ذره سازنده ماده: کوچکترین آجرهای جهان هستی
ماده از چه چیزی ساخته شده است؟
اگر یک قطعه طلا را بارها و بارها خرد کنیم، به کوچکترین ذرهای میرسیم که دیگر قابل تقسیم به ماده طلا نیست، اما هنوز خواص طلا را دارد. این ذره، اتم طلاست. اتمها مانند آجرهای ساختمان هستند. اما بسیاری از مواد در طبیعت از ترکیب این آجرها با یکدیگر ساخته میشوند. به مجموعهای از اتمها که با پیوند شیمیایی به هم متصل شدهاند، مولکول میگوییم. برای مثال، مولکول آب از $2$ اتم هیدروژن و $1$ اتم اکسیژن تشکیل شده است ($H_2O$).
نوع دیگر ذره سازنده، یون است. یونها اتمها یا مولکولهایی هستند که بار الکتریکی دارند. وقتی نمک طعام ($NaCl$) را در آب حل میکنیم، به یونهای سدیم ($Na^+$) و کلر ($Cl^-$) تبدیل میشود. این بار الکتریکی است که خواص متفاوتی به آنها میدهد.
انواع ذرات سازنده و ویژگیهای آنها
برای درک بهتر، ذرات سازنده ماده را میتوان در یک جدول مقایسه کرد:
| نام ذره | تعریف | بار الکتریکی | مثال ملموس |
|---|---|---|---|
| اتم | کوچکترین جزء یک عنصر که خواص شیمیایی آن را حفظ میکند. | خنثی | یک گوی طلای خالص از اتمهای طلا ساخته شده. |
| مولکول | گروهی از دو یا چند اتم که با پیوند شیمیایی به هم متصل شدهاند. | معمولاً خنثی | مولکول قند ($C_{12}H_{22}O_{11}$) که شیرینی چای را ایجاد میکند. |
| یون | اتم یا مولکولی که با از دست دادن یا گرفتن الکترون، باردار شده است. | مثبت یا منفی | یونهای موجود در باتری که جریان برق را منتقل میکنند. |
ذرات سازنده در زندگی روزمره ما
این ذرات فقط در کتابهای درسی نیستند، آنها در هر لحظه از زندگی ما نقش دارند:
نمک پاش آشپزخانه: دانههای نمک از یونهای سدیم ($Na^+$) و کلر ($Cl^-$) به صورت منظم کنار هم تشکیل شدهاند. وقتی نمک را در آب میریزیم، این یونها از هم جدا شده و در آب پخش میشوند و آب را رسانای جریان برق میکنند.
تنفس: هوایی که نفس میکشیم، مخلوطی از گازهاست. مولکولهای اکسیژن ($O_2$) و نیتروژن ($N_2$) هر کدام از دو اتم یکسان تشکیل شدهاند. وقتی نفس میکشیم، مولکولهای اکسیژن وارد خون میشوند.
یخ و بخار آب: این هر سه، یک جنس دارند: آب. تفاوت حالت آنها (جامد، مایع، گاز) به دلیل تغییر فاصله و نوع حرکت همان مولکولهای $H_2O$ است. در یخ، مولکولها منظم و نزدیک، در آب مایع نامنظمتر و در بخار آب بسیار دور از هم و پرسرعت هستند.
اشتباهات رایج و پرسشهای مهم
پاسخ: خیر. فلزاتی مانند مس یا آهن از اتمهایی تشکیل شدهاند که در شبکهای منظم و گسترده کنار هم قرار گرفتهاند، نه به صورت مولکولهای مجزا. همچنین نمک خوراکی از یونها ساخته شده است. پس سه دسته کلی داریم: مواد مولکولی (مانند شکر)، مواد یونی (مانند نمک) و مواد اتمی/فلزی (مانند طلا).
پاسخ: چون ذرات سازنده آنها متفاوت است. مولکولهای قند کوچک و دارای گروههای قطبی4 هستند که با مولکولهای آب ارتباط خوبی برقرار کرده و در بین آنها پخش میشوند. اما ذرات ماسه (که اغلب از مولکولهای بسیار بزرگ و پیچیدهای مثل $SiO_2$ تشکیل شدهاند) این توانایی را ندارند و به دلیل وزن بیشتر، تهنشین میشوند.
پاسخ: خیر. اتمها، مولکولها و یونها آنقدر کوچک هستند که حتی با قویترین میکروسکوپهای نوری هم دیده نمیشوند. برای مشاهده آنها از میکروسکوپهای الکترونی بسیار پیشرفته استفاده میشود که تصاویر غیرمستقیمی ارائه میدهند. ما وجود آنها را از روی رفتار و خواص مواد حدس میزنیم.
پاورقی
1اتم (Atom): کوچکترین واحد یک عنصر شیمیایی که میتواند در یک واکنش شیمیایی شرکت کند. از هسته (شامل پروتون و نوترون) و الکترونهایی که به دور آن میچرخند تشکیل شده است.
2مولکول (Molecule): گروه خنثی متشکل از دو یا چند اتم که با پیوند شیمیایی به هم متصل شدهاند. میتواند از اتمهای یکسان (مانند $O_2$) یا متفاوت (مانند $H_2O$) تشکیل شود.
3یون (Ion): یک اتم یا مولکول که به دلیل از دست دادن یا گرفتن یک یا چند الکترون، دارای بار الکتریکی خالص مثبت (کاتیون) یا منفی (آنیون) شده است.
4قطبی (Polar): به مولکولی گفته میشود که توزیع بار الکتریکی نامتقارن دارد، یعنی یک طرف آن کمی بار مثبت و طرف دیگر کمی بار منفی است. مولکول آب یک مولکول قطبی معروف است.
