ماده چیست؟ ـ و چه ویژگی هایی دارد؟

در ساده ترین تعریف هر چیزی که دارای جرم و حجم (مقداری فضا اشغال کند) باشد، ماده نامیده می شود. این اصطلاح برای هر شیء فیزیکی قابل مشاهده ای که از ذرات کوچکتری به نام اتم یا مولکول تشکیل شده است،

استفاده می شود. ذرات سازنده ی هر ماده با هم فاصله دارند و بینشان فضای خالی وجود دارد که مجموع این فضا های خالی به اضافه خود آن ها مساوی حجم آن است. این ذرات، همواره در حال جنب و جوش و حرکت هستند و بینشان نیروی ربایش وجود دارد. معرفی ماده در کتاب علوم پایه چهارم و پایه های دیگر ارائه شده است. برای شناخت مواد و حالت های آن با این مقاله نشریه جهان شیمی فیزیک با ما همراه باشید.

 

 

ماده چیست

هر چیزی که در اطرافمان مشاهده می کنیم و جرم و حجم دارد، ماده است. اگر چیزی یکی از این دو شرط را نداشته باشد، مثل فوتون ها که جرم ندارند یا ذرات نقطه ای مثل کوارک ها و لپتون ها که حجم موثری ندارند، ماده محسوب نمی شود. مواد از ذرات کوچکی به نام اتم تشکیل شده اند، اتم هم از ذرات ریزتری به نام الکترون، پروتون و نوترون تشکیل شده است.

حالت های مختلف ماده

امروزه مواد را به ۵ حالت جامد، مایع، گاز، پلاسما و چگالش بوزـ اینشتین (که جدید ترین حالت ماده بوده و دمای آن بسیار پایین است) تقسیم بندی می کنیم.

 جامد

مواد در حالت جامد شکل هندسی مشخصی دارند، زیرا مولکول های سازنده ی آن ها بسیار نزدیک به هم هستند و فقط می توانند در جای خود بلرزند. قدرت پیوند بین مولکول های جامد در مواد مختلف، با یکدیگر فرق می کند، مثلا پیوند بین مولکول های آهن محکم تر از پیوند بین مولکول های ژله است.

مایع

در این حالت، معمولا فاصله ی بین مولکول ها به نسبت حالت جامد بیشتر است. به همین دلیل مولکول های سازنده این مواد می توانند آزادانه تر حرکت کنند، روی هم سر بخورند و بچرخند. همچنین مایعات شکل هندسی خاصی ندارند و در هر ظرفی ریخته شوند، شکل آن ظرف را به خود می گیرند.

گاز

فاصله ی بین مولکولی، در حالت گازی خیلی بیشتر از این فاصله در حالات مایع و جامد است. بنابراین مولکول های گاز می توانند تقریبا به صورت آزادانه حرکت کنند و به هر سمتی بروند و دارای شکل مشخصی نیستند.

 پلاسما

در واقع پلاسما مخلوطی از یون های گازی و الکترون است. وقتی به گازها گرما می دهیم، الکترون های اتم گاز انرژی لازم برای جدا شدن از اتم را کسب کرده و آن اتم به کاتیون تبدیل می شود. اگر تعداد الکترون های یک اتم از تعداد پروتون های آن بیشتر باشد، آنیون و اگر تعداد الکترون ها از پروتون کمتر باشد کاتیون نامیده می شود. گاز های یونیده شده، خواصشان با گازهای معمولی متفاوت است، به همین دلیل در گروهی جداگانه قرار می گیرند. ستاره و شعله ی شمع، مثال هایی از حالت پلاسما هستند.

حالت چگالش بوز ـ اینشتین

حالتی از ماده است که در آن گاز رقیق بوزون را تا نزدیک دمای صفر مطلق ۲۷۳,۱۴- درجه ی سانتی گراد، سرد می کنند و در اثر این دمای پایین گذار فازی رخ می دهد و تعداد زیادی از بوزون ها کمترین فضای کوانتومی را اشغال کرده و پدیده ی کوانتومی ماکروسکوپی رخ می دهد. بوزون های سرد در هم فرو رفته و اَبَر ذره هایی با رفتاری شبیه رفتار ریزموج به وجود می آید. صفر مطلق دمای ۲۷۳.۱۵ درجه ی سانتی گراد است که صفر مقیاس کلوین است.

