Aine Aineen muodot (mikroskooppisten ominaisuuksien perusteella)
Arkielämässä kohtaamme usein kolmea erilaista aineen olomuotoa. On olemassa kiinteitä aineita (esimerkiksi kivet, rauta jne. ) , nesteitä (vesi, bensiini jne. ) ja kaasuja (ilma jne. ) . Nämä kolme aineen olomuotoa voidaan erottaa niiden kyvyn perusteella säilyttää muotonsa ja kokonsa (koosta tarkoitamme tilavuutta).
Kiinteät aineet säilyttävät yleensä kiinteän muotonsa ja tilavuutensa. Nesteet eivät säilytä kiinteää muotoaan, vaan ne mukautuvat astiaan. Esimerkiksi jos laitamme vettä lasiin, sen muoto muuttuu lasin muotoiseksi. Jos vesi laitetaan kylpyammeeseen, sen muoto muuttuu kylpyammeen muotoiseksi. Jos vesi laitetaan vuotavaan muovipussiin, vesi läikkyy... he he ... Nesteen tilavuus pysyy yleensä vakiona. Jos lasillinen vettä laitetaan kylpyammeeseen , veden tilavuus pysyy samana kuin lasin. Veden muoto voi muuttua, mutta sen tilavuus ei koskaan muutu. On tärkeää huomata, että kiinteiden aineiden ja nesteiden tilavuus voi muuttua vain, jos siihen kohdistetaan erittäin suuri voima.
Entä kaasu? Kaasuilla ei ole kiinteää muotoa tai tilavuutta. Niiden muoto ja tilavuus mukautuvat aina niiden sisällä olevan säiliön muotoon ja tilavuuteen. Esimerkiksi jos laitamme kaasua auton sisärenkaaseen, kaasun muoto muuttuu aivan kuten sisärenkaankin. Sama pätee sen tilavuuteen. Renkaan sisällä kaasu leviää täyttäen koko renkaan . Tässä tapauksessa kaasun tilavuus muuttuu aivan kuten renkaan tilavuus. Jos puhallamme ilmapallon, ilman muoto ja tilavuus muuttuvat aivan kuten ilmapallon muoto ja tilavuus.
Tähän mennessä olemme erottaneet aineen kolme olomuotoa vain niiden makroskooppisten ominaisuuksien perusteella (makroskooppiset ominaisuudet = aineen muoto ja koko). Tämä perustuu tietenkin päivittäisten mittaustemme ja havaintojemme tuloksiin. Näemme aineen kolmen olomuodon erot niiden mikroskooppisten ominaisuuksien perusteella. Jokainen aine koostuu atomeista tai molekyyleistä. Kun sanomme, että kivi on kiinteä, emme koskaan tiedä, mitä tapahtuu kiven sisällä oleville atomeille tai molekyyleille, jotka tekevät siitä kiinteän. Samoin on veden tai ilman laita. Mikä veden muodostavissa atomeissa tai molekyyleissä tekee veden ja ilman nestemäisestä muodosta näkymättömän?
Mikroskooppisiin ominaisuuksiin perustuvat aineen muodot
Ennen kuin keskustelemme kiinteiden aineiden, nesteiden ja kaasujen eroista niiden mikroskooppisten ominaisuuksien perusteella, käsitellään ensin seuraavaa . Tarkastellaan kohdetta. Esimerkiksi kiveä... Jos katsomme kiveä tarkasti, näemme, että jokainen kiven osa on tarttunut toisiinsa. Vaikka sitä potkittaisiin ja heitettäisiin, sen muoto ja koko eivät koskaan muutu (ellei siihen kohdistu erittäin suurta voimaa). Yleensä kaikki kiven osat pysyvät aina yhtenä kokonaisuutena. Miksi näin on? Mietitäänpä hetki...
