خلاصه درس فصل ۴ علوم هفتم؛ درسنامه و نکات مهم

به نمکی که روی غذا می‌ریزی فکر کن: منبع آن می‌تواند آب دریا باشد. طبیعت، از زمین و آب گرفته تا هوا، منبع مواد مورد استفادهٔ ماست. بعضی مواد را می‌توان از این منابع جدا کرد و به کار برد؛ لازم نیست ابتدا آن‌ها را از ماده‌ای دیگر بسازیم. طلا در میان بعضی خاک‌ها و سنگ‌ها به صورت تکه یا رگه یافت می‌شود و گوگرد به شکل بلورهای زرد در اطراف برخی آتشفشان‌ها وجود دارد. جداکردن از طبیعت را با ساختن از ماده‌ای دیگر اشتباه نگیر.

آیا می‌توان یک شیشهٔ آماده را مثل تکهٔ طلا از میان خاک پیدا کرد؟ بیشتر مواد مصرفی ما به شکل مورد نیازمان در طبیعت وجود ندارند. برای تهیهٔ آن‌ها، در مواد طبیعی تغییرهای فیزیکی و شیمیایی ایجاد می‌کنیم. مثلاً شیشه از ماسه، سیمان از سنگ آهک و پلاستیک از نفت خام ساخته می‌شود. فلزهایی مانند آهن، آلومینیم و مس هم از سنگ معدنشان به دست می‌آیند. پس طبیعت منبع اولیه است، اما راه رسیدن از آن منبع به مادهٔ مصرفی همیشه یکسان نیست.

حالا به جای منبع مواد، به خود وسایل نگاه کن. «عصا» نام یک جسم است و «چوب» می‌تواند جنس آن باشد. برای شناخت هر وسیله از خودت بپرس: از چه ماده یا موادی ساخته شده است؟ در مثال‌های کتاب، سیم مسی فقط از مس و عصای چوبی فقط از چوب ساخته شده‌اند؛ ولی برای ساخت کاغذ، چوب، گچ، نشاسته و مواد دیگری به کار می‌رود. بنابراین یک جسم بودن، به معنای یک‌ماده‌ای بودن نیست. حتی جسمی با ظاهر یکدست ممکن است چند مادهٔ سازنده داشته باشد.

برای مرتب‌کردن وسایل اطرافت، اول باید بگویی ملاک دسته‌بندی چیست. اگر ملاک جنس مواد سازنده باشد، می‌توانی دسته‌هایی مانند فلزی، شیشه‌ای، چوبی، چرمی، پارچه‌ای، پلاستیکی و سنگی داشته باشی. مثلاً لیوان شیشه‌ای را در دستهٔ شیشه‌ای و عصای چوبی را در دستهٔ چوبی قرار می‌دهی. دسته‌بندی بر اساس کاربرد، مثل وسایل آشپزخانه و وسایل مدرسه، دسته‌بندی دیگری است. اگر وسیله‌ای چند جنس دارد، مواد یا بخش‌های آن را جداگانه ثبت کن؛ لازم نیست با نادیده‌گرفتن بخش‌هایش، آن را فقط در یک دسته جا بدهی.

شناختن نام ماده کافی نیست؛ مواد ویژگی‌هایی هم دارند. مثلاً مس براق است و جریان برق و گرما را عبور می‌دهد. برای توصیف مواد می‌توان از واژه‌هایی مثل شفاف، کدر، نرم یا شکننده استفاده کرد. یکی از این ویژگی‌ها سختی است: مادهٔ سخت‌تر می‌تواند روی مادهٔ دیگر خراش بیندازد یا آن را ببرد. چون الماس می‌تواند شیشه را ببرد، از شیشه سخت‌تر است. دقت کن که «سخت‌تر بودن» در اینجا به معنای سنگین‌تر یا بزرگ‌تر بودن نیست؛ ملاک، توانایی خراش‌دادن یا بریدن است.

به یک مداد نگاه کن: بدنه‌اش چوبی است، اما مغزش از مادهٔ دیگری ساخته شده است. پس برای دسته‌بندی وسایل، باید ملاک داشته باشیم؛ مثلاً جنس آن‌ها. یک وسیلهٔ چندماده‌ای هم ممکن است به بیش از یک گروه مربوط باشد.

