1. النموذج الجسيمي للمادة- حالاتها والتغييرات التي تحدث عليها بتأثير التسخين والتبريد

2. حالات وتغيّرات المادّة- النموذج الجسيمي
صلب
سائل
غاز

3. مبادئ النموذج الجسيمي للمادة
1.جميع المواد في العالم تتكون من وحدات بناء صغيرة تدعى "جسيمات".
2. بين هذه الجسيمات يوجد فراغ.
3. الجسيمات تتحرك في الفراغ بشكل دائم وعشوائي بأشكال حركة مختلفة.
تتميز المواد عن بعضها البعض بنوع الجسيمات التي تبنيها وبترتيبها.

4. المبنى الجسيمي للمادة
الفراغ هو حالة لا تتواجد فيها أي مادة حتى ولو كانت هواء
حجم الجسيمات التي نتحدث عنها صغير جدا بحيث لا ترى بالعين المجردة. كذلك الأمر بالنسبة للفراغات بينها.
فراغ
هواء

5. النموذج الجسيمي وحالات المادة
المادة يمكن أن تتواجد في 3 حالات على الأقل هي :
الحالة الصلبة جليد
الحالة السائلة ماء
الحالة الغازية بخار
هناك حالة رابعة أيضا تسمى حالة البلازما وهي تتواجد في الشمس.

6. النموذج الجسيمي وحالات المادة
الفرق بين حالات المادة نفسها في الأساس يكمن بالاختلاف في:
الترتيب الذي تنتظم فيه الجسيمات.
كبر الفراغ (البعد) بينها.
قوى التجاذب القائمة بين الجسيمات (قوى كهربائية ساكنة).
شكل حركة الجسيمات (اهتزاز, انزلاق, انتقال).
السرعة المتوسطة للجسيمات.

7. يمكن تلخيص هذا الفرق في القائمة التالية:
الحالة الصلبة
الحالة السائلة
الحالة الغازية
البعد بين الجسيمات
صغير جداً
صغير
كبير جدا مقارنة مع حجم الجسيمات
حركة الجسيمات
تتحرك قليلا حول
مكانها الثابت ولا
تغير مكانها
(حركة اهتزازية)
حركة حرة أكثر.
تتحرك حركة اهتزازية ودورا نية وتغير مكانها
(حركة اهتزازية ودورانية)
تتحرك بشكل حر وتغير مكانها وتتصادم ببعضها البعض
(حركة اهتزازية ودورانية وانتقالية)
ترتيب الجسيمات
منتظم جداً
أقل انتظاما
لا يوجد انتظام
قوى التجاذب بينها
قوية
أقل قوة
ضعيفة جداً
عبر المنظار السحري

8. انتقالية- حركة مركز الجسيم من نقطة لأخرى بخط مستقيم
دورانية - حركة الجسيم حول محاور دورانه
اهتزازية- حركة ارتجاج للجسم مكانه

10. http://www. harcourtschool. com/activity/states_of_matter/molecules

11. النموذج الجسيمي وحالات المادة
نوع الجسيمات والمبنى الجسيمي للمادة يحددان صفات المواد

12. تحولات المادة والمبنى الجسيمي
عند تحول المادة بواسطة التسخين أو التبريد من حالة إلى أخرى يتغير المبنى الجسيمي للمادة بدون تغيير في نوع الجسيمات.
استنادا على القائمة أعلاه التغير يحدث في الأمور التالية:
البعد بين الجسيمات
ترتيب الجسيمات
قوى التجاذب العاملة بين الجسيمات
شكل حركة الجسيمات ومتوسط سرعة حركتها

13. تغيير حالة المادة حسب النموذج الجسيمي
عندما نسخّن جسمًا صلبًا مصنوعًا من مادّة نقية، ترتفع السرعة المتوسّطة للجسيمات، ولذلك ترتفع درجة حرارة الجسم. في درجة حرارة انصهار المادّة، يؤدّي التسخين الإضافي إلى إضعاف القوى التي تعمل بين الجسيمات لكنّه لا يزيد السرعة المتوسّطة للجسيمات. معنى ذلك أنّ الطاقة المتوسّطة لحركة الجسيمات لا تتغيّر؛ لهذا السبب، في العملية التي تنتقل فيها المادّة من الحالة الصلبة إلى السائلة تبقى درجة الحرارة ثابتة.
التفسيرات أعلاه صحيحة أيضًا بالنسبة لعملية الغليان (أو التكاثف).

