تعريف الكثافة
- للكثافة العديد من التعريفات اعتمادًا على المعاني المختلفة التي تشير إليها.
- تُعرف الكثافة بأنها إحدى الخصائص الفيزيائية للمواد من أنواع مختلفة ، فلكل مادة كثافة معينة تختلف عن كثافة المواد الأخرى.
- تُعرّف الكثافة علميًا بأنها نسبة كتلة الجسم إلى حجمه.
- تختلف قيمة الاختلاف في كثافة المواد باختلاف الظواهر الطبيعية للغرق أو الطفو ، فكلما زادت كثافة المواد يؤدي ذلك إلى غرقها بشكل أسرع ، وكلما انخفضت كثافتها ، تطفو هذه المواد برفق على السطح من الماء.
- ظاهرة التيارات المائية الموجودة في المحيطات ، وظاهرة التيارات الهوائية الساخنة والباردة ، والعديد من الظواهر الأخرى.
العوامل المؤثرة في كثافة المادة
تؤثر بعض العوامل وتساهم في اختلاف واضح بين كثافة المواد المختلفة ، ومن أهم هذه العوامل ما يلي:
الكتلة الذرية
- تتكون نواة أي ذرة من مجموعة أو عدد محدد من الجسيمات الدقيقة مقسمة إلى ثلاثة أنواع ، البروتونات وهي جسيمات موجبة الشحنة ، والنيوترونات وهي جسيمات محايدة أو مشحونة بشكل متساوٍ ، والإلكترونات وهي جسيمات سالبة الشحنة.
- رقم الكتلة الذرية هو ما يمثل مجموع هذه الجسيمات بنسب معينة.
- تحتوي الذرات التي تحتوي على عدد إجمالي أكبر من البروتونات والنيوترونات على عدد كتل أكبر من الذرات التي تحتوي على عدد أقل.
- كتلة جسيمات الإلكترون أقل من الكتلة المجمعة للبروتونات والنيوترونات ، وبالتالي فإن الذرات التي تحتوي على معظم جسيمات الإلكترون تصبح أقل كتلة من بقية الذرات.
قوة الروابط الجزيئية.
- تعتبر الروابط بين ذرات الجزيء التي تتكون منها المادة من أهم الأشياء التي تحدد الخصائص المميزة لهذه المادة وأهمها الكثافة.
- يتم تحديد حالة المادة نفسها ، سواء كانت صلبة أو سائلة أو غازية ، من خلال نوع وهيكل الروابط بين الذرات في الجزيء. كلما كانت هذه الروابط أقوى ، كانت المسافة بين ذرات الجزيئات أصغر. ، لذلك تصبح صلبة.
- تعمل قوة روابط هذه الجزيئات على الاختلاف في التركيب البلوري للمادة بشكل عام ، مما يؤثر على كثافتها.
- كلما زاد عدد الروابط ، زاد عدد الذرات المحتواة في مساحة صغيرة ، مما يزيد الكثافة.
- كلما قل عدد الروابط ، قل عدد الذرات الموجودة في مساحة صغيرة ، مما يقلل الكثافة.
كثافة مختلطة
- تحتوي بعض المواد على جزيئات في الحالة السائلة بالإضافة إلى جزيئات في حالة الغاز ، والتي تسمى الكثافة المختلطة.
- يؤثر الاختلاف في طبيعة وحالة الجزيئات داخل المادة بشكل مباشر على كثافتها.
وحدة قياس الكثافة في النظام الدولي
- بعد تحديد مفهوم الكثافة ، يتضح أنه لا يمكن قياس الكثافة دون معرفة كل من كتلة وحجم المادة المراد قياس كثافتها.
- حيث أن القانون الرياضي المستخدم لقياس الكثافة هو (كثافة أي جسم تساوي كتلة هذا الجسم مقسومة على حجمه). يجب تحديد كل من كتلة وحجم الجسم لمعرفة كثافته بدقة.
- وحدة SI للكثافة تساوي وحدة SI للكتلة مقسومة على وحدة SI للحجم.
- وحدة الكتلة في النظام الدولي للوحدات هي الكيلوجرام ، بينما وحدة الحجم في النظام الدولي للوحدات هي المتر المكعب ، لذا فإن وحدة الكثافة في النظام الدولي للوحدات هي الكيلوجرام لكل متر مكعب.
- يعرّف النظام الدولي للوحدات القياسية وحدة الكثافة على أنها كيلوغرام واحد لكل متر مكعب.
- هناك بعض الوحدات الأكثر استخدامًا لقياس كثافة المواد التي تكون أصغر من وحدة SI للكثافة ، مثل الجرام لكل مليمتر والجرام لكل لتر ، وهي فعالة لقياس كثافة المواد صغيرة الحجم.
