สสาร ที่เกิดขึ้นบนโลกมีทั้งหมดกี่สถานะ และเกิดการเปลี่ยนแปลงได้อย่างไร

สสาร และการเปลี่ยนแปลงสถานะ (States of Matter)

สสาร (Matter) หมายถึง สิ่งที่มีมวล (Mass) และปริมาตร (Volume) ดำรงอยู่ในพื้นที่ว่าง (Space)

โดยที่เราสามารถรับรู้ไสสารได้จากประสาทสัมผัสทั้ง 5 ดังนั้น สสาร คือทุกสิ่งที่อยู่รอบตัวเรา ไม่ว่าจะเป็นอากาศที่เราหายใจ น้ำที่เราดื่ม บ้านพักที่เราอยู่อาศัย รวมถึงไปต้นไม้และสิ่งมีชีวิตอื่นๆ รวมไปถึงร่างกายของเราเอง โดยสสารที่ได้รับการศึกษาหรือค้นคว้าทางวิทยาศาสตร์ จนทราบถึงคุณสมบัติและองค์ประกอบที่แน่ชัดแล้วจะถูกเรียกว่า “สาร” (Substance)

สถานะทั้ง 4 ของสสารในธรรมชาติ

1. ของแข็ง (solid) : สถานะของสสารที่มีรูปร่างและมีปริมาตรที่แน่นอน จากการจัดเรียงของอนุภาคองค์ประกอบภายในอย่างเป็นระเบียบและแนบชิดติดกัน มีความหนาแน่นและแรงยึดเหนี่ยวระหว่างอนุภาคสูง ถึงแม้จะมีช่องว่างขนาดเล็กระหว่างอนุภาคของสสารในสถานะของแข็ง ส่งผลให้อนุภาคสั่นไปมาได้เล็กน้อย แต่อนุภาคไม่สามารถเคลื่อนที่ไปมาได้เช่นเดียวกับสสารในสถานะอื่นๆ ดังนั้น สสารในสถานะของแข็งจึงสามารถทนทานต่อการสูญเสียรูปทรงและการเปลี่ยนแปลงในปริมาตรได้มาก เช่น เหล็ก อะลูมิเนียมและทองแดง เป็นต้น

2. ของเหลว Liquid : สถานะของสสารที่มีปริมาตรคงที่ แต่สามารถเปลี่ยนรูปร่างตามภาชนะที่ใช้บรรจุ จากการมีอนุภาคองค์ประกอบเรียงตัวอยู่ห่างจากกันเล็กน้อย ส่งผลให้แรงยึดเหนี่ยวระหว่างอนุภาคไม่สูงเท่าสสารในสถานะของแข็ง อนุภาคของของเหลวจึงสามารถเคลื่อนที่ไปมาได้ในระยะใกล้ เช่น น้ำ แอลกอฮอล์และน้ำมัน เป็นต้น

สสาร, การเปลี่ยนแปลงสถานะ
สถานะของสสาร

3. ก๊าซ (Gas) : สถานะของสสารที่มีรูปร่างและปริมาตรไม่แน่นอน สามารถเปลี่ยนแปลงไปตามภาชนะที่ใช้บรรจุ จากการมีอนุภาคองค์ประกอบเรียงตัวอยู่ห่างจากกันมาก ส่งผลให้มีความหนาแน่นและแรงยึดเหนี่ยวระหว่างอนุภาคต่ำ ก๊าซจึงสามารถเคลื่อนที่อย่างรวดเร็วไปได้ในทุกทิศทาง สามารถแพร่กระจายเต็มภาชนะที่บรรจุและสามารถเปลี่ยนแปลงรูปร่างและปริมาตรจากการถูกบีบอัดได้ง่าย เช่น อากาศ ออกซิเจน ไฮโดรเจน คาร์บอนไดออกไซด์ ก๊าซหุงต้มและไอน้ำ เป็นต้น

