المادة Matter جميع ما تتكون منه جميع الأمور. والأمور يختلف بعضها عن بعض ولكن تتشابه في أنها تشغل حيزًا. لذلك فإن الفهماء يُعرِّفون المادة بأي شيء يشغل حيزًا. ولكل مادة قصور ذاتي، وهذا يعني أنها تقاوم التغيير في ظروف السكون أوالحركة. وتسمى كمية المادة في الشيء الكتلة ولكن الفهماء يُعرِّفون الكتلة بأنها مقياس للقصور الذاتي وجذب الجاذبية الأرضية لكتلة معينة من المادة يعطيها وزنها (ثقلها). فالجاذبية التي تشد الأمور تقل حدثا ابتعدنا عن مركز الأرض. ولهذا السبب فإن الأمور التي تتحرك من الأرض إلى الفضاء الخارجي "تفقد وزنها" على الرغم من حتى كتلتها لا تتغير.

وعندما نرى الناس والحيوانات والآلات وهي تعمل أونحس بالحرارة الآتية من النار، أونرى الضوء الآتي من المصباح الكهربائي فإننا نتعهد على الطاقة. ويعرّف الفهماء الطاقة عادة بأنها مقدرة الجسم على أداء عمل أوتحريك مادة. والحرارة مصدر من مصادر الطاقة المعروفة لدينا. كما يمكن لمصادر الطاقة المتنوعة الأخرى حتى تتحول إلى حرارة.

ويمكن تحويل المادة إلى طاقة والطاقة إلى مادة. ومثال تغير المادة إلى طاقة هوعندما يتحطم عنصر الراديوم المشع والمواد المشعة الأخرى أوعندما تنفجر قنابل ذرية. والطاقة تتحول إلى مادة عندما تتصادم الجسيمات تحت الذرية عند سرعات عالية مكونة جسيمات أثقل.

خواص المادة

كلنا يلاحظ بسهولة الكثير من أصناف المادة. فكل صنف يمتلك خواص معينة تجمع بين جميع العينات لذات الصنف. وسوف تعتمد معهدتنا لكل من تلك الأنواع من المادة على الخواص المميزة لها، أوما يعهد بالخواص التي تفرق بين نوع من المادة ونوع آخر. وللمادة نوعان من الخواص: الخواص الفيزيائية والخواص الكيميائية.

الخواص الفيزيائية

يميز الناس بعض المواد بالنظر إليها أوبرائحتها أوبملمسها أوطعمها أوسماعها. فيمكننا فهم المضى والنحاس من لونهما، والسكر من طعمه، والبترول من رائحته. وهذه أمثلة لبعض الخواص الفيزيائية للمادة. والخاصية الفيزيائية الأخرى للمادة هي الكثافة أوكمية 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 المعروفة. والذوبانية مقدرة نوع معين من أنواع المادة على الذوبان في مادة أخرى، والموصلية أوالتوصيل، مقدرة المادة على توصيل الحرارة أوالتيار الكهربائي، وهما أيضا من الخواص الفيزيائية.

الخواص الكيميائية

تصف الخواص الكيميائية للمادة الكيفية التي تتغير بها المادة كيميائيًا. فمثلاً نجد من خواص الحديد الكيميائية مقدرته على الاتحاد بالأكسجين في الهواء الرطب لتكوين أكسيد الحديد أوالصدأ. ويسمي الفهماء مثل هذا التغيير في هجريب المادة التغيير الكيميائي. وتؤدي بعض التغييرات إلى تغيير في قيم بعض الخواص الفيزيائية كالوزن أوالكثافة ولكن دون حتى يحدث تغيير في هجريب المادة. ويسمي الفهماء هذه التغييرات التغييرات الفيزيائية؛ فمثلاً عندما يتحول الماء إلى بخار فإنه يتغير فيزيائيًا وليس كيميائيًا.

