మన చుట్టూ ఉన్న పదార్థం (Matter in Our Surroundings)

చుట్టూ ఉన్న రాళ్లు, మేఘాలు, నక్షత్రాలు, మొక్కలు, జంతువులు, మనం పీల్చే గాలి, తినే ఆహారం, ఒక చిన్న నీటి చుక్క, ఇసుక రేణువు – ఇవన్నీ ఒకే మూలపదార్థంతో తయారైనవి. శాస్త్రవేత్తలు దీనికి "పదార్థం" (Matter) అని పేరు పెట్టారు.

• పదార్థం (Matter): స్థలాన్ని ఆక్రమించేది (ఘనపరిమాణం ఉన్నది), ద్రవ్యరాశి కలిగినది.
• ద్రవ్యరాశి (Mass): SI ప్రమాణం కిలోగ్రాము (kg).
• ఘనపరిమాణం (Volume): SI ప్రమాణం ఘనపు మీటరు (m³). సాధారణంగా వాడే ప్రమాణం లీటరు (L).
• 1 L = 1 dm³
• 1 L = 1000 mL
• 1 mL = 1 cm³
• పురాతన భారతీయ వర్గీకరణ: ప్రాచీన భారతీయ తత్వవేత్తలు పదార్థాన్ని ఐదు మౌలిక మూలకాలుగా విభజించారు – పంచతత్వం (Panch Tatva): గాలి, భూమి, అగ్ని, ఆకాశం, నీరు. జీవులు, నిర్జీవులు అన్నీ ఈ ఐదింటితోనే తయారయ్యాయని వారి విశ్వాసం. ప్రాచీన గ్రీకు తత్వవేత్తలూ ఇలాంటి వర్గీకరణకే వచ్చారు.
• ఆధునిక వర్గీకరణ:
  1. ఆధునిక శాస్త్రవేత్తలు పదార్థాన్ని రెండు రకాలుగా వర్గీకరించారు – (1) భౌతిక ధర్మాల ఆధారంగా, (2) రసాయన స్వభావం ఆధారంగా. ఈ అధ్యాయం భౌతిక ధర్మాల ఆధారంగా పదార్థాన్ని చర్చిస్తుంది
  2. రసాయన అంశాలు తరువాతి అధ్యాయాల్లో వస్తాయి.
• పదార్థ స్వభావంపై రెండు భావాలు:
  1. చాలాకాలం రెండు అభిప్రాయాలు ఉండేవి – పదార్థం చెక్క దిమ్మలా అవిచ్ఛిన్నం (Continuous) అని ఒక వర్గం
  2. ఇసుకలా కణాలతో కూడినది (Particulate) అని మరో వర్గం.
• కృత్యం 2.1 ఫలితం: ఉప్పు లేదా చక్కెరను నీటిలో కరిగిస్తే అది కనిపించదు, నీటి మట్టం కూడా దాదాపు మారదు. ఉప్పు/చక్కెర కణాలు నీటి కణాల మధ్య ఖాళీల్లోకి చేరి నీరంతా సమానంగా వ్యాపించడం దీనికి కారణం. కాబట్టి పదార్థం కణాలతో నిర్మితమై ఉంటుంది.
• పదార్థాలు కానివి: ప్రేమ, ద్వేషం, ఆలోచన, చల్లదనం (cold) వంటివి పదార్థాలు కావు, ఎందుకంటే వాటికి ద్రవ్యరాశి, ఘనపరిమాణం లేవు. కుర్చీ, గాలి, బాదం పప్పులు, నిమ్మకాయ నీరు, వాసన కలిగించే పరిమళ ద్రవ్యం (వాసన పదార్థ కణాల వల్లే వస్తుంది) పదార్థాలే.

పదార్థ కణాలు ఎంత చిన్నవో అంచనా వేయడానికి చేసే ప్రసిద్ధ కృత్యం 2.2 – ద్రావణాన్ని మళ్లీ మళ్లీ విలీనం (Dilution) చేయడం.

