انرژی و تغییرات ماده
توانایی انجام دادن كار است. هواپیما برای پرواز كردن، آب برای جوشیدن، لامپ برای روشن شدن و شناگر برای شنا كردن به انرژی نیاز دارد. اگر انرژی نباشد، كاری انجام نمیگیرد.
انرژی یكی از اساسیترین مفاهیم در علم است. ماده یكی دیگر از این مفاهیم اساسی است. هر آنچه در جهان یافت میشود یا ماده است یا انرژی. تا نخستین سالهای قرن بیستم میلادی دانشمندان انرژی و ماده را دو چیز كاملاً متفاوت میدانستند. اما در این زمان آلبرت اینشتین دریافت كه انرژی و ماده به یكدیگر بستگی دارند، به طوری كه ماده میتواند به انرژی و انرژی میتواند به ماده تبدیل شود.
در جهان اغلب مواد مختلف با هم ترکیب میشوند و مواد جدید را تولید میکنند. یا آنکه، یک ماده تجزیه میشود و مواد جدیدی را به وجود میآورد .
با توجه به تعریف علمی كار، به روشهای گوناگون میتوان كار انجام داد. در انجام دادن هر كاری انرژی مصرف میشود. برای مثال، با ضربه زدن با چكش بر روی میخ، میتوان بر مقاومت یك قطعه چوب غلبه كرد و میخ را در چوب كوبید. در این كار حركت وزنه چكش است كه كار انجام میدهد. اگر چكش به آرامی روی سر میخ گذاشته شود نمیتواند آن را در چوب فرو ببرد و كاری انجام نمیگیرد.
پس میتوان گفت كه جرم متحرك چكش دارای انرژی است. این نوع انرژی را انرژی جنبشی یا انرژی سینتیك مینامند. اگر جسمی را از سطح بالا ببریم، برای این جابجایی كار انجام میدهیم. این كار انجام شده در جسم به صورت نوعی انرژی ذخیره میشود كه آن را انرژی پتانسیل گویند. هر اندازه وزن جسم بیشتر و فاصله آن از سطح زمین بالاتر باشد انرژی پتانسیل آن نسبت به سطح زمین بیشتر است .
اگر سنگی كه در فاصله كافی بالای میخی نگه داشته شده است رها شود و آزادانه فرو افتد، میتواند كار انجام دهد و مثلاً میخی را تا حدی در چوب فرو كند، بنابراین، این سنگ دارای انرژی پتانسیل است. هر چه سنگ پایینتر میآید سرعت حركتش بیشتر میشود . بنابراین، میتوان گفت كه در ضمن فرو افتادن سنگ، انرژی پتانسیل آن كاهش مییابد و انرژی جنبشی آن پیوسته زیادتر میشود.
اگر مقاومت هوا ناچیز باشد، اندازه كاهش انرژی پتانسیل برابر افزایش انرژی جنبشی جسم است. مجموع انرژی پتانسیل و انرژی جنبشی جسم را انرژی مكانیكی آن جسم مینامند.
یك فنر فشرده یا باز شده میتواند كار انجام دهد. بنابراین، دارای انرژی پتانسیل است. انرژی پتانسیل موجود در این فنر را انرژی پتانسیل كشسانی مینامند. انرژی پتانسیل میتواند به انرژی جنبشی تبدیل شود و ضمن این عمل كار انجام دهد.
مثلاً وقتی كه كش لاستیكی تیركمان كشیده شود، در آن انرژی پتانسیل ذخیره میشود و اگر كش رها شود، انرژی پتانسیل آن به صورت انرژی جنبشی به تیر یا سنگی كه در تیر كمان قرار دارد داده میشود و آن را به فاصله دور پرتاب میکند.
صورتهای انـرژی:
انرژی به صورتهای گوناگون موجود است این صورتها عبارتند از:
انرژیهای گرمایی الكتریكی، شیمیایی، هسته ای و تابشی، تغییر ماده و انواع آن
مواد پیرامون ما پیوسته در حال تغییرند. انجماد آب، زنگ زدن آهن، شكستن شیشه، ذوب شدن یخ، تغییر رنگ پارچهها، ترش شدن شیر، هضم غذا و ... از جمله تغییرات مواد هستند.
برخی از این تغییرات سودمند و برخی زیان آورند و ما پیوسته در پی آن هستیم كه تغییرات مطلوب را پدید آوریم و از بروز تغییرات نامطلوب جلوگیری كنیم.
انواع تغییرات:
1-تغییرات فیزیکی
2-تغییرات شیمیایی
الف) تغییر فیزیكی:
در این نوع تغییر شكل، اندازه و حالت ماده تغییر میکند. اما خواص و ماهیت ماده تغییر نمیکند. تبخیر، تصعید، میعان و سایر تغییر حالتها و نیز خرد شدن، سائیدن و ... از جمله تغییرات فیزیكی هستند.
ب) تغییر شیمیایی:
به تغییری گفته میشود كه در نتیجه آن خواص و ماهیت ماده تغییر میکند و ماده یا موادی با خواص جدید حاصل میشود.
هنگامی كه آب به كمك جریان الكتریسیته تجزیه میشود گازهای هیدروژن و اكسیژن پدید میآیند این دو ماده هیچ شباهتی با آب ندارند.
سوختن چوب، زنگ زدن آهن، تغییر رنگ پارچه، زرد شدن برگ درختان، هضم غذا، تبدیل شدن شیر به ماست و پنیر از جمله تغییرات شیمیایی هستند.
اگر چند قطره نیتریك اسید غلیظ بر روی فلز مس بریزیم گاز خرمایی رنگ نیتروژن دی اكسید كه بوی تند و آزار دهنده ایی دارد تشكیل میشود.
اگر لوله را سرد كنیم مولکولهای سه اتمی نیتروژن دی اكسید به مولکولهای 6 اتمی دی نیتروژن تتراكسید كه بی رنگ است تبدیل میشود.(شكل 3)
اگر هر دو لوله را در آب ولرم قرار دهیم تعدادی از مولکولها NO2 و تعدادی N2O4 خواهند بود كه در این صورت رنگ خرمایی كم رنگ مشاهده خواهد شد. این تغییرات از نوع شیمیایی و برگشت پذیر هستند.
نشانه تغییر شیمیایی
هر تغییر شیمیایی با نشانه ایی همراه است. این نشانه حاكی از تشكیل یك ماده جدید میباشد البته باید توجه داشت كه برخی از این نشانهها در تغییر فیزیكی هم دیده میشوند.
قانون پایستگی جرم
لاوازیه در سال 1782 به این نتیجه رسید كه وقتی ماده ای به ماده دیگر تبدیل میشود وزن كلی آن تغییر نمیکند. به عبارت دیگر در یك تغییر شیمیایی همواره مجموع جرم واكنش دهندهها برابر مجموع جرم فراوردههاست یعنی جرم ثابت باقی میماند.
مثلاً از سوختن چوب در هوا، موادی مانند كربن، دود، خاكستر، بخار آب و ... پدید میآید جرم كربن، دود، خاكستر، بخار آب و هوای مصرف شده برابر جرم چوب اولیه خواهد بود. و یا اگر 4 گرم آهن و 7 گرم گوگرد را با هم حرارت دهیم حتماً 11 گرم آهن سولفید حاصل میشود.
مرکز یادگیری سایت تبیان - تهیه: مرتضی عرفانیان
تنظیم: مریم فروزان کیا