درس ۱ · صفحهٔ ۱۳ تا ۱۹ · حدود ۱۵ دقیقه · تولید هوش مصنوعی
مواد در تمام بخشهای زندگی ما وجود دارند.
در این درس یاد میگیری مواد از چه ذرههایی ساخته شدهاند، چگونه دربارهٔ ذرههای نادیدنی شواهد پیدا کنی و اتم، عنصر و مولکول را از هم تشخیص بدهی.
پیش از شروع
قند را در آب هم میزنی و دیگر آن را نمیبینی. آیا قند واقعاً از لیوان ناپدید شده است؟ چطور میتوانی ادعایت را بررسی کنی؟
قند هنوز در آب وجود دارد، اما ذرههای آن را با چشم نمیبینیم. اگر مقدار کمی از این محلول را در ظرفی تمیز بگذاریم تا آبش بهآرامی تبخیر شود، باقیماندن قند نشانهای از حضور آن در محلول است.
مواد، همراه همیشگی ما
برای شروع، به سه چیز نزدیکت نگاه کن: مثلاً لباس، لیوان و گوشی. هرکدام از یک یا چند ماده ساخته شدهاند؛ مانند پنبه، شیشه، فلز و پلاستیک. پس مواد فقط چیزهایی نیستند که در آزمایشگاه پیدا میشوند؛ زندگی روزانهٔ ما به آنها وابسته است.
هر ماده کاربردهای ویژهای دارد. مثلاً زیبایی و ماندگاری سنگ مرمر، آن را برای نمای ساختمان مناسب میکند. از نفت خام هم مواد گوناگونی به دست میآید و نمک خوراکی کاربردهای مختلفی دارد. برای شناخت یک ماده، خوب است دو پرسش بپرسیم: «چه ویژگیهایی دارد؟» و «این ویژگیها به چه کاری میآیند؟»
کتاب درسی، صفحهٔ ۱۴
از حبهٔ قند تا اتم
حالا از ظاهر مواد به درون آنها برویم. وقتی یک حبه قند را خرد میکنی، تکههای کوچکتر و سپس پودر به دست میآید. اما هر دانهٔ پودر هنوز از شمار بسیار زیادی ذرهٔ ریزتر ساخته شده است؛ پس پودرکردن قند به معنی جداکردن اتمهای آن نیست.
همهٔ مواد از ذرههای بسیار ریز ساخته شدهاند و اتمها ذرههای اصلی سازندهٔ مواد هستند. این ذرهها آنقدر کوچکاند که با چشم دیده نمیشوند. حلشدن قند هم به معنی نابودشدن آن نیست: قند در آب پخش میشود، ولی همچنان وجود دارد. نکتهٔ مهم این است که «نمیبینم» همیشه به معنی «وجود ندارد» نیست.
کتاب درسی، صفحهٔ ۱۶
شناختن بدون دیدن
فرض کن گلولهای خمیری داری و نمیدانی درونش چیست. اگر آن را باز کنی و داخلش را ببینی، مشاهدهٔ مستقیم انجام دادهای. اما اگر بدون بازکردن، با آزمایش دربارهٔ درون آن اطلاعات بگیری، مشاهدهٔ تو غیرمستقیم است. مثلاً جذبشدن گلوله به آهنربا میتواند نشانهای از وجود مادهای جذبشونده درون آن باشد؛ البته برای شناخت دقیقتر، شواهد بیشتری لازم است.
دانشمندان هم برای شناخت اتمها از نتیجهٔ آزمایشها کمک میگیرند. در مشاهدهٔ غیرمستقیم، حدسِ بیدلیل کافی نیست؛ باید نشانهای داشته باشیم که بتوانیم آن را بررسی کنیم. حتی وجود بخار آب نادیدنی در هوای اتاق را میتوان از روی تشکیل قطرهها بر سطح یک ظرف سرد بررسی کرد.
کتاب درسی، صفحهٔ ۱۸
عنصرها و تفاوت ویژگیها
اتمها کنار هم مواد را میسازند. اگر یک مادهٔ خالص فقط یک نوع اتم داشته باشد، آن را «عنصر» مینامیم؛ مثلاً عنصر آهن از اتمهای آهن ساخته شده است. منظور از «یک نوع اتم»، یک عدد اتم نیست؛ یک تکه آهن میتواند تعداد بسیار زیادی اتم آهن داشته باشد.
عنصرها ویژگیهای یکسانی ندارند. میتوان آنها را از نظر ظاهر، رفتار زیر ضربه و رسانایی برق مقایسه کرد. آهن، مس، طلا و آلومینیم فلزند؛ کربن، گوگرد، اکسیژن و نیتروژن نافلزند. فلزها معمولاً براق و رسانای خوب برقاند. بااینحال، برای دستهبندی نباید فقط به یک نشانه مثل براقبودن یا شناورماندن روی آب تکیه کنیم؛ مجموعهٔ ویژگیها مهم است.
کتاب درسی، صفحهٔ ۱۸
مولکول و مدل گلولهای
بسیاری از مواد پیرامون ما بیش از یک نوع اتم دارند. برای نمونه، آب از اتمهای هیدروژن و اکسیژن ساخته شده است. در آب، اتمها به هم پیوند میخورند و واحدهایی به نام «مولکول» میسازند. مولکول از پیوند دو یا چند اتم به وجود میآید.
حواست باشد که مولکول حتماً چند نوع اتم ندارد: ذرههای سازندهٔ عنصر اکسیژن هم مولکولاند، اما فقط اتم اکسیژن دارند. پس «عنصر» به نوع اتمها مربوط است و «مولکول» به پیوند اتمها.
برای نمایش این ذرههای نادیدنی، از مدل گلولهای استفاده میکنیم. گلولهها نمایندهٔ اتمها هستند؛ مدل به فهم ساختار کمک میکند، اما عکس واقعی اتمها نیست.
کتاب درسی، صفحهٔ ۱۹
مثال حلشده
چگونه بدون دیدن خودِ بخار آب، نشان بدهیم در هوای اتاق بخار آب وجود دارد؟
یک لیوان سالم و بدون ترک را با آب سرد و چند تکه یخ پر کن؛ مراقب باش آب روی بدنه نریزد.
سطح بیرونی لیوان را کاملاً خشک کن و آن را چند دقیقه در اتاق بگذار.
تشکیل قطرههای تازه روی سطح بیرونی را بررسی کن؛ این قطرهها از آبِ داخل لیوان از میان شیشه عبور نکردهاند.
نتیجه بگیر که بخار آبِ هوای اطراف روی سطح سرد به قطرههای مایع تبدیل شده است؛ پس از یک اثر دیدنی، به وجود بخار آب نادیدنی پی بردهای.
نکات مهم
- مواد در همهٔ بخشهای زندگی حضور دارند و ویژگیهایشان در انتخاب کاربرد آنها مهم است.
- اتمها ذرههای اصلی سازندهٔ موادند و برای شناخت آنها از شواهد و مشاهدهٔ غیرمستقیم استفاده میکنیم.
- عنصر فقط یک نوع اتم دارد، اما مولکول از پیوند دو یا چند اتمِ همنوع یا متفاوت ساخته میشود.