14. فيما يلي رسم بياني يصف تغيّر درجة حرارة مادّة نقية معيّنة كدالة لإضافة طاقة إلى المادّة. تغيّر درجة الحرارة في مادّة نقية كدالة للطاقة المبذولة فيها

15. تغيير حالة المادة حسب النموذج الجسيمي
عمليتا التبخّر والغليان- التشابه والاختلاف
في عمليتَي التبخّر والغليان تتحوّل المادّة في الحالة السائلة إلى
الحالة الغازية. هناك فرقان أساسيان بين العمليتين:
يحدث التبخّر في كلّ درجة حرارة في حين يحدث الغليان في درجة حرارة معيّنة (في ضغط معيّن) التي تُسمّى درجة حرارة الغليان.
يحدث التبخّر من السطح الخارجي للسائل بينما يحدث الغليان من كلّ جسم السائل.

16. تغيير حالة المادة حسب النموذج الجسيمي
تفسير الفرق بين التبخر والغليان حسب النموذج الجسيمي:
يحدث التبخّر من السطح الخارجي للسائل: جسيمات السائل الموجودة في السطح الخارجي للسائل يمكن أن تنفصل عن السائل والانتقال إلى الحالة الغازية (إلى هواء). عندما تحدث العملية في مجموعة مفتوحة، يتحوّل السائل في نهاية الأمر إلى غاز.
يحدث الغليان من كلّ جسم السائل: عندما تصل المادّة إلى درجة حرارة غليانها (في ضغط معيّن)، تتباعد جسيمات السائل في كلّ حجم الجسم وتنتقل تدريجيًا إلى الحالة الغازية. ينعكس الأمر في ظهور فقاعات داخل السائل. تحوي هذه الفقاعات في الأساس بخار السائل الذي انتقل إلى الحالة الغازية.

17. تذكر. تحويل المادة من حالة إلى حالة لا يغير نوع الجسيمات
تذكر!! تحويل المادة من حالة إلى حالة لا يغير نوع الجسيمات. إلى جانب ذلك لا يغير أيضا كتلة المادة وذلك لأن عدد الجسيمات يبقى ثابت.

18. مبنى المادة يحدد صفاتها
إن التغيير في المبنى الجسيمي للمادة يرافقه أيضا تغيير في صفات المادة نفسها. فعلى سبيل المثال الماء تختلف صفاته عندما يكون صلبا (جليد) أو سائلا (ماء حنفية) أو غازا (بخار).
هذا التغيير في المبنى هو تغيير في البعد وقوى التجاذب بين الجسيمات إضافة إلى التغيير في ترتيب وشكل وسرعة حركة الجسيمات.

19. المبنى الجسيمي للغاز

20. المبنى الجسيمي للغاز
تتميز المادة في الحالة الغازية من ناحية مبنى بأن جسيماتها متباعدة والفراغات بينها كبيرة من هنا قوى التجاذب بين الجسيمات معدومة تقريبا وترتيبها في الفراغ غير منتظم. الجسيمات في الحالة الغازية تتحرك في الفراغ بشكل حر في كل الاتجاهات. خلال حركتها تصطدم الجسيمات ببعضها وبجدران الوعاء فتغير اتجاهها.
غاز (g)

21. المبنى الجسيمي للغاز متوسط سرعة حركة الجسيمات تتعلق بعاملين:
درجة الحرارة التي يتواجد بها الغاز
كتلة الجسيم

22. الكبر النسبي لكتلة الجسيم السرعة بالأمتار في الثانية
1.علاقة سرعة الجسيمات بكتلة الجسيم
الغاز
الكبر النسبي لكتلة الجسيم
السرعة بالأمتار في الثانية
هيدروجين
الصغرى
1840
هيليوم
1290
نيتروجين
490
أكسجين
الكبرى
460
كلما كانت كتلة الجسيم أصغر كان معدل سرعة الجسيمات أكبر (علاقة عكسية)

23. السرعة بالأمتار في الثانية
2. علاقة سرعة جسيمات الأكسجين بدرجة الحرارة التي يتواجد بها الغاز
درجة حرارة الغاز
السرعة بالأمتار في الثانية
460 20
480
120
550
270
650
كلما كانت درجة حرارة الغاز أكبر كان متوسط سرعة الجسيمات أكبر (علاقة طردية)

24. المبنى الجسيمي للغاز وصفاته
إن المبنى الجسيمي للغاز يحدد صفات الغاز وهذا المبنى يفسر
صفات خاصة للمادة الغازية يمكن ذكرها هنا مثل:
الصفة 1: الغاز يحتل كل حجم الوعاء الذي يحويه
التفسير: لأن قوى التجاذب بين جسيمات المادة معدومة مما يتيح
للجسيمات حركة حرة والانتشار في الفراغ الكبير نسبيا والذي
تمتاز به الحالة الغازية.

25. المبنى الجسيمي للغاز وصفاته
الصفة 2: المادة في الحالة الغازية تحتل حجم أكبر مما في الحالة السائلة. التفسير: لأن الفراغات بين الجسيمات في الحالة الغازية نسبيا أكبر من الحالة السائلة. غاز سائل

26. المبنى الجسيمي للغاز وصفاته
الصفة 3: صفة الانتشار
في وعاء مغلق: الغاز ينتشر في الوعاء. حجم المادة يزداد, الكتلة تبقى ثابتة الكثافة تقل والضغط يقل.
في وعاء مفتوح: الغاز ينتشر في الهواء كرائحة العطر مثلا.
التفسير: حركة الجسيمات الحرة والفراغات الكبيرة بينها.
انتشار

27. المبنى الجسيمي للغاز وصفاته
الصفة 4: صفة الانضغاط أي يمكن تقريب الجسيمات إلى بعضها. حجم المادة يقل, كتلتها تبقى ثابتة, الكثافة تزداد وضغطها يكبر.
التفسير: بسبب وجود الفراغات الكبيرة نسبيا بين الجسيمات في الحالة الغازية يمكن تقريب الجسيمات إلى بعضها.
انضغاط

28. المبنى الجسيمي للغاز وصفاته
بسبب صفة الانتشار نفس الكمية من الغاز يمكن أن تحتل حجم وعاء أكبر من ذلك الذي تتواجد فيه وبسبب صفة الانضغاط يمكن أن تحتل حجم وعاء أصغر من ذلك الذي تتواجد فيه.
حجم أصغر حجم أكبر

29. المبنى الجسيمي للغاز وصفاته
ذلك يفسر الصفة التالية:
صفة 5: حجم الغاز غير ثابت (متغير). الغاز يأخذ حجم الوعاء الذي يتواجد فيه. من هنا حجم الغاز مساو لحجم الوعاء الذي يحويه.
حجم الوعاء = 2 لتر حجم الغاز = 2 لتر

30. المبنى الجسيمي للغاز وصفاته
صفة 6: شكل الغاز غير ثابت (متغير). الغاز يأخذ شكل الوعاء الذي يتواجد فيه.
التفسير: جسيمات الغاز تتحرك في كل الاتجاهات وتصطدم بجدران الوعاء, بقاعه وغطاءه.

31. المبنى الجسيمي للغاز وصفاته
صفة 7: في الحالة الغازية يمكن إضافة غاز إلى وعاء مملوء بالغاز.
التفسير: وجود فراغات بين جسيمات الغاز. جسيمات الغازين تتداخل في الفراغات الموجودة بين كل منها.

32. المبنى الجسيمي للغاز وصفاته
صفة 8: للغاز الموجود في وعاء مغلق يوجد ضغط.
التفسير: هذا الضغط نابع من تصادم جسيمات الغاز فيما بينها وأيضا من اصطدامها بجدران الوعاء , قاعه وغطائه. السرعة المتوسطة للجسيمات في وعاء مغلق تؤثر على شدة اصطدام الجسيمات بجدران الوعاء ولذلك تؤثر على ضغط الغاز.

