पदार्थांच्या अवस्थांविषयीचा लेख (सूक्ष्म गुणधर्मांवर आधारित)
दैनंदिन जीवनात आपल्याला अनेकदा पदार्थांच्या तीन वेगवेगळ्या अवस्था आढळतात. त्या म्हणजे घन पदार्थ (उदा. दगड, लोखंड, इत्यादी), द्रव पदार्थ (पाणी, पेट्रोल, इत्यादी) आणि वायू पदार्थ (हवा, इत्यादी). या पदार्थांच्या तीन अवस्था त्यांच्या आकार आणि स्वरूप टिकवून ठेवण्याच्या क्षमतेनुसार ओळखल्या जातात.
स्थायू पदार्थ सहसा आपला निश्चित आकार आणि आकारमान टिकवून ठेवतात. द्रव आपला निश्चित आकार टिकवून ठेवत नाही, तर तो ज्या पात्रात ठेवला जातो, त्यानुसार स्वतःला जुळवून घेतो. उदाहरणार्थ, जर आपण पाणी ग्लासात टाकले, तर त्याचा आकार ग्लासाप्रमाणे बदलतो. जर पाणी बाथटबमध्ये टाकले, तर त्याचा आकार बाथटबप्रमाणे बदलतो. द्रवाचे आकारमान सामान्यतः नेहमीच निश्चित असते. पाण्याचा ग्लास बाथटबमध्ये ठेवल्यास, पाण्याचे प्रमाण ग्लासातच राहते. पाण्याचा आकार बदलू शकतो, परंतु त्याचे आकारमान कधीही बदलत नाही. हे लक्षात ठेवा की, पुरेसे बल लावल्यास स्थायू आणि द्रवांचा आकार बदलू शकतो.
वायूचे काय? वायूला निश्चित आकार आणि आकारमान नसते. वायूचा आकार आणि आकारमान नेहमी तो ज्या पात्रात असतो, त्याच्या आकारानुसार जुळवून घेतले जाते. उदाहरणार्थ, जर आपण गाडीच्या टायरमध्ये गॅस भरला, तर वायूमध्ये होणारा बदल हा गाडीच्या टायरप्रमाणेच असतो. आकारमानाच्या बाबतीतही असेच आहे. आवरणात असताना, वायू संपूर्ण टायरची जागा भरण्यासाठी पसरतो. या प्रकरणात, वायूचे प्रमाण टायरच्या आकारमानाप्रमाणे बदलते. जर आपण फुगा फुगवला (आपण फुग्यात हवा भरली), तर हवेचा आकार आणि आकारमान हे फुग्याच्या आकार आणि आकारमानाप्रमाणेच बदलेल.
आतापर्यंत आपण पदार्थांच्या तीन स्वरूपांमध्ये केवळ त्यांच्या स्थूल गुणधर्मांच्या (स्थूल गुणधर्म = पदार्थाचा आकार आणि स्वरूप) आधारावर फरक केला आहे. अर्थात, हे आपल्या दैनंदिन मोजमाप आणि निरीक्षणांच्या परिणामांवर आधारित आहे. आपण पदार्थांच्या तीन स्वरूपांमधील फरक त्यांच्या सूक्ष्म गुणधर्मांच्या आधारावर पाहणार आहोत. प्रत्येक पदार्थ अणू किंवा रेणूंनी बनलेला असतो. जेव्हा आपण म्हणतो की खडक स्थिर असतो, तेव्हा आपल्याला कधीच माहीत नसते की त्याच्या पायामध्ये असलेल्या अणू किंवा रेणूंचे काय होते, ज्यामुळे तो दगड घन बनतो. तसेच पाण्याच्या बाबतीतही आहे. अणू किंवा रेणूंचे असे काय होते, ज्यामुळे पाण्याचे डबके तयार होतात आणि त्याची अवस्था द्रवरूप राहते व ते वातावरणात अदृश्य राहते.
सूक्ष्म गुणधर्मांच्या आधारावर पदार्थ तयार होतो.
स्थायू, द्रव आणि वायू पदार्थांमधील त्यांच्या सूक्ष्म वैशिष्ट्यांनुसार असलेले फरक समजून घेण्यापूर्वी, आपण एका वस्तूचा आढावा घेऊया. उदाहरणार्थ, दगड. जर आपण वाळूचे काळजीपूर्वक निरीक्षण केले, तर आपल्या लक्षात येईल की दगडाचा प्रत्येक भाग एकमेकांना चिकटून राहतो. त्याला लाथ मारली किंवा फेकले तरी त्याचा आकार आणि स्वरूप कधीही बदलत नाही. सामान्यतः, दगडाचे सर्व घटक नेहमी एकाच एककात असतात. असे का होते? चला क्षणभर विचार करूया.