Dminä kivessä terdapat atomeja tai molekyylejä. Yritä nyt kuvitella… Kuvittele kivi. Kuvittele, että kivi koostuu pienistä paloista. Jaa kivenpalat yhä pienempiin ja pienempiin osiin… kunnes ne saavuttavat atomien tai molekyylien koon. Kuvittele atomit pieninä palloina. Vaikka molekyylit koostuvat useita palloja liimautuneena yhteen.
Kivet sisältävät siis monia hyvin pieniä molekyylejä tai atomeja. Voitko kuvitella kivien atomit?
Yhden atomin halkaisija on noin 10‐10 m. Jos kuvittelet atomin palloksi, pallon halkaisija on 10‐10 metriä . Se on niin pieni, ettei sitä voi nähdä paljaalla silmällä... sen voi vain kuvitella. Molekyylit ovat yhteen kiinnittyneitä atomeja, joten molekyylit ovat suurempia kuin atomit. Mutta molekyylejä ei voi myöskään nähdä paljaalla silmällä...
On outoa, eikö olekin, että nämä pienet atomit tai molekyylit voivat olla yhdessä yksikössä... Jos atomit tai molekyylit eivät olisi yhdessä yksikössä, kiven osat eivät tietenkään pysyisi yhdessä. Itse asiassa kiven osat pysyvät yhdessä niin, että kivestä tulee kiinteä. Miksi atomit tai molekyylit eivät erotu?
Atomit tai molekyylit varmasti vetävät toisiaan puoleensa. Jos atomit tai molekyylit eivät vetäisi toisiaan puoleensa, ne olisivat tietenkin lentäneet kaikkialle. Jokainen atomi tai molekyyli jättäisi hyvästit ystävälleen. Näin ollen kivenpalaset leviäisivät kaikkialle. Kivenpalaset leviäisivät myös, emmekä lopulta pystyisi näkemään niitä. Kivenpalaset koostuvat myös atomeista tai molekyyleistä. Atomien koko on hyvin pieni, joten jos ne olisivat erillään, emme tietenkään pystyisi näkemään niitä... Mutta todellisuus ei ole tällainen.
Kivi näyttää kiinteältä, ja jokainen kivenpalanen on tarttunut toisiinsa. Siksi voimme päätellä, että kiinteän kappaleen atomien tai molekyylien täytyy vetää toisiaan puoleensa.
Atomien tai molekyylien välinen vetovoima on itse asiassa sähkömagneettinen voima. Tämän vetovoiman olemassaolo saa atomit tai molekyylit lähestymään toisiaan. Kun ne ovat törmäämässä , atomien tai molekyylien uloimmalla osalla olevat elektronit hylkivät toisiaan (sähköinen hylkiminen). Tämän hylkimisen olemassaolo saa atomit ja molekyylit liikkumaan taaksepäin. Vaikka atomit tai molekyylit liikkuvat taaksepäin, ne liikkuvat vetovoiman vuoksi taas lähemmäs toisiaan. Ja niin edelleen… Atomit tai molekyylit liikkuvat edestakaisin (värähtelevät) pitäen samalla minimietäisyyden.
Kiinteiden aineiden, nesteiden ja kaasujen välinen ero mikroskooppisten ominaisuuksien perusteella on itse asiassa näiden kolmen aineen muodostavien atomien tai molekyylien välisten vetovoimien voimakkuudessa tai heikkoudessa.
Kiinteä
Kiinteissä aineissa atomien tai molekyylien väliset vetovoimat ovat niin voimakkaita, että kiinteän aineen muodostavat atomit tai molekyylit pysyvät aina kiinteissä asennoissaan. Kiinteiden aineiden atomit tai molekyylit liikkuvat edestakaisin (värähtelevät), mutta ne värähtelevät aina samassa asennossa.
