Partikelmodellen för materia

Varför fryser vatten när du sätter det i frysen, och avdunstar när du lämnar det i rumstemperatur tillräckligt länge? Varför kan ämnen ändra sitt fysiska tillstånd mellan fast, flytande och gas? Hur kommer det sig att volymen hos material ändras om vi höjer eller sänker deras temperatur? Ett sätt att förklara allt detta är att föreställa sig att allt omkring oss består av små partiklar. Det är grundidén bakom partikelmodellen för materia.

Den här teorin kan sammanfattas med fem huvudpunkter. Punkt ett: all materia består av partiklar, såsom atomer, molekyler eller joner. Olika typer av materia – olika ämnen – består av olika sorters partiklar. Till exempel består guld enbart av guldatomer. Vatten består av vattenmolekyler, som innehåller en syre- och två väteatomer.

Saltet du använder i din mat består av natriumjoner och kloridjoner. Punkt två i partikelmodellen för materia är att partiklar dras till varandra av krafter. De här attraherande krafterna drar ihop närliggande partiklar. Partiklar som är närmare är starkare attraherade till varandra, än de som är längre ifrån varandra. Punkt tre säger att det alltid finns utrymme mellan partiklarna.

I vissa ämnen kan partiklar sitta väldigt tätt, men de rör aldrig vid varandra. Utrymmet mellan partiklarna är tomt. Den fjärde punkten säger att alla partiklar hela tiden är i rörelse. Det gäller för alla partiklar i alla ämnen, i alla olika tillstånd. Det verkar kanske för dig som att fasta föremål – som böcker och väggar – är stilla och orörliga.

De upplevs så för att partiklarna inuti dem bildar stabila strukturer, som hålls ihop hårt av attraherande krafter. Men även i fasta ämnen vibrerar partiklarna lite i sina positioner. Även om själva föremålet inte rör sig, rör sig partiklarna inuti det. Det betyder att partiklarna har energi kopplad till den rörelsen: kinetisk energi. Hög kinetisk energi betyder mycket rörelse, och låg kinetisk energi betyder lite rörelse. Och det leder oss till punkt nummer fem i partikelmodellen för materia: det finns ett samband mellan temperatur och energin i partiklarnas rörelse.

När ett ämne värms upp, stiger dess temperatur. Ämnets partiklar rör sig snabbare och deras kinetiska energi ökar. De snabba partiklarna kan lättare övervinna de krafter som attraherar dem till närliggande partiklar. Om det är möjligt, så sprids partiklarna ut. Och det är så uppvärmning av ett ämne kan få det att ändra sitt tillstånd, från fast till flytande, eller från flytande till gas! När värme tas bort från ett ämne händer det motsatta.

Temperaturen sjunker, partiklarna saktar ned och deras kinetiska energi minskar. Partiklarna är för långsamma för att övervinna de attraherande krafterna, så de här krafterna drar dem närmare varandra. Det är därför ett ämne kan ändra sitt tillstånd när det kyls ned, från gas till flytande, eller från flytande till fast! Så det här är partikelmodellen för materia. De här fem punkterna förklarar vad allt består av.

De hjälper oss att förstå varför materia kan ha olika tillstånd, och varför ämnen beter sig som de gör.