επιστήμη

Ύλη: Ιδιότητες, Μίγματα και Φυσική έναντι Χημικής Αλλαγής

Η ύλη είναι τα πάντα που έχουν μάζα και καταλαμβάνουν χώρο. Περιλαμβάνει στερεά που μπορείς να κρατήσεις, υγρά που μπορείς να χύσεις και αέρια που διασπείρονται και γεμίζουν έναν χώρο. Οι καταστάσεις της ύλης δεν είναι απλώς ετικέτες. Περιγράφουν πώς συμπεριφέρονται τα σωματίδια. Στα στερεά, τα σωματίδια είναι συσκευασμένα κοντά το ένα στο άλλο και κυρίως δονείται στη θέση τους, κάτι που βοηθά τα στερεά να διατηρούν το σχήμα τους. Στα υγρά, τα σωματίδια παραμένουν κοντά αλλά μπορούν να γλιστρήσουν το ένα δίπλα στο άλλο, επιτρέποντας στα υγρά να ρέουν. Στα αέρια, τα σωματίδια κινούνται ελεύθερα και διασπείρονται, γι' αυτό τα αέρια μπορούν να γεμίσουν ένα δωμάτιο ή να φουσκώσουν ένα μπαλόνι. Η σκέψη με όρους συμπεριφοράς σωματιδίων καθιστά την ύλη λιγότερο μυστηριώδη και πιο προβλέψιμη.

Η ύλη έχει ιδιότητες που βοηθούν να αναγνωρίσεις τα υλικά και να τα επιλέξεις για δουλειές. Ορισμένες ιδιότητες παρατηρούνται με τις αισθήσεις, όπως το χρώμα, η υφή, η μυρωδιά και η λάμψη. Άλλες μετρώνται, όπως η μάζα, ο όγκος, η πυκνότητα και η θερμοκρασία. Η πυκνότητα βοηθά να εξηγηθεί η πλευστότητα και η βύθιση. Δύο αντικείμενα μπορεί να έχουν το ίδιο μέγεθος αλλά όχι την ίδια μάζα. Ένας βαρύς λίθος βυθίζεται ενώ ένα κομμάτι ξηρού ξύλου μπορεί να επιπλέει. Ορισμένες ιδιότητες σχετίζονται με το πώς η ύλη αλληλεπιδρά με την ενέργεια. Τα μέταλλα συχνά αγωγούν καλά τη θερμότητα, κάτι που είναι χρήσιμο για το μαγείρεμα, αλλά μπορεί επίσης να προκαλέσει εγκαύματα αν χειριστούν αμελώς. Ορισμένα υλικά αγωγούν ηλεκτρισμό, ενώ άλλα μονώνουν. Αυτές οι ιδιότητες διαμορφώνουν το σχεδιασμό εργαλείων, τις επιλογές κατασκευής και τους κανόνες ασφαλείας.

Οι αλλαγές στην ύλη μπορούν να ομαδοποιηθούν σε φυσικές αλλαγές και χημικές αλλαγές. Οι φυσικές αλλαγές αλλάζουν τη μορφή, την κατάσταση ή τη διάταξη χωρίς να δημιουργούν μια νέα ουσία. Η τήξη του πάγου, η κατάψυξη του νερού, το κόψιμο του χαρτιού, η τέντωμα του καουτσούκ και η διάλυση της ζάχαρης στο νερό είναι φυσικές αλλαγές. Οι χημικές αλλαγές δημιουργούν νέες ουσίες με διαφορετικές ιδιότητες. Η καύση του ξύλου δημιουργεί στάχτη και αέρια. Ο σκουριά σχηματίζεται όταν ο σίδηρος αντιδρά με το οξυγόνο και την υγρασία. Το μαγείρεμα μπορεί να προκαλέσει χημικές αλλαγές που αλλάζουν τη γεύση, την υφή και τη δομή. Οι χημικές αλλαγές συχνά περιλαμβάνουν αλλαγές ενέργειας, όπως η θερμότητα που απελευθερώνεται από την καύση ή η θερμότητα που απορροφάται κατά τη διάρκεια ορισμένων αντιδράσεων. Μια βασική διαφορά είναι ότι οι χημικές αλλαγές είναι συνήθως δύσκολο να αντιστραφούν με απλές μεθόδους.

