موضوع چیست'؟
"ماده" هر چیزی است که فضا را اشغال می کند (حجم دارد) و جرم دارد. همه چیز در جهان را به شکلی یا شکلی می سازد. این همه چیز در جهان است. سیاره ما و کل کیهان را تشکیل می دهد.
در زمین، همه مواد در یکی از سه حالت مختلف وجود دارند: جامد، مایع یا گاز.
آیا می دانید انسان ها از هر سه حالت اصلی ماده ساخته شده اند؟
حالتی که یک ماده در دمای اتاق وجود دارد، حالت استاندارد آن نامیده می شود. برای مثال، در دمای اتاق، آب به صورت مایع وجود دارد. برخی از مواد به صورت گاز در دمای اتاق (اکسیژن و دی اکسید کربن) وجود دارند، در حالی که برخی دیگر مانند آب به صورت مایع وجود دارند. بیشتر فلزات به صورت جامد در دمای اتاق وجود دارند. جیوه دارای خواص جالبی است که در حالت استاندارد هم فلز و هم مایع است.
هر یک از این حالت ها از ذرات ریز تشکیل شده است. وضعیت ماده بستگی به تعداد ذرات آنها دارد.
جامد
چیزی معمولاً به عنوان جامد توصیف می شود که بتواند شکل خود را حفظ کند و به سختی فشرده شود. به عنوان مثال، آب به شکل جامد یخ است. در یک جامد، مولکول ها نزدیک به هم بسته بندی شده اند و چگالی بالایی دارند.
مایع
مایعی مانند آب می‌تواند جاری یا جاری شود، اما نمی‌توان آن را کشیده یا فشرده کرد. در مایعات، مولکول ها به طور خاص به هم نزدیک هستند اما به اندازه ماده جامد به هم نزدیک نیستند. مولکول ها توانایی حرکت در اطراف و لغزش از کنار یکدیگر را دارند. یک ماده مایع به خودی خود شکلی ندارد، شکل ظرفی که در آن نگهداری می شود را به خود می گیرد. نمونه هایی از مایعات عبارتند از آب، شیر، آب میوه، بنزین، لیموناد و غیره.
گاز
گاز می تواند جریان یابد، منبسط شود، و می تواند فشرده شود. آب به صورت گاز بخار است. اگر در ظرف بدون مهر و موم باشد فرار می کند. در گازها، مولکول ها بسیار بیشتر از جامدات یا مایعات پخش می شوند و به طور تصادفی با یکدیگر برخورد می کنند. گاز هر ظرفی را پر می کند، اما اگر ظرف آب بندی نشود، گاز خارج می شود. گاز را می توان خیلی راحت تر از مایع یا جامد فشرده کرد.
تغییر حالات ماده
ماده می تواند در حالت جامد، مایع یا گاز وجود داشته باشد و حالتی که یک ماده در آن قرار دارد را می توان تا حد زیادی با دمای آن تعیین کرد. هر ماده دمای آستانه منحصر به فردی دارد که پس از آن حالت خود را تغییر می دهد. پس از عبور از آن دمای آستانه، ماده فاز خود را تغییر می دهد و در نتیجه حالت ماده را تغییر می دهد. در شرایط فشار ثابت، دما عامل اصلی تعیین کننده فاز یک ماده است.
بسته به دمای آن، ماده می تواند تغییر حالت دهد. ذوب، انجماد، جوشاندن، تبخیر، تراکم، تصعید و رسوب راه هایی هستند که در آن یک ماده تغییر حالت می دهد.
در دماهای پایین، حرکت مولکولی کاهش می یابد و مواد انرژی درونی کمتری دارند. مولکول ها در حالت های کم انرژی نسبت به یکدیگر قرار می گیرند و حرکت بسیار کمی دارند که مشخصه ماده جامد است. با افزایش دما، انرژی گرمایی اضافی به اجزای تشکیل دهنده یک جامد اعمال می شود که باعث حرکت مولکولی اضافی می شود. مولکول ها شروع به فشار دادن به یکدیگر می کنند و حجم کلی یک ماده افزایش می یابد. در این مرحله ماده وارد حالت مایع شده است. حالت گازی زمانی ایجاد می شود که مولکول ها به دلیل افزایش دما انرژی گرمایی زیادی جذب کرده باشند که آزادانه با سرعت بالا در اطراف یکدیگر حرکت کنند.