برای شناخت هر ماده، ویژگی‌هایش را جداگانه بررسی می‌کنیم: آیا شفاف است؟ برق را عبور می‌دهد؟ خراش برمی‌دارد؟ سختی یعنی مقاومت در برابر خراشیده‌شدن یا بریده‌شدن. اگر ناخن روی صابون خراش ایجاد کند، ناخن از صابون سخت‌تر است. الماس هم می‌تواند شیشه را ببرد. دقت کن: سخت‌بودن به معنی نشکستن نیست؛ شیشه با اینکه نسبتاً سخت است، می‌تواند شکننده باشد.

یک کش را آرام بکش و رها کن؛ البته آن را به سمت صورت نگیر. کش بلند می‌شود و پس از رهاشدن تقریباً به حالت نخست برمی‌گردد. در تعریف این درس، انعطاف‌پذیری هم تغییر شکل بر اثر نیرو را دربرمی‌گیرد و هم بازگشت پس از برداشتن نیرو را. فقط خم‌شدن کافی نیست؛ ممکن است جسم خم شود و همان‌طور بماند.

چکش‌خواری ویژگی دیگری است. بسیاری از فلزها با ضربه تغییر شکل می‌دهند، بی‌آنکه خرد شوند؛ به همین دلیل می‌توان از آن‌ها ورقه یا ظرف ساخت. در توضیح سادهٔ اتمی، هنگام ضربه، لایه‌های اتمی فلز می‌توانند نسبت به هم جابه‌جا شوند و فلز همچنان یکپارچه بماند. پس چکش‌خواری را با انعطاف‌پذیری یکی نگیریم.

برای بررسی رسانایی الکتریکی، ماده را در فاصلهٔ میان دو سر سیمِ یک مدار سادهٔ باتری و لامپ قرار می‌دهیم. اگر مدار سالم باشد و لامپ روشن شود، ماده جریان را عبور داده است. این کار فقط با باتری کم‌ولتاژ و با راهنمایی بزرگ‌تر انجام می‌شود؛ هرگز از برق پریز استفاده نکن.

ویژگی دیگر، استحکام است: ماده تا چه اندازه در برابر پاره‌شدن بر اثر کشیدن مقاومت می‌کند؟ برای مقایسهٔ رشته‌ها، قطر و بهتر است طول آن‌ها یکسان باشد و وزنه‌ها کم‌کم اضافه شوند. رشته‌ای که نیروی بیشتری را تا پیش از پارگی تحمل کند، در این مقایسه مستحکم‌تر است. فلزها معمولاً استحکام زیادی دارند، اما استثنا هم وجود دارد؛ بعضی پلاستیک‌های ویژه بسیار مستحکم‌اند.

یک تکه چوب و یک تکه فلزِ هم‌اندازه را تصور کن. با اینکه حجمشان برابر است، معمولاً جرم یکسانی ندارند. چگالی نشان می‌دهد در حجم معینی از ماده، چه مقدار جرم وجود دارد:

$\text{چگالی}=\dfrac{\text{جرم}}{\text{حجم}}$

اگر جرم را با $\text{گرم}$ و حجم را با $\text{سانتی‌متر مکعب}$ بسنجیم، واحد چگالی $\text{گرم بر سانتی‌متر مکعب}$ خواهد بود. برای مقایسهٔ جرم مواد از روی چگالی، باید حجم‌های برابر را در نظر بگیریم؛ یک قطعهٔ بزرگ چوب ممکن است از یک تکهٔ کوچک فلز سنگین‌تر باشد.

چگالی فلزها هم متفاوت است: چگالی طلا از فولاد و چگالی فولاد از آلومینیم بیشتر است. آلومینیم به دلیل چگالی نسبتاً کم، برای ساخت وسایل محکم و سبک کاربرد دارد.