المركبات والعناصر

يمكن للفهماء عن طريق استخدامهم عمليات كيميائية حتى يفصلوا مادة ما إلى نوعين أوأكثر من أنواع بسيطة من المادة لها خواص جديدة. وإذا وقع مثل ذلك فإنهم يسمون المادة المادة المركبة أوالمركب الكيميائي. والمواد التي لا تتفكك إلى أنواع أبسط من المادة عن طريق التغيير الكيميائي تسمى مواد عنصرية، أوعناصر كيميائية.

بنية المادة

كل المواد العادية مكونة من ذرات، والذرة أصغر كمية من العنصر يمكنها الدخول في تفاعل كيميائي لتكوين مركب. وتحتوي الذرات على جسيمات تسمى البروتونات والنيوترونات والإلكترونات. وتتكون البروتونات والنيوترونات بدورها من جسيمات صغيرة يطلق عليها الكواركات تربطها جسيمات أخرى تسمى القلونات.

كل ذرات المواد الأولية متشابهة. وعندما يتحد عنصران أوأكثر من مواد مختلفة لتكوين مركب فإن ذرات إحدى المواد تتحد مع ذرات المادة الأخرى. وتكوّن الذرات جسيمات كبيرة تسمى الجزيئات. ويتكون الماء من جزيئات، ويتكون جميع جزيء من ذرتين من الهيدروجين وذرة أكسجين واحدة. والذرات والجزيئات متناهية في الصغر. فإذا تم حساب عدد جزيئات قطرة من الماء بسرعة عد تساويعشرة ملايين جزيء في الثانية، فإن الإنسان يحتاج إلىخمسة ملايين سنة لكي يتمكن من عد الجزيئات كاملة.

والمركبات إما مركبات عضوية أوغير عضوية. وتحتوي المركبات العضوية كلها على عنصر الكربون، وتسمى عضوية لأن معظمها يوجد في الكائنات الحية (حيوان ونبات)، وتحتوي على ذرة الكربون. أما المركبات الأخرى فتصنف بوصفها مركبات غير عضوية. وهذا التصنيف مرن بعض الشيء. وتتكون المركبات العضوية من جزيئات كبيرة قد تحتوي على آلاف الذرات.

وترتبط الجزيئات بعضها ببعض بقوة كهربائية وتأتي هذه القوة من الإلكترونات الموجودة في الذرات. تتبادل الإلكترونات الموجودة في الجزيئات الذرات فيما يسميه الفهماء الروابط الأيونية، كما يمكن للذرات حتى تتشارك بالإلكترونات فيما يسمّيه الفهماء الروابط التساهمية.

حفظ المادة

قبل حتى يكتشف العالم الأمريكي ـ الألماني الأصل ـ ألبرت أينشتاين النظرية النسبية كان السائد بين الفهماء حتى المادة لا تفنى ولا تستحدث. انظر: النسبية. وكانت الفكرة السائدة تسمى حفظ المادة أوقانون بقاء المادة. أثبت أينشتاين حتى الكتلة والطاقة متبادلتان؛ أي حتى التغير الكيميائي الذي يعطي حرارة أوضوءًا يصاحبه فقدان جزء من كتلة المادة المتغيرة. والتفاعلات الكيميائية العادية التي تحدث في المصانع والمنازل والمعامل يصاحبها فقدان كمية قليلة جدًّا من الكتلة من الصعب تقديرها.

والتغيير الذي يمكن قياسه في كمية الكتلة المتغيرة إلى طاقة يحدث فقط في التفاعلات النووية التي تحدث في المفاعلات الذرية أوالقنابل الذرية. ونتيجة لنظرية أينشتاين عرّف الفهماء قانون حفظ الطاقة أوالكتلة كما يلي:

الكتلة ـ الطاقة لا تستحدث ولا تفنى ولكن جميع منهما يمكن حتى يتغير من حالة إلى أخرى (خاصيتان متبادلتان).