اگر فشار ثابت باشد، وضعیت یک ماده کاملاً به دمایی که در معرض آن قرار می گیرد بستگی دارد. به همین دلیل، اگر یخ را از فریزر بیرون بیاورید، آب می شود و اگر برای مدت طولانی در دمای خیلی بالا بماند، آب از قابلمه می جوشد. دما صرفاً اندازه گیری مقدار انرژی گرمایی موجود در محیط است. هنگامی که یک ماده در محیطی با دمای متفاوت قرار می گیرد، گرما بین ماده و محیط رد و بدل می شود و باعث می شود که هر دو به دمای تعادل برسند. بنابراین وقتی یک مکعب یخ در معرض گرما قرار می گیرد، مولکول های آب آن انرژی گرمایی را از جو اطراف جذب می کند و با انرژی بیشتری شروع به حرکت می کند و باعث می شود یخ آب به آب مایع تبدیل شود.
ذوب فرآیند تبدیل یک جامد به مایع است. هنگامی که یک جامد گرم می شود، به ذرات انرژی بیشتری داده می شود و سریعتر شروع به ارتعاش می کنند. در یک دمای معین، ذرات به قدری ارتعاش می کنند که ساختار مرتب آنها از بین می رود. در این مرحله، جامد به مایع تبدیل می شود. دمایی که در آن این تغییر از جامد به مایع اتفاق می افتد، نقطه ذوب نامیده می شود. هر جامد دارای یک نقطه ذوب تنظیم شده در فشار هوای معمولی است. در فشار هوای پایین تر، مانند بالای کوه، نقطه ذوب کاهش می یابد.
تبخیر فرآیند تبدیل مایع به گاز است. اگر مقداری آب در یک ظرف دهان گشاد بگذارید، متوجه خواهید شد که پس از مدتی مقداری از آب از بین می رود. آب مایع به گاز (بخار آب) تبدیل می شود - این تبخیر است. زمانی اتفاق می‌افتد که یک مایع بسیار پایین‌تر از نقطه جوش خود به گاز تبدیل می‌شود. همیشه مقداری ذرات در مایع وجود دارد که انرژی کافی برای رها شدن از بقیه و تبدیل شدن به گاز دارند.
تراکم فرآیند تبدیل گاز به مایع است. به عنوان مثال، بخار آب موجود در هوا سرد می شود و صبح بعد از یک شب سرد به قطرات کوچک آب مایع (شبنم) روی برگ ها و پنجره ها تبدیل می شود. اجسام سردتر اغلب انرژی را از اجسام داغتر جذب می کنند.
انجماد فرآیند تبدیل مایع به جامد است. برعکس ذوب شدن است. به عنوان مثال، گدازه سنگ مایعی است که از طریق آتشفشان در دمای 1500 درجه سانتیگراد (2732 درجه فارنهایت ) از طریق آتشفشان فوران می کند. با این حال، گدازه داغ سرخ هنگام برخورد با سطح زمین سرد می شود و دوباره به سنگ جامد تبدیل می شود.
جوشیدن - وقتی مایعی گرم می شود، انرژی بیشتری به ذرات داده می شود. آنها شروع به حرکت سریعتر و دورتر از هم می کنند. در دمای معینی، ذرات از یکدیگر جدا می شوند و مایع به گاز تبدیل می شود. این نقطه جوش است. نقطه جوش یک ماده همیشه یکسان است. فرقی نمی کند به عنوان مثال، زمانی که آب به نقطه جوش 100 درجه سانتیگراد (212 درجه فارنهایت) می رسد، می جوشد. این دمایی است که در آن آب به بخار تبدیل می شود. بخار یک گاز نامرئی است. وقتی به درب رسید خنک می شود و به مایع تبدیل می شود.
تصعید عبارت است از تبدیل یک جامد به گاز بدون اینکه به مایع تبدیل شود. ساده ترین مثال تصعید ممکن است یخ خشک باشد. یخ خشک دی اکسید کربن جامد (CO2) است. به طرز شگفت انگیزی، وقتی یخ خشک را در اتاقی بیرون می گذارید، بدون اینکه مایع شود، به گاز تبدیل می شود. آیا تا به حال در مورد دی اکسید کربن مایع شنیده اید؟ می توان آن را ساخت، اما در شرایط عادی نه. زغال سنگ نمونه دیگری از ترکیباتی است که در فشارهای معمولی جو ذوب نمی شود. در دماهای بسیار بالا تصعید خواهد شد.
رسوب تبدیل گاز به جامد است. زمانی اتفاق می افتد که گاز بدون عبور از حالت مایع ماده به جامد تبدیل شود. نزدیک‌تر به قطب‌ها می‌توان یخبندان را در صبح‌های زمستان مشاهده کرد. وقتی بخار آب هوا روی برگ‌های گیاهان جامد می‌شود، بلورهای کوچک یخبندان روی گیاهان ایجاد می‌شوند.
