ما هي التغيرات الفيزيائية؟

التغيرات الفيزيائية هي التغيرات التي تحدث بالمادة دون كسر أو بناء روابط جديدة، فالمواد التي تنتج لها نفس خصائص المواد الأولية ولا ينتج عن التغيرات الفيزيائية مركبات وعناصر جديدة، والجزيئات والذرات القديمة تبقى موجودة ولكن شكل المادة الخارجي أو خصائصه تتغير فقط، والتغيرات الفيزيائية لن تؤدي لحدوث تغير جوهري في المادة. يوجد عدّة أنواع للتغيرات الفيزيائية فمنها ما يحدث للون مادة ما، ومنها ما يحدث لملمس المادة، ومن الممكن أن تحدث لدرجة الحرارة أو الشكل أو تغير في حالتها، والتغيرات الفيزيائية تختلف عن التغيرات الكيميائية التي بسببها يحدث إعادة ترتيب لجزيئات المادة وذراتها وينتج عن هذا الترتيب عناصر ومركبات كيميائية جديدة.

يتحدث المقال عن التغيرات الفيزيائية، ويشمل:

• التغيرات الفيزيائية.
• أنواع التغيرات الفيزيائية.
• أسباب حدوث التغيرات الفيزيائية.
• دلائل حدوث التغيرات الفيزيائية.
• مواد تنتج عن التغيرات الفيزيائية.
• ما الفرق بين التغيرات الفيزيائية والكيميائية؟
• إجابات لبعض الأسئلة الشائعة.

التغيرات الفيزيائية

يمكن تعريف التغيرات الفيزيائية بأنّها التغيرات التي تحدث بالمادة دون كسر أو بناء روابط جديد، فالمواد التي تنتج لها نفس خصائص المواد الأولية ولا ينتج عن التغيرات الفيزيائية مركبات وعناصر جديدة، والتغيرات الفيزيائية هي تغيرات مادية للمادة ينتج عنها تغيير في شكل المادة أو حجمها ولا تتحول فيها المادة لمادة أخرى، حيث لا يحدث فيها تفاعل كيميائي على عكس التغيرات الكيميائية، ومن الممكن أن تكون التغيرات الفيزيائية قابلة للعكس أو غير قابلة، فعند ذوبان الثلج إلى الماء من الممكن إعادة تجميده مرة أخرى، وهذا يعني أنّ هذا التغير قابل للعكس، أمّا عند تحطيم حجر أو تمزيق الورق فلا يمكن التراجع عن التغير وإرجاع الورقة أو الحجر للحالة الأصلية.

التغيرات الفيزيائية لن تؤدي لحدوث تغير جوهري في المادة، ومن الأمثلة عليه العصير المخلوط، فالتقطيع والطحن والخلط أنواع من التغيرات الفيزيائية لأنها تكون في شكل المادة فقط وليس في تكوينها، ومن الأمثلة على التغيرات الفيزيائية أيضاً خلط الملح والفلفل الذي ينتج عنه مواد جديدة دون حدوث تغيير في التركيب الكيميائي لأيٍ من المكونات، والمواد بشكل عام إذا ما حدث لها إذابة أو تجمّد أو غلي أو تكاثف أو ترسيب أو تسامي فهذه كلها تغيرات فيزيائية لعدم حدوث تغيير في خصائص المادة.

