Ε΄ ΤΑΞΗ - ΦΥΣΙΚΗ
ΥΛΙΚΑ ΣΩΜΑΤΑ
Οτιδήποτε υπάρχει στο σύμπαν είναι ύλη. Η Γη, οι θάλασσες, ο αέρας, ο Ήλιος, τα άστρα. Κάθε τι που o άνθρωπος παρατηρεί, που μπορεί να το αγγίζει ή να το αισθανθεί, είναι ύλη.
Δηλαδή: Υλικά σώματα είναι όλα τα σώματα που έχουν μάζα (κάποια ποσότητα ύλης) και καταλαμβάνουν χώρο (όγκο).
Τα υλικά σώματα αποτελούνται από μόρια.
Μόριο
Το μόριο είναι το μικρότερο "κομματάκι" της ύλης που έχει τις ίδιες ιδιότητες με το σώμα στο οποίο ανήκει.
Π.χ. Αν μπορούσαμε να μικρύνουμε τόσο πολύ, ώστε να μπορούμε να δούμε (και να φάμε) ένα μόριο ζάχαρης, θα ήταν σαν να τρώγαμε ζάχαρη.
Ή, αν ήμασταν τόσο μικροί ώστε να μπορούσαμε να βάλουμε στο στόμα μας (και να το αισθανθούμε) ένα μόριο αλατιού, αυτό θα ήταν επίσης άσπρο και αλμυρό όπως το αλάτι.
Τα μόρια αποτελούνται και αυτά από ακόμη μικρότερα "κομματάκια" (σωματίδια), που τα ονομάζουμε άτομα.
Το άτομο είναι το μικρότερο σωματίδιο της ύλης που υπάρχει.
Τα άτομα είναι ίδια για όλα τα υλικά σώματα. Οι συνδυασμοί που κάνουν μεταξύ τους είναι που δημιουργούν τα διαφορετικά σώματα.
Δηλαδή, ένα άτομο μπορεί να συνδυαστεί με άλλα άτομα και να σχηματίσει μόρια.
Αν ορισμένος αριθμός κάποιων ατόμων συνδυαστούν μεταξύ τους, ο συνδυασμός αυτός φτιάχνει ένα μόριο.
Αν ένας διαφορετικός αριθμός κάποιων ατόμων συνδυαστούν μεταξύ τους, ο καινούριος συνδυασμός φτιάχνει ένα άλλο, διαφορετικό μόριο.
Με άλλα λόγια, όλα τα υλικά σώματα (έμψυχα ή άψυχα) αποτελούνται από τα ίδια άτομα.
Αυτό που κάνει τα σώματα διαφορετικά είναι ο διαφορετικός συνδυασμός διαφορετικών ατόμων μεταξύ τους.
Τα άτομα αποτελούνται από ακόμα μικρότερα σωματίδια, τα πρωτόνια, τα νετρόνια και τα ηλεκτρόνια.
Ας δούμε όλα αυτά λίγο πιο αναλυτικά:
Όλα τα υλικά σώματα αποτελούνται από μόρια, που είναι τα μικρότερα κομματάκια της ύλης.
Τα μόρια είναι τόσο μικρά που φαίνονται μόνο με ηλεκτρονικό μικροσκόπιο (και πάλι αρκετά θολά).
Τα μόρια, από την πλευρά τους, αποτελούνται από άτομα.
Τα άτομα είναι τόσο μικρά που δεν φαίνονται ούτε με ηλεκτρονικό μικροσκόπιο (αν και εδώ και λίγα χρόνια οι επιστήμονες σχεδόν το έχουν καταφέρει).
Διαφορά των μορίων από τα άτομα, με παραδείγματα:
Η ζάχαρη έχει ορισμένες ιδιότητες: το χρώμα της, την γλυκύτητα, κλπ.
Αν μπορούσαμε να γίνουμε τόσο πολύ μικροί (αν, λέμε...) ώστε τα μόρια ζάχαρης να μας φαίνονται μεγάλα, και τρώγαμε ένα, θα νιώθαμε ακριβώς όπως σαν να φάμε τώρα λίγη ζάχαρη.
Αυτό εννοούμε όταν λέμε πως τα μόρια έχουν ακριβώς τις ίδιες ιδιότητες με τα σώματα τα οποία αποτελούν.
