بحث عن الكيمياء والمادة

مقدمة البحث

الحمد لله الذي خلق السماوات والأرض وما بينهما، وجعل في كل شيء آية تدل على عظمته، والصلاة والسلام على نبينا محمد. أما بعد، فإن كل ما حولنا من هواء وماء وتراب وغذاء ودواء ولباس وأجهزة مصنوع من مادة، وإن فهم هذه المادة وتركيبها وتغيراتها هو موضوع علم الكيمياء. وقد برع علماء المسلمين في هذا العلم، وعلى رأسهم جابر بن حيان الذي يُعدّ من رواد الكيمياء التجريبية، وأسهموا في تطوير طرق التقطير والتبلور والتجربة. وفي هذا البحث نتعرف على معنى الكيمياء والمادة وأهم ما يتعلق بهما.

تعريف الموضوع

الكيمياء علم يدرس المادة وتركيبها وخواصها والتغيرات التي تطرأ عليها والطاقة المصاحبة لهذه التغيرات. أما المادة فهي كل ما له كتلة ويشغل حيزًا من الفراغ. فالماء مادة، والحديد مادة، والهواء مادة وإن لم نره، أما الضوء والحرارة فليسا مادة لأنه لا كتلة لهما ولا يشغلان حيزًا.

أهمية الموضوع

تتجلى أهمية الكيمياء في أنها تدخل في كل مجالات حياتنا، فهي أساس صناعة الأدوية والأسمدة والوقود والبلاستيك والمنظفات والأغذية، وهي ضرورية لفهم جسم الإنسان وتلوث البيئة وطرق معالجتها. وهي كذلك ركن مهم في اقتصاد المملكة العربية السعودية القائم على النفط والبتروكيماويات والتحلية. ودراستها تنمي التفكير العلمي والملاحظة الدقيقة وحل المشكلات.

أهداف البحث

• تعريف الكيمياء والمادة وبيان خصائص المادة.
• التعرف على حالات المادة وتصنيفها.
• معرفة تركيب الذرة والجدول الدوري.
• التمييز بين التغيرات الفيزيائية والكيميائية.
• التعرف على قانون حفظ الكتلة وأمثلة على التفاعلات الكيميائية.

أولًا: خواص المادة

• الخواص الفيزيائية: صفات يمكن ملاحظتها دون تغيير تركيب المادة، كاللون والرائحة والكثافة ودرجة الانصهار ودرجة الغليان والذوبان.
• الخواص الكيميائية: صفات تظهر عند تفاعل المادة مع غيرها، كقابلية الاشتعال وصدأ الحديد وتفاعل الفلزات مع الأحماض.

وللمادة خواص عامة هي الكتلة والحجم، فالكتلة مقدار ما في الجسم من مادة وتقاس بالكيلوجرام، والحجم هو الحيز الذي يشغله ويقاس باللتر أو السنتيمتر المكعب. والكثافة هي الكتلة في وحدة الحجم:

ρ = m / V

مثال: قطعة معدن كتلتها مئتان وثمانون جرامًا وحجمها أربعون سنتيمترًا مكعبًا، فكثافتها سبعة جرامات لكل سنتيمتر مكعب، لأن مئتين وثمانين مقسومة على أربعين تساوي سبعة.

ثانيًا: حالات المادة

وتتحول المادة من حالة إلى أخرى بتغير درجة الحرارة أو الضغط، فالجليد يتحول إلى ماء سائل بالانصهار، والماء يتحول إلى بخار بالغليان أو التبخر، والبخار يعود سائلًا بالتكاثف، والسائل يصبح صلبًا بالتجمد. وهناك حالة رابعة هي البلازما، وهي غاز متأين موجود في الشمس والنجوم.

ثالثًا: تصنيف المادة

تنقسم المادة إلى مواد نقية ومخاليط. فالمادة النقية لها تركيب ثابت، وتشمل العناصر والمركبات. والعنصر مادة لا يمكن تحليلها إلى مواد أبسط بالطرق الكيميائية العادية كالحديد والأكسجين والذهب. والمركب مادة تتكون من اتحاد عنصرين أو أكثر بنسب ثابتة كالماء والملح وثاني أكسيد الكربون. أما المخلوط فهو خليط من مادتين أو أكثر دون تفاعل كيميائي، وتحتفظ كل مادة فيه بخواصها.