أنواع التغيرات الفيزيائية

يمكن للتغيرات الفيزيائية أن تطرأ على أكثر من شكل ونوع للمادة نفسها، وهذه الأنواع التي يؤدي تغييرها لتغيير فيزيائي بحيث لا تتحول المادة إلى مادة جديدة أخرى كما يلي:

• اللون: تغير لون المادة ليس بالضرورة أن يدل على حدوث التفاعل الكيميائي أي التغير الكيميائي مثل الصدأ، فعلى سبيل المثال طلاء السيارة المعدنية هو تغير فيزيائي لا يدل على حدوث تفاعل.
• الملمس: من الممكن أن يكون اختلاف ملمس مادة معينة علامة لحدوث التغير الفيزيائي، وعلى سبيل المثال إذا كان هناك قطعة من الخشب مغطاة بالرمل والأسمنت فسيكون ملمسها مختلف عنها عندما كانت قطعة من الخشب خشنة الملمس.
• درجة الحرارة: التغير في درجة حرارة المادة لا يمكن رؤيته إلا بعد حدوث تغير في حالتها مثل ذوبان الثلج، والتغير في درجة حرارة المادة يعتبر تغير فيزيائي.
• الشكل: تغير شكل جسم ما وبقاء تركيبه الكيميائي بدون تغيير يعتبر تغير فيزيائي للمادة.
• تغيير الحالة: تغير حالة المادة يعتبر تغير فيزيائي، فتغير حالة المادة من سائلة إلى غازية مثلاً أو مثل لزوجتها وتغير شكلها فهذه كلها تشير إلى تغيرات فيزيائية في المادة.

أسباب حدوث التغيرات الفيزيائية

• الطاقة: تعتبر الطاقة العامل الرئيس في تغير حالة المادة فيزيائياً عن طريق فقدان الطاقة أو اكتسابها، وعلى سبيل المثال يحتاج الثلج لامتصاص الطاقة من البيئة التي تحيط بع من أجل انصهاره وتحوله من الحالة الصلبة إلى الحالة السائلة.
• تغير درجة حرارة المادة: تغير درجة حرارة المادة يؤدي إلى تغير حالة المادة، وهذا التغير يعتبر تغير فيزيائي لأن المادة تبقى دون تغير في الروابط الجديدة أو تفكك الروابط القديمة، وهذا التغير ليس بالضرورة أن تتم ملاحظته بالعين، بل يمكن ملاحظته عن طريق اللمس أو بواسطة جهاز لقياس الحرارة.
• التعرض لقوة خارجية: عند تعرض الورقة على سبيل المثال للضغط وطيّها فإن هذا يؤدي لحدوث تغير فيزيائي فيها، ولا يؤدي هذا التغير لحدوث تغيير كيميائي في تركيبها فمكوناتها تبقى كما هي ولكن شكلها وحجمها اللذان يتأثران فقط.
• التغير في حالة المادة: يوجد عدّة تحوّلات في حالة المادة تعني حدوث تغيرات فيزيائية في المادة وهي كما يلي:
  • التغير في حالة المادة من الحالة الصلبة إلى الحالة السائلة والعكس، ومن الأمثلة على هذه الحالة عملية التجمد والذوبان، ففي التجمد يفقد السائل طاقته مما يؤدي إلى انخفاض درجة حرارته ليتحول من الحالة السائلة إلى الحالة الصلبة مثل تجمد الماء، وفي الذوبان تكتسب المادة الصلبة الطاقة اللازمة لتحولها إلى المادة السائلة مثل انصهار الثلج وذوبانه.
  • التغير في حالة المادة من الحالة السائلة إلى الحالة الغازية والعكس، ومن الأمثلة على هذه الحالة عملية التبخر والتكاثف، ففي عملية التبخر يكتسب السائل الطاقة اللازمة لتفكيك جزيئاته وتحويلها إلى غاز مثل تبخر الماء المغلي أو تبخر جزيئات الماء في المسطحات المائية المختلفة، وفي عملية التكاثف تفقد جزيئات الغاز الطاقة التي تحول بين تجمع جزيئات الغاز مع بعضها البعض وهذا ما يؤدي إلى ارتباطها مرة أخرى ويجعلها تشكِّل قطرات من السائل على الأسطح الباردة مثل قطرات الماء الموجودة على زجاج نوافذ السيارات في فصل الشتاء.
  • التغير في حالة المادة من الحالة الصلبة إلى الحالة الغازية والعكس مروراً بالحالة السائلة، ولكن بعض التغيرات الفيزيائية لا تحتاج لهذه المرحلة، ومن الأمثلة على هذه التغيرات الفيزيائية التسامي والترسيب، فعملية التسامي تعبِّر عن تحول المادة من الحالة الصلبة إلى الحالة الغازية بعد اكتساب المادة للطاقة الكافية لتفكيك الجزيئات الأكبر من الجزيئات التي بتفكيكها تتحول المادة من الحالة السائلة إلى الحالة الغازية بشكل مباشر مثل الثلج الجافّ، وفي عملية الترسيب تفقد جزيئات الغاز الطاقة بشكل كبير وكافي لتتحول بشكل مباشر إلى جزيئات صلبة مثل تشكّل الصقيع في فصل الشتاء.
  • التغير في حالة المادة من حالة الغاز إلى حالة البلازما التي تتكوّن نتيجة لتأين الغاز، وعند توفر طاقة ومساحة كافيتين تتأين المادة من الحالة الصلبة أو الحالة السائلة إلى الحالة الغازية بشكل مباشر، والتأين يكون بسبب طاقة التأين التي تلزم من أجل إزالة الإلكترون من الذرات الغازية أو الأيونات، وعكس عملية التأين هي عملية إعادة التركيب، وهي العملية التي تتحول فيها المادة من حالة البلازما إلى الحالة الغازية، وفيها تعود الجسيمات التي تعرّضت لعملية التأين إلى الحالة الغازية بسبب إيقاف تزويدها بالطاقة، فعملية إعادة التركيب يمكن تفسيرها على أنّها دمج الشحنات أو نقل الإلكترونات في المادة الغازية، وهذا ما يؤدي إلى معادلة الأيونات.

