حالت های مختلف مواد

حالت های ماده – فیزیک دهم (۱)

زمان مطالعه: ۶ دقیقه

با سلام و احترام خدمت شما مخاطبین عزیز وبلاگ بین جو (Binjo)، در این مقاله قصد داریم تا با زبانی ساده به بررسی مبحث حالت های ماده در فیزیک دهم (۱) بپردازیم. این مقاله برای دانش آموزان هر دو رشته علوم تجربی و ریاضی و فیزیک مناسب است. همچنین این مقاله برای دانش آموزان دوره متوسطه اول، برای درس علوم تجربی مفید است.

حالت های ماده

در حالت کلی مواد داری چهار حالت گاز، مایع، جامد و پلاسما هستند. که در این نوشتار ویژگی های هر حالت را بررسی خواهیم کرد. به عنوان مثال، آب در حالت عادی مایع بوده و با گرم شدن در دمای صد درجه سلسیوس جوشیده و از حالت مایع به حالت گازی و بخار می رود. پس مشخص است که با تغییر دما و فشار محیط حالت مواد تغییر می کند.

حالت گازی

انسان، گاز اکسیژن موجود در هوا را تنفس کرده و گازهای دیگر را دفع می کند. بسیاری از مواد در حالت عادی به شکل گاز هستند. اما یک ماده در حالت گازی چه خصوصیاتی دارد؟

فاصله میانگین مولکول ها از هم، نسبت به اندازه مولکول ها بسیار بیشتر بوده و مولکول ها می توانند آزادانه به اطراف حرکت کنند. به همین دلیل مولکول ها با تندی زیاد به یکدیگر به یکدیگر و با جداره ظرف برخورد می کنند.

اندازه مولکول های هوا بین ۱ تا ۳ آنگستروم (۱A° = ۱۰-۱۰ m) است. در حالی که فاصله میانگین بین آنها در شرایط معمولی ۳۵A° است.

در اثر برخوردهای متوالی مولکول ها به یکدیگر و به دیواره ظرف، مولکول ها مرتبا تغییر جهت می دهند و یک حرکت نامنظم یا کاتوره ای رخ می دهد که حرکت بروانی نامیده می شود.

گازها در محیط پخش می شوند. همه ما مشاهده کردیم که با باز شدن یک شیشه عطر در یک نقطه از اتاق بعد از گذشت مدت زمانی اندک بوی آن عطر در همه جای اتاق پراکنده خواهد شد. که علت این امر برخورد مولکول های هوا و عطر به یکدیگر است. این پدیده، پخش نام دارد.

گازها به دلیل فاصله زیاد بین مولکول ها بسیار تراکم پذیرند. یعنی گازها قابل فشرده شدن هستند و از این طریق حجم آن قابل کاهش است.

اگر با میکروسکوپ، یک ظرف محتوی دود را مشاهده کنیم خواهیم دید که ذره های دود به طور نامنظم و درهم و برهم و در یک مسیر زیگزاگی حرکت بروانی انجام می دهند. اگر به مشاهده ادامه دهیم درخواهیم یافت ذرات غیرقابل مشاهده ای که مولکول های هوا هستند، به آن ها برخورد کرده و مسیر حرکت آن ها را تغییر می دهند.

نتیجه

حرکت زیگزاگی و نامنظم ذره های دود نشان دهنده آنست که مولکول های هوا به صورت کاتوره ای و نامنظم در حال حرکت اند.

حالت مایع

همه ما حالت مایع را می شناسیم و بسیاری مواد در زندگی روزمره مان در حالت مایع خود قرار دارند. مانند آبی که می نوشیم و یا آب استخر که در آن شنا می کنیم، روغن های روانکاری، بنزین و … همگی مایع هستند. مولکول های مایع نیز مانند گازها فاقد نظم معینی هستند اما چون بسیار به یکدیگر نزدیک هستند، به جای حرکت آزادانه در گازها فقط می توانند روی هم بلغزند. (مانند حالتی که لیوان آب را کج می کنیم و آب از داخل آن روی زمین می ریزد)

فاصله ذرات مایعات تقریبا یکسان و در حدود ° ۱A است.

مولکول ها در حالت مایع آزادانه جابه جا می شوند اما تندی حرکت آن ها از حالت گازی کمتر است. پدیده پخش در مایعات نیز رخ می دهد، مانند پخش شدن رنگ و یا جوهر در آب. با این تفاوت که به دلیل تندی بیشتر مولکول ها در حالت گازی، پدیده پخش در گازها نسبت به مایعات سریع تر رخ می دهد.

مولکول های مایع در فاصله های زیاد در ابعاد مولکولی یکدیگر را جذب می کنند و در فواصل کم یکدیگر را می رانند. به همین دلیل مایعات تراکم ناپذیرند زیرا در فرآیند متراکم کردن مایع، فاصله بین مولکول ها می خواهد کمتر از حالت عادی شود و مولکول ها در این موقعیت یکدیگر را دفع می کنند.

پدیده پخش در مایعات

دلیل پخش ذرات نمک و یا جوهر در مایعات مربوط به حرکت مولکول های مایع است. در واقع، مانند مولکول های گاز، حرکت های نامنظم و کاتوره ای مولکول های مایع با ذرات سازنده نمک، جوهر و یا… این گونه مواد در آب پخش می شوند.

حرکت بروانی

تمرین

کدام یک از گزینه ها نادرست است؟

  1. فاصله بین مولکول های آب از یکدیگر، حدود ۱A° است.
  2. در هنگام متراکم کردن مایعات، نیرویی از نوع دافعه بین مولکول های آن ایجاد می شود.
  3. نیروی جاذبه بین مولکول های آب، در فاصله ۲۰۰۰A° خود را نشان می دهد.
  4. نیروی جاذبه در قطره آب آویزان از درخت، نمونه ای از جاذبه بین مولکولی است.