Τα άτομα, από την άλλη, είναι εντελώς διαφορετικά στοιχεία. Δεν υπάρχουν μόνα τους στην φύση. Απλώς, τα άτομα διαφορετικών στοιχείων ενώνονται μεταξύ τους και σχηματίζουν μόρια.
Για παράδειγμα, ένα μόριο ζάχαρης που είπαμε πιο πάνω αποτελείται από 45 άτομα: 12 άτομα άνθρακα, 22 άτομα υδρογόνου και 11 άτομα οξυγόνου.
Το συμβολίζουμε κάπως έτσι:
Τα άτομα είναι τόσο μικρά που δεν φαίνονται ούτε με ηλεκτρονικό μικροσκόπιο (αν και εδώ και λίγα χρόνια οι επιστήμονες σχεδόν το έχουν καταφέρει).
Διαφορά των μορίων από τα άτομα, με παραδείγματα:
Η ζάχαρη έχει ορισμένες ιδιότητες: το χρώμα της, την γλυκύτητα, κλπ.
Αν μπορούσαμε να γίνουμε τόσο πολύ μικροί (αν, λέμε...) ώστε τα μόρια ζάχαρης να μας φαίνονται μεγάλα, και τρώγαμε ένα, θα νιώθαμε ακριβώς όπως σαν να φάμε τώρα λίγη ζάχαρη.
Αυτό εννοούμε όταν λέμε πως τα μόρια έχουν ακριβώς τις ίδιες ιδιότητες με τα σώματα τα οποία αποτελούν.
Τα άτομα, από την άλλη, είναι εντελώς διαφορετικά στοιχεία. Δεν υπάρχουν μόνα τους στην φύση. Απλώς, τα άτομα διαφορετικών στοιχείων ενώνονται μεταξύ τους και σχηματίζουν μόρια.
Για παράδειγμα, ένα μόριο ζάχαρης που είπαμε πιο πάνω αποτελείται από 45 άτομα: 12 άτομα άνθρακα, 22 άτομα υδρογόνου και 11 άτομα οξυγόνου.
Το συμβολίζουμε κάπως έτσι:
Επειδή αυτό είναι κάπως πιο πολύπλοκο, ας πάρουμε για αρχή κάποια πιο απλά μόρια, για να τα δούμε πιο εύκολα με σχήματα.
Ας πάρουμε π.χ. το μόριο του νερού, το οποίο αποτελείται από 3 άτομα: 2 άτομα υδρογόνου και 1 άτομο οξυγόνου, και το συμβολίζουμε κάπως έτσι:
Το κόκκινο μπαλάκι είναι το ένα άτομο οξυγόνου. Τα δύο λευκά είναι τα 2 άτομα υδρογόνου.
Μέχρις εδώ, όλα καλά.
Από εδώ αρχίζουν τα μυστήρια!
Το οξυγόνο είναι αέριο (όπως ξέρουμε). Το μόριο του οξυγόνου έχει 2 άτομα και είναι επίσης αέριο (προφανώς).
Το υδρογόνο είναι αέριο. Το μόριο του υδρογόνου, που αποτελείται πάλι από 2 άτομα, επίσης είναι αέριο.
Τι βλέπουμε λοιπόν: Δύο αέρια σώματα, ενώνονται σε ατομικό επίπεδο (ενώνονται τα άτομα τους) και δημιουργούν ένα υγρό!
Για να καταλάβουμε τι σημαντικό ρόλο παίζουν τα άτομα, αρκεί να δούμε το παρακάτω παράδειγμα:
Αν ενώσουμε 2 άτομα υδρογόνου και 1 άτομο οξυγόνου θα πάρουμε 1 μόριο νερού. Αυτό:
Μέχρις εδώ, όλα καλά.
Από εδώ αρχίζουν τα μυστήρια!
Το οξυγόνο είναι αέριο (όπως ξέρουμε). Το μόριο του οξυγόνου έχει 2 άτομα και είναι επίσης αέριο (προφανώς).
Το υδρογόνο είναι αέριο. Το μόριο του υδρογόνου, που αποτελείται πάλι από 2 άτομα, επίσης είναι αέριο.