تغییرات شیمیایی در مقابل تغییرات فیزیکی
درک تفاوت بین تغییرات شیمیایی و فیزیکی مهم است. تغییرات فیزیکی معمولاً مربوط به وضعیت فیزیکی ماده است و تغییرات شیمیایی زمانی اتفاق می‌افتد که پیوندهای مولکولی در طی یک واکنش شیمیایی شکسته یا ایجاد شوند. تغییرات شیمیایی در سطح مولکولی اتفاق می افتد.
بدون تغییر در مولکول ها
کشش یک نوار لاستیکی، پر کردن هوای یک بادکنک یا له کردن قوطی، همگی نمونه هایی از تغییرات فیزیکی هستند. این تغییرات فقط در شکل اقلام است. هیچ تغییری در حالت ماده وجود ندارد زیرا انرژی در سطح مولکولی تغییر نکرده است. در یک تغییر فیزیکی، هیچ تغییری در مولکول‌ها رخ نمی‌دهد، مولکول‌ها همچنان یکسان هستند و هیچ پیوند شیمیایی جدیدی ایجاد یا شکسته نشده است.
به طور مشابه، ذوب کردن تکه های یخ، آب جوش یا انجماد آب مایع، همه تغییرات فیزیکی با افزودن انرژی هستند. تغییر فاز یا حالت ماده یعنی جامد به مایع، مایع به گاز، مایع به جامد همه تغییرات فیزیکی هستند. اعمال فیزیکی مانند تغییر دما یا فشار می تواند باعث تغییرات فیزیکی شود. به عنوان مثال، در ذوب یخ یا انجماد آب مایع هیچ تغییر شیمیایی رخ نمی دهد، مولکول های آب همچنان مولکول های آب هستند.
تغییر مولکول ها
تغییرات شیمیایی در مقیاس بسیار کوچکتر اتفاق می افتد. در حالی که برخی آزمایش‌ها تغییرات شیمیایی آشکاری مانند تغییر رنگ را نشان می‌دهند، اکثر تغییرات شیمیایی قابل مشاهده نیستند. تغییر شیمیایی با تبدیل پراکسید هیدروژن (H2O2) به آب قابل مشاهده نیست زیرا هر دو مایع شفاف هستند. با این حال، در پشت صحنه، میلیاردها پیوند شیمیایی در حال ایجاد و نابودی است. هنگامی که پراکسید هیدروژن به آب تبدیل می شود، ممکن است حباب هایی از گاز اکسیژن (O2) مشاهده شود. آن حباب ها شواهدی از تغییرات شیمیایی هستند.
ذوب یک حبه قند یک تغییر فیزیکی است زیرا این ماده هنوز شکر است. سوزاندن یک حبه قند یک تغییر شیمیایی است. آتش یک واکنش شیمیایی بین قند و اکسیژن را فعال می کند. اکسیژن موجود در هوا با قند واکنش می دهد و پیوندهای شیمیایی شکسته می شود.
وقتی آهن در معرض گاز اکسیژن هوا قرار می گیرد، آهن زنگ می زند. این روند را می توان در مدت زمان طولانی مشاهده کرد. با اکسید شدن آهن، مولکول ها ساختار خود را تغییر می دهند و در نهایت به اکسید آهن تبدیل می شوند. لوله های زنگ زده در ساختمان های متروک نمونه های واقعی فرآیند اکسیداسیون هستند.
تغییر می تواند برگشت پذیر یا غیر قابل برگشت باشد
تغییر برگشت پذیر تغییری است که می توان آن را دوباره تغییر داد. به عنوان مثال، اگر یک تکه یخ ذوب شود، تبدیل به آب می‌شود، اما می‌توانیم آن را دوباره منجمد کنیم تا به یک قالب یخ تبدیل شود تا بتواند به حالت اولیه خود بازگردد. ذوب و گرم شدن نمونه هایی از تغییرات برگشت پذیر هستند.
تغییر برگشت ناپذیر تغییری است که نمی توان آن را دوباره تغییر داد. به عنوان مثال، اگر مخلوط کیک پخته شود، تبدیل به کیک می شود و نمی توانیم آن را دوباره به مخلوط تبدیل کنیم. این تغییر برگشت ناپذیر است زیرا یک واکنش شیمیایی رخ داده است. سوزاندن یا مخلوط کردن مایع با بی کربنات نوشابه نمونه ای از تغییرات برگشت ناپذیر است.
یک عکس فوری از اصطلاحات خاص و تغییرات فاز مرتبط:
همجوشی/ذوب - جامد به مایع
انجماد - مایع به جامد
تبخیر/جوش - مایع به گاز
تراکم - گاز به مایع
تصعید - جامد به گاز
رسوب - گاز به جامد
