أهداف التعلم

• أن يعرّف الطالب المقصود بتغير الحالة الفيزيائي للمادة.
• أن يميّز الطالب بين الانصهار والتجمد والتبخر والغليان والتكثف والتصعيد.
• أن يفسّر الطالب كل تغير حالة في ضوء النظرية الحركية الجزيئية للمادة.
• أن يوضّح الطالب الفرق بين التبخر والغليان.
• أن يستنتج الطالب أن تغيرات الحالة تغيرات فيزيائية لا يتغير فيها تركيب المادة.

شرح الدرس

مفهوم تغير الحالة

تغير الحالة هو تحوّل المادة من إحدى حالاتها الفيزيائية الثلاث (صلبة، سائلة، غازية) إلى حالة أخرى، نتيجة اكتساب المادة حرارة أو فقدها لها. وهذا التغير تغير فيزيائي بحت؛ أي أن نوع المادة وتركيبها الكيميائي لا يتغيران، فالماء يظل ماءً (H₂O) سواء كان في صورة ثلج أو سائل أو بخار، ويمكن الرجوع إلى الحالة الأصلية بعكس عملية التسخين أو التبريد.

الانصهار والتجمد

• الانصهار: تحوّل المادة من الحالة الصلبة إلى الحالة السائلة بامتصاص حرارة. تحدث عند درجة حرارة ثابتة لكل مادة نقية تُسمى درجة الانصهار، وأثناء الانصهار تكتسب الجسيمات طاقة حركة كافية للتغلب جزئيًا على قوى الترابط القوية التي كانت تثبتها في أماكنها.
• التجمد: التحول العكسي؛ تحوّل المادة من الحالة السائلة إلى الحالة الصلبة بفقدان حرارة، ويحدث عند نفس درجة حرارة الانصهار للمادة النقية، وتسمى في هذه الحالة درجة التجمد.

التبخر والغليان

كلاهما تحوّل من الحالة السائلة إلى الحالة الغازية، لكن بينهما فروق مهمة:

• التبخر: يحدث عند سطح السائل فقط، وعند أي درجة حرارة (حتى درجة حرارة الغرفة العادية)، ويكون تدريجيًا وبطيئًا نسبيًا، ويزداد بارتفاع درجة الحرارة وزيادة مساحة السطح وسرعة الرياح.
• الغليان: يحدث في كل أجزاء السائل (على السطح وفي العمق معًا) وعند درجة حرارة ثابتة ومحددة لكل سائل تُسمى درجة الغليان، وتظهر خلاله فقاعات بخار تتصاعد من قاع السائل.

التكثف

هو التحول العكسي للتبخر والغليان؛ تحوّل المادة من الحالة الغازية إلى الحالة السائلة بفقدان حرارة، وتقترب فيه الجسيمات من بعضها وتقل طاقة حركتها فتزداد قوى الترابط بينها. مثال: تكوّن قطرات الماء على السطح الخارجي لكوب بارد يحتوي على مشروب مثلّج بسبب تكثف بخار الماء الموجود في الهواء عند ملامسته للسطح البارد.

التصعيد والتصعيد العكسي

• التصعيد (الاستعلاء): تحوّل المادة من الحالة الصلبة مباشرة إلى الحالة الغازية دون المرور بالحالة السائلة، مثل الثلج الجاف (ثاني أكسيد الكربون الصلب) الذي يتحول مباشرة إلى غاز عند درجة حرارة الغرفة.
• التصعيد العكسي (الترسيب): تحوّل المادة من الحالة الغازية مباشرة إلى الحالة الصلبة دون المرور بالحالة السائلة، مثل تكوّن الصقيع (البلورات الجليدية) على الأسطح الباردة من بخار الماء في الهواء مباشرة.

منحنى التسخين وثبات درجة الحرارة أثناء تغير الحالة

عند تسخين مادة صلبة تدريجيًا، ترتفع درجة حرارتها حتى تصل إلى درجة الانصهار، وعندها تثبت درجة الحرارة رغم استمرار التسخين، لأن الحرارة المكتسبة تُستخدم بالكامل في كسر بعض قوى الترابط بين الجسيمات (تغيير الحالة) وليس في رفع درجة الحرارة. وبعد اكتمال الانصهار، تعاود درجة الحرارة الارتفاع حتى تصل إلى درجة الغليان، حيث تثبت مرة أخرى أثناء التحول الكامل إلى بخار.

أسئلة للتدريب

• ما الفرق بين التبخر والغليان من حيث مكان الحدوث ودرجة الحرارة؟
• لماذا تثبت درجة حرارة المادة أثناء تغيّر حالتها رغم استمرار التسخين؟
• فسّر ظاهرة تكوّن الصقيع على الأسطح الباردة في الصباح.
• اذكر مثالًا على التصعيد (الاستعلاء) من واقع الحياة.