تغییر حالت های ماده

فاکتور هایی مثل فشار و دما می توانند موجب تغییر حالت مواد شوند، البته فشار روی کره ی زمین تقریبا ثابت بوده و این دما است که در تغییر حالت مواد نقش اصلی را ایفا می کند. مثلا آب روی کره ی زمین به سه حالت جامد (یخ)، مایع، و گاز (بخار آب) وجود دارد. تغییر حالت یا تغییر فاز مواد شامل ذوب، انجماد، تبخیر، میعان، تصعید و چگالش است.

 ذوب

فرآیندی است که طی آن به یک ماده ی جامد گرما می دهیم، تا به مایع تبدیل شود. دمای ذوب مواد، یعنی دمایی که جامدات به حالت مایع در می آیند، با یکدیگر متفاوت است و به نیروی بین مولکول هاي آن ماده بستگی دارد. همچنین نقطه ی ذوب یک ماده ثابت نبوده و در فشارهای مختلف متفاوت است.

انجماد

تبدیل شدن ماده از حالت مایع به جامد را انجماد می گویند. نقطه ی انجماد هم مانند نقطه ذوب به فشار محیط بستگی داشته و در مواد مختلف متفاوت است.

میعان

تغییر ماده از حالت گاز به حالت مایع را میعان می گویند. تشکیل شبنم صبحگاهی نمونه ای از میعان در طبیعت است. میعان به طور معمول زمانی که هوا با بخار آب اشباع باشد، یا هنگامی  که تا نقطه ی شبنم سرد شود اتفاق می افتد.

تبخیر

تبدیل حالت ماده از مایع به گاز را تبخیر می گویند. مولکول های یک مایع وقتی به آن ها گرما داده می شود، با کسب انرژی جنبش و حرکت آن ها سریع شده و از فاز مایع به حالت بخار تبدیل می شوند.

تصعید

تبدیل مستقیم ماده از حالت جامد به حالت گاز را تصعید یا فرازش می گویند. اگر کافور، قرص های نفتالینی یا بلورهای ید را در ظرف سر بار بگذاریم تصعید شده و مستقیما به گاز تبدیل می شوند.

چگالش

تبدیل مستقیم ماده از حالت گاز به جامد را چگالش می نامیم. تشکیل برف در آسمان و ایجاد برفک یخچال نمونه هایی از فرایند چگالش هستند.

نظریه جنبشی

اگر یک بادکنک حاوی گاز هلیوم (نوعی گاز نجیب) را درون اتاق گرمی قرار دهیم، مولکول های گاز که به طور طبیعی دارای جرم و سرعت و در نتیجه انرژی جنبشی هستند، حرکت می کنند و به دیواره ی داخلی بادکنک برخورد می کنند، سرعت اين مولكول ها با جذب انرژي جنبشي بيشتر شده، در نتیجه بادکنک منبسط می شود. حال اگر همین بادکنک را در مکانی سرد قرار دهیم، ذرات گاز انرژی خود را از دست می دهند، سرعتشان کم می شود و بادکنک منقبض می شود. نظریه ی جنبشی ماده، بررسی چگونگی رفتار مواد در حالت های جامد، مایع، گاز و پلاسما از نقطه نظر گرمایی است.

گازهاي نجیب یا بی اثر، بی رنگ، بدون بو و بدون مزه بوده و قابلیت اشتعال ندارند. این عناصر به سختی با عناصر دیگر واکنش می دهند و به همین دلیل گازهای بی اثر نامیده می شوند. این گاز ها در گروه آخر جدول تناوبی جای می گیرند.

