گرما و تغییرِ حالت
یخ، آب و بخار هر سه از یک ماده‌اند: همه از مولکول‌های آب ساخته شده‌اند. با این حال یخ را می‌شود در دست گرفت، آب از لای انگشت‌ها می‌ریزد و بخار در هوا پخش می‌شود و ناپدید می‌شود. اگر مولکول‌ها یکی‌اند، این‌همه تفاوت از کجا می‌آید؟
یک ماده، سه حالت
تفاوت در خودِ مولکول‌ها نیست؛ در چیدمان و حرکتِ آن‌هاست:
- در یخ، مولکول‌های آب در جای ثابتی قرار دارند و به هم قفل شده‌اند. فقط درجا می‌لرزند. برای همین یخ شکلِ ثابتی دارد.
- در آبِ مایع، مولکول‌ها هنوز نزدیکِ هم‌اند، اما از جای خود رها شده‌اند و روی هم می‌لغزند. برای همین آب شکلِ ظرف را می‌گیرد.
- در بخار، مولکول‌ها از هم بسیار دورند و آزادانه در همه‌ی جهت‌ها پرواز می‌کنند. برای همین بخار همه‌ی ظرف را پر می‌کند.
گرما چه می‌کند؟
وقتی به یخ گرما می‌دهیم، انرژی مولکول‌هایش بیشتر می‌شود و تندتر می‌لرزند. لرزش آن‌قدر زیاد می‌شود که مولکول‌ها از جای ثابتشان رها می‌شوند. این همان ذوب است: یخ به آب تبدیل می‌شود.
اگر گرم کردن را ادامه دهیم، مولکول‌های آب تندتر و تندتر حرکت می‌کنند. بعضی از آن‌ها آن‌قدر انرژی می‌گیرند که از بقیه جدا می‌شوند و به هوا می‌روند. آب به بخار تبدیل می‌شود. در جوشیدن، این اتفاق در همه‌ی آب، حتی در ته ظرف، می‌افتد و حباب‌های بخار بالا می‌آیند.
برگشت هم ممکن است
اگر گرما را بگیریم، همه‌چیز برعکس می‌شود. بخاری که به شیشه‌ی سرد می‌خورد انرژی از دست می‌دهد، مولکول‌هایش به هم نزدیک می‌شوند و قطره‌های آب روی شیشه می‌نشیند. آبی که در فریزر سرد می‌شود، مولکول‌هایش آرام‌تر می‌شوند تا دوباره در جای ثابتی قفل شوند و یخ بزند.
در هیچ‌کدام از این تغییرها مولکول‌های آب شکسته نمی‌شوند و ماده‌ی تازه‌ای ساخته نمی‌شود. فقط حالتِ ماده عوض می‌شود. به همین دلیل یخ و آب و بخار، با همه‌ی تفاوت‌هایشان، یک ماده‌اند.
در خانه امتحان کنید
با کمک یک بزرگ‌تر:
- چند تکه یخ در یک قابلمه‌ی کوچک بریزید و آن را روی شعله‌ی کم بگذارید.
- هر دقیقه آنچه را می‌بینید بنویسید: یخ، آب، حباب، بخار.
- یک بشقابِ سرد را مدتی بالای بخار بگیرید و زیرش را نگاه کنید.
- هر مرحله را با حرکتِ مولکول‌ها توضیح دهید.
هشدار
بخار از آبِ جوش هم بیشتر می‌سوزاند. بشقاب را با دستگیره نگه دارید و صورتتان را بالای قابلمه نبرید.
واژه‌های این درس
- حالتِ ماده - جامد، مایع یا گاز بودنِ یک ماده.
- ذوب - تبدیلِ جامد به مایع با گرفتنِ گرما.
- تبخیر - تبدیلِ مایع به گاز.
- میعان - تبدیلِ گاز به مایع با از دست دادنِ گرما.
ایده‌ی اصلی
یخ، آب و بخار یک ماده‌اند و تفاوتشان در چیدمان و حرکتِ مولکول‌هاست. گرما مولکول‌ها را تندتر و آزادتر می‌کند و ماده از جامد به مایع و از مایع به گاز تغییرِ حالت می‌دهد.