برای انتخاب ماده، اول بپرس: این بخش از وسیله چه کاری باید انجام دهد؟ شیشهٔ پنجره باید نور را عبور دهد؛ پس شفافیت مهم است. سیم برق باید رسانا باشد، اما روکش آن باید نارسانا باشد. ظرف آشپزی باید گرما را به غذا منتقل کند، ولی دسته‌اش بهتر است گرما را کمتر به دست برساند.

تنها یک ویژگی کافی نیست. برای ساخت یک پل، استحکام، دوام، قیمت و در دسترس بودن ماده اهمیت دارند. فولاد مستحکم است، اما زنگ‌زدگی می‌تواند به‌مرور از استحکام سازه کم کند؛ پس حفاظت از آن هم لازم است. همچنین ماده‌ای که مناسب ولی بسیار گران یا کمیاب باشد، همیشه بهترین انتخاب نیست. انتخاب خوب یعنی هماهنگ‌کردن چند نیاز با هم.

برای ساختن یک وسیله، فقط ظاهر ماده مهم نیست؛ ویژگی‌های فیزیکی، قیمت و فراوانی آن هم اهمیت دارند. مثلاً ارزان‌تر بودن آهن نسبت به بسیاری از فلزها، یکی از دلیل‌های کاربرد گستردهٔ آن است. اما اگر ویژگی یک ماده برای کار ما مناسب نباشد، آیا باید حتماً آن را کنار بگذاریم؟ گاهی می‌توان با افزودن ماده‌ای دیگر، ویژگی آن را بهتر کرد.

کربن نرم است و با کشیده‌شدن روی کاغذ، لایه‌ای از خود بر جا می‌گذارد؛ این ویژگی برای نوشتن مفید است. ولی نرمی زیاد، ساخت و استفاده از مغز مداد را دشوار می‌کند. افزودن خاک رس، مغز مداد را سخت‌تر می‌کند. هرچه خاک رس بیشتر باشد، سختی مغز مداد بیشتر می‌شود. افزودن آهک به گل برای افزایش استحکام بناهای خشتی نیز نمونه‌ای از بهترکردن خواص مواد است.

خواص فلزها هم می‌تواند با افزودن مواد دیگر تغییر کند. آلیاژ ماده‌ای است که غالباً از مخلوط‌کردن چند فلز به دست می‌آید. برای تهیهٔ آن، فلزها را ذوب و مخلوط می‌کنند؛ در این فرایند، اتم‌های اجزا لابه‌لای هم پخش می‌شوند. پس کنار هم ریختن چند تکه فلز جامد، با ساختن آلیاژ یکسان نیست.

آلیاژ می‌تواند ویژگی‌هایی متفاوت از فلز اولیه داشته باشد. مثلاً با افزودن کروم و نیکل به آهن، فولاد زنگ‌نزن تولید می‌شود که سخت‌تر از آهن است. چدن هم از آهن و کربن ساخته می‌شود و سخت‌تر از آهن است. این مثال نکتهٔ مهمی دارد: لازم نیست همهٔ اجزای آلیاژ فلز باشند؛ کربن نافلز است، اما در ساخت برخی آلیاژها به کار می‌رود.

تا اینجا دیدیم که می‌توان موادی سخت‌تر یا محکم‌تر ساخت. اما بهترشدن خواص همیشه به معنی سخت‌ترشدن نیست؛ گاهی می‌خواهیم ماده در برابر یک تغییر، رفتار ویژه‌ای نشان دهد. نمونهٔ کتاب، ماده‌ای است که در ساخت بعضی قاب‌های عینک به کار می‌رود.

این قاب با واردشدن نیرو یا فشار، تغییر شکل می‌دهد و ممکن است مچاله شود. نکتهٔ جالب بعد از برداشتن فشار رخ می‌دهد: قاب بدون کمک ما به شکل اولیه برمی‌گردد. کتاب این نمونه را در گروه مواد هوشمند معرفی می‌کند. «هوشمند» در اینجا به معنی فکرکردن مانند انسان نیست، بلکه به رفتار ویژهٔ ماده اشاره دارد. در شکل کتاب، لوازم دندان‌پزشکی هم از کاربردهای مواد هوشمند است. پژوهشگران به دنبال کاربردهای گوناگون این مواد هستند تا وسایل کارآمدتری بسازند.