ساختمان مواد

همان طور که قبلا گفتیم مواد از ذارت کوچکتری به نام اتم ساخته می شوند، این اتم ها معمولا به صورت آزاد وجود ندارند و در طبیعت به صورت ترکیب با هم در ساختار مواد دیده می شوند. واژه ی اتم در زبان یونانی به معنای تجزیه ناپذیر است، زیرا در گذشته تصور می شد، اتم ها کوچکترین ذرات سازنده ی ماده هستند و تجزیه نمی شوند. از اتصال دو یا چند اتم به هم مولکول ها ساخته می شوند، در واقع مولکول کوچک ترین ذره ی سازنده ی ماده است که خواص آن را دارد. مولکول ها به حالت آزاد یافت می شوند.

دسته بندی مواد

مواد به سه دسته عنصر، ماده مرکب و مواد مخلوط تقسیم می شوند که به توضیح مختصری درباره آن ها در زیر پرداخته می شود.

عنصر

ماده ای است که نمی توان آن را به مواد ساده تری تجزیه کرد و ذرات سازنده ی آن از اتم ها و مولکول های یکسانی تشکیل شده اند. تاکنون ۱۰۹ عنصر شناسایی شده است که ۹۱ مورد از آن ها در طبیعت وجود دارد و باقی به صورت آزمایشگاهی تولید می شوند. عنصرها می توانند فلز، نافلز و شبه فلز باشد. فلزات مانند مس، آهن، نقره و… هستند و نافلزات مثل هلیوم، اکسیژن، کربن و شبه فلز مثل سیلیسیم، ژرمانیوم و موارد دیگر هستند.

ترکیب

موادی که از به هم پیوستن دو یا چند عنصر مختلف تشکیل می شوند ترکیب نام دارند. در واقع از به هم پیوستن عنصرها ترکیب ایجاد می شود، اما خواص ترکیب با عناصر سازنده آن کاملا متفاوت است. مثلا آمونیاک از ترکیب عناصر هیدروژن و نیتروژن ایجاد شده است، ولی خواص آن با خواص این عناصر کاملا متفاوت است. خواص هر ترکیب به نوع، تعداد و نحوه ی اتصال اتم ها در ساختمانش، بستگی دارد.

مواد مخلوط

این مواد زمانی ایجاد می شوند که ذرات سازنده ی دو یا چند ماده، با حفظ خواص، با یکدیگر آمیخته شوند. مثل هوا که مخلوطی از گازهای مختلفی مثل اکسیژن، نیتروژن و…. است. خواص شیمیایی این مواد ثابت می ماند ولی خواص فیزیکی مثل نقطه ی ذوبشان ممکن است تغییر کند. مخلوط ها به صورت های مختلف مایع در مایع، گاز در گاز، جامد در جامد، گاز در جامد، جامد در گاز، جامد در مایع و گاز در مایع وجود دارند.

ماده چیست علوم هشتم

ماده هر چیزی است که در اطراف ما وجود دارد و می تواند مایع، جامد، گاز، پلاسما یا میعانات بوز – اینشتین (BEC) باشد. به طور خاص، برای اینکه چیزی ماده در نظر گرفته شود باید دو خاصیت به نام جرم و حجم داشته باشد. حجم نوعی کمیت اسکالر است که فضای سه بعدی اشغال شده توسط یک جسم را نشان می دهد. از طرف دیگر، جرم به عنوان مقدار ماده در یک جسم تعریف می شود.

فیلسوفان یونان باستان اولین متفکرانی بودند که نظریه هایی در مورد ماهیت یک ماده داشتند. یکی از فیلسوفان یونان باستان اظهار داشت که همه چیز از چهار عنصر هوا، آتش، خاک و آب تشکیل شده است. ماده از انواع مختلفی از اتم ها ساخته شده است که بدون تجهیزات مناسب دیده نمی شوند و چشم انسان نمی تواند اتم ها را به دلیل کوچک بودن آنها درک کند. همه چیز از اتم ساخته شده است و اتم ها به عنوان اجزای سازنده اصلی یک ماده شناخته می شوند.

