Wybierz poziom tekstu:
Materia tworzy wszystko, co jest widoczne w znanym wszechświecie, od porta-nocniczek po supernowe. A ponieważ materia nigdy nie jest stworzona ani zniszczona, krąży w naszym świecie. Atomy, które były w dinozaurze miliony lat temu-i w gwieździe miliardy lat wcześniej-mogą być w was dzisiaj.
Materia to wszystko, co ma masę i zajmuje przestrzeń . Obejmuje cząsteczki, atomy, cząstki podstawowe i każdą substancję, którą tworzą te cząstki. Materia może zmieniać formę poprzez zmiany fizyczne i chemiczne, ale poprzez każdą z tych zmian Materia jest zachowana. Ta sama ilość materii istnieje przed i po zmianie—żadna nie jest tworzona ani niszczona. Pojęcie to nazywa się prawem zachowania masy.
w przypadku zmiany fizycznej właściwości fizyczne substancji mogą ulec zmianie, ale jej skład chemiczny nie. Na przykład woda składa się z dwóch atomów wodoru i jednego atomu tlenu. Woda jest jedyną znaną substancją na ziemi, która występuje naturalnie w trzech stanach: stałym, ciekłym i gazowym. Aby zmienić te stany, woda musi ulegać fizycznym zmianom. Kiedy woda zamarza, staje się twarda i mniej gęsta, ale nadal jest chemicznie taka sama. Istnieje taka sama liczba cząsteczek wody obecnych przed i po zmianie, a właściwości chemiczne wody pozostają stałe.
Aby utworzyć wodę, atomy wodoru i tlenu muszą ulegać zmianom chemicznym. Aby doszło do zmiany chemicznej, Atomy muszą albo zerwać wiązania i / lub utworzyć wiązania. Dodawanie lub odejmowanie wiązań atomowych zmienia właściwości chemiczne zaangażowanych substancji. Zarówno Wodór, jak i tlen są dwuatomowe-występują naturalnie jako połączone pary (odpowiednio H2 I O2). W odpowiednich warunkach i przy wystarczającej ilości energii, te wiązania dwuatomowe pękną, a Atomy połączą się tworząc H2O (wodę). Chemicy zapisują tę reakcję chemiczną jako:
2H2 + O2 → 2H2O
równanie to mówi, że dwie cząsteczki wodoru i jedna cząsteczka tlenu tworzą dwie cząsteczki wody. Zauważ, że po obu stronach równania jest taka sama liczba atomów wodoru i tlenu. W zmianach chemicznych, podobnie jak w zmianach fizycznych, Materia jest zachowana. Różnica w tym przypadku polega na tym, że substancje przed i po zmianie mają różne właściwości fizyczne i chemiczne. Wodór i tlen są gazami w standardowej temperaturze i ciśnieniu, podczas gdy woda jest bezbarwną, bezwonną cieczą.
ekosystemy mają wiele chemicznych i fizycznych zmian zachodzących jednocześnie, a Materia jest zachowana w każdym z nich—bez wyjątków. Rozważmy strumień płynący przez kanion – ile chemicznych i fizycznych zmian zachodzi w danym momencie?
najpierw zastanówmy się nad wodą. W przypadku wielu strumieni kanionowych woda pochodzi z wyższych wzniesień i pochodzi jako śnieg. Oczywiście nie tam zaczęła się woda—od czasu, gdy ziemia po raz pierwszy miała wodę, na całym świecie jest ona cykliczna. Ale w kontekście strumienia kanionu, zaczęło się w górach jako śnieg. Śnieg musi przejść fizyczną zmianę-topnienie-aby przyłączyć się do strumienia. Gdy płynna woda przepływa przez kanion, może odparować (kolejna fizyczna zmiana) w parę wodną. Woda daje bardzo wyraźny przykład tego, jak materia krąży w naszym świecie, często zmieniając formę, ale nigdy nie znika.
następnie rozważmy Rośliny i glony żyjące w strumieniu i wzdłuż niego . W procesie zwanym fotosyntezą organizmy te przekształcają energię świetlną ze Słońca w energię chemiczną przechowywaną w cukrach. Jednak energia świetlna nie wytwarza atomów, które tworzą te cukry—co złamałoby prawo zachowania masy—po prostu dostarcza energii do zmiany chemicznej. Atomy pochodzą z dwutlenku węgla w powietrzu i wody w glebie. Energia świetlna pozwala wiązaniom na zerwanie i reformę w celu wytworzenia cukru i tlenu, jak pokazano w równaniu chemicznym fotosyntezy:
6CO2 + 6H2O + light → C6H12O6 (cukier)+ 6O2
to równanie mówi, że sześć cząsteczek dwutlenku węgla łączy się z sześcioma cząsteczkami wody, tworząc jedną cząsteczkę cukru i sześć cząsteczek tlenu. Jeśli zsumujemy wszystkie atomy węgla, wodoru i tlenu po obu stronach równania, sumy będą równe; Materia jest zachowana w tej chemicznej zmianie.
kiedy zwierzęta w strumieniu i wokół strumienia jedzą te rośliny, ich ciała wykorzystują zmagazynowaną energię chemiczną do zasilania swoich komórek i poruszania się. Używają składników odżywczych w pożywieniu, aby rosnąć i naprawiać swoje ciała-Atomy nowych komórek muszą skądś pochodzić. Każdy pokarm, który dostaje się do ciała zwierzęcia, musi albo opuścić jego ciało, albo stać się jego częścią; żadne Atomy nie są niszczone ani tworzone.
Materia jest również zachowywana podczas zmian fizycznych i chemicznych w cyklu skalnym. Gdy strumień wbija się głębiej w kanion, skały DNA kanionu nie znikają. Są Erodowane przez strumień i odprowadzane w małych kawałkach zwanych osadami. Osady te mogą osadzać się na dnie jeziora lub stawu na końcu strumienia, budując się warstwami w czasie. Ciężar każdej dodatkowej warstwy zagęszcza warstwy znajdujące się pod nią, ostatecznie dodając tak duże ciśnienie, że tworzą się nowe skały osadowe. Jest to zmiana fizyczna dla skały, ale przy odpowiednich warunkach skała może również ulegać zmianom chemicznym. W obu przypadkach materia w skale jest zachowana.
najważniejsze jest to, że materia krąży we wszechświecie w wielu różnych formach. W każdej fizycznej lub chemicznej zmianie materia nie pojawia się ani nie znika. Atomy stworzone w gwiazdach (bardzo, bardzo dawno temu) tworzą każdą żywą i nieożywioną rzecz na Ziemi—nawet Ciebie. Nie można wiedzieć, jak daleko i przez jakie formy Twoje Atomy podróżowały, aby cię. I nie wiadomo, gdzie będą następne.
to nie jest cała historia materii, to jednak historia widzialnej materii. Naukowcy dowiedzieli się, że około 25 procent masy wszechświata składa się z ciemnej materii—materii, której nie można zobaczyć, ale można ją wykryć poprzez jej oddziaływanie grawitacyjne. Dokładna natura ciemnej materii nie została jeszcze ustalona. Kolejne 70 procent wszechświata to jeszcze bardziej tajemniczy składnik zwany ciemną energią, który działa przeciw grawitacji. Więc „normalna” Materia stanowi co najwyżej pięć procent wszechświata.