تختلف كثافة المواد باختلاف درجات الحرارة.
- المعلومات الأساسية والحقيقة العلمية المعروفة دائمًا هي أن المواد الصلبة لديها أعلى كثافة ، تليها المواد السائلة ذات الكثافة الأقل ، وأخيراً المواد الغازية هي الأقل كثافة.
- لقد ثبت أن هذه الحقيقة لا تنطبق على جميع المواد في جميع الحالات أو في ظل ظروف مختلفة.
- اتضح أن هناك مواد سائلة يمكن أن تكون كثافتها أكبر من كثافة المواد الصلبة ، وذلك لوجود علاقة قوية بين درجة حرارة هذه المواد وكثافتها.
- ترتبط درجة الحرارة وتتأثر بحركة الذرات داخل جزيئات المادة مما يغير طبيعة وقوة الروابط بين تلك الذرات مما يؤدي إلى اختلاف في كثافتها وفي المواد الغازية هناك علاقة مباشرة بين درجة حرارة الذرات وحجم المادة.
فيما يلي بعض المواد التي تتأثر كثافتها بالحرارة:
ماء نقي
- تتأثر كثافة الماء النقي بدرجة الحرارة بشكل مباشر.
- تسخين المياه النقية وزيادة درجة حرارتها يقلل من كثافتها.
- ويعود السبب في ذلك إلى زيادة الطاقة الحركية لجزيئات الماء النقي عند ارتفاع درجة حرارتها ، مما يجعلها تشغل مساحة أكبر ، مما يزيد من حجمها ويقلل من كثافتها.
سوائل نقية
- الإيثانول النقي هو أحد أشكال السوائل النقية ، لأنه مركب قطبي مثل الماء ، والذي يشكل روابط هيدروجينية بين الذرات.
- إن بنية الإيثانول النقي هي نفس البنية الشبكية الثلاثية للماء.
- ولكن على عكس الماء ، الذي تزداد كثافته مع انخفاض درجة الحرارة ، تقل كثافة مركب الإيثانول الورع إذا انخفضت درجة حرارته.
- تتصرف معظم السوائل النقية تمامًا مثل الإيثانول النقي عند تعرضها لدرجات حرارة منخفضة.
الصيغة الرياضية لقياس الكثافة.
العناصر التي قد تعجبك:
بيان حالة مدرس أزهري إلكتروني
أسئلة وأجوبة حول محو الأمية.
الفرق بين الدائن والمدين
- يعتبر من حيث الكثافة في اللغة اللاتينية القديمة المستخدمة في الرموز الكيميائية الحالية مع الرمز (ρ) ويسمى (Rho).
- بينما تعتبر الكتلة في اللغة اللاتينية القديمة برمز (M) وهو الحرف الأول من كلمة (Mass) التي تعني الكتلة.
- ويتناول أيضًا المجلد في اللغة اللاتينية القديمة برمز (V) ، وهو الحرف الأول من كلمة (المجلد) أو (Volium) ، مما يعني الحجم.
- وهكذا ، فإن الصيغة الرياضية للمعادلة الكيميائية التي تقاس بقانون الكثافة تصبح: ρ = M / V ، وتشير إلى أن الكثافة هي ناتج قسمة الكتلة على الحجم ، وأن وحدة قياس النتيجة هي بالكيلوجرام لكل مكعب متر.
كثافة بعض المواد المختلفة.
كثافة الثلج
- كثافة الثلج عند درجة حرارة التجمد (0 درجة مئوية) هي 0.917 جرام لكل مليلتر.
كثافة جزيء الماء
- كثافة جزيء الماء عند أربع درجات مئوية هي جرام واحد لكل مليلتر.
كثافة عنصر الذهب
- كثافة الذهب 19.13 جرام لكل مليلتر.
كثافة الدهون في الجسم
- كثافة الدهون في الجسم 0.94 جرام لكل مليلتر.
كثافة الهواء الجاف
- كثافة الهواء الجاف عند 25 درجة مئوية هي 0.001185 جرام لكل مليلتر.
كثافة غاز الهليوم
- كثافة غاز الهيليوم عند 25 درجة مئوية هي 0.164000 جرام لكل مليلتر.
كثافة مادة الفلين.
- تتراوح كثافة مادة الفلين من 22 إلى 26. غرام لكل مليلتر.
كثافة سكر المائدة.
- كثافة سكر المائدة 1.59 جرام لكل مليلتر.
كثافة التربة
- تبلغ كثافة التربة 5.54 جرام لكل مليلتر.