'เรื่อง' คืออะไร?
'สสาร' คือทุกสิ่งซึ่งครอบครองพื้นที่ (มีปริมาตร) และมีมวล มันสร้างทุกสิ่งในจักรวาลให้มีรูปร่างหรือรูปแบบบางอย่าง มันคือทุกสิ่งในจักรวาล มันสร้างโลกของเราและจักรวาลทั้งหมด
บนโลก สสารทั้งหมดมีอยู่หนึ่งในสามสถานะที่แตกต่างกัน ได้แก่ ของแข็ง ของเหลว หรือก๊าซ
คุณรู้ไหมว่ามนุษย์ถูกสร้างขึ้นจากทั้งสามสถานะหลักของสสาร?
สถานะที่มีสารอยู่ที่อุณหภูมิห้องเรียกว่าสถานะมาตรฐาน ตัวอย่างเช่น น้ำที่อุณหภูมิห้องจะมีสถานะเป็นของเหลว สารบางชนิดมีอยู่ในรูปของก๊าซที่อุณหภูมิห้อง (ออกซิเจนและคาร์บอนไดออกไซด์) ในขณะที่สารบางชนิดมีอยู่ในรูปของเหลว เช่น น้ำ โลหะส่วนใหญ่มีสถานะเป็นของแข็งที่อุณหภูมิห้อง ดาวพุธมีคุณสมบัติที่น่าสนใจในการเป็นทั้งโลหะและของเหลวในสถานะมาตรฐาน
แต่ละสถานะเหล่านี้ประกอบด้วยอนุภาคขนาดเล็ก สถานะของสสารขึ้นอยู่กับจำนวนอนุภาคที่ประกอบขึ้นด้วย
แข็ง
บางสิ่งมักจะถูกอธิบายว่าเป็นของแข็ง หากมันสามารถคงรูปร่างของมันเองได้และบีบอัดได้ยาก ตัวอย่างเช่น น้ำที่อยู่ในสถานะของแข็งคือน้ำแข็ง ในของแข็งโมเลกุลจะรวมตัวกันอย่างใกล้ชิดและมีความหนาแน่นสูง
ของเหลว
ของเหลวเช่นน้ำสามารถไหลหรือวิ่งได้ แต่ไม่สามารถยืดหรือบีบได้ ในของเหลว โมเลกุลจะอยู่ใกล้กันเป็นพิเศษแต่ไม่ชิดกันเท่ากับของแข็ง โมเลกุลมีความสามารถในการเคลื่อนที่และเลื่อนผ่านกัน ของเหลวไม่มีรูปร่างเป็นของตัวเอง แต่จะมีรูปร่างเหมือนภาชนะที่ถืออยู่ ตัวอย่างของของเหลว เช่น น้ำ นม น้ำผลไม้ น้ำมันเบนซิน น้ำมะนาว ฯลฯ
แก๊ส
ก๊าซสามารถไหล ขยายตัว และบีบได้ น้ำในรูปก๊าซคือไอน้ำ หากอยู่ในภาชนะที่ปิดสนิท มันจะหลบหนีออกไป ในก๊าซ โมเลกุลจะกระจายตัวมากกว่าในของแข็งหรือของเหลว และพวกมันจะชนกันแบบสุ่ม ก๊าซจะเติมลงในภาชนะใดก็ได้ แต่ถ้าไม่ได้ปิดผนึกภาชนะ ก๊าซก็จะหลบหนีออกมา ก๊าซสามารถบีบอัดได้ง่ายกว่าของเหลวหรือของแข็ง
การเปลี่ยนแปลงสถานะของสสาร
สสารสามารถอยู่ในสถานะของแข็ง ของเหลว หรือก๊าซ และสถานะของสารนั้นสามารถกำหนดได้จากอุณหภูมิของสารเป็นส่วนใหญ่ สารแต่ละชนิดมีอุณหภูมิขีดจำกัดที่ไม่ซ้ำกัน หลังจากนั้นจะเปลี่ยนสถานะ หลังจากที่ข้ามขีดจำกัดอุณหภูมิแล้ว สารจะเปลี่ยนเฟส ซึ่งจะเปลี่ยนสถานะของสสาร ภายใต้สภาวะความดันคงที่ อุณหภูมิจะเป็นปัจจัยหลักของเฟสของสาร
สสารสามารถเปลี่ยนสถานะได้ขึ้นอยู่กับอุณหภูมิ การหลอม การแช่แข็ง การเดือด การระเหย การควบแน่น การระเหิด และการสะสมเป็นวิธีการที่วัสดุเปลี่ยนสถานะ
