ماده و ویژگی های آن:
در ساده ترین تعریف هر چیزی که دارای جرم و حجم (مقداری فضا اشغال کند) باشد، ماده نامیده می شود. این اصطلاح برای هر شیء فیزیکی قابل مشاهده ای که از ذرات کوچک تری به نام اتم یا مولکول تشکیل شده است، استفاده می شود.
ذرات سازنده ی هر ماده با هم فاصله دارند و بینشان فضای خالی وجود دارد که مجموع این فضا های خالی به اضافه خود آن ها مساوی حجم آن است. این ذرات، همواره در حال جنب و جوش و حرکت هستند و بینشان نیروی ربایش وجود دارد. معرفی ماده در کتاب علوم پایه چهارم و پایه های دیگر ارائه شده است.
فهرست مطالب:
1- ماده چیست؟
هر چیزی که در اطرافمان مشاهده می کنیم و جرم و حجم دارد، ماده است. اگر چیزی یکی از این دو شرط را نداشته باشد، مثل فوتون ها که جرم ندارند یا ذرات نقطه ای مثل کوارک ها و لپتون ها که حجم موثری ندارند، ماده محسوب نمی شود. مواد از ذرات کوچکی به نام اتم تشکیل شده اند، اتم هم از ذرات ریزتری به نام الکترون، پروتون و نوترون تشکیل شده است.
2- حالت های مختلف ماده:
امروزه مواد را به 5 حالت جامد، مایع، گاز، پلاسما و چگالش بوز اینشتین (که جدید ترین حالت ماده بوده و دمای آن بسیار پایین است) تقسیم بندی می کنیم.
جامد:
مواد در حالت جامد شکل هندسی مشخصی دارند، زیرا مولکول های سازنده ی آن ها بسیار نزدیک به هم هستند و فقط می توانند در جای خود بلرزند. قدرت پیوند بین مولکول های جامد در مواد مختلف، با یکدیگر فرق می کند، مثلا پیوند بین مولکول های آهن محکم تر از پیوند بین مولکول های ژله است.
مایع:
در این حالت، معمولا فاصله ی بین مولکول ها به نسبت حالت جامد بیشتر است. به همین دلیل مولکول های سازنده این مواد می توانند آزادانه تر حرکت کنند، روی هم سر بخورند و بچرخند. همچنین مایعات شکل هندسی خاصی ندارند و در هر ظرفی ریخته شوند، شکل آن ظرف را به خود می گیرند.
گاز:
فاصله ی بین مولکولی، در حالت گازی خیلی بیشتر از این فاصله در حالات مایع و جامد است. بنابراین مولکول های گاز می توانند تقریبا به صورت آزادانه حرکت کنند و به هر سمتی بروند و دارای شکل مشخصی نیستند.
پلاسما:
در واقع پلاسما مخلوطی از یون های گازی و الکترون است. وقتی به گازها گرما می دهیم، الکترون های اتم گاز انرژی لازم برای جدا شدن از اتم را کسب کرده و آن اتم به کاتیون تبدیل می شود.
اگر تعداد الکترون های یک اتم از تعداد پروتون های آن بیشتر باشد، آنیون و اگر تعداد الکترون ها از پروتون کمتر باشد کاتیون نامیده می شود. گاز های یونیده شده، خواصشان با گازهای معمولی متفاوت است، به همین دلیل در گروهی جداگانه قرار می گیرند. ستاره و شعله ی شمع، مثال هایی از حالت پلاسما هستند.
حالت چگالش بوز اینشتین:
حالتی از ماده است که در آن گاز رقیق بوزون را تا نزدیک دمای صفر مطلق 273,14- درجه ی سانتی گراد، سرد می کنند و در اثر این دمای پایین گذار فازی رخ می دهد و تعداد زیادی از بوزون ها کمترین فضای کوانتومی را اشغال کرده و پدیده ی کوانتومی ماکروسکوپی رخ می دهد. بوزون های سرد در هم فرو رفته و اَبَر ذره هایی با رفتاری شبیه رفتار ریزموج به وجود می آید. صفر مطلق دمای 273.15 درجه ی سانتی گراد است که صفر مقیاس کلوین است.
3- تغییر حالت های ماده:
فاکتور هایی مثل فشار و دما می توانند موجب تغییر حالت مواد شوند، البته فشار روی کره ی زمین تقریبا ثابت بوده و این دما است که در تغییر حالت مواد نقش اصلی را ایفا می کند. مثلا آب روی کره ی زمین به سه حالت جامد (یخ)، مایع، و گاز (بخار آب) وجود دارد. تغییر حالت یا تغییر فاز مواد شامل ذوب، انجماد، تبخیر، میعان، تصعید و چگالش است.
3-1- ذوب:
فرآیندی است که طی آن به یک ماده ی جامد گرما می دهیم، تا به مایع تبدیل شود. دمای ذوب مواد، یعنی دمایی که جامدات به حالت مایع در می آیند، با یکدیگر متفاوت است و به نیروی بین مولکول های آن ماده بستگی دارد. همچنین نقطه ی ذوب یک ماده ثابت نبوده و در فشارهای مختلف متفاوت است.
3-2- انجماد:
تبدیل شدن ماده از حالت مایع به جامد را انجماد می گویند. نقطه ی انجماد هم مانند نقطه ذوب به فشار محیط بستگی داشته و در مواد مختلف متفاوت است.
