Czy powietrze jest zrobione z materii? Aby pasować do standardowej definicji materii w nauce, powietrze musi mieć masę i musi zajmować przestrzeń. Nie możesz zobaczyć ani powąchać powietrza, więc możesz zastanawiać się nad jego statusem. Materia jest materiałem fizycznym i jest podstawowym elementem każdego z nas, całego życia i całego wszechświata. Ale... powietrze?
Tak, powietrze ma masę i zajmuje przestrzeń fizyczną, więc tak, powietrze jest zrobione materia.
Dowodzenie, że powietrze ma znaczenie
Jednym ze sposobów udowodnienia, że powietrze jest zbudowane z materii, jest wysadzenie balonu. Zanim dodasz powietrze do balonu, jest on pusty i bezkształtny. Kiedy wdmuchujesz do niego powietrze, balon się rozszerza, więc wiesz, że coś jest wypełnione - powietrze zajmuje przestrzeń. Zauważysz również, że balon wypełniony powietrzem opada na ziemię. Jest tak, ponieważ sprężone powietrze jest cięższe niż jego otoczenie, więc powietrze ma masę lub ciężar.
Zastanów się, w jaki sposób doświadczasz powietrza. Możesz poczuć wiatr i zobaczyć, że wywiera on siłę na liście na drzewach lub latawcu. Ciśnienie to masa na jednostkę objętości, więc jeśli występuje ciśnienie, wiesz, że powietrze musi mieć masę.
Jeśli masz dostęp do sprzętu, możesz ważyć powietrze. Potrzebujesz pompy próżniowej i dużej objętości powietrza lub czułej wagi. Zważ pojemnik wypełniony powietrzem, a następnie użyj pompy, aby usunąć powietrze. Ponownie zważ pojemnik i zanotuj spadek wagi. To dowodzi, że coś, co miało masę, zostało usunięte z pojemnika. Wiesz też, że powietrze, które usunąłeś, zajmowało miejsce. Dlatego powietrze pasuje do definicji materii.
W rzeczywistości powietrze jest dość ważną sprawą. Materia w powietrzu podtrzymuje ogromną masę samolotu. Utrzymuje także chmury w górze. Średnia chmura waży około miliona funtów. Gdyby między chmurą a ziemią nie było nic, spadłby.
Jakim rodzajem materii jest powietrze?
Powietrze jest przykładem rodzaju materii zwanej gazem. Inne wspólne formy materii są ciałami stałymi i płynami. Gaz jest formą materii, która może zmieniać swój kształt i objętość. Biorąc pod uwagę balon wypełniony powietrzem, wiesz, że możesz ścisnąć balon, aby zmienić jego kształt. Możesz skompresować balon, aby zmusić powietrze do uzyskania mniejszej objętości, a kiedy przebijesz balon, powietrze rozszerzy się, aby wypełnić większą objętość.
Jeśli analizujesz powietrze, składa się głównie z azotu i tlenu, z mniejszymi ilościami kilku innych gazów, w tym argonu, dwutlenku węgla i neonu. Para wodna jest kolejnym ważnym składnikiem powietrza.
Ilość materii w powietrzu nie jest stała
Ilość materii w próbce powietrza nie jest stała z jednego miejsca do drugiego. The gęstość powietrza zależy od temperatury i wysokości. Litr powietrza z poziomu morza zawiera znacznie więcej cząstek gazu niż litr powietrza z szczytu góry, który z kolei zawierałby znacznie więcej materii niż litr powietrza ze stratosfery. Powietrze jest najbardziej gęste w pobliżu powierzchni Ziemi. Na poziomie morza duża powierzchnia powietrza przepycha w dół na powierzchnię, sprężając gaz na dnie i nadając mu większą gęstość i ciśnienie. To jest jak nurkowanie w basenie i odczuwanie wzrostu ciśnienia, gdy zanurzasz się głębiej w wodę, tyle że ciekła woda nie kompresuje się tak łatwo jak powietrze gazowe.
Chociaż nie możesz zobaczyć ani posmakować powietrza, to dlatego, że jako gaz, jego cząstki są bardzo daleko od siebie. Kiedy powietrze jest skraplane do postaci płynnej, staje się widoczne. Nadal nie ma smaku (nie to, że można poczuć płynne powietrze bez odmrożenia).
Używanie ludzkich zmysłów nie jest ostatecznym sprawdzianem, czy coś jest materią, czy nie. Na przykład możesz jeszcze zobaczyć światło to energia i nie ma znaczenia. W przeciwieństwie do światła powietrze ma masę i zajmuje przestrzeń.
Zasoby i dalsze czytanie
- Butcher, Samuel and Robert J. Charlson. „Wprowadzenie do chemii powietrza”. New York: Academic Press, 1972
- Jacob, Daniel J. „Wprowadzenie do chemii atmosfery”. Princeton NJ: Princeton University Press, 1999.