دلائل حدوث التغيرات الفيزيائية

يوجد بعض العلامات والدلائل التي تشير لحدوث تغير فيزيائي في مادة معينة والتي لا يشترط توفرّها جميعها، وهي كالآتي:

• حدوث تغيير في حالة المادة دون حدوث أي تغييرات في خصائصها، ومن الأمثلة عليها انصهار الثلج وتحوله لماء سائل.
• حدوث تغيير في شكل المادة الخارجي.
• حدوث تغيير في حجم المادة.
• إرجاع المادة لوضعها الأصلي بسهولة.

مواد تنتج عن التغيرات الفيزيائية

التغيرات الفيزيائية لا ينتج عنها أي مواد جديدة، وهذا لأنّ الذرات والجزيئات في المادة القديمة تبقى مرتبة بنفس الطريقة التي كانت عليها عند حدوث تحول للمادة إلى شكل آخر، وهذا يعني عدم حدوث تغيير في خصائص المادة الكيميائية، ومن الأمثلة عليها تمزيق ورقة إلى أجزاء فالذي تغير هو شكلها وحجمها فقط، ولكن الخصائص الأصلية للورقة تبقى كما هي دون تغيير، فالتغييرات الفيزيائية تحدث لحجم المادة و ملمسها وشكلها فقط، وهي تغييرات مؤقتة ومن الممكن عكسها وإرجاعها إلى الحالة الأصلية مثل تحويل المواد الصلبة لمواد سائلة مثل تذويب الثلج للماء السائل ومن ثم تحويل الماء السائل إلى الثلج عن طريق التجمد.

