خلاصه درس فصل ۳ علوم هفتم؛ درسنامه و نکات مهم

برای شروع، به سه چیز نزدیکت نگاه کن: مثلاً لباس، لیوان و گوشی. هرکدام از یک یا چند ماده ساخته شده‌اند؛ مانند پنبه، شیشه، فلز و پلاستیک. پس مواد فقط چیزهایی نیستند که در آزمایشگاه پیدا می‌شوند؛ زندگی روزانهٔ ما به آن‌ها وابسته است.

هر ماده کاربردهای ویژه‌ای دارد. مثلاً زیبایی و ماندگاری سنگ مرمر، آن را برای نمای ساختمان مناسب می‌کند. از نفت خام هم مواد گوناگونی به دست می‌آید و نمک خوراکی کاربردهای مختلفی دارد. برای شناخت یک ماده، خوب است دو پرسش بپرسیم: «چه ویژگی‌هایی دارد؟» و «این ویژگی‌ها به چه کاری می‌آیند؟»

حالا از ظاهر مواد به درون آن‌ها برویم. وقتی یک حبه قند را خرد می‌کنی، تکه‌های کوچک‌تر و سپس پودر به دست می‌آید. اما هر دانهٔ پودر هنوز از شمار بسیار زیادی ذرهٔ ریزتر ساخته شده است؛ پس پودرکردن قند به معنی جداکردن اتم‌های آن نیست.

همهٔ مواد از ذره‌های بسیار ریز ساخته شده‌اند و اتم‌ها ذره‌های اصلی سازندهٔ مواد هستند. این ذره‌ها آن‌قدر کوچک‌اند که با چشم دیده نمی‌شوند. حل‌شدن قند هم به معنی نابودشدن آن نیست: قند در آب پخش می‌شود، ولی همچنان وجود دارد. نکتهٔ مهم این است که «نمی‌بینم» همیشه به معنی «وجود ندارد» نیست.

فرض کن گلوله‌ای خمیری داری و نمی‌دانی درونش چیست. اگر آن را باز کنی و داخلش را ببینی، مشاهدهٔ مستقیم انجام داده‌ای. اما اگر بدون بازکردن، با آزمایش دربارهٔ درون آن اطلاعات بگیری، مشاهدهٔ تو غیرمستقیم است. مثلاً جذب‌شدن گلوله به آهن‌ربا می‌تواند نشانه‌ای از وجود ماده‌ای جذب‌شونده درون آن باشد؛ البته برای شناخت دقیق‌تر، شواهد بیشتری لازم است.

دانشمندان هم برای شناخت اتم‌ها از نتیجهٔ آزمایش‌ها کمک می‌گیرند. در مشاهدهٔ غیرمستقیم، حدسِ بی‌دلیل کافی نیست؛ باید نشانه‌ای داشته باشیم که بتوانیم آن را بررسی کنیم. حتی وجود بخار آب نادیدنی در هوای اتاق را می‌توان از روی تشکیل قطره‌ها بر سطح یک ظرف سرد بررسی کرد.

اتم‌ها کنار هم مواد را می‌سازند. اگر یک مادهٔ خالص فقط یک نوع اتم داشته باشد، آن را «عنصر» می‌نامیم؛ مثلاً عنصر آهن از اتم‌های آهن ساخته شده است. منظور از «یک نوع اتم»، یک عدد اتم نیست؛ یک تکه آهن می‌تواند تعداد بسیار زیادی اتم آهن داشته باشد.

عنصرها ویژگی‌های یکسانی ندارند. می‌توان آن‌ها را از نظر ظاهر، رفتار زیر ضربه و رسانایی برق مقایسه کرد. آهن، مس، طلا و آلومینیم فلزند؛ کربن، گوگرد، اکسیژن و نیتروژن نافلزند. فلزها معمولاً براق و رسانای خوب برق‌اند. بااین‌حال، برای دسته‌بندی نباید فقط به یک نشانه مثل براق‌بودن یا شناورماندن روی آب تکیه کنیم؛ مجموعهٔ ویژگی‌ها مهم است.