Τι βλέπουμε λοιπόν: Δύο αέρια σώματα, ενώνονται σε ατομικό επίπεδο (ενώνονται τα άτομα τους) και δημιουργούν ένα υγρό!
Για να καταλάβουμε τι σημαντικό ρόλο παίζουν τα άτομα, αρκεί να δούμε το παρακάτω παράδειγμα:
Αν ενώσουμε 2 άτομα υδρογόνου και 1 άτομο οξυγόνου θα πάρουμε 1 μόριο νερού. Αυτό:
Αν όμως αντί για 1 άτομο οξυγόνου βάλουμε 2, τότε αντί για νερό θα πάρουμε 1 μόριο οξυζενέ (ναι, αυτό που βάζουμε στις πληγές, και που κάποτε οι γυναίκες το έβαζαν στα μαλλιά τους για να τα ξανθαίνουν) !
Που είναι κάπως έτσι:
Φυσικά όλοι ξέρουμε πως το οξυζενέ δεν έχει καμμία σχέση με το νερό. Κι όλο αυτό έγινε, επειδή μπήκε μέσα ένα άτομο παραπάνω!
Να το κάνουμε λίγο πιο ακραίο;
Το μόριο του νερού έχει διπλάσια άτομα υδρογόνου απ' ό,τι οξυγόνου.
Και το μόριο της ζάχαρης όμως έχει διπλάσια άτομα υδρογόνου απ' ό,τι οξυγόνου (κοιτάξτε πιο πάνω το μόριο της ζάχαρης).
Αν το δούμε λίγο με μαθηματικά: αν ενώσουμε 22 άτομα υδρογόνου και 11 άτομα οξυγόνου θα πάρουμε 11 μόρια νερού.
Αν σε αυτά τα 22 άτομα υδρογόνου και τα 11 άτομα οξυγόνου προσθέσουμε και 12 άτομα άνθρακα (κάρβουνο δηλαδή) θα πάρουμε ένα μόριο ζάχαρης!
Ή, να το πούμε και αλλιώς, ενώνουμε μερικά άτομα υδρογόνου (αέριο), μερικά άτομα οξυγόνου (αέριο) και μερικά άτομα άνθρακα (κάρβουνο) και παίρνουμε ένα μόριο γλυκιάς ζάχαρης!
Να το κάνουμε ακόμη πιο ακραίο;
Αν αφαιρέσουμε μερικά άτομα από το μόριο της ζάχαρης, δηλαδή αν αφαιρέσουμε 18 άτομα υδρογόνου, 11 άτομα άνθρακα και όλα τα άτομα οξυγόνου, το σώμα που θα μείνει –με 1 άτομο άνθρακα και 4 άτομα υδρογόνου– θα είναι ένα μόριο μεθανίου (το μεθάνιο είναι κάπως σαν τα αέρια που βρωμάνε όταν περνάμε δίπλα από ένα διυλιστήριο πετρελαίου)!
Φυσικά όλοι ξέρουμε πως το οξυζενέ δεν έχει καμμία σχέση με το νερό. Κι όλο αυτό έγινε, επειδή μπήκε μέσα ένα άτομο παραπάνω!
Να το κάνουμε λίγο πιο ακραίο;
Το μόριο του νερού έχει διπλάσια άτομα υδρογόνου απ' ό,τι οξυγόνου.
Και το μόριο της ζάχαρης όμως έχει διπλάσια άτομα υδρογόνου απ' ό,τι οξυγόνου (κοιτάξτε πιο πάνω το μόριο της ζάχαρης).
Αν το δούμε λίγο με μαθηματικά: αν ενώσουμε 22 άτομα υδρογόνου και 11 άτομα οξυγόνου θα πάρουμε 11 μόρια νερού.
Αν σε αυτά τα 22 άτομα υδρογόνου και τα 11 άτομα οξυγόνου προσθέσουμε και 12 άτομα άνθρακα (κάρβουνο δηλαδή) θα πάρουμε ένα μόριο ζάχαρης!
Ή, να το πούμε και αλλιώς, ενώνουμε μερικά άτομα υδρογόνου (αέριο), μερικά άτομα οξυγόνου (αέριο) και μερικά άτομα άνθρακα (κάρβουνο) και παίρνουμε ένα μόριο γλυκιάς ζάχαρης!
