ماده چیست؟

هر چیزی که فضا اشغال کند ماده است . همه چیزهای واقع در زمین و جهان ماده هستند . قطره های آب و ذرات غبار و نیز گیاهان ، جانوران ، و حتی سیارات ماده هستند. همه مواد جرم دارند ، که معیاری از ذرات (اتمها و مولکولهای) تشکیل دهنده آنهاست . ذرات می توانند به طریق مختلف ، در کنار هم قرار گیرند ، که ساختارهای مختلفی را به ماده می دهد . به همین دلیل است که انواع بسیار مختلف از مواد وجود دارد . همه انواع مواد را می توان به جامد ، مایع ، و گاز طبقه بندی کرد . ذرات یک جامد ارتعاش خفیفی دارند . ذرات مایع آزادانه تر حرکت می کنند و ذرات گاز به سرعت منتشر می شوند و فضاهای بزرگی را پر می کنند.

 

گاز

مقدمه

ارسطو که نظریهای فیلسوفان یونانی پیش از خود را خلاصه کرده بود، عقیده داشت که همه مواد موجود در زمین از چهار عنصر (خاک، آب، آزمایش‌های مربوط به هوا و آتش) حاصل شده است. سه عنصر از چهار عنصر ارسطو به سه حالت ماده ، یعنی جامد، مایع و گاز و عنصر چهارم به انرژی مربوط می شود.

دانشمندان، قرنها گازها را نوعی آزمایش‌های مربوط به هوا یا مخلوطی از آزمایش‌های مربوط به هوا با ناخالصی های گوناگون می دانستند. یوهان وان هلمونت، نخستین کسی که تفاوت اساسی بین گازها را دریافت، در اوایل قرن هفدهم نام گاز را که از کلمه یونانی Chaos گرفته شده ، به آنها اطلاق کرد.ولی تا زمان آنتوان لاوازیه (اواخر قرن هیجدهم) اهمیت کامل این تمایز تشخیص داده نشد. لاوازیه در 1778 بر اساس این واقعیت که آزمایش‌های مربوط به هوا مرکب از گاز اکسیژن و گاز نیتروژن است، تفسیری درست از واکنشهای احتراق به عمل آورد.

حالت گازی

از مطالعه خواص گازها این نتیجه حاصل می شود که مولکولهای گاز کاملا از یکدیگر جدا بوده، دارای حرکت سریع می باشند. آشناترین گاز یعنی هوا، در واقع مخلوطی از چند گاز است. آزمایش نشان می دهد که از دو (یا چند) گاز می توان به هر نسبت مخلوطی کاملا همگن به دست آورد. ولی چنین تعمیمی در مورد مایعات صدق نمی کند. چون هر گاز را به صورت مولکولهای جدا از هم با فواصل نسبتا زیاد می دانیم، قرار گرفتن مولکولهای یک گاز در میان مولکولهای گاز دیگر امری معقول و بدیهی به نظر می رسد. این مدل مولکولی برای توضیح تراکم پذیری گازها نیز به کار می آید، عمل تراکم ، نزدیکترکردن مولکولهای گاز به یکدیگر است.

گازها در هر ظرفی که وارد شوند، در تمام حجم آن پخش می گردند. گاز معطری که در اتاقی رها می شود، به زودی در تمام قسمتهای آن اتاق قابل تشخیص است. پخش شدن گازها با قبول حرکت دائمی و سریع مولکولهای گاز قابل توجیه است. علاوه بر این مولکولهای گاز ضمن حرکت نامنظم خود به جدار ظرف برخورد می کنند و این برخوردهای بی شمار، بیانگر این واقعیت است که گازها به دیواره های ظرف خود فشار وارد می کنند.

مایع

مایع ماده ای است که آزادی حرکت آن بیشتر از جامدات اما کمتر از گازهاست . ذرات ریزی که مایعات را تشکیل می دهند نسبت به جامدات انرژی بیشتر ، امانسبت به گازها انرژی کمتری دارند. مایعات این تفاوت را نیز با گازها دارند که نمی تون آنها را با فشرده کردن در فضای کوچکتری جای داد. میزان مقاومت یک مایع در مقابل جاری شدن ، ویسکوزیته آن خوانده می شود . مایعات غلیظ ، مانند قیر ، ویسکوزیته بالا دارند و به کندی جاری می شوند ، اما مایعات رقیق ، مانند آب ، ویسکوزیته پایین دارند و به راحتی جاری می شوند.
 

کشش سطحی موجب می شود که سطح مایعات مانند نوعی ‹پوسته› عمل کند . این کشش توسط نیروهای بین مولکولهای مایع ، که آنها را کنار هم نگه می دارند ایجاد می شود . در زیر سطح ، مولکولهای مایع از همه طرف توسط مولکولهای دیگر احاطه شده اند ، بنابر این نیروها یکدیگر را خنثی می کنند . اما در سطح مایع ، مولکولها فقط از سه طرف احاطه شده اند. این عدم تعادل مولکولهای سطح را به سمت درون می کشد ، و پوسته مذکور را ایجاد می کند. قطرات و حبابهای آب به دلیل کشش سطحی گرد هستند . مولکولهای سطح به سمت داخل کشیده می شوند و یک شکل کروی را تشکیل می دهند.

جامد

جامدات

جامد یک ماده متراکم است ، که توسط اتمهای نزدیک به هم که الگوی منظمی به نام شبکه را به وجود می آورند ایجاد می شود. این اتمها با نیروهایی قوی در کنار یکدیگر قرار گرفته اند ، که فقط اجازه حرکات خفیفی را می ده د .سختی یک جامد به آرایش و حرکت اتمهای آن بستگی دارد . مثلاَ عنصر کربن هم به شکل نرمی به نام گرافیت ، و هم به شکل یکی از سخت ترین جامدات روی زمین ، یعنی الماس، وجود دارد. تفاوت این دو شکل در آرایش اتمهایشان است.