ที่อุณหภูมิต่ำ การเคลื่อนที่ของโมเลกุลจะลดลง และสารต่างๆ มีพลังงานภายในน้อยลง โมเลกุลจะตกลงสู่สถานะพลังงานต่ำโดยสัมพันธ์กันและเคลื่อนที่น้อยมาก ซึ่งเป็นลักษณะของสสารที่เป็นของแข็ง เมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น พลังงานความร้อนเพิ่มเติมจะถูกนำไปใช้กับส่วนที่เป็นส่วนประกอบของของแข็ง ซึ่งทำให้เกิดการเคลื่อนที่ของโมเลกุลเพิ่มเติม โมเลกุลเริ่มผลักกันและปริมาตรโดยรวมของสารจะเพิ่มขึ้น ณ จุดนี้ สสารได้เข้าสู่สถานะของเหลวแล้ว สถานะของก๊าซเกิดขึ้นเมื่อโมเลกุลดูดซับพลังงานความร้อนได้มากเนื่องจากอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นจนสามารถเคลื่อนที่ไปมาได้อย่างอิสระด้วยความเร็วสูง
หากความดันคงที่ สถานะของสารจะขึ้นอยู่กับอุณหภูมิที่สัมผัสทั้งหมด ด้วยเหตุนี้ น้ำแข็งจะละลายหากนำออกจากช่องแช่แข็ง และน้ำจะเดือดออกจากหม้อหากปล่อยทิ้งไว้ที่อุณหภูมิสูงเกินไปเป็นเวลานานเกินไป อุณหภูมิเป็นเพียงการวัดปริมาณพลังงานความร้อนที่มีอยู่ในสิ่งแวดล้อม เมื่อวางสารไว้ในบริเวณที่มีอุณหภูมิต่างกัน ความร้อนจะถูกแลกเปลี่ยนระหว่างสารกับสภาพแวดล้อม ทำให้ทั้งสองมีอุณหภูมิสมดุล ดังนั้นเมื่อก้อนน้ำแข็งสัมผัสกับความร้อน โมเลกุลของน้ำจะดูดซับพลังงานความร้อนจากบรรยากาศโดยรอบและเริ่มเคลื่อนที่อย่างมีพลังมากขึ้น ทำให้น้ำแข็งละลายเป็นน้ำของเหลว
การหลอมเป็นกระบวนการเปลี่ยนของแข็งให้เป็นของเหลว เมื่อของแข็งได้รับความร้อน อนุภาคจะได้รับพลังงานมากขึ้นและเริ่มสั่นสะเทือนเร็วขึ้น ที่อุณหภูมิหนึ่ง อนุภาคจะสั่นสะเทือนมากจนโครงสร้างที่ได้รับคำสั่งพังทลายลง ณ จุดนี้ ของแข็งจะละลายเป็นของเหลว อุณหภูมิที่การเปลี่ยนแปลงจากของแข็งเป็นของเหลวเกิดขึ้นเรียกว่าจุดหลอมเหลว ของแข็งแต่ละชนิดมีจุดหลอมเหลวที่กำหนดไว้ที่ความดันอากาศปกติ ที่ความกดอากาศต่ำ เช่น บนภูเขา จุดหลอมเหลวจะลดลง
การระเหย เป็นกระบวนการเปลี่ยนของเหลวให้เป็นก๊าซ หากคุณทิ้งน้ำไว้ในภาชนะปากกว้าง คุณจะสังเกตเห็นว่าน้ำบางส่วนจะหายไปเมื่อเวลาผ่านไป น้ำของเหลวเปลี่ยนเป็นก๊าซ (ไอน้ำ) - นี่คือการระเหย มันเกิดขึ้นเมื่อของเหลวกลายเป็นก๊าซที่ต่ำกว่าจุดเดือดมาก มีอนุภาคในของเหลวที่มีพลังงานเพียงพอที่จะแตกตัวออกจากส่วนที่เหลือให้กลายเป็นก๊าซอยู่เสมอ
การควบแน่น เป็นกระบวนการเปลี่ยนก๊าซให้เป็นของเหลว ตัวอย่างเช่น ไอน้ำในอากาศเย็นลงและเปลี่ยนเป็นหยดน้ำ (น้ำค้าง) เล็กๆ บนใบไม้และหน้าต่างในตอนเช้าหลังจากคืนที่หนาวเย็น วัตถุที่เย็นกว่ามักจะดูดซับพลังงานจากวัตถุที่ร้อนกว่า
การแช่แข็ง เป็นกระบวนการเปลี่ยนของเหลวให้เป็นของแข็ง มันตรงกันข้ามกับการละลาย ตัวอย่างเช่น ลาวาคือหินเหลวที่ปะทุผ่านภูเขาไฟที่อุณหภูมิสูงถึง 1,500 O C (2,732 O F) ผ่านภูเขาไฟ อย่างไรก็ตาม ลาวาที่ร้อนแดงจะเย็นตัวลงเมื่อสัมผัสกับพื้นผิวโลก และเปลี่ยนกลับเป็นหินแข็งอีกครั้ง