दगडाच्या आत अणू किंवा रेणू असतात. आता एका खडकाची कल्पना करा. वाळू लहान लहान कणांनी बनलेली आहे अशी कल्पना करण्याचा प्रयत्न करा. याहून अधिक, दगडाचे तुकडे अधिकाधिक लहान होत जातात. अणूंची कल्पना एका लहान गोळ्यासारखी करा. याउलट, रेणू हे एकमेकांना चिकटलेल्या अनेक गोळ्यांपासून बनलेले असतात.
खडकामध्ये असंख्य रेणू किंवा अणू असतात, तेही अगदी कमी प्रमाणात. तुम्ही दगडातील अणूंची कल्पना करू शकता का?
एका अणूचा व्यास सुमारे १०⁻¹⁰ मीटर असतो . जर तुम्ही अणूची कल्पना एका चेंडूप्रमाणे केली, तर त्या चेंडूचा व्यास १०⁻¹⁰ मीटर असतो . तो इतका सूक्ष्म असतो की डोळ्यांनी पाहता येत नाही... केवळ कल्पनेतच पाहता येतो. रेणू म्हणजे एकत्र चिकटलेले अणू, त्यामुळे रेणूचा आकार अणूपेक्षा अधिक लक्षणीय असतो. पण ते सुद्धा डोळ्यांनी पाहता येत नाहीत.
जर अणू किंवा रेणू एका एककात नसतील, तर अर्थातच दगडाचा प्रत्येक भाग एकत्र चिकटत नाही. खडकाचा प्रत्येक तुकडा एकत्र चिकटतो, ज्यामुळे खडकाला एक घन आकार प्राप्त होतो. अणू किंवा रेणू वेगळे का होत नाहीत?
खरं तर, अणू किंवा रेणू एकमेकांना आकर्षित करतात. जर अणू किंवा रेणू एकत्र आले नसते, तर अर्थातच ते सर्वत्र विखुरले गेले असते. प्रत्येक अणू किंवा रेणू आपल्या एका मित्राला निरोप देतो. त्यामुळे दगडाचे तुकडे सर्वत्र विखुरले जातात. खडकाचे भागही विखुरलेले असतात आणि अखेरीस ते आपल्याला दिसत नाहीत. दगडाचे तुकडेसुद्धा अणू किंवा रेणूंनीच बनलेले असतात. अणूंचा आकार खूप लहान असतो, त्यामुळे जर ते वेगळे झाले असते, तर अर्थातच ते आपल्याला दिसले नसते… पण वास्तव तसे नसते.
दगड भरीव दिसतो, दगडाचा प्रत्येक भाग एकमेकांना चिकटलेला आहे. यावरून आपण असा निष्कर्ष काढू शकतो की, भरीव वस्तू बनवणारे अणू किंवा रेणू एकमेकांना आकर्षित करत असले पाहिजेत.
अणू किंवा रेणूंमधील आकर्षणाची शक्ती ही विद्युतचुंबकीय शक्ती असते. आकर्षण शक्तींच्या उपस्थितीमुळे अणू किंवा रेणू एकमेकांच्या जवळ येतात. जेव्हा टक्कर होते, तेव्हा अणू किंवा रेणूच्या सर्वात बाहेरील भागातील इलेक्ट्रॉन एकमेकांना दूर ढकलतात (विद्युत प्रतिकर्षण). या अंतरामुळे अणू आणि रेणू मागे सरकतात. जरी अणू किंवा रेणू मागे सरकत असले, तरी आकर्षण असल्यामुळे ते पुन्हा एकमेकांच्या जवळ येतात. अणू किंवा रेणू किमान अंतर राखून पुढे-मागे (कंपन करत) फिरतात.
स्थायू, द्रव आणि वायू यांच्यातील प्रत्यक्ष सूक्ष्म गुणधर्मांवर आधारित फरक हा त्या तीन पदार्थांमधील अणू किंवा रेणूंमधील आकर्षणाच्या तीव्रतेवर आणि दुर्बलतेवर अवलंबून असतो.
घन
स्थायूंमध्ये, अणू किंवा रेणूंमधील आकर्षण शक्ती इतकी तीव्र असते की स्थायू बनवणारे अणू किंवा रेणू नेहमी एका निश्चित स्थितीत असतात. स्थायूंमधील अणू किंवा रेणू पुढे-मागे सरकतात (कंप पावतात), परंतु ते तरीही एकाच ठिकाणी कंपन करतात.