Kiinteän aineen muodostavien atomien tai molekyylien välinen voimakas vetovoima on syy siihen, miksi kiinteän aineen muoto ja tilavuus pysyvät aina samoina. Vaikka heitetty tai lyötyKiven tai rautapalan muotoa on vaikea muuttaa, koska atomien tai molekyylien väliset vetovoimat ovat erittäin voimakkaita. Kun laitat kiven tai rautapalan ämpäriin tai kylpyammeeseen, sen tilavuus ei koskaan muutu. Kiinteän aineen muodostavien atomien tai molekyylien väliset voimakkaat vetovoimat siis pitävät ne yhdessä ja säilyttävät niiden kiinteän ulkonäön.
Yleisesti ottaen kiinteän aineen muodostavien atomien tai molekyylien sijainnit ovat suunnilleen kuvan (tunnetaan myös kidehilana) mukaiset. Kuvaa on suurennettu. Atomit tai molekyylit ovat hyvin pieniä.
Neste
Nesteissä atomien tai molekyylien väliset vetovoimat ovat heikompia, minkä ansiosta ne voivat liikkua vapaasti ja olla päällekkäin toistensa kanssa. Nesteitä muodostavat atomit tai molekyylit voivat liikkua mielensä mukaan, mutta ne eivät voi sanoa hyvästit ystävilleen. Vetovoimien voimakkuus estää niitä silti pakenemasta ja hajaantumasta.
Tästä syystä nesteen muoto voi muuttua, mutta sen tilavuus pysyy vakiona. Kun laitamme vettä lasiin, sen sisältämien atomien tai molekyylien väliset vetovoimat heikkenevät, joten veden muoto muuttuu lasin muodon mukaan. Kun laitamme vettä kylpyammeeseen, atomien tai molekyylien väliset heikommat vetovoimat mahdollistavat veden mukautumisen kylpyammeen muotoon. VNesteen tilavuus pysyy aina vakiona, koska atomien tai molekyylien väliset vetovoimat pystyvät pitämään niitä yhdessä. pysy yhtenäisenäLasillinen vettä, kun se laitetaan sisäänkKun vettä kaadetaan kylpyammeeseen, veden tilavuus pysyy samana kuin lasissa. Veden muodostavat atomit tai molekyylit eivät hajoa, joten tilavuus pysyy aina samana.
Nesteen muodostavien atomien tai molekyylien sijainti on kuvan mukainen (nuoli osoittaa liikesuuntaan ).
Kaasumaiset aineet
Kaasumaisissa aineissa atomien tai molekyylien väliset vetovoimat ovat niin heikkoja, että atomit tai molekyylit eivät voi olla yhdessä yksikössä. Ne liikkuvat mielensä mukaan, koska niiden välillä ei ole sidoksia. Hyvin heikot vetovoimat aiheuttavat sen, että kaasumaisen aineen muodostavat atomit tai molekyylit ovat hajallaan kaikkialle. Kaasumaisen aineen atomit ovat vapaampia kuin kiinteän tai nestemäisen aineen atomit .
Kaasumaisen aineen muodostavien atomien tai molekyylien sijainti on suunnilleen seuraava Pada kuva.
Hyvin heikko vetovoima on syy siihen, miksi kaasujen muoto ja tilavuus voivat muuttua ja miksi ilmaa ei voida nähdä silmällä. Atomien tai molekyylien koko on niin pieni, että jos ne ovat hajallaan kaikkialle, emme voi nähdä niitä. Hiekan tai sokerin koko on paljon suurempi kuin atomien tai molekyylien, joten vaikka ne ovat hajallaan, hiekanjyvät voidaan silti nähdä silmällä, vaikka se onkin hieman vaikeaa.
Kiinteät aineet ja nesteet voidaan nähdä, koska niiden sisältämät atomit tai molekyylit eivät ole erillään. Kiinteiden aineiden ja kaasujen voimakkaat vetovoimat pystyvät silti pitämään ne yhdessä. Kaasujen vetovoimat ovat niin heikkoja, etteivät ne pysty pitämään atomeja tai molekyylejä yhdessä. Tämä pieni vetovoima on myös syy siihen, miksi kaasut ja nesteet voivat virrata.