بسیاری از مواد پیرامون ما بیش از یک نوع اتم دارند. برای نمونه، آب از اتم‌های هیدروژن و اکسیژن ساخته شده است. در آب، اتم‌ها به هم پیوند می‌خورند و واحدهایی به نام «مولکول» می‌سازند. مولکول از پیوند دو یا چند اتم به وجود می‌آید.

حواست باشد که مولکول حتماً چند نوع اتم ندارد: ذره‌های سازندهٔ عنصر اکسیژن هم مولکول‌اند، اما فقط اتم اکسیژن دارند. پس «عنصر» به نوع اتم‌ها مربوط است و «مولکول» به پیوند اتم‌ها.

برای نمایش این ذره‌های نادیدنی، از مدل گلوله‌ای استفاده می‌کنیم. گلوله‌ها نمایندهٔ اتم‌ها هستند؛ مدل به فهم ساختار کمک می‌کند، اما عکس واقعی اتم‌ها نیست.

سیم مسی و آب را در نظر بگیر. سیم مسی از اتم‌های مس ساخته شده، اما آب دو نوع اتم دارد: هیدروژن و اکسیژن. پس هنگام بررسی یک ماده باید بین تعداد اتم‌ها و تعداد نوع اتم‌ها فرق بگذاریم.

در موادی مانند آب، متان و کربن دی‌اکسید، اتم‌ها به هم پیوند می‌خورند و واحدهایی به نام مولکول می‌سازند. هر مولکول از دو یا چند اتم تشکیل می‌شود. برای نمونه، یک مولکول آب سه اتم دارد، اما این اتم‌ها فقط از دو نوع‌اند.

مولکول داشتن مخصوص موادی با چند نوع اتم نیست. ذره‌های سازندهٔ بعضی نافلزها، مانند کلر و گوگرد، هم مولکول‌اند؛ با این تفاوت که اتم‌های هرکدام از یک نوع هستند.

اتم‌ها آن‌قدر ریزند که نمی‌توانیم آنها را با چشم ببینیم. برای نشان دادنشان از مدل کروی استفاده می‌کنیم: هر گلوله نمایندهٔ یک اتم است. مدل مثل نقشه به ما کمک می‌کند چیزی را بررسی کنیم که دیدنش آسان نیست؛ قرار نیست خودِ آن چیز باشد.

برای خواندن مدل، اول ببین چند نوع اتم نشان داده شده است. عنصر فقط یک نوع اتم دارد؛ فرقی نمی‌کند اتم‌هایش مانند مس کنار هم باشند یا مانند کلر مولکول بسازند. در مقابل، ترکیب از پیوند اتم‌های دو یا چند نوع عنصر ساخته می‌شود؛ مانند آب.

پس زیاد بودن گلوله‌ها، یک ماده را ترکیب نمی‌کند. یک تکه مس با تعداد بسیار زیادی اتم هم عنصر است، چون همهٔ اتم‌هایش مس‌اند.

تا اینجا اتم را سازندهٔ مواد می‌دانستیم. حالا یک گام ریزتر می‌رویم: خود اتم هم از ذره‌های کوچک‌تری به نام الکترون، پروتون و نوترون ساخته شده است. پس اتم، پایان این مسیرِ ریزتر شدن نیست.

در نمودار کتاب، برای این سه ذره به‌ترتیب از نمادهای $e$، $p$ و $n$ استفاده شده است. اتم اکسیژنِ نشان‌داده‌شده هشت الکترون، هشت پروتون و هشت نوترون دارد؛ اتم کربنِ نشان‌داده‌شده از هرکدام شش عدد دارد. نام ذره‌های سازنده مشترک است، اما تعدادشان فرق می‌کند.

برای دنبال کردن ساختار کربن دی‌اکسید، از مولکول شروع کن: هر مولکول یک اتم کربن و دو اتم اکسیژن دارد. بعد می‌توانی درون هر اتم، ذره‌های کوچک‌تر را بررسی کنی.