33. الضغط
مفهوم الضغط : هوالقوة المؤثرة على مساحة سطح جسم معين. العلاقة بين مفهوم الضغط وضغط الغاز: عندما نتحدث عن ضغط الغاز القوة المؤثرة هي قوة اصطدام الجسيمات. ومساحة السطح هي المساحة الداخلية لجدران الوعاء. حسابيا: الضغط = القوة المساحة كلما كبرت القوة المؤثرة كبر الضغط (زيادة عدد الاصطدامات أو زيادة شدتها). (علاقة طردية) كلما كبرت المساحة المؤثَّر عليها صغر الضغط. (علاقة عكسية).

34. إبراز تأثير الضغط نسكب بضع قطرات من الماء داخل قنينة من الألمونيوم.
نقوم بتسخين القنينة إلى حين تبخر قطرات الماء.
نغمر فوهة القنينة داخل إناء به ماء بارد. النتيجة انكماش العلية نتيجة لتكون فرق ضغط.

35. الضغط الجوي
الضغط الجوي: الأرض مغطاة بطبقة من الهواء سمكها أكثر من 100 كم. تدعى طبقة الهواء هذه أتموسفيرا (الغلاف الجوي).
حسب معرفتنا للهواء يوجد وزن ولذلك طبقة الهواء هذه بسبب قوة الجاذبية تضغط على جميع الأجسام الموجودة على سطح الأرض.
مقدار هذا الضغط ليس ثابتا ويتعلق بسمك طبقة الهواء فوق النقطة التي يقاس بها. كلما كان سمك طبقة الهواء أكبر, كان ضغطها أكبر.
فيلم مع ترجمة باللغة العربية عن الضغط الجوي

36. الضغط الجوي
ضغط الهواء (الضغط الجوي) على مستوى سطح البحر يساوي 760 مليمتر زئبق ويساوي 1 أتموسفيرا).
مع الارتفاع عن سطح البحر ينخفض ضغط الهواء ومع الانخفاض عن سطح البحر يرتفع الضغط.
أسئلة حول الضغط الجوي:
* أين طبقة الهواء أسمك فوق جبل الشيخ أم فوق بحيرة طبريا؟
* أين يكون ضغط الهواء أكبر في جبل الشيخ أم في طبريا؟
* ما هي العلاقة بين ارتفاع المكان عن سطح البحر الأبيض المتوسط والضغط الجوي في هذا المكان؟

37. المبنى الجسيمي للغاز وصفاته
قيمة هذا الضغط تتعلق بعدة عوامل:
كمية الغاز
حجم الوعاء الذي يتواجد فيه الغاز.
درجة الحرارة التي يتواجد بها الغاز.

38. يمكن أن نزيد ضغط الغاز بواسطة:
إضافة كمية أخرى من الغاز إلى الوعاء المليء
زيادة درجة الحرارة في وعاء مغلق
تصغير حجم الغاز عن طريق تصغير حجم الوعاء

39. المبنى الجسيمي للغاز وصفاته
العلاقة بين كمية الغاز وضغطه:
كلما ازدادت كمية الغاز في حجم ثابت للإناء ودرجة حرارة ثابتة فان ضغط الغاز يزداد (علاقة طردية).
التفسير استنادا إلى نظرية الجسيمات:
عدد الجسيمات يزداد كثافتها تزداد عدد الاصطدامات يزداد ضغط الغاز يزداد

40. المبنى الجسيمي للغاز وصفاته
العلاقة بين حجم الإناء وضغط الغاز:
عند تصغير حجم إناء فيه كمية ثابتة من الغاز في درجة حرارة ثابتة فان ضغط الغاز يزداد (علاقة عكسية).
التفسير استنادا إلى نظرية الجسيمات:
تصغير حجم الإناء تصغير المساحة الداخلية لجدران الإناء كثافتها تزداد عدد
الاصطدامات لوحدة مساحة يزداد ضغط الغاز يزداد

41. المبنى الجسيمي للغاز وصفاته
العلاقة بين درجة حرارة الغاز وضغطه:
كلما ازدادت درجة حرارة لكمية ثابتة وحجم ثابت لغاز معين فان ضغط الغاز يزداد (علاقة طردية).
التفسير استنادا إلى نظرية الجسيمات:
درجة الحرارة تزداد الجسيمات تصبح أسرع وتصطدم بقوة أكبر بجدران الإناء
ضغط الغاز يزداد