Τα μίγματα είναι συνδυασμοί ουσιών που δεν είναι χημικά συνδεδεμένες σε μια νέα ουσία. Πολλά καθημερινά υλικά είναι μίγματα: χώμα, αέρας, τσάι με ζάχαρη, σούπα, σκυρόδεμα και ακόμη και πολλά μέταλλα που χρησιμοποιούνται σε εργαλεία. Τα μίγματα μπορούν να διαχωριστούν εκμεταλλευόμενα διαφορετικές ιδιότητες. Η διήθηση διαχωρίζει τα στερεά από τα υγρά όταν τα σωματίδια είναι μεγαλύτερα από τις τρύπες του φίλτρου. Η καθίζηση διαχωρίζει τα βαρύτερα σωματίδια που βυθίζονται με την πάροδο του χρόνου. Η κοσκίνισμα διαχωρίζει τα σωματίδια κατά μέγεθος. Η εξάτμιση διαχωρίζει τα διαλυμένα στερεά από τα υγρά, όπως το αλάτι από το αλμυρό νερό. Η απόσταξη μπορεί να διαχωρίσει υγρά με διαφορετικά σημεία βρασμού όταν μπορείς να θερμάνεις και να συμπυκνώσεις τους ατμούς με ασφάλεια. Η κατανόηση των μεθόδων διαχωρισμού βοηθά στον καθαρισμό του νερού, το μαγείρεμα, τη γεωργία και ακόμη και την ανακύκλωση.

Η θερμότητα και η θερμοκρασία επηρεάζουν έντονα την ύλη. Η θέρμανση γενικά αυξάνει την κίνηση των σωματιδίων, κάτι που μπορεί να προκαλέσει διαστολή, τήξη, εξάτμιση και ταχύτερη διάλυση. Η ψύξη επιβραδύνει τα σωματίδια, κάτι που μπορεί να προκαλέσει συστολή, συμπύκνωση και κατάψυξη. Αυτό έχει σημασία στην πραγματική ζωή. Ένα καπάκι βάζου μπορεί να χαλαρώσει μετά από θέρμανση επειδή το μέταλλο διαστέλλεται ελαφρώς. Η πρωινή δροσιά σχηματίζεται όταν ο ζεστός, υγρός αέρας συναντά μια δροσερή επιφάνεια και ο ατμός νερού συμπυκνώνεται. Οι δρόμοι μπορεί να ραγίσουν όταν το νερό παγώνει σε μικρές ρωγμές και διαστέλλεται. Οι άνθρωποι χρησιμοποιούν αυτές τις επιδράσεις σκόπιμα όταν μαγειρεύουν, αποθηκεύουν τρόφιμα, στεγνώνουν καλλιέργειες και κατασκευάζουν με υλικά που πρέπει να αντέχουν σε αλλαγές καιρού.

Η εκμάθηση της ύλης είναι πρακτική δύναμη. Σε βοηθά να προβλέπεις αποτελέσματα και να αποφεύγεις λάθη. Μαθαίνεις γιατί ορισμένα δοχεία είναι ασφαλή για ζεστά υγρά και άλλα όχι. Μαθαίνεις γιατί το καθαρό νερό χρειάζεται σωστό φιλτράρισμα και μερικές φορές βρασμό. Μαθαίνεις γιατί ορισμένα υλικά διαρκούν περισσότερο σε εξωτερικούς χώρους. Η ύλη δεν είναι απλώς "πράγματα." Είναι το εργαλείο του φυσικού κόσμου, και η κατανόησή της βοηθά τους ανθρώπους να χτίζουν, να επισκευάζουν, να μαγειρεύουν, να καλλιεργούν και να ζουν πιο ασφαλώς.

Κουίζ 1

Κουίζ 2

Κουίζ 3

Κουίζ 4

Κουίζ 5