ساختمان مواد

چکیده
هر ماده و جسمی از اجزای گوناگی تشکیل می شود. یکی از این اجزا مولکول است، تفاوت در خواص مواد، به تفاوت در مولکول های آن ها ارتباط دارد. این مولکول ها در حرکت هستند و نوع و میزان حرکت آن ها حالت های مختلف مواد را به وجود می آورد.

اهداف
دانش آموز مفهوم مولکول را درک کند.
بتواند با مشاهده ی خواص مواد، آن ها را تشخیص دهد و بشناسد.
 درباره مولکول های مواد در سه حالت اطلاعات  داشته باشد.
بداند که تفاوت در خواص مواد، به علت تفاوت در مولکول های آن ها است.
درباره ی نحوه حرکت ذرات در حالات مختلف مواد اطلاع داشته باشد.

شرح درس
شما درباره ی مواد چه می دانید؟ احتمالا می دانید که آن چه در اطراف ما است ماده نام دارد، مواد جرم و حجم دارند، حجم مواد در اثر تغییر دما و گرما و سرما، تغییر می کند. مواد در اثر حرارت و گرما تغییر حالت می  دهند. مواد به صورت مخلوط و یا خالص وجود دارند که مخلوط ها ممکن است محلول باشند. هر ماده خاصیتی دارد که باعث شناسایی آن می شود این خاصیت می تواند، بو، رنگ و مزه و یا ویژگی های دیگر باشد.

مشاهده کنید
سه لیوان خالی تهیه کنید. در یکی از آن ها آب، در یکی گلاب، و در دیگری سرکه سفید بریزید. از چه طریق می توانید هر ماده را شناسایی کنید؟ چگونه فهمیدید که ماده ی داخل هر لیوان چه بود؟
دو ماده هرچند ممکن است خواص مشابهی داشته باشند، مانند آب و گلاب که هر دو بی رنگ و مایع هستند، ولی قطعا بعضی از خواص آن ها با هم متفاوت است. مثلا از طریق بوی متفاوت گلاب می توان آن را از سرکه و آب متمایز کرد.
می دانید که تفاوت اصلی قند و نمک در مزه آن ها است. به نظر شما اگر یک حبه قند را خرد کنیم، آیا ریزترین قطعه باز هم شیرین است؟

ریزترین دانه های شکر و قند نیز خود از دانه های ریزتری ساخته شده اند. این دانه ها با چشم دیده نمی شوند و فقط به کمک میکروسکوپ های بسیار قوی می توان آن ها را دید. به هرکدام از این ذرات مولکول شکر گفته می شود. در واقع مولکول کوچک ترین ذره ی یک ماده است، مولکول هر ماده، با مولکول ماده های دیگر متفاوت است، به همین دلیل مواد خاصیت های متفاوتی دارند. مولکول ها بسیار ریز هستند و همان طور که گفته شد با چشم دیده نمی شوند. برای مثال در نوک یه سوزن هزاران هزار مولکول وجود دارد.

مولکول ها حرکت می کنند
گفتیم که مواد از ذراتی به نام مولکول ساخته شده اند. مولکول ها دائما در حال جنب و جوش هستند، می توانند از جایی به جای دیگر حرکت کنند، در سر جای خود بچرخند و یا لرزش داشته باشند. همه ی این حالات و یا یکی از آن ها به تنهایی می تواند در مواد وجود داشته باشد. این ذرات دیده نمی شوند ولی می توان وجود حرکت در آن ها را درک کرد. جنبش مولکول ها در مواد بستگی به حالت آن ها دارد. به این معنی که جنبش مولکول ها در ماده جامد، مایع و گاز با هم دیگر متفاوت است. به طور مثال در مواد جامد ذرات در جای خود حرکت لرزشی یا نوسانی دارند و آزادی عمل زیادی ندارند، به همین دلیل شکل و حجم مواد جامد ثابت است و خود به خود تغییر نمی کد. شکل زیر نحوه ی قرار رفتن مولکلول ها در مواد جامد را نشان می دهد.

در مواد مایع ذرات بر روی یکدیگر می لغزند، این مولکول ها مانند زنجیر به هم متصل هستند و روی هم سر می خورند، به همین دلیل است که یک مایع شبیه ظرفی که در آن ریخته می شود در می آید. شکل زیر نحوه ی قرار گرفتن مولکول های مایع را نشان می هد.