ما الفرق بين التغيرات الفيزيائية والكيميائية

• التغيرات الفيزيائية والتي تؤثر على الخصائص الفيزيائية للمادة مثل الشكل والحجم، وفيها لا يحدث تغيير في الروابط الكيميائية للمادة أو إنتاج مادة جديدة، وفيها يمكن عكس التغير وإرجاع المادة للحالة الأصلية، ومن الأمثلة عليها تسخين وتبريد الماء.
• التغيرات الكيميائية التي تؤثر على الخصائص الكيميائية للمادة، ويحدث فيها تغيير في الروابط الكيميائية للمادة وينتج عنها مادة جديدة، ولا يمكن إرجاع المادة للحالة الأصلية، ويكون السبب في حدوث التغيرات الكيميائية التفاعلات الكيميائية التي ينتج عنها عناصر كيميائية أو مركبات جديدة، ومن الأمثلة عليها مرور تيار كهربائي عبر الماء يؤدي إلى حدوث تفاعل وتصادم الحبيبات مع بعضها.

يوضح الجدول التالي أبرز الفروقات وأوجه المقارنة بين التغيرات الفيزيائية والكيميائية وبيان كل نوع وذكر أمثلة على كلٍ منهم كما يلي:

وجه المقارنة	التغيرات الفيزيائية	التغيرات الكيميائية
التعريف	لا ينجم عنها تغيير في كتلة المادة، وخصائص المادة الداخلية تبقى كما هي، وهذه التغييرات مؤقتة ويمكن عكسها وإرجاع المادة لحالتها الأصلية.	ينجم عنها تكوّن مادة جديدة، وتكون هذه التغييرات دائمة لأنّها تنتج عن تكسير الروابط الكيميائية القديمة للمادة وتشكيل روابط جديدة لإنتاج مركبات أو عناصر كيميائية جديدة.
النتائج	لا ينتج عنها مواد جديدة، فالجزيئات والذرات القديمة تبقى موجودة ولكن شكل المادة الخارجي أو خصائصه تتغير فقط.	ينتج عنها عناصر أو مركبات كيميائية جديدة لأنّ الذرات والجزيئات تعيد ترتيب نفسها بشكل جديد.
التأثير	تؤثر على خصائص المادة الفيزيائية مثل الحجم واللون والشكل وغيرها فقط.	تؤثر على الخصائص الكيميائية والفيزيائية للمادة.
الانعكاس	التغيرات الفيزيائية قابلة للانعكاس.	التغيرات الكيميائية غير قابلة للانعكاس أبداً.
الطاقة	التغيرات الفيزيائية لا ينتج عنها أي طاقة.	يحتاج التغير الكيميائي إلى استهلاك طاقة أو إنتاجها على شكل ضوء أو حرارة أو صوت في أثناء التغيرات الكيميائية.

أسئلة شائعة

ما هي التغيرات الفيزيائية الماصة للطاقة؟

التغير الفيزيائي يكون بسبب امتصاص الطاقة اللازمة لتحول المادة من حالة إلى حالة أو بسبب فقدان الطاقة التي تؤدي لتحول المادة من حالة إلى حالة أخرى، والتغير الفيزيائي كما تمّ تعريفه سابقاً بأنّه التغير الذي يحدث لمادة معينة ينتج عنه تغيير في شكل المادة إلى شكل آخر بدون حدوث تغيير في صفات المادة الكيميائية، والتغيرات التي تحتاج لطاقة من أجل حدوثها أو ماصّة للطاقة هي:

• عملية الانصهار وتحول المادة الصلبة إلى المادة السائلة مثل ذوبان الثلج وتحوله إلى ماء سائل بعد اكتسابه الطاقة اللازمة لذلك.
• عملية التبخر وتحول الماء السائل إلى غاز عن طريق اكتسابه الطاقة التي تلزم لتفكيك جزيئاته مثل تبخر الماء المغلي، وتبخر المياه من المسطحات المائية المختلفة.
• عملية التسامي التي تحدث بعد اكتساب المادة الصلبة للطاقة التي تكفي لتفكيك جزيئاتها الكبيرة والأكبر من الجزيئات التي تتفكّك عند تحول المادة من الحالة الصلبة إلى الحالة السائلة وتتحول إلى الحالة الغازية بشكل مباشر مثل الثلج الجافّ. 

فيديو عن التغيرات الفيزيائية