اتم ها نیز از نوترون، پروتون و الکترون ساخته شده اند. هسته از پروتون ها و نوترون هایی ساخته شده است که توسط نیروی هسته ای به یکدیگر جذب می شوند. الکترون ها در خارج از هسته قرار دارند و در مدارهای متحدالمرکز حرکت می کنند.

ماده چیست مثال بزنید

ماده به ذراتی گفته می شود که فضای فیزیکی خاصی را اشغال می کنند و دارای اینرسی هستند. طبق اصول فیزیک مدرن، انواع مختلف ذرات هر کدام دارای جرم و اندازه خاصی هستند. آشناترین نمونه ذرات یک ماده شامل الکترون، پروتون و نوترون هستند. این ذرات هستند که اتم را تشکیل می دهند.

اساسا، ماده از ذرات بنیادی به نام کوارک و لپتون تشکیل شده است که هر دو ذرات بنیادی در نظر گرفته می شوند زیرا از واحدهای کوچکتری از ماده تشکیل نشده اند. کوارک ها، گروه هایی از ذرات زیراتمی هستند که با نیروی قوی برهم کنش می کنند و به پروتون ها و نوترون ها تبدیل می شوند. لپتون‌ ها نیز گروه‌ دیگری از ذرات زیراتمی هستند که به نیروهای ضعیف‌ تر پاسخ می‌ دهند و متعلق به دسته ‌ای از ذرات بنیادی، شامل الکترون‌ ها هستند.

اتم ها اجزای سازنده هر ماده هستند و ترکیبی از اتم ها یک مولکول را تشکیل می دهند. گروه های بزرگی از اتم ها و مولکول ها بخش عمده ای از زندگی روزمره در دنیای فیزیکی را تشکیل می دهند. بیش از ۱۰۰ نوع مختلف اتم در جدول تناوبی فهرست شده است که هر نوع از آن ها یک عنصر شیمیایی منحصر به فرد را تشکیل می دهند.

اتم‌ ها یا مولکول ‌های موجود در دو یا چند عنصر می ‌توانند به یکدیگر متصل شوند و یک ترکیب شیمیایی را تشکیل دهند. به عنوان مثال، سدیم و کلر، دو عنصر بسیار سمی که در دمای اتاق ناپایدار هستند. اگر این دو عنصر با یکدیگر ترکیب شوند، یکی از رایج ترین و بی ضررترین ترکیبات شناخته شده برای بشر به نام نمک معمولی (کلرید سدیم یا NaCl) را تشکیل می دهند. بر خلاف عناصر تشکیل دهنده نمک، این ترکیب شیمیایی بسیار پایدار و برای انسان بی ضرر است.

ماده چیست سوم دبستان

هر چیزی که در جهان قابل مشاهده باشد، ماده نام دارد. براساس قانون بقای جرم، ماده هرگز ایجاد نمی شود یا از بین نمی رود، بلکه از حالتی به حالت دیگر تبدیل می شود. هر چیزی است که جرم داشته باشد و فضا را اشغال کند، ماده نامیده می شود؛ بنابراین ماده شامل مولکول ها، اتم ها، ذرات بنیادی و هر چیز دیگری است که این ذرات ایجاد می کنند. ماده می تواند از طریق تغییرات فیزیکی و شیمیایی تغییر شکل دهد.

بسته به دما و برخی عوامل دیگر، ماده می تواند در چندین حالت وجود داشته باشد. سه حالت رایج برای ماده شامل جامد، مایع و گاز است. یک عنصر یا ترکیب ماده ممکن است در بیش از یک حالت بسته به شرایط دما و فشار وجود داشته باشد. یکی از مثال ‌های رایج برای بیان بهتر ماده، مولکول آب است که می ‌تواند به شکل جامد، مایع و گاز وجود داشته باشد و در هر یک از این حالت‌ ها به راحتی قابل مشاهده است.