حالات المادة

توجد المادة عادة في ثلاث حالات طبيعية، الحالة الصلبة (الجامدة) والحالة السائلة والحالة الغازية. فالثلج مثلا ماء صلب، وعند تسخينه فإنه ينصهر عند درجة حرارة معينة مكونًا الماء السائل. وعند حمل درجة حرارة الماء إلى نقطة معينة، فإن الماء يغلي ويتحول إلى بخار أي إلى غاز. والانخفاض في درجة الحرارة يؤدي إلى عكس العملية السابقة. وعلى الرغم من التغييرات التي حدثت لحالة المادة الطبيعية في الماء، فإن الهجريب الكيميائي للماء لم يتغير. وهناك حالة رابعة للمادة تسمى البلازما وتنشأ تحت ظروف خاصة.

المواد الصلبة (الجامدة)

لكل المواد الصلبة شكل وصلادة وقساوة، وهي مدى مقاومة الجسم لتغيير شكله. فالصخر مثلاً، لا يتغير شكله بسهولة. وبعض الأجسام الصلبة كالملح والكبريت مواد قصيفة، وتتناثر عندما تُطرق. ولبعض المواد الصلبة قوة تماسك كبيرة تقاوم الشدّ والجذب. كما حتى للموادّ الصلبة ـ وللفلزات على وجه الخصوص ـ قابلية لأن تصبح طرية ومطاوعة، وهي قابلية التحويل إلى صفائح رقيقة إذا ما طُرِقتْ. ولها أيضًا خاصية الإطالة، وهي قابلية التحويل إلى صفائح رقيقة عن طريق السحب. وتعتمد هذه الخواص على الجسيمات التي تُصنع منها المادة، والقوة التي تُعمل عليها. فالذرات في جميع المواد الصّلبة مصطفّة بنمط منتظم يسمّى البلورات. \

السوائل

ليس للسوائل شكل خاص بها، ولكن لها خاصية الانسياب، ونتيجة لذلك تأخذ السّوائل شكل الإناء الذي يحتويها. والحديد والفولاذ مادتان قويتان في حالتهما الصّلبة، ولكن الصّنّاع يصهرونهما في كثير من الأحيان ويصبونهما في قوالب.

الغازات

لكل الغازات ـ بغضّ النظر عن هجريبها الجزيئي ـ خواص فيزيائية متشابهة. ومقارنة بكل المواد الصلبة والسائلة، فإن للغازات كثافة منخفضة. كما حتى للغازات ضغطـًا متساويًا في جميع الاتجاهات، ويمكن أيضًا حفظ جميع الغازات تحت ضغوط معيّنة. وعند تسخين الغازات فإنها تتمدّد كثيرًا وتؤدي إلى ضغوط كبيرة عند حبسها في وعاء أوحجم ثابت.

البلازما

وهي تكون الحالة الرابعة من حالات المادة ولكنها لا تُشَاهَد في الحياة اليومية. تتكون البلازما في داخل النجوم في الفضاء الخارجي، وفي بعض التجارب المعملية. وتنتج البلازما عندما تتأين ذرات الغاز (تُشحن كهربائيًا)، وتعطي القوى الكهربائية بين ذرات الغاز هذا الغاز خواص فيزيائية جديدة.

المادة المظلمة

يتكون الكون المرئي إلى حدٍّ كبير من عنصرين خفيفين، إذ يتكون من 75% هيدروجين و24% من الهيليوم، بينما تكوّن العناصر الثقيلة ما تبقّى. وعلى الرغم من ذلك فإن هناك دليلاً مقنعًا على حتى معظم مواد الكون ليس بمرئي، وتسمّى هذه المادة غير المرئية المادة المظلمة. كما حتى فهماء كثيرين يراودهم الشكّ في حتى المادة المظلمة تتكون من ذرات، أوحتى إلكترونات، أوبروتونات، أونيوترونات، أوكواركات. وعوضًا عن ذلك يمكن حتى تكون مكوناتها من نوع معيّن من الجسيمات لم تُكتَشَف بعد. وتُعدّ المادة المظلمة واحدةً من أبرز الحقائق الفهمية

المصادر

• الموسوعة المعهدية الكاملة