یک تکه یخ را در کاسه بگذار؛ شکل خودش را نگه می‌دارد. اما اگر آب را از لیوان به کاسه بریزی، شکل آب عوض می‌شود و شکل بخش پایین کاسه را می‌گیرد، بی‌آنکه مقدار فضای اشغال‌شدهٔ آن تغییر کند. پس شکل و حجم دو ویژگی متفاوت‌اند: جامد هر دو را معین دارد، ولی مایع فقط حجم معین دارد.

گاز نه شکل معین دارد و نه حجم معین؛ در فضای در دسترس پخش می‌شود. مثلاً هوای داخل یک بطری فقط ته بطری نمی‌ماند، بلکه همهٔ فضای آن را پر می‌کند. بنابراین برای مقایسهٔ مواد، فقط به شکل ظرف نگاه نکن؛ ببین ماده چه مقدار فضا اشغال می‌کند.

سه سرنگ را تصور کن که یکی هوا، یکی آب و دیگری شن دارد و نوک هر سه بسته است. با فشار یکسان، پیستون سرنگ هوا بسیار آسان‌تر جلو می‌رود. دلیل این تفاوت، فضای میان ذره‌هاست: در گاز، ذره‌ها از هم دورترند و فشار می‌تواند آن‌ها را به هم نزدیک‌تر کند. به این کاهش حجم، متراکم‌شدن می‌گوییم.

ذره‌های مایع و جامد از ابتدا به هم نزدیک‌اند؛ بنابراین نمی‌توان حجم آن‌ها را به‌آسانی و به مقدار زیاد کم کرد. دقت کن که هنگام فشرده‌شدن گاز، خود مولکول‌ها کوچک نمی‌شوند. همچنین اگر شن کمی فشرده شود، ممکن است دانه‌ها در فضای خالی میان یکدیگر جابه‌جا شده باشند؛ این با کوچک‌شدن ذره‌های سازندهٔ شن فرق دارد.

حالا به جای فشار دادن هوا، آن را گرم کنیم. در آزمایش بطری و بادکنک، گرم‌شدن هوای بطری باعث بیشترشدن جنبش مولکول‌ها می‌شود. چون بادکنک انعطاف‌پذیر است، هوا امکان پیدا می‌کند فضای بیشتری اشغال کند و بادکنک باد می‌شود. در این وضعیت، فاصلهٔ متوسط میان مولکول‌ها بیشتر می‌شود؛ نه اینکه مولکول‌ها بزرگ‌تر یا تعدادشان بیشتر شده باشد.

افزایش حجم بر اثر گرم‌شدن برای همهٔ مواد یکسان نیست. مقایسهٔ کتاب نشان می‌دهد که مواد مختلف با گرم‌شدن یکسان، افزایش حجم متفاوتی دارند؛ در این مقایسه، افزایش حجم گازها بیشتر است. اگر خواستی آزمایش را انجام دهی، کار با آب داغ را به کمک بزرگ‌تر انجام بده تا خطر سوختگی نداشته باشد.

گرما فقط حجم ماده را تغییر نمی‌دهد؛ می‌تواند حالت آن را هم عوض کند. وقتی به یخ گرما می‌دهیم، انرژی مولکول‌هایش بیشتر می‌شود و جنبش آن‌ها افزایش می‌یابد. با ادامهٔ گرم‌کردن، یخ کم‌کم به آب مایع تبدیل می‌شود؛ این تغییر را ذوب می‌نامیم. اگر گرم‌کردن آب را ادامه دهیم، آب می‌تواند به بخار تبدیل شود.

در هر سه حالت، ذره‌های سازنده همچنان مولکول‌های آب‌اند؛ یخ با ذوب‌شدن به مادهٔ دیگری تبدیل نمی‌شود. تفاوت مهم این است که در بخار، فاصلهٔ میان مولکول‌ها بسیار بیشتر از آب مایع است. پس در توضیح تغییر حالت، به انرژی، جنبش و فاصلهٔ مولکول‌ها توجه کن، نه تغییر اندازه یا جنس آن‌ها.