پاسخ

پاسخ خود را برای ما کامنت کن…. بی صبرانه منتظرت هستیم!

حالت جامد

وقتی از حالت جامد مواد صحبت می کنیم، شاید به یاد سنگ های کنار ساحل، تخته کلاس و بسیاری اشیا دیگر بیفتیم. اگر بخواهیم به ویژگی های مواد در حالت جامد اشاره کنیم باید بگوییم:

فاصله بین مولکول های جامد نسبتا ثابت بوده و مشابه مایعات، برابر ۱A° است.

موقعیت مولکول ها در جامدات ثابت است و مولکول ها نمی توانند آزادانه حرکت کنند. در جامدات مولکول ها تنها می توانند سر جای خود حرکت های نوسانی کوچکی انجام دهند.

جامدات نیز تراکم ناپذیر بوده و قابل فشرده شدن نیستند. به همین دلیل حجم و شکل معینی دارند.

برای درک بهتر ساختار جامدات شکل زیر را در نظر بگیرید که ذرات توسط فنرهایی به یکدیگر متصل شده اند. اگر این ذرات نسبت به وضعیت تعادل، به هم نزدیک و یا دورتر شوند، نیروی کشسانی بین فنرها آن ها را به وضع تعادل بازمی گرداند. و سبب می شود جسم جامد شکل و اندازه اولیه خود را حفظ کند.

جامدات خود به دو دسته بلورین و بی شکل تقسیم می شوند:

  • جامدهای بلورین

اگر در اجسام جامد، مولکول ها به صورت طرح های منظم تکرار شونده در کنار هم قرار بگیرند، جامدهای بلورین تشکیل می شوند. اغلب این جامدات با سرد شدن آهسته و تدریجی مایع تشکیل می شوند. چون در این صورت ذرات مایع برای منظم قرار گرفتن کنار یکدیگر فرصت کافی دارند.

فلزها، نمک ها، اغلب مواد معدنی، الماس و یخ از جمله جامدهای بلورین هستند.

  • جامدهای بی شکل (آمورف)

در جامدهای بی شکل مانند شیشه، برخلاف دیگر جامدهای بلورین، مولکول ها در طرح های منظمی کنار هم قرار نمی گیرند. این جامدات اغلب از سرد کردن سریع یک مایع به دست می آیند.در این شرایط، مولکول ها فرصت کافی برای منظم شدن نخواهند داشت و تا حد زیادی در حالت نامنظمی که در مایع داشتند، باقی می مانند.

حالت پلاسما

حالت پلاسما ی مواد را کمتر شنیده و حس کرده ایم. پلاسما اغلب در دماهای خیلی بالا به وجود می آید. ماده درون ستارگان، فضای بین ستاره ای، آذرخش، شفق های قطبی، آتش و ماده داخل لوله تابان لامپ های مهتابی از پلاسما تشکیل شده است.

گازی که تا دماهای خیلی زیاد گرم شود، یک یا چند الکترون از هر اتم آن آزاد می شود. ماده حاصل که مجموعه ای از الکترون های آزاد، یون ها و اتم های خنثی است، پلاسما نامیده می شود. پلاسما برخلاف حالت گازی ماده، رسانای جریان الکتریکی بوده و برق را از خود عبور می دهد.

حالت پلاسما

ویژگی های فیزیکی مواد در مقیاس نانو

پیشوند نانو از یک واژه ای یونانی به معنای کوتوله گرفته شده و به معنای یک میلیاردم متر یا ۱۰ است. برای آنکه درک بهتری از این مقیاس داشته باشیم، می توانیم بگوییم طول ده اتم کربن در کنار یکدیگر، تقریبا برابر یک نانومتر است.

زمانی که یک جسم بسیار کوچک و در ابعاد نانو باشد، ویژگی های فیزیکی متفاوتی نسبت به ابعاد معمول خود پیدا می کند. به عنوان مثال، نقطه ذوب طلا در حالت عادی، حدود °C1064 است. یعنی با قرار دادن یک قطعه طلا در کوره ای با دمای بالا، وقتی دما به  °C1064 می رسد، طلای جامد به طلای مایع تغییر حالت می دهد.

اما زمانی که قطعه ای از طلا را که در ابعاد نانو است در کوره قرار دهیم تا ذوب شود، با شگفتی در می یابیم که دمای ذوب طلا فقط ۴۲۷°C است و حدود ۶۰ درصد نسبت به حالت عادی کاهش یافته است.

پس دیدیم دمای ذوب ذره های طلا در مقیاس نانو با دمای ذوب در دمای معمولی تفاوت زیادی دارد.

نکات!

ویژگی های فیزیکی مواد شامل: نقطه ذوب، رسانندگی الکتریکی و گرمایی، شفافیت، استحکام، رنگ و… به طرز چشمگیری در مقیاس نانو کاهش می یابد. که از این تغییر ویژگی ها در مقیاس نانو در جهت بهبود خواص مواد و زندگی بشر بهره می گیریم.

تغییر ویژگی های فیزیکی در مقیاس نانو برای تمام مواد: جامدها، مایع ها و گازها رخ می دهد و به گروه خاصی محدود نیست.

برای آنکه یک ماده در مقیاس نانو باشد، نیازی نیست تمام ابعاد ماده د رمقیاس نانو باشد. به عنوان مثال، یک نانو ذره در هر سه بعد در مقیاس نانو قرار دارد. اما اگر تنها یک بعد از ماده در مقیاس نانو قرار داشته باشد، یک نانو لایه خواهیم داشت که در واقع، یک لایه به ضخامت نانو است.

اشتراک گذاری

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *