ماده: جهان از چه ساخته شده است؟
ماده چیست و چگونه آن را تشخیص دهیم؟
همه چیز در اطراف ما، از هوایی که تنفس می‌کنیم تا مدادی که با آن می‌نویسیم، از ماده ساخته شده است. ماده به هر چیزی گفته می‌شود که دو ویژگی مهم داشته باشد:
- جرم دارد: جرم مقدار ماده تشکیل‌دهنده یک جسم است. ما جرم را معمولاً با وزن کردن یک جسم احساس می‌کنیم. برای مثال، یک توپ پینگ‌پنگ جرم کمی دارد، اما یک توپ بولینگ جرم زیادی دارد. واحد اندازه‌گیری جرم، گرم۵ و کیلوگرم۶ است.
- فضا اشغال می‌کند: یعنی ماده دارای حجم۷ است. حجم، مقدار فضایی است که یک ماده می‌گیرد. یک لیوان پر از آب، حجم مشخصی دارد و فضای داخل لیوان را پر کرده است.
حالا فکر کنید به یک چیز نامرئی مثل هوا. آیا هوا ماده است؟ بله! هوا اگرچه دیده نمی‌شود، اما جرم دارد (می‌توان یک بادکنک پر از هوا را وزن کرد) و فضای داخل بادکنک را کاملاً پر می‌کند. در مقابل، چیزهایی مانند نور خورشید یا گرما ماده محسوب نمی‌شوند زیرا جرم ندارند و فضایی را اشغال نمی‌کنند.
سه حالت اصلی ماده: جامد، مایع و گاز
ماده معمولاً در سه حالت اصلی دیده می‌شود. این حالت‌ها به دلیل تفاوت در آرایش و حرکت ذرات۹ ریز تشکیل‌دهنده ماده به وجود می‌آیند. جدول زیر این سه حالت را با هم مقایسه می‌کند:
| حالت ماده | شکل و حجم | میزان تراکم پذیری | مثال‌های ملموس |
|---|---|---|---|
| جامد | شکل و حجم ثابت دارد. | خیلی کم (فشرده نمی‌شود) | میز، کتاب، یخ، مداد |
| مایع | شکل ظرف را می‌گیرد، اما حجم ثابتی دارد. | کم (فشرده کردن آن بسیار سخت است) | آب، شیر، روغن، نوشابه |
| گاز | هم شکل و هم حجم ظرف را می‌گیرد. | زیاد (به راحتی فشرده می‌شود) | هوا، بخار آب، بادکنک پر از هلیوم |
ذرات در حالت جامد بسیار به هم نزدیک و منظم هستند و فقط در جای خود می‌لرزند. به همین دلیل جامدات شکل ثابتی دارند. ذرات در حالت مایع می‌توانند روی هم بلغزند، به همین خاطر مایع جاری می‌شود اما از ظرف خود بیرون نمی‌ریزد مگر اینکه ظرف بیش از حد پر شود. ذرات در حالت گاز بسیار از هم فاصله دارند و به سرعت در همه جهت‌ها حرکت می‌کنند و فضای موجود را کاملاً پر می‌کنند.
تغییر حالت: وقتی ماده شکل خود را عوض می‌کند
مواد می‌توانند با جذب یا از دست دادن انرژی (معمولاً به شکل گرما) از یک حالت به حالت دیگر تبدیل شوند. این تغییرات، تغییر حالت نامیده می‌شوند و جزو تغییرات فیزیکی هستند. در تغییر فیزیکی، خود ماده عوض نمی‌شود، فقط حالت ظاهری آن تغییر می‌کند. برای مثال، یخ (جامد) با جذب گرما به آب (مایع) تبدیل می‌شود. این فرآیند ذوب۱۰ نام دارد. اگر به آب بیشتر گرما بدهیم، به بخار آب (گاز) تبدیل می‌شود که به آن تبخیر۱۱ می‌گویند.
برعکس این فرآیندها نیز اتفاق می‌افتد. وقتی بخار آب روی یک لیوان آب سرد می‌نشیند و به قطرات آب تبدیل می‌شود، در حال میعان۱۲ است. اگر آب در فریزر قرار گیرد و به یخ تبدیل شود، انجماد۱۳ رخ داده است. یک تغییر حالت خاص دیگر، تصعید۱۴ است که در آن ماده مستقیماً از جامد به گاز تبدیل می‌شود. اگر یک قطعه یخ خشک۱۵ را دیده باشید، در واقع در حال دیدن تصعید هستید؛ بدون اینکه مایع شود، مستقیماً به گاز تبدیل می‌شود.
ماده در عمل: از آشپزخانه تا کارخانه
ما هر روزه از تغییر حالت‌های ماده بهره می‌بریم. وقتی برای صبحانه چای درست می‌کنیم، با حرارت دادن به آب (مایع) آن را به بخار (گاز) تبدیل می‌کنیم. وقتی داخل یخچال، آب را سرد می‌کنیم تا یخ (جامد) درست شود. در صنعت نیز از این تغییرات استفاده‌های زیادی می‌شود. برای مثال، در تولید پلاستیک، مواد اولیه جامد را ذوب می‌کنند تا به مایع تبدیل شوند و سپس آن را در قالب‌های مختلف می‌ریزند تا شکل بگیرد و دوباره جامد شود.
حتی نفس کشیدن ما نیز مبتنی بر ویژگی‌های ماده است. ما گاز اکسیژن را استنشاق و گاز دی‌اکسید کربن را بازدم می‌کنیم. این گازها در هوای اطراف ما (که خود یک مخلوط گازی است) پخش می‌شوند.
اشتباهات رایج و پرسش‌های مهم
پاورقی
- ماده (Matter): به هر چیزی که جرم داشته باشد و فضا اشغال کند گفته می‌شود.
- حالت‌های ماده (States of Matter): شکل‌های مختلف وجود ماده، عمدتاً جامد، مایع و گاز.
- تغییر فیزیکی (Physical Change): تغییری که در آن هویت ماده عوض نمی‌شود و فقط شکل ظاهری آن تغییر می‌کند.
- تغییر شیمیایی (Chemical Change): تغییری که در آن ماده یا مواد اولیه به ماده یا مواد جدید با خواص کاملاً متفاوت تبدیل می‌شوند.
- گرم (Gram): یک واحد اندازه‌گیری جرم.
- کیلوگرم (Kilogram): واحد اصلی اندازه‌گیری جرم در سیستم متریک، برابر با ۱۰۰۰ گرم.
- حجم (Volume): مقدار فضایی که یک ماده اشغال می‌کند.
- چگالی (Density): جرم یک ماده در واحد حجم آن.
- ذرات (Particles): اجزای بسیار ریز تشکیل‌دهنده ماده مانند اتم‌ها و مولکول‌ها.
- ذوب (Melting): تغییر حالت از جامد به مایع.
- تبخیر (Evaporation): تغییر حالت از مایع به گاز.
- میعان (Condensation): تغییر حالت از گاز به مایع.
- انجماد (Freezing): تغییر حالت از مایع به جامد.
- تصعید (Sublimation): تغییر حالت مستقیم از جامد به گاز، بدون عبور از حالت مایع.
- یخ خشک (Dry Ice): نام متداول برای دی‌اکسید کربن جامد که مستقیماً تصعید می‌شود.
