فصل ۴: مواد پیرامون ما

در علوم پایهٔ ششم آموختید که برخی از موادی که در زندگی از آن‌ها استفاده می‌کنیم، در طبیعت یافت می‌شوند و می‌توان برخی از آن‌ها را مستقیماً از زمین، آب و هوا جدا کرد و به کار برد. شکل ۱ کتاب نمونه‌هایی از این مواد را نشان می‌دهد: گوگرد زرد در دهانهٔ آتشفشان‌های خاموش و نیمه‌فعال، طلا به صورت تکه‌ها یا رگه‌های فلزی درخشان در کنار سنگ‌ها، الماس به صورت بلورهای زیبا و درخشان و نمک خوراکی که از آب دریا قابل تهیه است.

برای نمونه، مس فلزی جامد است، سطح براق دارد و رسانای جریان برق، رسانای گرما، چکش‌خوار و سخت است. برای بیان ویژگی‌های مواد از عبارت‌ها و واژه‌هایی مانند سخت یا نرم، چکش‌خوار یا شکننده، انعطاف‌پذیر یا انعطاف‌ناپذیر، شفاف یا کدر، آب‌دوست یا آب‌گریز، دارای خاصیت آهن‌ربایی یا بدون خاصیت آهن‌ربایی و... استفاده می‌شود.

وقتی می‌گویند یک ماده از مادهٔ دیگر سخت‌تر است، منظور این است که می‌توان به کمک مادهٔ سخت، روی مادهٔ دیگر خراش ایجاد کرد یا آن را برید. برای نمونه با الماس می‌توان شیشه را برید، یا با ناخن روی صابون و چوب‌پنبه خراش ایجاد کرد؛ پس ناخن از صابون و چوب‌پنبه سخت‌تر است. انعطاف‌پذیری هم یکی دیگر از ویژگی‌های مواد است: انعطاف‌پذیری یک ماده نشان می‌دهد که آن ماده چقدر می‌تواند در اثر وارد کردن نیرو خم یا کشیده شود و پس از حذف نیرو، دوباره به حالت اول برگردد.

چگالی یعنی جرم یک سانتی‌متر مکعب از ماده. در فعالیت کتاب، جرم و حجم خمیر بازی، میخ فولادی، سنگ مرمر، توپ، انگشتر طلا، ورق آلومینیمی و وزنهٔ سربی را با ترازو و استوانهٔ مدرج اندازه می‌گیریم و چگالی هر یک را حساب می‌کنیم. نتیجهٔ جالب: چگالی فلزها با هم برابر نیست!

بر اساس نمودار و متن صفحهٔ ۳۰ و ۳۱ کتاب — چگالی ماده‌ای ویژگی مشخص‌کنندهٔ آن است.

دیدید که چگالی فلزها با هم برابر نیست؛ برای نمونه چگالی طلا خیلی بیشتر از فولاد و چگالی فولاد نیز از آلومینیم بیشتر است. به همین دلیل فلز آلومینیم به «فلز سبک» شهرت دارد و برای ساختن اجسام محکم ولی سبک به کار می‌رود؛ مانند بدنهٔ هواپیما! همچنین با استفاده از چگالی می‌فهمیم چرا چوب روی آب شناور می‌ماند (چگالی کمتر از آب) و مهرهٔ برنجی در آب فرو می‌رود (چگالی بیشتر از آب).

انسان‌ها از دیرباز در جست‌وجوی روش‌هایی برای تولید موادی مفید در زندگی بوده‌اند. مثلاً افزودن مقداری آهک به گل سبب افزایش استحکام آن می‌شود؛ از این رو در ساخت بناهای خشتی از آن استفاده می‌کردند. ارگ بم (شکل ۶ کتاب) بزرگ‌ترین ارگ خشتی جهان است که با همین روش استحکام پیدا کرده بود!

نمونهٔ دیگر: کربن (زغال) نافلزی سیاه‌رنگ و نرم است که با کشیدن روی کاغذ یا سنگ، به آسانی لایهٔ نازکی از آن بر جای می‌ماند؛ بنابراین از کربن برای تولید مغز مداد استفاده می‌شود. اما نرمیِ زیاد آن، مشکلاتی در نوشتن ایجاد می‌کرد! تجربه نشان می‌دهد که افزودن مقداری خاک رس به کربن سبب بیشتر شدن سختی آن می‌شود؛ به‌طوری که هر چه مقدار خاک رس بیشتر باشد، سختی مغز مداد بیشتر خواهد شد. حالا می‌دانی چرا مدادهای HB و B و H متفاوت‌اند!

جدول ۲ کتاب: نام، اجزای سازنده، خواص و کاربرد چند آلیاژ.

آلیاژها ویژگی‌های جدیدی دارند؛ به‌طوری که هرگاه مقدار کمی کربن را به آهن اضافه کنیم، انواع فولاد با ویژگی‌های متفاوت به دست می‌آید. برای نمونه، افزودن فلزهای کروم و نیکل به آهن سبب تولید مادهٔ جدیدی به نام فولاد زنگ‌نزن می‌شود که بسیار مقاوم و سخت‌تر از آهن است. در ساختن یک وسیله، علاوه بر ویژگی‌های فیزیکی مواد، قیمت و فراوانی آن‌ها نیز در انتخاب اهمیت دارد؛ برای نمونه فلز آهن از سایر فلزها ارزان‌تر است و به همین دلیل کاربرد بسیار گسترده‌ای در صنایع دارد. جالب است بدانید استفاده از آلیاژهای مس در ایران قدمت دیرینه دارد (شکل ۸ کتاب)!