حالت ماده را می توان با گرم کردن یا سرد کردن آن یا با تغییر شرایط فشار روی آن تغییر داد. هنگامی که یک ماده تغییر حالت می دهد، مولکول های آن رفتار متفاوتی دارند اما از هم جدا نمی شوند. از آنجایی که اساسا یکسان باقی می مانند، مواد متفاوتی را تشکیل نمی دهند، بلکه به سادگی وضعیت موجود را تغییر می دهند.

ماده چیست به زبان ساده

به زبان ساده هر چیزی که در جهان وجود دارد از ماده ساخته شده است. تمام مواد از اتم ها تشکیل شده اند که به نوبه خود نیز اتم ها از پروتون، نوترون و الکترون تشکیل شده اند. پروتون ها و نوترون ها هر دو در هسته اتم قرار دارند. پروتون ها ذرات با بار مثبت هستند، در حالی که نوترون ها دارای بار خنثی هستند. الکترون ها دارای بار منفی هستند و در مدارهای اطراف هسته در حال گردش است. ماده به حالت های مختلفی در جهان وجود دارد که رایج ترین این حالت ها شامل مایع، جامد و گاز است. این حالت های ماده ممکن است براثر عوامل مختلف به یکدیگر تغییر کنند.

ماده چیست علوم هفتم

همه چیز در محیط ما از ماده تشکیل شده است، از ساختمان های عظیم گرفته تا DNA سلول های بدن ما یا هوایی که تنفس می کنیم. در واقع، ماده یکی از بزرگترین مفاهیم در علوم مختلف بوده و مطالعات در مورد آن پایان ناپذیر است. به دلیل اهمیت آن در تحصیلات و زندگی روزمره، داشتن ایده بهتر از ماهیت ماده و ویژگی های آن ضروری است.

ماده در اشکال و اندازه های مختلفی در سطح جهان یافت می شود و از ذرات بسیار کوچکی تشکیل شده است. این ذرات آنقدر کوچک هستند که با چشم انسان قابل مشاهده نیستند. همه انواع مواد دارای ویژگی های فیزیکی و شیمیایی هستند. خواص فیزیکی مانند جرم، رنگ و حجم ویژگی هایی هستند که دانشمندان می توانند بدون تغییر در ترکیب ماده (مقدار فضای اشغال شده توسط یک نمونه) آن ها را اندازه گیری کنند. از سوی دیگر، ویژگی های شیمیایی، مانند اشتعال پذیری و حساسیت به خوردگی، نشان دهنده توانایی مشخص یک ماده برای واکنش برای تولید مواد جدید است.

غیر ماده چیست

در سال های اخیر، دانشمندان وجود ماده ای به نام ضد ماده یا غیر ماده را تایید کرده اند. الکترون دارای یک ضد ذره دوقلو به نام پوزیترون است که جرم آن برابر است اما بار الکتریکی مخالفی دارد. به طور مشابه، پروتون دارای یک ضد ماده دوقلوی به نام پاد پروتون و نوترون یک ضد ماده دوقلوی به نام پادنوترون است.

هنگامی که ذرات متضاد با هم برخورد می کنند، به شدت منفجر می شوند و یک انفجار با انرژی زیاد آزاد می کنند. مقادیر کمی از غیر ماده در شرایط آزمایشگاهی جدا شده است، اما هیچ کس هنوز موفق به ایجاد یک واکنش ماده و ضد ماده کنترل شده یا حتی یک واکنش کنترل نشده با اندازه قابل توجه نشده است.

پادماده یا غیر ماده برای اولین بار توسط فیزیکدان بریتانیایی پل دیراک در اواخر دهه ۲۰ کشف شد. او در تلاش برای پیوند در دو حوزه نوظهور فیزیک مدرن و مکانیک کوانتومی بود. پیشنهاد او مبنی بر اینکه انرژی می تواند زمانی که ذرات با اسپین یکسان دارای بار مخالف هستند منفی باشد، دانشمندان عصر را گیج کرده بود.

