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

เสียงน้ำหยดมาจากไหน?

เสียงน้ำหยดมาจากไหน? หนึ่งในเสียงที่โดดเด่นและเป็นเอกลักษณ์ ในขณะเดียวกันก็สร้างความน่ารำคาญใจไม่น้อยให้แก่ใครหลายคนคือ “เสียงน้ำหยด” และขณะนี้นักวิทยาศาสตร์สามารถอธิบายได้แล้วว่าเสียงหยดติ๋ง ติ๋ง นั้นมีที่มาจากอะไร? ทีมนักฟิสิกส์และวิศวกรจากมหาวิทยาลัยเคมบริดจ์ของสหราชอาณาจักรใช้กล้องถ่ายวิดีโอความเร็วสูง และไมโครโฟนที่มีความไวมากเป็นพิเศษเพื่อบันทึกภาพสโลว์โมชั่นและเสียงขณะที่น้ำกำลังหยด ผลการวิจัยพบว่าแท้จริงแล้วเสียงติ๋งของน้ำนั้นเกิดขึ้นเมื่อหยดน้ำกระทบกับผิวของน้ำและเด้งกลับขึ้นมาเนื่องจากแรงตึงผิว และในเวลานั้นเองเกิดการสั่นสะเทือนของฟองอากาศส่งผลให้มีเสียง “ติ๋ง” เกิดขึ้น ผลการค้นพบครั้งนี้ช่วยชี้ให้เห็นว่าเสียงน้ำหยดไม่ได้เกิดขึ้นเมื่อหยดน้ำกระทบกับผิวน้ำดังที่เคยเข้าใจกันมา…   อ่านเพิ่มเติม 9 เทคโนโลยีเปลี่ยนโลกของอีลอน มัสก์ เศรษฐีนักประดิษฐ์

ดีเอ็นเอเผย ชาวนอร์สในกรีนแลนด์ค้างาวอลรัสให้ยุโรป

ผลการศึกษาใหม่พบกุญแจสำคัญที่ทำให้ชาวนอร์สบนเกาะกรีนแลนด์ยังคงตั้งถิ่นฐานอยู่ได้เป็นเวลานาน ที่แท้พวกเขาขายสินค้าหายากจากสัตว์ป่านี่เอง

อนาคตคือยนตกรรมไฟฟ้า

การปฏิวัติเขียวด้านการสัญจรเริ่มขึ้นแล้ว  รถยนต์ที่ขับเคลื่อนด้วยแบตเตอรี่รุ่นใหม่ๆขายดิบขายดี และเครื่องบินที่ปล่อยคาร์บอนเป็นศูนย์ก็กำลังมา ที่โรงงานประกอบรถยนต์โฟล์คสวาเกนในเมืองแชตทานูกา รัฐเทนเนสซี ตัวถังรถที่ยึดติดกับสายพานลอยสูงเหนือพื้นคอนกรีตจะถูกหย่อนลงมาทุก 73 วินาที เพื่อนำมาวางบนชุดส่งกำลังรถยนต์ และไม่ช้าทั้งตัวถังกับแชสซี จะประกอบเข้าด้วยกัน   ขณะที่ผมยืนดู คนงานบนเก้าอี้ล้อเลื่อนซึ่งถือสว่านไฟฟ้ารูปร่างคล้ายปืนพก ก็ไถเก้าอี้เข้าไปใต้รถยนต์รุ่นพาสสาตที่ยกสูงระดับอก ไขน็อตตรึงซุ้มล้อบังโคลนและแผ่นกันกระแทกให้แน่น ก่อนเก็บอุปกรณ์ใส่ซอง รอรถคันต่อไปเคลื่อนเข้ามา บนพื้นที่ 320,000 ตารางเมตร คนงานประมาณ 3,800 คนและหุ่นยนต์ 1,500 ตัวขยับตัวเป็นจังหวะตลอดวันเพื่อผลิตรถยนต์ใช้น้ำมันบางรุ่นที่คนรู้จักดีที่สุดบนท้องถนน  ในอัตรา 45 คันต่อชั่วโมง 337 คันต่อกะ และกว่า 1.1 ล้านคัน นับตั้งแต่โฟล์คสวาเกนสร้างโรงงานแห่งนี้เสร็จเมื่อปี 2011  ทุกวันนี้ บริษัทรถยนต์ที่มีประวัติอื้อฉาว เรื่องเลี่ยงกฎหมายควบคุมการปล่อยมลพิษมายาวนานถึงเจ็ดปี กำลังพยายามทำให้ระบบคมนาคมขนส่งของสหรัฐฯ เป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อม ในไม่ช้า โรงงานแห่งนี้จะประกอบยานยนต์ไฟฟ้าคันแรกของโฟล์คสวาเกนที่ผลิตในสหรัฐฯ โดยในปี 2022 จะเริ่มสายการผลิตรถเอสยูวีไฟฟ้าขนาดกะทัดรัดรุ่นไอดี.4 จากสายพานการผลิตที่มีอยู่ ควบคู่กับรถใช้น้ำมัน เพื่อตอบสนองความต้องการของตลาดที่เปลี่ยนไปอย่างรวดเร็ว ยานยนต์ไฟฟ้าเต็มรูปแบบมีโครงสร้างเรียบง่ายกว่ารถยนต์ใช้น้ำมัน ในทางกลับกัน รถยนต์ไฟฟ้ามีแบตเตอรี่ขนาดมหึมา ที่โฟล์คสวาเกน ชุดแบตเตอรี่ที่มีน้ำหนักเกือบ 500 กิโลกรัม การที่โฟลก์สวาเกนและบริษัทอื่นๆ อีกหลายแห่งกำลังพยายามปรับเปลี่ยนมาสู่กระบวนการอันซับซ้อนเหล่านี้บ่งชี้ว่า เรามาถึงช่วงเวลาหัวเลี้ยวหัวต่อแล้ว    บริษัทรถยนต์รายนี้และอุตสาหกรรมยานยนต์กำลังหันเหจากเครื่องยนต์สันดาปภายในที่พ่นก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ออกมา […]