Maddenin halleri (mikroskobik özelliklere dayalı) hakkında bir makale.
Günlük hayatta sıklıkla maddenin üç farklı haliyle karşılaşırız. Katı maddeler (örneğin, taşlar, demir vb.), sıvılar (su, benzin vb.) ve gaz maddeler (hava vb.) vardır. Bu maddelerin üç hali, şekillerini ve boyutlarını koruyabilme yeteneklerine göre ayırt edilebilir.
Katı maddeler genellikle sabit bir şekil ve hacme sahiptir. Sıvılar ise sabit bir şekil korumaz, ancak bulundukları kaba uyum sağlarlar. Örneğin, bir bardağa su koyarsak, şekli bardak gibi değişir. Su küvete konulursa, şekli küvet gibi değişir. Sıvıların hacmi ise genellikle her zaman sabittir. Bir bardak su küvete konulduğunda, su miktarı bardakta kalır. Suyun şekli değişebilir, ancak hacmi asla değişmez. Unutmayın ki, yeterli bir kuvvet uygulandığında katı ve sıvı maddelerin hacmi de değişebilir.
Peki ya gaz? Gazın sabit bir şekli ve hacmi yoktur. Gazın şekli ve boyutu, her zaman içinde bulunduğu kabın şekline ve boyutuna göre ayarlanır. Örneğin, bir arabanın lastiğine gaz koyarsak, gazın şekli ve hacmi, bir aracın lastiğinin şekline benzer. Hacim için de aynı durum geçerlidir. Bir kılıf içinde gaz, lastiğin tüm boşluğunu dolduracak şekilde yayılır. Bu durumda, gaz miktarı, lastiğin hacmi gibi değişir. Bir balonu şişirirsek (balona hava koyarsak), havanın şekli ve hacmi, balonun şekli ve hacmi gibi değişir.
Şimdiye kadar, maddenin üç halini yalnızca makroskopik özelliklerine (makroskobik özellikler = maddenin şekli ve boyutu) göre ayırt ettik. Elbette bu, her gün yaptığımız ölçümler ve gözlemlerin sonuçlarına dayanmaktadır. Maddenin üç hali arasındaki farkı mikroskopik özelliklerine göre göreceğiz. Her madde atomlardan veya moleküllerden oluşur. Bir kayanın kararlı olduğunu söylediğimizde, taşın katı hale gelmesi için temelin içindeki atomlara veya moleküllere ne olduğunu asla bilemeyiz. Aynı şekilde su veya su için de geçerlidir. Suyun sıvı halde olmasını ve atmosferin görünmez olmasını sağlayan atomlar veya moleküllerle ilgili ne gibi bir sorun var?
Madde, mikroskobik özelliklerine bağlı olarak şekillenir.
Katı, sıvı ve gaz halindeki maddelerin mikroskobik özelliklerine göre farklılıklarını tartışmadan önce, bir nesneyi inceleyelim. Örneğin, taşları. Kuma dikkatlice bakarsak, taşın her parçasının birbirine yapıştığını görürüz. Tekmelenip fırlatılsa bile şekli ve boyutu asla değişmez. Genellikle, kayanın tüm unsurları her zaman tek bir birim halindedir. Bunun nedeni nedir? Bir an düşünelim.
Taşın içinde atomlar veya moleküller bulunur. Şimdi bir kaya hayal edin. Kumun küçük parçalardan oluştuğunu hayal etmeye çalışın. Dahası, taş parçaları gittikçe küçülür. Atomları minimal bir top gibi hayal edin. Bunun yerine, moleküller birbirine yapışmış birkaç toptan oluşur.
Kayaların içinde, sayıları çok az olan sayısız molekül veya atom bulunur. Bir taşın içindeki atomları hayal edebiliyor musunuz?
Bir atomun çapı yaklaşık 10⁻¹⁰ metredir . Bir atomu top gibi düşünürsek, topun çapı 10⁻¹⁰ metre olur . Çok küçüktür ve gözle görülemez… Sadece hayal edilebilir. Moleküller, birbirine yapışmış atomlardır, bu nedenle bir molekülün boyutu bir atomdan daha büyüktür. Ancak o da gözle görülemez.
Eğer atomlar veya moleküller tek bir birim halinde değilse, elbette taşın her parçası birbirine yapışmaz. Her kaya parçası birbirine yapışarak kayanın şeklini sağlamlaştırır. Peki atomlar veya moleküller neden ayrılmaz?
Gerçekten de atomlar veya moleküller birbirlerini çekiyorlar. Eğer atomlar veya moleküller birbirlerini çekmeselerdi, elbette her yere dağılırlardı. Her atom veya molekül bir arkadaşına veda ederdi. Böylece taş parçaları her yere saçılırdı. Kaya parçaları da dağılırdı ve sonunda onları göremezdik. Taş parçaları da atomlardan veya moleküllerden oluşur. Atomların boyutu çok küçüktür, bu yüzden ayrı olsalardı, elbette onları göremezdik… Ama gerçek böyle değil.
Taş sağlam görünüyor, taşın her parçası birbirine yapışmış. Bu nedenle, katı cisimleri oluşturan atomların veya moleküllerin birbirini çektiği sonucuna varabiliriz.