• కృత్యం పద్ధతి:
  1. 2–3 పొటాషియం పర్మాంగనేట్ స్ఫటికాలను 100 mL నీటిలో కరిగిస్తారు.
  2. ఈ ద్రావణం నుండి సుమారు 10 mL తీసి 90 mL స్వచ్ఛమైన నీటిలో కలుపుతారు.
  3. దాని నుండి మళ్లీ 10 mL తీసి మరో 90 mL నీటిలో కలుపుతారు.
  4. ఇలా 5 నుండి 8 సార్లు విలీనం చేస్తారు.
• ఫలితం: ప్రతి విలీనంలో రంగు తేలిక అవుతుంది కానీ ఇంకా కనిపిస్తూనే ఉంటుంది.
• నిర్ధారణ:
  1. కొన్ని స్ఫటికాలు సుమారు 1000 L నీటికి రంగు ఇవ్వగలవు. కాబట్టి ఒక్క స్ఫటికంలోనే లక్షలాది అతి సూక్ష్మ కణాలు ఉండాలి
  2. అవి చిన్న చిన్న కణాలుగా విడిపోతూనే ఉంటాయి.
• డెట్టాల్ (Dettol) తో కృత్యం: పొటాషియం పర్మాంగనేట్‌కు బదులు 2 mL డెట్టాల్ తీసుకొని ఇదే విధంగా విలీనం చేయవచ్చు. పలుచన చేసినా దాని వాసనను గుర్తించవచ్చు.
• సారాంశం: పదార్థ కణాలు మన ఊహకు అందనంత చిన్నవి.

చక్కెర, ఉప్పు, డెట్టాల్, పొటాషియం పర్మాంగనేట్ వంటివి నీటిలో సమానంగా కలిసిపోవడం పదార్థ కణాల మధ్య ఖాళీలు ఉన్నాయని నిరూపిస్తుంది.

• కృత్యాలు 2.1, 2.2 నిర్ధారణ: ఉప్పు, చక్కెర, డెట్టాల్, పొటాషియం పర్మాంగనేట్ కణాలు నీటిలో సమానంగా పంపిణీ అవుతాయి.
• రోజువారీ ఉదాహరణలు: టీ, కాఫీ, నిమ్మరసం (నింబు పానీ) తయారుచేసినప్పుడు ఒక పదార్థ కణాలు మరో పదార్థ కణాల మధ్య ఖాళీల్లోకి చేరతాయి.
• నిర్ధారణ: పదార్థ కణాల మధ్య తగినంత ఖాళీ (Space) ఉంటుంది.
• ఖాళీ మూడు స్థితుల్లో వేర్వేరు: ఖాళీ ఘనాల్లో అతి తక్కువ, ద్రవాల్లో మధ్యస్థం, వాయువుల్లో అత్యధికం.
• నీటిలో ఉప్పు కరిగిస్తే నీటి మట్టం మారకపోవడం: ఉప్పు కణాలు నీటి కణాల మధ్య ఖాళీల్లో ఇమిడిపోతాయి కాబట్టి.
• స్పాంజ్ ఉదాహరణ:
  1. స్పాంజ్‌లో చిన్న రంధ్రాల్లో గాలి చిక్కుకొని ఉంటుంది
  2. నొక్కినప్పుడు ఆ గాలి బయటకు వెళ్లి దాన్ని కుదించగలం (ఇది కణాల మధ్య ఖాళీ కాదు, పదార్థంలోని రంధ్రాలు).
• చలన ధర్మాలకు పునాది: కణాల మధ్య ఖాళీ ఉంది కాబట్టే అవి వాటి మధ్యకు చొచ్చుకుపోయి కలిసిపోతాయి (వ్యాపనం).

పదార్థ కణాలు ఎప్పుడూ నిశ్చలంగా ఉండవు; నిరంతరం కదులుతూ ఉంటాయి. దీన్ని 2.3, 2.4, 2.5 కృత్యాలు చూపిస్తాయి.