3-3- میعان:
تغییر ماده از حالت گاز به حالت مایع را میعان می گویند. تشکیل شبنم صبحگاهی نمونه ای از میعان در طبیعت است. میعان به طور معمول زمانی که هوا با بخار آب اشباع باشد، یا هنگامی که تا نقطه ی شبنم سرد شود اتفاق می افتد.
3-4- تبخیر:
تبدیل حالت ماده از مایع به گاز را تبخیر می گویند. مولکول های یک مایع وقتی به آن ها گرما داده می شود، با کسب انرژی جنبش و حرکت آن ها سریع شده و از فاز مایع به حالت بخار تبدیل می شوند.
3-5- تصعید:
تبدیل مستقیم ماده از حالت جامد به حالت گاز را تصعید یا فرازش می گویند. اگر کافور، قرص های نفتالینی یا بلورهای ید را در ظرف سر بار بگذاریم تصعید شده و مستقیما به گاز تبدیل می شوند.
3-6- چگالش:
تبدیل مستقیم ماده از حالت گاز به جامد را چگالش می نامیم. تشکیل برف در آسمان و ایجاد برفک یخچال نمونه هایی از فرایند چگالش هستند.
4- نظریه جنبشی:
اگر یک بادکنک حاوی گاز هلیوم (نوعی گاز نجیب) را درون اتاق گرمی قرار دهیم، مولکول های گاز که به طور طبیعی دارای جرم و سرعت و در نتیجه انرژی جنبشی هستند، حرکت می کنند و به دیواره ی داخلی بادکنک برخورد می کنند، سرعت این مولکول ها با جذب انرژی جنبشی بیشتر شده، در نتیجه بادکنک منبسط می شود. حال اگر همین بادکنک را در مکانی سرد قرار دهیم.
ذرات گاز انرژی خود را از دست می دهند، سرعتشان کم می شود و بادکنک منقبض می شود. نظریه ی جنبشی ماده، بررسی چگونگی رفتار مواد در حالت های جامد، مایع، گاز و پلاسما از نقطه نظر گرمایی است.
گازهای نجیب یا بی اثر، بی رنگ، بدون بو و بدون مزه بوده و قابلیت اشتعال ندارند. این عناصر به سختی با عناصر دیگر واکنش می دهند و به همین دلیل گازهای بی اثر نامیده می شوند. این گاز ها در گروه آخر جدول تناوبی جای می گیرند.
5- ساختمان مواد:
همان طور که قبلا گفتیم مواد از ذارت کوچک تری به نام اتم ساخته می شوند، این اتم ها معمولا به صورت آزاد وجود ندارند و در طبیعت به صورت ترکیب با هم در ساختار مواد دیده می شوند. واژه ی اتم در زبان یونانی به معنای تجزیه ناپذیر است، زیرا در گذشته تصور می شد، اتم ها کوچک ترین ذرات سازنده ی ماده هستند و تجزیه نمی شوند. از اتصال دو یا چند اتم به هم مولکول ها ساخته می شوند، در واقع مولکول کوچک ترین ذره ی سازنده ی ماده است که خواص آن را دارد. مولکول ها به حالت آزاد یافت می شوند.
6- دسته بندی مواد:
مواد به سه دسته عنصر، ماده مرکب و مواد مخلوط تقسیم می شوند که به توضیح مختصری درباره آن ها در زیر پرداخته می شود.
6-1- عنصر:
ماده ای است که نمی توان آن را به مواد ساده تری تجزیه کرد و ذرات سازنده ی آن از اتم ها و مولکول های یکسانی تشکیل شده اند. تاکنون 109 عنصر شناسایی شده است که 91 مورد از آن ها در طبیعت وجود دارد و باقی به صورت آزمایشگاهی تولید می شوند.
عنصرها می توانند فلز، نافلز و شبه فلز باشد. فلزات مانند مس، آهن، نقره و… هستند و نافلزات مثل هلیوم، اکسیژن، کربن و شبه فلز مثل سیلیسیم، ژرمانیوم و موارد دیگر هستند.
6-2- ترکیب:
موادی که از به هم پیوستن دو یا چند عنصر مختلف تشکیل می شوند ترکیب نام دارند. در واقع از به هم پیوستن عنصرها ترکیب ایجاد می شود، اما خواص ترکیب با عناصر سازنده آن کاملا متفاوت است. مثلا آمونیاک از ترکیب عناصر هیدروژن و نیتروژن ایجاد شده است، ولی خواص آن با خواص این عناصر کاملا متفاوت است. خواص هر ترکیب به نوع، تعداد و نحوه ی اتصال اتم ها در ساختمانش، بستگی دارد.
6-3- مواد مخلوط:
این مواد زمانی ایجاد می شوند که ذرات سازنده ی دو یا چند ماده، با حفظ خواص، با یکدیگر آمیخته شوند. مثل هوا که مخلوطی از گازهای مختلفی مثل اکسیژن، نیتروژن و…. است.
خواص شیمیایی این مواد ثابت می ماند ولی خواص فیزیکی مثل نقطه ی ذوبشان ممکن است تغییر کند. مخلوط ها به صورت های مختلف مایع در مایع، گاز در گاز، جامد در جامد، گاز در جامد، جامد در گاز، جامد در مایع و گاز در مایع وجود دارند.
|
|
|
|
| نماد اعتماد الکترونیک | نشان ملی ثبت | گواهی شامد ارشاد |
© کلیه حقوق مادی و معنوی این وب سایت متعلق به داده پردازان هومان پویان می باشد.