Atomlar veya moleküller arasındaki çekim kuvveti elektromanyetik bir kuvvettir. Çekim kuvvetlerinin varlığı, atomların veya moleküllerin birbirine yakınlaşmasına neden olur. Çarpışma meydana geldiğinde, atom veya molekülün en dış kısmındaki elektronlar birbirini iter (elektriksel itme). Bu mesafe, atomların ve moleküllerin geriye doğru hareket etmesine neden olur. Atomlar veya moleküller geriye doğru hareket etseler bile, bir çekim kuvveti olduğu için tekrar birbirlerine yaklaşırlar. Atomlar veya moleküller, minimum bir mesafeyi koruyarak ileri geri hareket ederler (titreşim yaparlar).
Katı, sıvı ve gaz halindeki maddelerin mikroskobik özelliklerine dayalı olarak aralarındaki fark, bu üç maddenin atomları veya molekülleri arasındaki çekim kuvvetinin gücü ve zayıflığında yatmaktadır.
İçi Dolu
Katılarda, atomlar veya moleküller arasındaki çekim kuvvetleri o kadar güçlüdür ki, katıları oluşturan atomlar veya moleküller her zaman sabit bir konumdadır. Katılardaki atomlar veya moleküller ileri geri hareket eder (titreşir), ancak yine de aynı yerde titreşirler.
Bu katıların atomları veya molekülleri arasındaki çekim kuvveti, katı hallerinin ve hacimlerinin her zaman sabit kalmasının nedenidir. Taş veya demir bir cisim fırlatılsa veya vurulsa bile, şeklinin değişmesi zordur çünkü atomlar veya moleküller arasındaki çekim kuvveti güçlüdür. Bir kovaya veya küvete taş veya metal koyduğunuzda, taşın veya metalin hacmi asla değişmez. Dolayısıyla, bu katıları oluşturan atomlar veya moleküller arasındaki güçlü çekim, onların tek bir birim halinde kalmalarını ve şekillerinin katı görünmesini sağlar.
Katıları oluşturan atomların veya moleküllerin konumu, resimdeki gibidir (kristal kafes olarak da bilinir). Bu resim büyütülmüştür. Atomlar veya moleküller çok küçüktür.
Sıvı
Sıvılarda, atomlar veya moleküller arasındaki çekim kuvveti daha az güçlüdür, bu nedenle tamamen özgürce ileri geri hareket edebilir ve birbirlerinin üzerine binebilirler. Sıvıyı oluşturan atomlar veya moleküller gerçekten de serbestçe hareket edebilirler, ancak arkadaşlarından ayrılamazlar. Çekim kuvvetinin büyüklüğü, dağılmalarını hala engelleyebilir.
Bunun nedeni, sıvının şeklinin değişebilmesi ancak hacminin her zaman sabit kalmasıdır. Bir bardağa su koyduğumuzda, atomlar veya moleküller arasındaki çekim kuvveti, suyun şeklinin bardak şekline benzer şekilde değişmesine yetecek kadar güçlü değildir. Bir küvete su koyduğumuzda ise, atomlar veya moleküller arasındaki daha az çekim kuvveti, suyun şeklini küvetin şekline uyarlamasını sağlar. Sıvının hacmi her zaman sabittir çünkü atomlar veya moleküller arasındaki çekim kuvveti onları hala bir arada tutabilir. Suyu oluşturan atomlar veya moleküller dağılmaz, bu nedenle hacim her zaman sabittir.
Resimde görüldüğü gibi, sıvıyı oluşturan atom veya molekülün konumu (ok hareket yönünü gösterir).
Gas
Gaz halindeki maddelerde atomlar veya moleküller arasındaki çekim zayıftır. Aralarında bağ olmadığı için serbestçe hareket ederler. Bu zayıf çekim, gaz halindeki maddeyi oluşturan atomların veya moleküllerin her yere dağılmasına neden olur. Gaz halindeki maddeyi oluşturan atomlar, katı veya sıvı maddeleri oluşturan atomlardan daha serbesttir.
Gazı oluşturan atomların veya moleküllerin konumları şekilde gösterildiği gibidir.
Gaz halindeki bir maddenin şeklinin ve hacminin değişmesinin ve gözün havayı görememesinin nedeni, kırılgan bir çekim kuvvetidir. Atomların veya moleküllerin boyutu o kadar küçüktür ki, her yere dağıldıklarında onları göremeyiz. Kum veya şeker tanelerinin boyutu atomlardan veya moleküllerden çok daha büyüktür, bu nedenle dağılmış olsalar bile, kum taneleri gözle görülebilir, ancak bu biraz zor bir durumdur.
Katı veya sıvı maddeler, atom veya moleküllerin dağılmaması nedeniyle görülebilir. Katı ve gaz halindeki maddelerdeki çekim kuvveti, onları bir arada tutmaya yeter. Gaz halindeki maddeler üzerindeki çekim kuvveti zayıf olduğundan, atom veya molekülleri bir arada tutamaz. Bu küçük çekim kuvveti aynı zamanda gaz ve sıvı maddelerin akabilmesinin de nedenidir.