وقتی ماده و پادماده با هم برخورد می ‌کنند، جرقه ‌ای از نور را می ‌بینیم. اما از نظر دانشمندان، ذرات به تشعشعات گاما، شکلی از انرژی سطح بالا تجزیه می ‌شوند. با این حال، تولید یک پادماده می تواند بسیار دشوار باشد. با توجه به ظرفیت ‌های کنونی، تولید یک گرم پادماده نزدیک به ۱۰۰ میلیارد سال طول می ‌کشد. ذخیره پادماده در مقادیر محسوس نیز بسیار دشوار است، زیرا هر ظرف مورد استفاده از ماده ساخته شده است که فورا ضد ماده را از بین می برد.

ماده چیست کلاس چهارم

هر چیزی که فضا را اشغال می ‌کند و جرم دارد، ماده نامیده می شود. تمام مواد از اتم ها تشکیل شده اند که توسط شکلی از انرژی پتانسیل به نام انرژی شیمیایی در کنار هم نگه داشته می شوند. تغییرات شیمیایی باعث می شود که یک ماده به یک ماده دیگر با فرمول شیمیایی جدید تبدیل شود. تغییرات شیمیایی به عنوان واکنش های شیمیایی نیز شناخته می شود.

ماده می تواند در چندین حالت وجود داشته باشد که به آنها فاز نیز می گویند. کلمه فاز یک حالت فیزیکی از ماده را توصیف می کند، وقتی یک ماده از فازی به فاز دیگر حرکت می کند، هنوز همان ماده است. با تغییر شرایط موجود مانند دما و فشار وضعیت یک ماده می تواند تغییر کند.

انواع ماده

جهان اطراف ما از ماده تشکیل شده است و ماده در جهان به پنج شکل وجود دارد که شامل سه شکل اصلی جامد، مایع و گاز و دو شکل دیگر به نام‌های پلاسما و میعان بوز-اینشتین است. همه این اشکال ماده در طبیعت اطراف ما وجود دارند، مانند هوای اطراف ما به صورت گاز، سنگ ها به شکل جامد و آب به صورت مایع و غیره. نیروهای مختلف و تغییر در این نیروها منجر به حالت های مختلف ماده می شود.

در یک جامد، ذرات به شدت با یکدیگر بسته شده اند و بین این ذرات فضای بین مولکولی وجود ندارد یا بسیار کمتر است، به شکل جامد بسیار نزدیک به یکدیگر هستند و جایگاه های بین مولکولی بسیار کمی دارند.

در مایع، ذرات آزاد هستند و حرکت می کنند و فضاهای بین مولکولی نسبتاً بالایی بین ذرات وجود دارد. ذرات بین خود فاصله دارند و به راحتی می توانند شکل خود را تغییر دهند.

در گازها، ذرات بسیار دور از یکدیگر قرار دارند و آزادانه در حرکت هستند. یک گاز حجم ثابت و شکل ثابتی ندارد و تراکم پذیری بالایی دارند.

پلاسما حالت چهارم ماده است و به راحتی در محیط اطراف ما دیده نمی شود، از ذرات با انرژی جنبشی بسیار بالا تشکیل شده است. حالت پلاسمایی ماده را می توان با گرفتن گازهای نجیب و عبور برق با ولتاژ بسیار بالا ایجاد کرد. پلاسما در مکان های بسیار کمی در اطراف ما دیده می شود، مانند علائم نئون، ستاره ها و غیره که از پلاسما ساخته شده اند.

میعانات بوز-انیشتین در سال ۱۹۹۵ کشف شد. این حالت ماده با ابرسرد کردن نمونه ای از روبیدیم در چند درجه صفر مطلق به دست آمد. در این دما حرکت مولکول ذره ناچیز می شود و انرژی جنبشی ذرات به صفر نزدیک می شود. این حالت ماده هنوز کاربرد عملی ندارد و فقط برای اهداف تحقیقاتی استفاده می شود. این حالت ماده نیز مانند یک ابر سیال رفتار می کند.