اتم‌ها جفتشان را عوض می‌کنند
دو درس از این دوره انگار با هم جور درنمی‌آیند. در درس «ساختنِ ماده‌ی تازه» دیدیم که واکنشِ شیمیایی ماده‌هایی تازه می‌سازد که پیش‌تر نبودند. در درس «هیچ چیز گم نمی‌شود» دیدیم که در ظرفی دربسته، جرمِ پس از واکنش دقیقاً همان جرمِ پیش از آن است. چطور ممکن است چیزی تازه پیدا شود، در حالی که نه چیزی اضافه شده و نه چیزی کم؟ حالا که اتم و مولکول و فرمول را می‌شناسیم، می‌توانیم جواب دهیم.
واکنش یعنی جابه‌جایی
جواب این است: در واکنشِ شیمیایی، اتم‌ها جفتشان را عوض می‌کنند. مولکول‌های واکنش‌دهنده‌ها (چیزهایی که با آن‌ها شروع می‌کنید) از هم باز می‌شوند و اتم‌هایشان در گروه‌هایی تازه دوباره به هم می‌پیوندند. این گروه‌های تازه فراورده‌ها هستند (چیزهایی که در پایان به دست می‌آید).
هیچ اتمی ساخته نمی‌شود. هیچ اتمی نابود نمی‌شود. و هیچ اتمی به اتمِ دیگری تبدیل نمی‌شود: اتمِ کربن کربن می‌ماند و اتمِ اکسیژن اکسیژن. فقط جفت‌ها عوض می‌شوند.
بیایید این را در شعله‌ی آبیِ اجاق‌گاز ببینیم. گازِ اجاق متان است، CH₄، که در درس «خواندنِ فرمول» با آن آشنا شدیم. وقتی متان می‌سوزد، هر مولکولِ آن با دو مولکولِ اکسیژنِ هوا، O₂، واکنش می‌دهد. فراورده‌ها یک مولکولِ کربن دی‌اکسید، CO₂، و دو مولکولِ آب، H₂O، هستند.
تصویر: شعله‌ی آبیِ اجاقِ گاز، جایی که متان با اکسیژنِ هوا واکنش می‌دهد (تصویرسازی).
اتم‌ها را بشمارید
حالا اتم‌های دو طرف را، عنصر به عنصر، بشمارید.
- کربن: قبل، یکی (در متان). بعد، یکی (در کربن دی‌اکسید).
- هیدروژن: قبل، چهارتا (در متان). بعد، چهارتا (در هر مولکولِ آب دوتا).
- اکسیژن: قبل، چهارتا (در هر مولکولِ اکسیژن دوتا). بعد، چهارتا (دوتا در کربن دی‌اکسید و در هر مولکولِ آب یکی).
همان اتم‌هایی که در آغاز بودند، در پایان هم هستند؛ فقط به شکل‌هایی تازه به هم پیوسته‌اند. هر اتم جرمِ خودش را دارد، پس اگر همه‌ی همان اتم‌ها هنوز سرِ جایشان باشند، جرمِ کل هم باید همان بماند. دلیلِ پایستگیِ جرم همین است.
این، ماجرای هیزمِ سوخته را هم در درس «هیچ چیز گم نمی‌شود» توضیح می‌دهد. خاکستر خیلی سبک‌تر از هیزم است، اما هیچ اتمی گم نشده است. بیشترِ اتم‌های کربن و هیدروژنِ چوب با اکسیژنِ هوا پیوستند و به شکلِ کربن دی‌اکسید و بخارِ آب به هوا رفتند؛ گازهایی که دیده نمی‌شوند.
همه‌ی دوره در یک جمله
به جایی که شروع کردیم برگردید. هر چیزی که دور و برِ شماست - آب، نمک، هوا، شمع، بدنِ خودتان - از اتم‌های حدودِ ۹۰ عنصر ساخته شده که به شکل‌های گوناگون به هم پیوسته‌اند. و هر تغییرِ شیمیایی، از زنگ‌زدنِ دوچرخه تا پف کردنِ کیک در فر، یعنی اتم‌هایی که جفت‌های قدیمی‌شان را رها می‌کنند و جفت‌های تازه می‌گیرند.
در خانه امتحان کنید
- با مدل‌های میوه‌ایِ درسِ «وقتی اتم‌ها به هم می‌پیوندند» یک CH₄ و دو O₂ بسازید: یک زیتونِ سیاه برای کربن، چهار حبه انگور برای هیدروژن و چهار گوجه‌گیلاسی برای اکسیژن.
- همه‌ی مولکول‌ها را از هم باز کنید.
- با همان میوه‌ها یک CO₂ و دو H₂O بسازید.
- وارسی کنید: میوه‌ای اضافه ماند؟ میوه‌ی بیشتری لازم شد؟ اگر درست شمرده باشید، جوابِ هر دو پرسش «نه» است. پایستگیِ جرم همین است.
مراقب باشید
خلال‌دندان تیز است. آن را از بچه‌های کوچک دور نگه دارید. هرگز با اجاق‌گاز بازی نکنید: فقط بزرگ‌ترها باید آن را روشن کنند.
واژه‌های این درس
- واکنشِ شیمیایی - تغییری که ماده‌هایی تازه می‌سازد، با عوض شدنِ جفتِ اتم‌ها
- پایستگیِ جرم - در واکنشِ شیمیایی جرمِ کل ثابت می‌ماند، چون پیش و پس از واکنش همان اتم‌ها هستند
ایده‌ی اصلی
در واکنشِ شیمیایی، اتم‌ها هیچ‌وقت ساخته یا نابود نمی‌شوند یا به اتمِ دیگری تبدیل نمی‌شوند. فقط جفت‌های قدیمی‌شان را رها می‌کنند و به شکل‌های تازه به هم می‌پیوندند؛ پس پیش و پس از واکنش همان اتم‌ها و همان جرم هست.