4. พลาสมา (Plasma) : สถานะของสสารที่เกิดจากการได้รับพลังงานมหาศาลจนอิเล็กตรอนหลุดออกมาจากอะตอม เกิดเป็นกลุ่มเมฆโปรตอน นิวตรอนและอิเล็กตรอน ซึ่งเคลื่อนไหวอย่างอิสระ มีแรงยึดเหนี่ยวระหว่างอะตอมและโมเลกุลน้อยมาก ทำให้พลาสมามีความใกล้เคียงกับสถานะของก๊าซมากกว่าสถานะอื่นๆ แต่ประจุที่เคลื่อนไหวอย่างอิสระนี้ มีพฤติกรรมและคุณสมบัติที่แตกต่างไปจากสสารอื่นๆ พลาสมามีคุณสมบัติในการนำไฟฟ้า ถึงแม้พลาสมาจะพบเห็นได้ยากในสภาวะปกติ แต่ในธรรมชาติหรือในระบบสุริยะล้วนแล้วแต่มีสสารในสถานะพลาสมาดำรงอยู่ทั้งสิ้น เช่น ฟ้าผ่า แสงเหนือ หางของดาวหาง หรือบนพื้นผิวของดวงอาทิตย์ เป็นต้น

การเปลี่ยนแปลงสถานะของสสาร

การเปลี่ยนแปลงสถานะของสสารเป็นกระบวนการที่ต้องอาศัยพลังงานจากภายนอกหรือการเปลี่ยนแปลงอย่างรุนแรงของอุณหภูมิ (Temperature) หรือความดัน (Pressure) เพื่อเข้ามาเป็นตัวการหลักในการทำลายหรือปรับเปลี่ยนโครงสร้างการจัดเรียงอนุภาคของสสาร โดยกระบวนการในการเปลี่ยนแปลงสถานะของสสารประกอบไปด้วย 8 กระบวนการ ได้แก่

สสาร, การเปลี่ยนแปลงสถานะของสสาร

สสาร, การเปลี่ยนสถานะของสสาร
โดยปกติ สสารจะเปลี่ยนสถานะเมื่อได้รับหรือปลดปล่อยความร้อน และพลังงาน

โดยกระบวนการเหล่านี้ สามารถแบ่งออกเป็น 2 ส่วน จากการนำพลังงานเข้ามาสู่ระบบ คือ “การดูดพลังงาน”  ซึ่งนำพลังงานความร้อนเข้ามาทำลายแรงยึดเหนี่ยวระหว่างอนุภาคของสสาร ทำให้อนุภาคของสสารเกิดการจับตัวกันน้อยลง เกิดช่องว่างระหว่างอนุภาคมากขึ้น ส่งผลให้สสารที่มีสถานะเป็นของแข็งหรือของเหลว สามารถเปลี่ยนสถานะไปเป็นก๊าซได้จากการได้รับพลังงานความร้อนที่มากพอ และ “การคายพลังงาน” หรือการลดอุณหภูมิลงให้ถึงจุดเหมาะสม สามารถส่งผลให้อนุภาคของสสารเกิดการบีบอัดหรือถูกยึดเหนี่ยวเข้าหากันมากขึ้น เกิดการเรียงตัวของอนุภาคที่กระจัดกระจายขึ้นใหม่ เพื่อให้เกิดช่องว่างระหว่างอนุภาคน้อยลง สสารในสถานะก๊าซหรือของเหลวจึงสามารถเปลี่ยนสถานะกลับไปเป็นของแข็งได้อีกครั้ง

สืบค้นและเรียบเรียง

คัดคณัฐ ชื่นวงศ์อรุณ


ข้อมูลอ้างอิง

ทรูปลูกปัญญา – http://www.trueplookpanya.com/blog/content/50578

สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี (สสวท.) – https://www.scimath.org/lesson-chemistry/item/7078-2017-05-28-02-15-42