การเดือด - เมื่อของเหลวถูกทำให้ร้อน อนุภาคจะได้รับพลังงานมากขึ้น พวกเขาเริ่มเคลื่อนที่เร็วขึ้นและห่างไกลออกไป ที่อุณหภูมิหนึ่ง อนุภาคจะแตกตัวเป็นอิสระจากกัน และของเหลวจะกลายเป็นก๊าซ นี่คือจุดเดือด จุดเดือดของสารจะเท่ากันเสมอ มันไม่แตกต่างกัน ตัวอย่างเช่น น้ำจะเดือดเมื่อมีอุณหภูมิถึงจุดเดือดที่ 100°C (212°F) นี่คืออุณหภูมิที่น้ำเปลี่ยนเป็นไอน้ำ ไอน้ำเป็นก๊าซที่มองไม่เห็น เมื่อถึงฝาก็จะเย็นตัวกลับเป็นของเหลว
การระเหิด คือการเปลี่ยนของแข็งให้เป็นก๊าซโดยไม่ทำให้กลายเป็นของเหลว ตัวอย่างที่ง่ายที่สุดของการระเหิดอาจเป็นน้ำแข็งแห้ง น้ำแข็งแห้งคือคาร์บอนไดออกไซด์ที่เป็นของแข็ง (CO2) น่าประหลาดใจที่เมื่อคุณทิ้งน้ำแข็งแห้งไว้ในห้อง น้ำแข็งจะกลายเป็นก๊าซโดยไม่กลายเป็นของเหลว คุณเคยได้ยินเรื่องคาร์บอนไดออกไซด์เหลวหรือไม่? สามารถทำได้ แต่ไม่ใช่ในสถานการณ์ปกติ ถ่านหินเป็นอีกตัวอย่างหนึ่งของสารประกอบที่จะไม่ละลายที่ความดันบรรยากาศปกติ มันจะระเหิดที่อุณหภูมิสูงมาก
การทับถม คือการเปลี่ยนก๊าซให้เป็นของแข็ง มันเกิดขึ้นเมื่อก๊าซกลายเป็นของแข็งโดยไม่ต้องผ่านสถานะของเหลวของสสาร เมื่อเข้าใกล้เสามากขึ้น เราจะเห็นน้ำค้างแข็งในตอนเช้าของฤดูหนาว ผลึกน้ำค้างแข็งเล็กๆ เหล่านี้บนต้นไม้จะก่อตัวขึ้นเมื่อไอน้ำจากอากาศกลายเป็นของแข็งบนใบของพืช
การเปลี่ยนแปลงทางเคมีกับการเปลี่ยนแปลงทางกายภาพ
สิ่งสำคัญคือต้องเข้าใจความแตกต่างระหว่างการเปลี่ยนแปลงทางเคมีและกายภาพ การเปลี่ยนแปลงทางกายภาพมักเกี่ยวกับสถานะทางกายภาพของสสาร และการเปลี่ยนแปลงทางเคมีเกิดขึ้นเมื่อพันธะโมเลกุลแตกออกหรือถูกสร้างขึ้นระหว่างปฏิกิริยาเคมี การเปลี่ยนแปลงทางเคมีเกิดขึ้นในระดับโมเลกุล
ไม่มีการเปลี่ยนแปลงโมเลกุล
การยืดหนังยาง การเติมอากาศในบอลลูน หรือการบดกระป๋อง ล้วนเป็นตัวอย่างของการเปลี่ยนแปลงทางกายภาพ สิ่งเหล่านี้เป็นการเปลี่ยนแปลงเฉพาะรูปร่างของรายการเท่านั้น สถานะของสสารไม่มีการเปลี่ยนแปลงเนื่องจากพลังงานในระดับโมเลกุลไม่เปลี่ยนแปลง ในการเปลี่ยนแปลงทางกายภาพ ไม่มีการเปลี่ยนแปลงของโมเลกุลเกิดขึ้น โมเลกุลยังคงเหมือนเดิมโดยไม่มีการสร้างหรือทำลายพันธะเคมีใหม่
ในทำนองเดียวกัน การละลายน้ำแข็ง น้ำเดือด หรือน้ำของเหลวที่แช่แข็ง ล้วนเป็นการเปลี่ยนแปลงทางกายภาพโดยการเพิ่มพลังงาน การเปลี่ยนแปลงเฟสหรือสถานะของสสาร เช่น ของแข็งเป็นของเหลว ของเหลวเป็นก๊าซ ของเหลวเป็นของแข็ง ล้วนเป็นการเปลี่ยนแปลงทางกายภาพทั้งสิ้น การกระทำทางกายภาพ เช่น การเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิหรือความดันอาจทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงทางกายภาพได้ ตัวอย่างเช่น ในการละลายน้ำแข็งหรือน้ำของเหลวเยือกแข็ง ไม่มีการเปลี่ยนแปลงทางเคมีเกิดขึ้น โมเลกุลของน้ำยังคงเป็นโมเลกุลของน้ำ
