Что такое вещество

На Луне космонавтка весит в шесть раз меньше, чем на Земле, а её масса не меняется совсем.

Химики определяют вещество одной короткой фразой: всё, что занимает место и имеет массу. Кирпич состоит из вещества, вода в стакане тоже. Воздух тоже вещество, хотя его и не видно. Подуй в воздушный шарик, и он раздуется, потому что воздуху, который ты вдуваешь, нужно место. Свет, звук и тепло веществом не являются. Они переносят энергию, но собственной массы у них нет и сосуд они не заполняют.

Масса и вес не одно и то же

Масса показывает, сколько вещества содержит тело. Её можно найти на весах, сравнивая тело с эталонными гирями, или по тому, какая сила нужна, чтобы его разогнать: машину толкать гораздо труднее, чем велосипед. Вес означает силу, с которой тяготение притягивает эту массу. Он пропорционален массе, но зависит от того, где ты находишься. Сила тяжести на Луне составляет примерно одну шестую земной, поэтому космонавтка там весит примерно в шесть раз меньше. Её масса, то есть мера того, сколько вещества содержится в её теле, остаётся точно такой же. На орбите она может ощущать невесомость, но массы она не теряет никогда.

Три привычных состояния

На Земле вещество обычно находится в одном из трёх состояний. Твёрдое тело жёсткое и сохраняет свою форму: ложка остаётся ложкой и в ящике, и в чашке. Жидкость течёт и принимает форму сосуда, но тяготение делает её верхнюю поверхность ровной. На орбите вода и корабль вместе свободно падают, ничто не тянет воду вниз, и капля сама стягивается в шар. Газ заполняет весь сосуд и принимает и его форму, и его объём. Если сжать твёрдое тело или жидкость, объём почти не изменится, а газ при сжатии сильно уменьшается.

Есть и четвёртое состояние, редкое на Земле, но обычное во Вселенной. Плазма представляет собой газ, в котором многие частицы несут электрический заряд. Из неё состоят звёзды, а ещё её можно увидеть в молнии, в плазменных резаках и в некоторых старых телевизионных экранах. Некоторые вещи как будто относятся сразу к нескольким состояниям. Песок сыплется как жидкость, но каждая песчинка твёрдая. Облако плывёт как газ, но на самом деле это воздух с крошечными каплями жидкой воды или кристалликами льда.

При изменениях вещество не исчезает

Когда лёд тает или вода кипит, вещество не появляется и не исчезает. Общая масса вещества остаётся той же и при смене состояния, и при химической реакции. Это закон сохранения массы вещества. В обычной жизни его трудно заметить, потому что часть продуктов обычно улетает в виде газов, но в закрытом сосуде весы не показывают никакой разницы. Кажется, что кипящий чайник теряет воду, а она никуда не делась: пар разошёлся по кухне.

Модель в этом курсе объясняет всё это частицами, то есть атомами или молекулами, которые постоянно движутся. В твёрдом теле они закреплены на своих местах и могут только колебаться. В жидкости они всё ещё касаются друг друга, но скользят одна мимо другой. В газе они далеко друг от друга и летят по прямой, пока во что-нибудь не врежутся. Температура говорит о том, как быстро они движутся. Молекулярно-кинетическая теория формулирует это точно: средняя кинетическая энергия частиц пропорциональна температуре в кельвинах.