https://www.thoughtco.com/list-of-phase-changes-of-matter-608361


เรื่องอื่นๆ ที่น่าสนใจ : เพราะเหตุใดน้ำแข็งจึงลอยน้ำ

วิทยาศาสตร์, น้ำแข็ง, ความหนาแน่น, สมบัติของน้ำ ความหนาแน่นของน้ำ

เรื่องแนะนำ

ภาพถ่ายดาวเสาร์ภาพท้ายๆ จากยานกัสซีนี

ภาพถ่ายดาวเสาร์ภาพท้ายๆ จากยานกัสซีนี แพซาดินา, แคลิฟอร์เนีย ไม่กี่ชั่วโมงก่อนรุ่งเช้า (ตามเวลาท้องถิ่นสหรัฐฯ) ของวันศุกร์ที่ 15 กันยายน 2017 ยานกัสซีนี (Cassini) ขององค์การนาซามุ่งหน้าสู่จุดหมายปลายทางสุดท้ายที่มันใช้เวลาสำรวจอยู่นานถึง 13 ปี นั่นคือดาวเสาร์ ขณะที่ยานมุ่งหน้าสู่ดาวเสาร์จุดหมายปลายทาง นักวิทยาศาสตร์ในศูนย์ควบคุมภารกิจที่ห้องปฏิบัติการเครื่องยนต์ขับดัน (Jet Propulsion Laboratory) ในเมืองแพซาดินา ต่างจับตาดูเหตุการณ์ที่เกิดขึ้น แน่นอนว่า พวกเขารู้ตอนจบของเรื่องทั้งหมด หลังจากใช้เวลาสำรวจดาวเสาร์และดวงจันทร์บริวารอยู่นานกว่าสิบปี ยานกัสซีนีก็มุ่งหน้าเข้าสู่บรรยากาศของดาวเคราะห์ดวงนั้น เก็บรวบรวมข้อมูลและส่งกลับมายังโลกให้นานที่สุดเท่าที่จะทำได้ จากนั้น จรวดขับดันของยานก็เริ่มล้มเหลวจากแรงกระทำมหาศาลของแรงโน้มถ่วงและการเสียดสีกับบรรยากาศ ยานเริ่มหมุนคว้าง สูญเสียการติดต่อกับโลก ก่อนจะสิ้นเสียงไปตลอดกาล ณ เวลาราว 04.55น. ตามเวลาในสหรัฐฯ แม้นักวิทยาศาสตร์จะไม่สามารถสังเกตการณ์จุดจบนี้ได้ พวกเขาก็รู้ว่าภายในหนึ่งหรือสองนาทีหลังสัญญาณจากยานกัสซีนีขาดหายไป ดาวเสาร์จะฉีกยานออกเป็นชิ้นๆ และลุกไหม้ผ่านบรรยากาศของดาวเคราะห์ดวงนั้น ไม่ต่างอะไรจากดาวตกที่พาดผ่านฟากฟ้า จุดจบนั้นสั้นและรวดเร็ว ยานกัสซีนีที่ช่วยสร้างความกระจ่างมากมายเกี่ยวกับดาวเสาร์ ได้กลายเป็นอดีตอย่างสวยงาม ย้อนหลังไปเมื่อปี 2004 ยานกัสซีนีเริ่มสำรวจระบบดาวเสาร์และดวงจันทร์บริวาร ตลอดระยะเวลา 13 ปี กัสซีนีส่งภาพกลับมายังโลกมากกว่า 450,000 ภาพ ยานกัสซีนียังปล่อยยานลงจอด (lander) […]

หวนคืนสู่ดวงจันทร์

การแข่งขันไปยังดวงจันทร์ในนามชื่อเสียงของประเทศกลับมาอีกครั้ง แต่ในครั้งนี้ความท้าทายอยู่ที่ต้องส่งยานลงจอดและสามารถบินกลับมายังโลกได้

ถอดรหัส แพทย์แผนจีน : ตำรายาหลวงจักรพรรดิมังกร

วิทยาศาสตร์และการแพทย์แผนปัจจุบันกำลังพยายามถอดรหัสเพื่อเรียนรู้ศาสตร์เก่าแก่โบราณอย่าง แพทย์แผนจีน ที่ช่วยชีวิตผู้คนมานานนับพันปี สิ่งที่พวกเขาค้นพบอาจช่วยหลอมรวมศาสตร์การแพทย์จากตะวันตกและตะวันออกเข้าด้วยกัน เพื่อช่วยชีวิตผู้คนในยุคศตวรรษที่ 21