• కృత్యం 2.3 (అగరుబత్తి):
  1. వెలిగించని అగరుబత్తి వాసన కోసం దాని చాలా దగ్గరకు వెళ్లాలి
  2. వెలిగిస్తే దూరం నుండే వాసన వస్తుంది.
• కృత్యం 2.4 (సిరా, తేనె): నీటిలో ఒక చుక్క నీలి/ఎరుపు సిరా మెల్లగా వేస్తే అది క్రమంగా అంతటా కలుస్తుంది. తేనె చుక్క వేస్తే అది చాలా నెమ్మదిగా కలుస్తుంది. నీటిలో సిరా పూర్తిగా కలవడానికి కొన్ని గంటలు/రోజులు పడుతుంది.
• కృత్యం 2.5 (వేడి, చల్లని నీరు): రాగి సల్ఫేట్ లేదా పొటాషియం పర్మాంగనేట్ స్ఫటికాన్ని వేడి నీటిలో, చల్లని నీటిలో (కలపకుండా) వేస్తే వేడి నీటిలో రంగు చాలా వేగంగా వ్యాపిస్తుంది.
• ముగింపులు:
  1. పదార్థ కణాలు నిరంతరం కదులుతూ ఉంటాయి; అందువల్ల వాటికి గతిజ శక్తి (Kinetic energy) ఉంటుంది.
  2. ఉష్ణోగ్రత పెరిగితే కణాలు వేగంగా కదులుతాయి; అంటే గతిజ శక్తి పెరుగుతుంది.
• వ్యాపనం (Diffusion): రెండు వేర్వేరు పదార్థాల కణాలు వాటంతట అవే కణాల మధ్య ఖాళీల ద్వారా కలిసిపోవడాన్ని వ్యాపనం అంటారు.
• వేడి చేస్తే వ్యాపనం వేగవంతమవుతుంది: ఉష్ణోగ్రత పెరిగి కణాల గతిజ శక్తి పెరగడమే కారణం.
• వ్యాపన రేటు: వాయువులలో అత్యధికం, ద్రవాల్లో మధ్యస్థం, ఘనాల్లో అత్యల్పం.
• వేడి పదార్థం వాసన vs చల్లని పదార్థం:
  1. వేడి ఆహారం (సిజ్లింగ్ ఫుడ్) వాసన కొన్ని మీటర్ల దూరం వరకూ చేరుతుంది
  2. ఎందుకంటే వేడి వల్ల కణాల గతిజ శక్తి ఎక్కువై గాలిలో వేగంగా వ్యాపిస్తాయి. చల్లని ఆహారం వాసన పొందడానికి దగ్గరకు వెళ్లాలి.

పదార్థ కణాలు కదులుతున్నా అవి చెల్లాచెదురు కావు, ఎందుకంటే వాటి మధ్య ఆకర్షణ బలం ఉంటుంది. దీన్ని 2.6, 2.7, 2.8 కృత్యాలు చూపిస్తాయి.

• కృత్యం 2.6 (మానవ గొలుసులు): విద్యార్థులు చేతులు పట్టుకుని గొలుసులు ఏర్పరచినప్పుడు –
• చేతులు బిగించి (ఆర్మ్స్ లాక్) ఉన్న గొలుసును విడగొట్టడం చాలా కష్టం (ఆకర్షణ గరిష్ఠం).
• చేతులు పట్టుకున్న గొలుసు మధ్యస్థ బలం.
• వేళ్లతో మాత్రమే తాకిన గొలుసు సులభంగా విడిపోతుంది (ఆకర్షణ కనిష్ఠం).
• అంటే విద్యార్థులను పదార్థ కణాలుగా భావిస్తే, గరిష్ఠ బలంతో పట్టుకున్న సమూహంలోనే కణాల మధ్య ఆకర్షణ ఎక్కువ.
• కృత్యం 2.7:
  1. ఇనుప మేకు, సుద్దముక్క, రబ్బరు బ్యాండ్‌లను సుత్తితో కొట్టడం, కోయడం, సాగదీయడం ద్వారా విరగ్గొట్టే ప్రయత్నం చేస్తే ఇనుప మేకును విరగ్గొట్టడం అత్యంత కష్టం
  2. అంటే దానిలో కణాలు అధిక బలంతో బంధించబడి ఉన్నాయి.
• కృత్యం 2.8:
  1. నీటి ఉపరితలాన్ని వేళ్లతో కోయడం సాధ్యం కాదు
  2. ఉపరితలం ఒక్కటిగా ఉండటానికి కారణం కణాల మధ్య ఆకర్షణ బలమే.
• ముగింపు: పదార్థ కణాల మధ్య ఒక బలం పనిచేసి వాటిని కలిపి ఉంచుతుంది. ఈ ఆకర్షణ బల తీవ్రత ఒక్కో పదార్థంలో ఒక్కో విధంగా ఉంటుంది.
• స్థితులతో సంబంధం: ఈ ఆకర్షణ బలం ఘనాల్లో గరిష్ఠం, ద్రవాల్లో మధ్యస్థం, వాయువుల్లో కనిష్ఠం.
• కృత్యాల ప్రశ్నల జవాబులు:
  1. పదార్థాలు: కుర్చీ, గాలి, బాదం, నిమ్మకాయ నీరు, పరిమళ ద్రవ్యం వాసన. పదార్థాలు కానివి: ప్రేమ, ద్వేషం, ఆలోచన, చల్లదనం.
  2. ఈతగాడు నీటిని చీల్చుకుని వెళ్లగలగడం, ద్రవ కణాల మధ్య ఆకర్షణ బలం ఘనాల కంటే తక్కువని చూపుతుంది.
  3. పదార్థ కణాల లక్షణాలు: అతి సూక్ష్మం, కణాల మధ్య ఖాళీ, నిరంతర చలనం, కణాల మధ్య ఆకర్షణ బలం.

