Aineen hiukkasteoria

Miksi vesi jäätyy, kun se laitetaan pakastimeen ja haihtuu, kun se jätetään huoneenlämpöön pitkäksi aikaa? Miksi eri aineet muuttavat fyysistä olomuotoaan kiinteän, nesteen ja kaasun välillä? Miksi aineen tilavuus muuttuu, jos lämpötila muuttuu? Yksi tapa selittää nämä seikat on kuvitella kaiken koostuvan pienenpienistä hiukkasista. Se on hiukkasteorian pääperiaate.

Teoria voidaan tiivistää viiteen pääkohtaan. Yksi: kaikki aine koostuu hiukkasista, kuten atomeista, molekyyleistä tai ioneista. Erityyppiset aineet — eri materiaalit — koostuvat erilaisista hiukkasista. Esimerkiksi kulta sisältää vain kulta-atomeja. Vesi koostuu vesimolekyyleistä, jotka sisältävät yhden happiatomin ja kaksi vetyatomia.

Ruokasuola koostuu natrium- ja kloridi-ioneista. Hiukkasteorian kakkoskohta on, että vetovoima vetää hiukkasia toisiinsa. Nämä voimat vetävät lähekkäin olevia hiukkasia yhteen. Lähempänä olevat hiukkaset vetävät toisiaan voimakkaammin puoleensa verrattuna kauempana oleviin. Kolmas kohta kertoo, että hiukkasten väliin jää aina tilaa.

Joissain aineissa hiukkaset ovat erittäin lähekkäin, mutta eivät koskaan kosketuksissa. Niiden välissä on tyhjää. Neljäs kohta kertoo hiukkasten olevan jatkuvassa liikkeessä. Se koskee kaikkia hiukkasia kaikissa aineissa, kaikissa olomuodoissa. Kiinteät esineet, kuten kirjat ja seinät, saattavat näyttää elottomilta ja liikkumattomilta.

Siltä näyttää, koska hiukkaset niiden sisällä muodostavat kiinteitä rakenteita, joita vetovoimat pitävät kasassa. Mutta jopa kiinteissä rakenteissa hiukkaset värisevät hiukan paikoillaan. Vaikka esine ei liiku, hiukkaset sen sisällä liikkuvat. Hiukkasissa on siis liike-energiaa. Korkea liike-energia tarkoittaa paljon liikettä, ja vähäinen liike-energia vähän liikettä.

Siitä pääsemme hiukkasteorian viidenteen pääkohtaan: lämpötilan ja hiukkasten liike-energian välillä on suhde. Kun ainetta kuumennetaan, sen lämpötila nousee. Sen hiukkaset liikkuvat nopeammin, ja niiden liike-energia kasvaa. Nopeasti liikkuvat hiukkaset päihittävät helpommin niitä ympäröivien hiukkasten vetovoimat. Joten, jos mahdollista, hiukkaset levittäytyvät.

Siten aineen lämmittäminen voi muuttaa sen olomuotoa — kiinteästä nesteeksi tai nesteestä kaasuksi! Kun lämpöä poistetaan aineesta, tapahtuu päinvastoin. Lämpötila laskee, hiukkasten liike hidastuu, ja niiden liike-energia vähenee. Hiukkaset eivät liiku tarpeeksi nopeasti voittaakseen vetovoimat, joten ne vetäytyvät lähemmäksi toisiaan. Siksi aine voi jäähtyessään muuttaa olomuotoaan — kaasusta nesteeksi tai nesteestä kiinteäksi!

Tämä on siis aineen hiukkasteoria. Nämä viisi kohtaa selittävät, mistä kaikki on tehty. Ne auttavat ymmärtämään, miksi aineilla on eri olomuotoja. ja miksi aineet käyttäytyvät niin kuin käyttäytyvät.