Να το κάνουμε ακόμη πιο ακραίο;
Αν αφαιρέσουμε μερικά άτομα από το μόριο της ζάχαρης, δηλαδή αν αφαιρέσουμε 18 άτομα υδρογόνου, 11 άτομα άνθρακα και όλα τα άτομα οξυγόνου, το σώμα που θα μείνει –με 1 άτομο άνθρακα και 4 άτομα υδρογόνου– θα είναι ένα μόριο μεθανίου (το μεθάνιο είναι κάπως σαν τα αέρια που βρωμάνε όταν περνάμε δίπλα από ένα διυλιστήριο πετρελαίου)!
μόριο μεθανίου
Δηλαδή, αν από ένα μόριο ζάχαρης βγάλουμε κάποια συγκεκριμένα άτομα, τότε παίρνουμε μεθάνιο!
Αυτά είναι τα άτομα!
Τόσο απλά, τόσο μικροσκοπικά, αλλά με τόσο μεγάλη δύναμη...
Για να δούμε τον ρόλο των ατόμων, στην Γη γύρω μας βλέπουμε χιλιάδες διαφορετικά υλικά σώματα.
Όλα αυτά τα υλικά σώματα που υπάρχουν στην Γη είναι απλώς συνδυασμοί 98 ατόμων (τόσα μόνο είναι τα διαφορετικά άτομα στον κόσμο μας)!
Υπάρχουν βέβαια και άλλα 20 στοιχεία που έχουν φτιαχτεί σε εργαστήρια τα τελευταία χρόνια, αλλά το σημαντικό είναι ότι όλα τα φυσικά υλικά σώματα που υπάρχουν στον κόσμο, στερεά, υγρά, αέρια, όλα έχουν προέλθει από συνδυασμούς μόνο 98 στοιχείων!
Τα άτομα θα μπορούσαμε να τα παρομοιάσουμε με μικρά μπαλάκια (που ούτε καν φαίνονται, όπως είπαμε, ούτε με το μικροσκόπιο).
Στο κέντρο τους υπάρχει ένας πυρήνας ο οποίος περιέχει πρωτόνια, νετρόνια και διάφορα άλλα σωματίδια, ασήμαντα σε μέγεθος αλλά σημαντικά σε χρησιμότητα.
Γύρω από τον πυρήνα περιστρέφονται ηλεκτρόνια.
Τα κύρια σωματίδια του πυρήνα, τα πρωτόνια, είναι θετικά φορτισμένα.
Αντίθετα, τα ηλεκτρόνια είναι σωματίδια αρνητικά φορτισμένα.
Επειδή ένα άτομο έχει ίδιο αριθμό πρωτονίων και ηλεκτρονίων, γι' αυτό λέμε πως τα άτομα είναι ηλεκτρικά ουδέτερα.
Ας το δούμε και σε κίνηση:
Στερεά, υγρά, ή αέρια;
Τα υλικά σώματα χωρίζονται σε στερεά, υγρά και αέρια.
Πολλά σώματα αν θερμανθούν, αλλάζουν φυσική σύσταση: από στερεά μπορούν να γίνουν υγρά και από υγρά να γίνουν αέρια.
Αντίθετα, αν τα ψυχράνουμε, μπορούν από αέρια να γίνουν υγρά και από υγρά να γίνουν αέρια.
Π.χ. Θερμαίνουμε το βούτυρο, το κερί, την σοκολάτα, το σίδερο, κλπ. και τα κάνουμε υγρά.
Ψυχραίνουμε το νερό και γίνεται πάγος.
Το νερό
Όλα τα φυσικά σώματα, στην θερμοκρασία περιβάλλοντος βρίσκονται σε μία κατάσταση: ή θα είναι στερεά, ή θα είναι υγρά, ή θα είναι αέρια.
Το νερό είναι το μοναδικό στοιχείο πάνω στην Γη που μπορούμε να το βλέπουμε ταυτόχρονα σε στερεή μορφή (πάγο), υγρή μορφή (νερό) και αέρια μορφή (υδρατμοί, σύννεφα).
Το νερό είναι το μοναδικό στοιχείο πάνω στην Γη που μπορούμε να το βλέπουμε ταυτόχρονα σε στερεή μορφή (πάγο), υγρή μορφή (νερό) και αέρια μορφή (υδρατμοί, σύννεφα).