పదార్థం మూడు స్థితుల్లో ఉంటుంది – ఘనం (Solid), ద్రవం (Liquid), వాయువు (Gas). ఈ స్థితులు పదార్థ కణాల లక్షణాల తేడా వల్ల ఏర్పడతాయి.

• కృత్యం 2.9: పెన్ను, పుస్తకం, సూది, చెక్క ముక్కల ఆకారాన్ని పెన్సిల్‌తో గీస్తే అన్నింటికీ నిర్దిష్ట ఆకారం, స్పష్టమైన సరిహద్దులు, స్థిర ఘనపరిమాణం ఉన్నాయని తెలుస్తుంది. వీటిని కుదించడం కష్టం.
• ఘనాల లక్షణాలు:
  1. నిర్దిష్ట ఆకారం, స్పష్టమైన సరిహద్దులు, స్థిర ఘనపరిమాణం.
  2. అతి స్వల్ప సంపీడ్యత (Compressibility).
  3. బాహ్య బలం ప్రయోగించినా ఆకారాన్ని నిలుపుకునే స్వభావం; అందుకే వీటిని దృఢమైనవి (Rigid) అంటారు.
  4. బలం ఎక్కువైతే విరిగిపోతాయి కానీ ఆకారం మారడం కష్టం.
• వ్యాపనం:
  1. ఘనాల్లో కణాలు స్థిర స్థానాల్లో ఉంటాయి కాబట్టి వ్యాపనం అతి నెమ్మదిగా ఉంటుంది
  2. ఘనాలు ద్రవాల్లోకి వ్యాపించగలవు.
• రబ్బరు బ్యాండ్ ఘనమేనా? అవును. బలం ప్రయోగిస్తే ఆకారం మారుతుంది, బలాన్ని తొలగిస్తే మళ్లీ పూర్వ ఆకారాన్ని పొందుతుంది. అధిక బలం ప్రయోగిస్తే తెగిపోతుంది.
• చక్కెర, ఉప్పు ఘనాలేనా? అవును. వాటిని చేతిలో, ప్లేటులో, జాడీలో – ఎక్కడ ఉంచినా ప్రతి స్ఫటిక ఆకారం మారదు. (జాడీ ఆకారాన్ని తీసుకున్నట్లు కనిపించేది స్ఫటికాల కుప్ప మాత్రమే.)
• స్పాంజ్ ఘనమేనా? అవును. స్పాంజ్‌లో సూక్ష్మ రంధ్రాల్లో గాలి ఉంటుంది. నొక్కినప్పుడు గాలి బయటకు వెళ్లి దాన్ని కుదించగలం.
• కణ నిర్మాణం: ఘనాల్లో కణాలు గట్టిగా ఒత్తుకొని, ఆకర్షణ బలం గరిష్ఠంగా, ఖాళీ కనిష్ఠంగా, గతిజ శక్తి కనిష్ఠంగా, అమరిక అత్యంత క్రమబద్ధంగా ఉంటుంది. కణాలు నిర్దిష్ట స్థానాల్లో ఉండి అటూ ఇటూ కంపిస్తాయి.
• చెక్క బల్ల ఘనం: ఆకారం, పరిమాణం, సరిహద్దులు నిర్దిష్టం, కుదింపు కష్టం – కాబట్టి ఘనమే.
• చేతిని గాలిలో, చెక్క దిమ్మలో కదపడం:
  1. గాలిలో చేతిని సులభంగా కదపవచ్చు, ఘన దిమ్మలో (చెక్క) కరాటే నిపుణుడు కావాలి
  2. ఎందుకంటే ఘనాల్లో కణాల మధ్య ఆకర్షణ బలం ఎక్కువ, గాలిలో అతి తక్కువ.