 در موادی که به صورت گاز است حرکت ذرات به صورت جا به جایی است. نیروی ربایش در بین ذرات مواد گاز تقریبا وجود ندارد، به همین دلیل آن ها به راحتی همه جا می روند و پخش می شوند. شکل زیر نحوه ی قرار گرفتن مولکول های گاز را نشان می دهد.

مقابل کلاس خود بایستید و در یک شیشه ی عطر را باز کنید. چه کسی زودتر متوجه بوی عطر می شود؟ چه کسی آخر از همه متوجه بوی عطر می شود؟
وقتی مولکول های عطر وارد هوا می شوند، شروع به حرکت می کنند، بنابراین فردی که در میز اول و نزدیک به شما نشسته است، زودتر از فردی که در میز آخر و نقطه دورتری نشسته است بوی عطر به او می رسد. بنابراین می توان دید که مولکول های گاز حرکت می کنند.
برای مشاهده ی حرکت مولکول های مایع می توانید آزمایشی ساده انجام دهید. قظره چکانی را از جوهر پرکرده و آن را داخل لیوان آب فرو ببرید تا نوک آن به ته لیوان بررسد، سپس آن را رها کنید. خواهید دید که به علت حرکت مولکول های مایع رنگ جوهر در آب پخش می شود.

ربایش بین مولکول ها

در مواد جامد ذرات بسیار به هم نزدیک هستند و بین آن ها ربایش وجود دارد، یعنی ذرات یکدیگر را می ربایند. این ربایش در مایعات به اندازه ی مواد جامد نیست، زیرا ذرات در مایعات به اندازه ی مواد جامد به هم نزدیک نیستند، بنابراین نیروی ربایش در بین آن ها کمتر است. در گازها ربایش بسیار بسیار ضعیف است. ذرات از هم دور هستند، به همین دلیل در فضا حرکت می کنند و پخش می شوند. هرچقدر فاصله ی ذرات یک ماده کمتر باشد، ربایش بین آن ها بیشتر می شود. نیروی ربایش بین مواد، به غیر از فاصله ی ذرات آن به عامل دمای آن ماده و دمای محیط اطراف آن نیز بستگی دارد. با افزایش دما، نیروی ربایش کاهش می یابد. مثلا اگر یخ را در مقابل نور خورشید یا حرارت قرار دهیم، نیروی  ربایش آن کاهش پیدا می کند و یخ که جامد است به مایع تبدیل می شود و در نهایت مایع تبخیر می شود. در واقع عامل بسیار مهم ربایش است که تفاوت اساسی در مواد جامد، مایع و گاز را تعیین می کند، زیرا میزان آزادی و حرکت ذرات را تعیین می کند.

اتم

هرچه در اطراف خود می بیند از اتم ساخته شده است، کتابی که می خوانید، مدادی که با آن می نویسید و...اتم یک کلمه ی یونانی به معنای غیرقابل تقسیم است. مولکول ها خود از ذرات کوچک تری به نام اتم ساخته شده اند. در واقع اتم واحد تشکیل دهنده همه ی مواد است. هر دو یا چند اتمی که در کنار هم قرار می گیرند، مولکول معینی را به وجود نمی آورند، بلکه اگر به صورت و ترتیب خاصی در کنار هم قرار بگیرند مولکول تشکیل می شود. اتم ها می توانند در کنار هم قرار بگیرند و میلیوین ها مولکول درست کنند. اگر اتم های سازنده ی یک ماده یکسان باشند، به آن ماده عنصر می گوییم. گاز اکسیژن که برای تنفس ضروری است یک عنصر است. چون مولکول آن از دو اتم یکسان ساخته شده است.   تاکنون حدود 109 عنصر شناخته شده است.

اگر مولکول های تشکیل دهنده یک ماده یکسان نباشند، یعنی از دو یا چند اتم ساخته شده باشند به آن ماده ترکیب گفته می شود. خوب است بدانید آب یک ترکیب است زیرا مولکول آب از دو اتم هیدروژن و یک اتم اکسیژن ساخته شده است. بسیاری از موادی که در اطراف ما وجود دارندترکیب هستند. مانند شیشه، نفت، پلاستیک، و بسیاری از اشیایی که از آن ها استفاده می کنیم. مواد تغییر حالت نیز می دهند که در نوشتار بعدی به آن خواهیم پرداخت.