الكثافة
- الكثافة هي كتلة وحدة الحجوم من المادة عند درجة حرارة معينة.
- ولأن المادة تتكون من جزيئات، فإن كثافة المادة تعتمد على كتلة الجزيئات والمسافات البينية بينها.
- قانون الكثافة :
- وحدة قياس الكثافة:
- جم / سم3 (g/cm3)
- كجم / م3 (Kg/m3)
- تعتمد كثافة المادة على:
- كتلة الجزيئات
- المسافات البينية بينها
كثافة الماء
- كثافة الماء النقي عند درجة حرارة °4C تساوي 1g/cm3 أو 1000kg/m3 (بالوحدة الدولية للكثافة).
- تعتمد كثافة المادة على كتلة الجزيئات و المسافات البينية بينها لذلك تختلف كثافة الماء عند وجوده في حالاته الفيزيائية الثلاث.
الكثافة النسبية للمادة
- الكثافة النسبية للمادة هي النسبة بين كثافة مادة معينة وكثافة الماء النقي عند نفس درجة الحرارة.
- قانون الكثافة النسبية:
- ليس للكثافة النسبية وحدة قياس ؛ لأنها نسبة بين كميتين متماثلتين (كثافة المادة وكثافة الماء ولكل منهما نفس وحدة القياس).
تأثير درجة الحرارة على كثافة الماء
(1) ارتفاع الحرارة عن °4C
- تنخفض الكثافة تدريجيًا.
- الروابط الهيدروجينية تبدأ بالتحلل بسبب زيادة الطاقة الحركية، فيتمدد الماء فيشغل حيز (حجم) أكبر مع ثبات الكتلة مما يؤدي إلى انخفاض الكثافة.
(2) عند °4C
- أعلى كثافة للماء تكون عند درجة حرارة °4C وتساوي 1g/cm3
- الروابط الهيدروجينية في توازن بين التماسك والتفكك ، مما يجعل الماء أكثر كثافة وتكون الجزيئات أقرب ما يكون لبعضها البعض.
(3) انخفاض الحرارة عن °4C إلى °0C
- تنخفض الكثافة تدريجيًا.
- الروابط الهيدروجينية ترتب الجزيئات في هيكل بلوري مفتوح، مما يزيد من حجم الماء بسبب ترتيب الجزيئات في أشكال بلورية مع ثبات الكتلة مما يؤدي إلى انخفاض الكثافة.
قياس كثافة السوائل
- تقاس كثافة السوائل أو كثافتها النسبية بالهيدروميتر.
- الهيدروميتر عبارة عن مستودع زجاجي مجوف محكم الغلق بجزء سفلي أوسع للطفو، يوجد فيه كرات من الرصاص (أو الزئبق) تساعد على الإتزان الرأسي
- يتصل مستودعه بساق زجاجي طويل ذي قطر صغير مدرج بوحدات الكثافة بحيث يشير التدريج السفلي إلى أعلى كثافة يقيسها الهيدروميتر ويشير التدريج الأعلى إلى أدنى كثافة يقيسها الهيدروميتر بالشكل التالي:
مسائل محلولة على الكثافة
مثال (1): مكعب من الحديد كتلته 130جم وحجمه 15سم3 ، احسب كثافته؟
الحل:
الكتلة = 130 جم ، الحجم = 15 سم3
الكثافة = الكتلة ÷ الحجم = 130 ÷ 15 = 8.66 جم / سم3
مثال (2): احسب الكثافة النسبيّة للحليب، إذا علمت أنّ كثافته تُساوي 1.03 جم / سم3 وكثافة الماء 1 جم / سم3
الحل:
كثافة الحليب = 1.03 جم / سم3 ، كثافة الماء = 1 جم / سم3
الكثافة النسبية للحليب = كثافة الحليب ÷ كثافة الماء
الكثافة النسبية للحليب = 1.03÷ 1 = 1.03
(3) علل: لماذا تعد الكثافة صفة مميزة للسائل عند ثبوت درجة الحرارة ؟
ج: لأنه لا يوجد سائلان لهما نفس الكثافة عند ثبوت درجة الحرارة، حيث تختلف السوائل في:
- الكتلة الذرية
- المسافات البينية بين الذرات أو الجزيئات
- وجود بعض الشوائب.
(4) ما معنى قولنا أن: كثافة الماء النقي 1g/cm3 عند درجة حرارة °4C ؟
ج: أي أن : كتلة 1cm3 من الماء عند درجة حرارة °4C تساوي 1g.