การเปลี่ยนแปลงโมเลกุล
การเปลี่ยนแปลงทางเคมีเกิดขึ้นในระดับที่เล็กกว่ามาก แม้ว่าการทดลองบางอย่างจะแสดงการเปลี่ยนแปลงทางเคมีที่ชัดเจน เช่น การเปลี่ยนสี แต่การเปลี่ยนแปลงทางเคมีส่วนใหญ่ไม่สามารถมองเห็นได้ การเปลี่ยนแปลงทางเคมีเมื่อไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ (H2O2) กลายเป็นน้ำไม่สามารถมองเห็นได้เนื่องจากของเหลวทั้งสองมีความใส อย่างไรก็ตาม เบื้องหลัง มีการสร้างและทำลายพันธะเคมีหลายพันล้านพันธะ เมื่อไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์เปลี่ยนเป็นน้ำ อาจเห็นฟองก๊าซออกซิเจน (O2) ฟองอากาศเหล่านั้นเป็นหลักฐานของการเปลี่ยนแปลงทางเคมี
การละลายน้ำตาลก้อนเป็นการเปลี่ยนแปลงทางกายภาพเพราะสารนั้นยังคงเป็นน้ำตาล การเผาน้ำตาลก้อนเป็นการเปลี่ยนแปลงทางเคมี ไฟกระตุ้นปฏิกิริยาเคมีระหว่างน้ำตาลกับออกซิเจน ออกซิเจนในอากาศทำปฏิกิริยากับน้ำตาลและพันธะเคมีจะถูกทำลาย
เมื่อเหล็กสัมผัสกับก๊าซออกซิเจนในอากาศ เหล็กจะเกิดสนิม กระบวนการนี้สามารถเห็นได้ในระยะเวลาอันยาวนาน โมเลกุลเปลี่ยนโครงสร้างเมื่อเหล็กถูกออกซิไดซ์ และกลายเป็นเหล็กออกไซด์ในที่สุด ท่อขึ้นสนิมในอาคารร้างเป็นตัวอย่างของกระบวนการออกซิเดชั่นในโลกแห่งความเป็นจริง
การเปลี่ยนแปลงสามารถย้อนกลับหรือย้อนกลับไม่ได้
การเปลี่ยนแปลงที่ย้อนกลับได้คือการเปลี่ยนแปลงที่สามารถเปลี่ยนกลับได้อีกครั้ง ตัวอย่างเช่น ถ้าก้อนน้ำแข็งละลาย มันก็จะกลายเป็นน้ำ แต่เราสามารถแช่แข็งมันอีกครั้งเพื่อให้กลายเป็นก้อนน้ำแข็งเพื่อกลับสู่สภาพเดิมได้ การหลอมละลายและการให้ความร้อนเป็นตัวอย่างของการเปลี่ยนแปลงที่ผันกลับได้
การเปลี่ยนแปลงที่ไม่สามารถย้อนกลับได้คือการเปลี่ยนแปลงที่ไม่สามารถเปลี่ยนกลับได้อีก ตัวอย่างเช่น ถ้าส่วนผสมเค้กถูกอบ มันก็จะกลายเป็นเค้ก และเราไม่สามารถเปลี่ยนกลับเป็นส่วนผสมได้ การเปลี่ยนแปลงนี้ไม่สามารถย้อนกลับได้เนื่องจากมีปฏิกิริยาเคมีเกิดขึ้น การเผาไหม้หรือการผสมของเหลวกับโซดาไบคาร์บอเนตเป็นตัวอย่างหนึ่งของการเปลี่ยนแปลงที่ไม่สามารถย้อนกลับได้
ภาพรวมโดยย่อของคำศัพท์บางคำและการเปลี่ยนแปลงระยะที่เกี่ยวข้อง:
ฟิวชั่น/การหลอม - ของแข็งเป็นของเหลว
การแช่แข็ง - ของเหลวเป็นของแข็ง
การกลายเป็นไอ/การเดือด – ของเหลวกลายเป็นก๊าซ
การควบแน่น - ก๊าซเป็นของเหลว
การระเหิด - แข็งเป็นแก๊ส
การสะสม - ก๊าซกลายเป็นของแข็ง