42. المبنى الجسيمي للسائل

43. مبنى السائل وصفاته
هذا المبنى يعطي المادة السائلة صفات خاصة يمكن ذكرها وتفسيرها حسب المبنى الجسيمي مثل:
صفة 1: السائل له حجم ثابت لا يتغير مع تغير حجم الوعاء المتواجد فيه. مثال عندما ننقل 1 لتر من الماء إلى وعاء حجمه 2 لتر يبقى حجم الماء 1 لتر.
التفسير: يمكن تفسير ذلك حسب المبنى الجسيمي للمادة, وذلك بسبب قوى التجاذب الموجودة بين جسيمات المادة السائلة حيث تغير الجسيمات مكانها فقط بواسطة الانزلاق لذا فان البعد المتوسط بين الجسيمات لا يتغير لذلك فان للسائل حجم ثابت.

44. مبنى السائل وصفاته
صفة 2: كمية مادة في الحالة السائلة تحتل حجم أقل مما في الحالة الغازية.
التفسير: يمكن تفسير ذلك حسب المبنى الجسيمي للمادة, وذلك بأن الفراغات بين الجسيمات في الحالة السائلة نسبيا أصغر بكثير مقارنة مع الحالة الغازية بسبب قوى التجاذب بينها.

45. مبنى السائل وصفاته
صفة 3: للمادة في الحالة السائلة توجد صفة الانتشار. سرعة الانتشار في السوائل أبطأ مما في الغاز.
التفسير: يمكن تفسير ذلك حسب المبنى الجسيمي للمادة, وذلك بسبب حركة الجسيمات المقيدة نسبيا والفراغات الصغيرة بينها. كذلك للسوائل لا يوجد صفة الانضغاط أي لا يمكن تقريب الجسيمات إلى بعضها وذلك بسبب التقارب بين الجسيمات.

46. مبنى السائل وصفاته
صفة 4: المادة في الحالة السائلة قابلة لتغيير شكلها وهي تأخذ شكل الوعاء الذي تتواجد فيه. التفسير: يمكن تفسير ذلك حسب المبنى الجسيمي للمادة, وذلك بسبب الحركة الإنزلاقية للجسيمات, حيث تستمر بتبديل مكانها حتى اصطدامها بجدران الوعاء لتأخذ في النهاية شكل الوعاء.

47. مبنى السائل وصفاته
صفة 5: المادة في الحالة السائلة لها صفة اللزوجة. التفسير: بسبب قوى التجاذب بين الجسيمات. كلما كانت قوى التجاذب بين الجسيمات أكبر كلما كانت المادة لزجة أكثر.

48. مبنى السائل وصفاته
هناك ثلاث ظواهر لها علاقة بمبنى المادة في الحالة السائلة:
1) ظاهرة تكون قطرة الماء السبب هو قوى التجاذب بين الجسيمات.

49. 2) ظاهرة التوتر السطحي للماء وهي عبارة عن تكون طبقة من جسيمات الماء على السطح بحيث تعمل بين هذه الجسيمات قوى تجاذب وتشكل بالتالي سطحا تستطيع أجسام صغيرة مثل ابرة أو بعوضة الوقوف عليه.

50. 3) ظاهرة فقاعات الصابون. أيضا هنا قوى التجاذب بين الجسيمات هي المسئولة عن تكون سطح الفقاعة.

51. ماذا يحدث عند تسخين أو تبريد السائل اعتمادا على النموذج الجسيمي للمادة؟
عند تسخين السائل- تزداد الحركة الاهتزازية والحركة الدورانية- تزداد السرعة المتوسّطة للجسيمات- وينعكس ذلك في ارتفاع درجة حرارة السائل. مثال لظاهرة: عند تسخين الزئبق السائلي الموجود في مقياس درجة الحرارة تزداد السرعة المتوسّطة لجسيمات الزئبق، الأمر الذي يؤدّي إلى ازدياد حجم الزئبق الموجود في أنبوبة مقياس درجة الحرارة- وبالتالي إلى صعود الزئبق في الأنبوبة (ويحدث العكس عند التبريد).

