنسب للعلماء أن يستعملوا الوزن بدلًا من الكتلة، إلا أن هذا غير عملي، بل الأفضل قياس كتلة الأجسام. لماذا؟ لأن كتلة الجسم ثابتة في أي مكان، بخلاف الوزن الذي يختلف من مكان إلى آخر؛ بسبب اختلاف قوة الجاذبية من مكان إلى آخر، مما يتطلب معرفة قوة الجاذبية في الأماكن التي يقارنون فيها بين الأوزان. ولما كانت الكتلة مستقلة عن قوة الجاذبية فإنهم يستعملون مقياس الكتلة.

التركيب والخواص الملاحظة

ما الذي تستطيع أن تشاهده في بناء مدرستك من الخارج؟ أنت تعرف أن البناء يحوي أكثر مما تستطيع مشاهدته من الخارج؛ فأنت لا تستطيع مشاهدة قضبان الحديد داخل الجدران، والتي تعطي البناء شكله واستقراره وثباته.

خواص معظم المواد واضحة، لا تحتاج إلى مجهر لرؤيتها. وتتركب الأنواع المختلفة من المواد من حولك من عناصر مكونة من جسيمات تسمى ذرات. والذرات صغيرة جدًا حتى أنه لا يمكن رؤيتها بالمجاهر الضوئية. ولهذا تعد الذرات جسيمات تحت مجهرية؛ فتريليون ذرة يمكن أن تشغل حيزًا يساوي النقطة الموجودة في آخر هذه الجملة. وتفسر بنية المادة وتركيبها وسلوكها على المستوى تحت المجهري، أو المستوى الذري. وكل ما تلاحظه من المادة يعتمد على تركيب الذرات والتغيرات التي تحدث لها.

تهدف الكيمياء إلى تفسير الأحداث التي لا تُرى بالعين المجردة، والتي ينتج عنها تغيرات ملحوظة. وتعد النماذج إحدى طرائق توضيح ذلك. النموذج تفسير مرئي أو لفظي أو رياضي للبيانات التجريبية. ويستعمل العلماء عدة أنواع من النماذج لتمثيل الأشياء التي يصعب مشاهدتها، ومنها المواد المستعملة في البناء، والنموذج الحاسوبي لطائرة المبين في الشكل 1-8، كما يستعمل الكيميائيون نماذج مختلفة لتمثيل المادة.

ماذا قرأت؟

حدد نوعين آخرين من النماذج التي يستعملها العلماء.

المطويات

ضمّن مطويتك معلومات من هذا القسم.

المفردات

أصل الكلمة

الوزن

الاستعمال العلمي: الوزن هو مقياس لكمية المادة والقوة الجاذبية الواقعة على جسم ما.

وزن الجسم هو حاصل ضرب كتلته في تسارع الجاذبية الأرضية المحلي.

الاستعمال الشائع: الوزن هو الثقل النسبي لجسم ما.

فنقول مثلًا: إن الأرنب قد نما بسرعة لدرجة أن وزنه تضاعف في بضعة أسابيع.

#

الجدول 1-1: بعض فروع الكيمياء

| الفرع | مجال الدراسة | أمثلة |
| -------------------- | ------------------------------------------------- | ------------------------------------------------------------------------ |
| الكيمياء العضوية | المواد التي تحتوي كربون | الأدوية، والبلاستيكات |
| الكيمياء غير العضوية | المواد التي لا تحتوي على كربون عمومًا | المعادن، والفلزات واللافلزات، وأشباه الموصلات |
| الكيمياء الفيزيائية | سلوك المادة وتغيراتها وتغيرات الطاقة المصاحبة لها | سرعة التفاعلات، وآلية التفاعلات |
| الكيمياء التحليلية | أنواع المواد ومكوناتها | الأغذية، وضبط جودة المنتجات |
| الكيمياء الحيوية | المادة والعمليات الحيوية في المخلوقات الحية | التمثيل الغذائي، والتخمر |
| الكيمياء البيئية | المادة والبيئة | التلوث، والدورات الكيميائية الحيوية |
| الكيمياء الصناعية | العمليات الكيميائية في الصناعة | الأصباغ، ومواد الطلاء |
| كيمياء المبلمرات | المبلمرات والمواد البلاستيكية | الأنسجة، ومواد الطلاء، والبلاستيكات |
| الكيمياء الذرية | نظريات تركيب المادة | الروابط، وأشكال المدارات، والأطياف الجزيئية والذرية، والتركيب الإلكتروني |
| الكيمياء الحرارية | الحرارة الناتجة عن العمليات الكيميائية | حرارة التفاعل |

الكيمياء: علم أساسي

Chemistry: The Central Science

علم الكيمياء هو دراسة المادة والتغيرات التي تطرأ عليها. إن فهم الكيمياء يعد أساسيًا لكل العلوم: الأحياء والفيزياء والأرض والبيئة وغيرها. وبسبب وجود أنواع كثيرة من المادة فإن مجالات الدراسة في الكيمياء تتنوع؛ إذ تقسم الكيمياء تقليديًا إلى فروع تركز على دراسة معينة، ولكن الكثير منها يتداخل، كما هو مبين في الجدول 1-1. فالكيمياء العضوية وكيمياء المبلمرات تشتركان في دراسة البلاستيك.

التقويم 1-2

الخلاصة

• النماذج أدوات يستعملها العلماء ومنهم الكيميائيون لتفسير الأحداث التي لا ترى بالعين المجردة.
• الملاحظات التي يمكن رؤيتها بالعين المجردة للمادة تعكس سلوك الذرات التي لا يمكن رؤيتها بالعين المجردة.
• هناك فروع عدة لعلم الكيمياء، منها الكيمياء العضوية وغير العضوية والفيزيائية والتحليلية والحيوية.

أسئلة التقويم

• الفكرة الرئيسة: فسر سبب وجود عدة فروع لعلم الكيمياء.

• فسر لماذا يستعمل العلماء الكتلة بدلًا من الوزن في قياساتهم؟

• لخص لماذا يجب على الكيميائيين أن يدرسوا التغيرات التي لا ترى بالعين المجردة؟

• استنتج سبب استعمال الكيميائيين للنماذج لدراسة المادة التي لا ترى بالعين المجردة.

• سمِّ ثلاثة نماذج يستعملها العلماء، وبين فائدة كل منها.

• قوِّم كيف يمكن أن يختلف وزنك وكتلتك على سطح القمر، جاذبية القمر تساوي سدس جاذبية الأرض؟

• قوِّم هل يتغير وزنك في أثناء صعودك وهبوطك في المصعد؟ فسر إجابتك.