या घन पदार्थांमधील अणू किंवा रेणूंमधील आकर्षणाच्या तीव्रतेमुळेच त्यांचा आकार आणि आकारमान नेहमी स्थिर राहते. दगड किंवा लोखंड फेकले किंवा आपटले तरी त्याचा आकार बदलणे कठीण असते, कारण अणू किंवा रेणूंमधील आकर्षणाची शक्ती प्रबळ असते. जेव्हा तुम्ही खडक किंवा धातू बादलीत किंवा बाथटबमध्ये ठेवता, तेव्हा खडक किंवा धातूचे आकारमान कधीही बदलत नाही. म्हणून, या घन पदार्थांना बनवणाऱ्या अणू किंवा रेणूंमधील प्रबळ आकर्षणामुळेच ते एकसंध राहतात आणि त्यांचा आकार घन दिसतो.
स्थायू पदार्थ बनवणाऱ्या अणू किंवा रेणूंची स्थिती चित्रासारखी असते (ज्याला स्फटिक जाळी असेही म्हणतात). हे चित्र मोठे करून दाखवले आहे. अणू किंवा रेणू अतिशय सूक्ष्म असतात.
लिक्विड
द्रवांमध्ये, अणू किंवा रेणूंमधील आकर्षणाची शक्ती कमी असते, त्यामुळे ते एकमेकांवर आच्छादित होत, मागे-पुढे पूर्णपणे मुक्तपणे फिरू शकतात. द्रव तयार करणारे अणू किंवा रेणू खरोखरच मुक्तपणे फिरू शकतात, पण ते आपल्या मित्रांना सोडू शकत नाहीत. आकर्षणाची तीव्रता तरीही त्यांना विखुरण्यापासून रोखू शकते.
याचे कारण असे आहे की, द्रवाचे स्वरूप बदलू शकते, परंतु त्याचे आकारमान नेहमी स्थिर असते. जेव्हा आपण पाणी ग्लासात ओततो, तेव्हा अणू किंवा रेणूंमधील आकर्षण शक्ती इतकी प्रबळ नसते की पाण्याचा आकार ग्लासाप्रमाणे बदलेल. जेव्हा आपण पाणी बाथटबमध्ये ओततो, तेव्हा अणू किंवा रेणूंमधील कमी आकर्षण शक्तीमुळे पाणी बाथटबच्या आकारानुसार आपला आकार जुळवून घेते. द्रवाचे आकारमान नेहमी स्थिर असते कारण अणू किंवा रेणूंमधील आकर्षण शक्ती त्यांना एकत्र धरून ठेवू शकते. पाणी तयार करणारे अणू किंवा रेणू विखुरलेले नसतात, त्यामुळे आकारमान नेहमी स्थिर राहते.
चित्रात दाखवल्याप्रमाणे, द्रव बनवणाऱ्या अणू किंवा रेणूची स्थिती (बाण गतीची दिशा दाखवतो).
गॅस
वायू पदार्थांमध्ये अणू किंवा रेणूंमधील आकर्षण कमकुवत असते. त्यांच्यामध्ये कोणताही बंध नसल्यामुळे ते मुक्तपणे फिरतात. या क्षीण आकर्षणामुळे वायू पदार्थ बनवणारे अणू किंवा रेणू सर्वत्र विखुरलेले असतात. वायू पदार्थ बनवणारे अणू, घन किंवा द्रव पदार्थ बनवणाऱ्या अणूंपेक्षा अधिक मुक्त असतात.
वायू तयार करणाऱ्या अणू किंवा रेणूंची स्थिती आकृतीत दाखवल्याप्रमाणे असते.
सूक्ष्म आकर्षणामुळेच वायू पदार्थाचा आकार आणि आकारमान बदलू शकते, आणि त्यामुळेच डोळ्यांना हवा दिसत नाही. अणू किंवा रेणूंचा आकार इतका लहान असतो की, जर ते सर्वत्र विखुरले गेले, तर ते आपल्याला दिसू शकत नाहीत. वाळू किंवा साखरेचा आकार अणू किंवा रेणूंपेक्षा खूप मोठा असतो, त्यामुळे विखुरले गेले तरी वाळूचे कण डोळ्यांना दिसू शकतात, जरी ते पाहणे थोडे अवघड असले तरी.
घन किंवा द्रव पदार्थ दिसू शकतात कारण त्यातील अणू किंवा रेणू विखुरलेले नसतात. घन आणि वायू पदार्थांमधील आकर्षण शक्ती त्यांना एकत्र ठेवू शकते. वायू पदार्थावरील आकर्षण शक्ती कमकुवत असते, त्यामुळे ती अणू किंवा रेणूंना एकत्र ठेवू शकत नाही. याच कमी आकर्षणामुळे वायू आणि द्रव पदार्थ वाहू शकतात.
