شرح قانون حفظ المادة

مفهوم حفظ المادة

يعبّر هذا المفهوم العلمي الخاص بقانون حفظ المادة أو حفظ الكتلة والذي يعني باللغة الإنجليزية: Law of Conservation of Mass؛ بأن وجود المادة في نظام مغلق أو نظام معزول يضمن حفاظ المادة على مقدارها دون إضافة أو إنقاص، ويمكن أن تتغير في الشكل فقط، لكن يبقى المقدار ثابت كما هو، ويمكن تفسير قانون حفظ المادة ببساطة بأن المادة لا يمكن إنشاؤها أو تدميرها، ولكن يمكن تغيير شكلها كما في المعادلات الكيميائية، فهذا القانون واضح؛ إذ يكون عدد الذرات ونوعها هو نفسه لكل من المواد التي استخدمت في التفاعل والمواد الناتجة دون نقصان أو زيادة، وينسب اكتشاف هذا القانون لميخائيل لومونوسوف أو أنطوان لافوازييه.

قانون حفظ المادة في الكيمياء

قانون حفظ المادة في الكيمياء يعني أنّ كتلة المواد التي تدخل في التفاعل الكيميائي تساوي كتلة المواد التي تنتج عن التفاعل، إذا تم هذا التفاعل الكيميائي ضمن نظام معزول، ويعني مفهوم النظام المعزول؛ أي أنه لا يتفاعل مع محيطه، حتى لو أنّ مادة معيّنة تحولت إلى مادة مختلفة بواسطة تفاعل ما، لكن الكتلة الإجمالية للمخرجات تساوي تمامًا كتلة المواد المتفاعلة؛ مما مكّن العلماء من فهم حقيقة التفاعل الكيميائي، إذ لا يخفي التفاعل الكيميائي المواد المتفاعلة كما يظهر الأمر، بل يحول تلك المواد إلى مواد أخرى بمقدار الكتلة نفسها، والعالم الكيميائي أنطوان لافوازييه الذي يرجح أن يكون صاحب اكتشاف قانون حفظ المادة له رأي هو: “لا يُمكن إنشاء ذرات لمادّة ما أو إتلافها، ولكن يمكن نقل تلك الذرات وتحويلها إلى جسيمات مختلفة”.

أمثلة على قانون حفظ المادة

•  الطاقة الشمسية: هي من الأمثلة الواضحة التطبيقية على هذا القانون الخاص بحفظ المادة، إذ تتغير الطاقة من شكل إلى آخر مختلف وفق سلسلة طويلة من التغيّرات الفيزيائية والاختلافات الكيميائية؛ إذ يحدث في الأنظمة الحية أنّ الطاقة الشمسية تتحول إلى طاقة كيميائية، وإلى طاقة ميكانيكية فيما بعد، وضمن كل مرحلة من هذه المراحل تكون الطاقة ذات جودة مرتفعة تتدفق وتتحلل إلى البيئة الجديدة، لتصبح منخفضة الجودة، ووفقًا لقانون حفظ المادة فإنه لا يمكن الحصول على مزيد من الطاقة من خلال التغيرات الكيميائية أو الفيزيائية المصاحبة لعملية تحوّل الطاقة، لأن طاقة الإدخال تساوي طاقة الإخراج دائمًا.
• المدفأة الكهربائية: عند تشغيل المدفأة الكهربائية تتحول الطاقة الكهربائية إلى طاقة حرارية، وإذا ما تم قياس مقدار الكهرباء التي دخلت إلى المدفأة ستكون نفس كمية الحرارة التي نتجت عنها بالضبط، وهنا تعني كلمة الناتجة أي الناتجة عن المدفأة، وهذا يعني أنّ مقدار الطاقة تم حفظه خلال عملية التحويل التي حصلت في نظام مغلق وهو المدفأة الكهربائية.

قانون حفظ الطاقة الميكانيكية

من الأمثلة البسيطة التي تفسر حفظ الطاقة وإثبات أنها لا تضيع بل تتغير في الشكل فقط، هناك مثال بسيط لحفظ الطاقة الميكانيكية؛ فإذا كان شخص يحمل كرة بيسبول في أعلى مبنى مرتفع، الحركية، بمعنى أنه لا يمكنها أبدًا اكتساب كمية من الطاقة الحركية أكبر من الطاقة الكامنة التي كانت تمتلكها، وفي اللحظة التي تسبق اصطدامها بالأرض، تكون الطاقة الحركية للكرة قد تساوت بالضبط مع الطاقة الكامنة التي كانت تمتلكها في أعلى المبنى، ومقدار الطاقة الكامنة صفر وتعادل مقدار الطاقة الحركية التي كانت تمتلكها قبل إسقاطها، وعندما تضرب الكرة الأرض تتشتت الطاقة، وتذهب معظمها إلى الأرض وفقًا لصلابة الكرة والأرض، وقد تتسبب هذه الطاقة في ارتداد الكرة، أو تظهر بعض الطاقة على شكل صوت يتم إنتاجه عندما تصل الكرة إلى القاع، وسيظهر بعضها كحرارة، فالطاقة الكلية أو الناتجة لا تضيع؛ فهي ببساطة تغيرت في الشكل فقط.