52. المبنى الجسيمي للصلب

53. مبنى الصلب وصفاته صلب (s)
تتميز المادة في الحالة الصلبة من ناحية مبنى بأن جسيماتها متراصة والفراغات معدومة تقريبا من هنا قوى التجاذب بين الجسيمات قوية جداً وهي تتحرك فقط مكانها بحركة اهتزازية وبشكل مقيد أكثر مقارنة مع السائل. أما بالنسبة لترتيب جسيمات المادة في الحالة الصلبة فإنها مرتبة ومنتظمة أكثر من السائل.
صلب (s)

54. مبنى الصلب وصفاته
هذا المبنى يعطي المادة الصلبة صفات خاصة يمكن ذكرها هنا مثل:
صفة 1: الصلب له حجم ثابت لا يتغير مع تغير حجم الوعاء المتواجد فيه. وذلك طالما لم تؤثر عليه قوة خارجية.
التفسير: يمكن تفسير ذلك حسب المبنى الجسيمي للمادة, وذلك بسبب قوى التجاذب الموجودة بين جسيمات المادة الصلبة مما يمنع من الجسيمات الانتشار في كل حجم الوعاء.

55. مبنى الصلب وصفاته
صفة 3: كمية مادة في الحالة الصلبة تحتل حجم أقل مما في الحالة السائلة. التفسير: يمكن تفسير ذلك حسب المبنى الجسيمي للمادة, وذلك لأن الفراغات بين الجسيمات في الحالة الصلبة معدومة نسبيا.

56. مبنى الصلب وصفاته
صفة 4: للمادة في الحالة الصلبة تقريبا لا توجد صفة الانتشار. سرعة الانتشار في الصلب بطيئة جدا حتى أن يمكن القول أنها معدومة.
التفسير: يمكن تفسير ذلك حسب المبنى الجسيمي للمادة, وذلك بسبب حركة الجسيمات المقيدة نسبيا والفراغات المعدومة بينها.

57. مبنى الصلب وصفاته
صفة 5: المادة في الحالة الصلبة غير قابلة لتغيير شكلها عندما تكون بلورية وهي لا تأخذ شكل الوعاء الذي تتواجد فيه.
التفسير: يمكن تفسير ذلك حسب المبنى الجسيمي للمادة, وذلك بسبب قوة التجاذب بين الجسيمات هذا يجعل المادة الصلبة البلورية تنتظم وتترتب حسب مبنى ثابت ومتماثل .

58. لكن عندما تأخذ المادة الصلبة شكل مسحوق كالطحين مثلا فان في هذا الحالة نتعامل مع المادة كأنها مكونة من تجمع حبيبات كل واحدة منها موجودة في حالة صلبة لذلك فان تصرف المسحوق لا يدل على مميزات كل واحدة من حبيبات المادة الصلبة حيث أن المسحوق يغير شكله حسب شكل الوعاء الذي يتواجد فيه لكن كل حبيبة وحيدة لا تغير شكلها.

59. مبنى الصلب وصفاته
صفة 6: المادة في الحالة الصلبة لها صفة القساوة, اللدانة والمرونة فوجود إحدى هذه الصفات أو بعضها في مادة صلبة يتعلق بالمبنى الجسيمي للمادة خاصة بمدى ونوع قوى التجاذب بين الجسيمات. إلى جانب طريقة انتظام الجسيمات.
التفسير: يمكن للجسيمات في الحالة الصلبة أن تنتظم وتترتب بشكل مختلف في كل مادة بحيث تتميز كل مادة في النهاية بصفات ميكانيكية مختلفة.

60. ماذا يحدث عند تسخين أو تبريد الصلب اعتمادا على النموذج الجسيمي للمادة؟
ماذا يحدث عند تسخين أو تبريد الصلب اعتمادا على النموذج الجسيمي للمادة؟
عند تسخين المادّة الصلبة - تزداد الحركة الاهتزازية للجسيمات- تزداد السرعة المتوسّطة للجسيمات- وينعكس ذلك في ارتفاع درجة حرارة المادّة الصلبة. مثال لظاهرة: تغييرات حجم (تقلّص وتمدّد) المعادن نتيجة التبريد أو التسخين بالتلاؤم.