• المخلوط المتجانس (المحلول): لا تظهر مكوناته بالعين كماء مذاب فيه ملح.
• المخلوط غير المتجانس: تظهر مكوناته كماء وزيت أو رمل وملح.

ويمكن فصل مكونات المخلوط بطرق فيزيائية مثل الترشيح والتقطير والتبخير والفصل المغناطيسي والتبلور.

رابعًا: الذرة والجدول الدوري

الذرة هي أصغر وحدة بناء في العنصر تحتفظ بخواصه. وتتكون من نواة في المركز تحتوي على البروتونات الموجبة الشحنة والنيوترونات المتعادلة، وتدور حولها في مستويات طاقة الإلكترونات السالبة الشحنة. وعدد البروتونات في نواة الذرة هو العدد الذري ويميز العنصر عن غيره، ومجموع البروتونات والنيوترونات هو العدد الكتلي.

ورتّب العلماء العناصر في الجدول الدوري بحسب أعدادها الذرية، ويُنسب أول جدول دوري منظم إلى العالم الروسي ديمتري مندليف. وفي الجدول الدوري أعمدة رأسية تسمى المجموعات، فعناصر المجموعة الواحدة تتشابه في خواصها، وصفوف أفقية تسمى الدورات. ويقسم الجدول عناصره إلى فلزات ولا فلزات وأشباه فلزات، ومن أمثلة الفلزات الحديد والنحاس والصوديوم، ومن اللافلزات الأكسجين والكبريت والكلور، ومن أشباه الفلزات السليكون.

خامسًا: التغيرات الفيزيائية والكيميائية

وتدل على حدوث تغير كيميائي علامات كتصاعد غاز، وتكون راسب، وتغير اللون، وانطلاق حرارة أو ضوء، أو ظهور رائحة جديدة.

سادسًا: التفاعلات الكيميائية وقانون حفظ الكتلة

التفاعل الكيميائي عملية تتحول فيها مواد متفاعلة إلى مواد ناتجة جديدة، ويُعبَّر عنه بمعادلة كيميائية. ومن أشهر التفاعلات تفاعل الهيدروجين مع الأكسجين لتكوين الماء:

2H₂ + O₂ → 2H₂O

وينص قانون حفظ الكتلة، الذي يُنسب إلى العالم لافوازييه، على أن كتلة المواد المتفاعلة تساوي كتلة المواد الناتجة، فالمادة لا تفنى ولا تُستحدث في التفاعلات الكيميائية العادية، وإنما تتغير صورتها. ولهذا نوازن المعادلات بحيث يتساوى عدد ذرات كل عنصر في طرفيها، وفي المعادلة السابقة أربع ذرات هيدروجين وذرتان أكسجين في كل طرف.

سابعًا: الحمض والقاعدة

الأحماض مواد طعمها لاذع وتحوّل ورقة عباد الشمس الزرقاء إلى الأحمر، كحمض الليمون وحمض الخليك، والقواعد مواد ملمسها صابوني وتحوّل ورقة عباد الشمس الحمراء إلى الأزرق، كمعجون الأسنان وبعض المنظفات. ويُقاس مقدار الحموضة بمقياس الرقم الهيدروجيني الذي يمتد من صفر إلى أربعة عشر، والماء النقي متعادل عند سبعة.

الخاتمة

تبين من هذا البحث أن الكيمياء علم المادة وتحولاتها، وأن المادة تتكون من ذرات ترتبط في عناصر ومركبات، وأنها توجد في حالات مختلفة وتتعرض لتغيرات فيزيائية وكيميائية يحكمها قانون حفظ الكتلة. وأوصي الطلاب بالإقبال على تعلم الكيمياء وإجراء التجارب بأمان في المختبر، فهي علم يخدم الصحة والصناعة والبيئة، ويقرّب العبد من معرفة عظمة الخالق. والحمد لله رب العالمين.

المراجع

• كتاب الكيمياء للمرحلة الثانوية، وزارة التعليم في المملكة العربية السعودية.
• الكيمياء العامة، لراسل تشانغ.
• أساسيات الكيمياء، من الكتب الجامعية المعتمدة.
• الموسوعة العربية العالمية.

كلمات دليلية

بحث، بحث عن، بحث علمي، بحوث، الكيمياء والمادة