ద్రవాలకు స్థిర ఘనపరిమాణం ఉన్నా నిర్దిష్ట ఆకారం ఉండదు. ఇవి కృత్యం 2.10 ద్వారా తెలుస్తాయి.

• కృత్యం 2.10: నీరు, వంటనూనె, పాలు, రసం, శీతల పానీయం వంటి ద్రవాలను వేర్వేరు ఆకారాల పాత్రల్లో పోసి కొలిస్తే (50 mL) ఘనపరిమాణం మారదు కానీ ఆకారం పాత్ర ఆకారాన్ని పొందుతుంది. నేలపై ఒలికితే ద్రవాలు వ్యాపిస్తాయి.
• ద్రవాల లక్షణాలు:
  1. స్థిర ఘనపరిమాణం ఉంటుంది కానీ నిర్దిష్ట ఆకారం లేదు.
  2. పాత్ర ఆకారాన్ని పొందుతాయి.
  3. ప్రవహించి ఆకారం మార్చుకుంటాయి కాబట్టి దృఢమైనవి కావు; ప్రవాహి (Fluid) అంటారు.
• ద్రవ కణ నిర్మాణం:
  1. ఘనాల కంటే కణాల మధ్య ఖాళీ ఎక్కువ
  2. కణాలు స్వేచ్ఛగా కదులుతాయి
  3. కణాల పొరలు ఒకదానిపై ఒకటి జారగలవు.
• ఘన, వాయు పదార్థాలు ద్రవాల్లో వ్యాపనం: కృత్యాలు 2.4, 2.5లో ఘనాలు, ద్రవాలు ద్రవాల్లో వ్యాపిస్తాయని చూశాం. వాతావరణంలోని వాయువులు కూడా నీటిలో వ్యాపించి కరుగుతాయి.
• జలచరాలకు ఆక్సిజన్, కార్బన్ డయాక్సైడ్: వాతావరణ వాయువులు, ముఖ్యంగా ఆక్సిజన్, కార్బన్ డయాక్సైడ్ నీటిలో కరిగి జలచరాలు, జలచర మొక్కల మనుగడకు అవసరమవుతాయి.
• శ్వాస:
  1. అన్ని జీవులూ బతకడానికి శ్వాసించాలి
  2. జలచరాలు నీటిలో కరిగిన ఆక్సిజన్ వల్ల నీటి అడుగున శ్వాసించగలవు.
• నిర్ధారణ: ఘనాలు, ద్రవాలు, వాయువులు అన్నీ ద్రవాల్లో వ్యాపనం చెందగలవు.
• వ్యాపన రేటు:
  1. ద్రవాల్లో వ్యాపన రేటు ఘనాల కంటే ఎక్కువ
  2. ఎందుకంటే ద్రవ స్థితిలో కణాలు స్వేచ్ఛగా కదులుతాయి, కణాల మధ్య ఖాళీ ఘనాల కంటే ఎక్కువ.

వాయువుల్లో కణాలు చాలా దూరంగా ఉండి అత్యధిక వేగంతో కదులుతాయి. ఇది కృత్యం 2.11 (సిరంజిల ప్రయోగం), రోజువారీ అనుభవాలతో తెలుస్తుంది.

• కృత్యం 2.11: మూడు 100 mL సిరంజిల ముక్కులను రబ్బరు బిరడాలతో మూసి, ఒక దానిలో గాలి, రెండో దానిలో నీరు, మూడో దానిలో సుద్ద ముక్కలు ఉంచి పిస్టన్‌లను నొక్కితే –
• గాలి ఉన్న సిరంజిలో పిస్టన్ సులభంగా లోపలికి వెళుతుంది.
• నీరు, సుద్ద ముక్కలు ఉన్న సిరంజిల్లో పిస్టన్‌ను నొక్కడం కష్టం.
• నిర్ధారణ: వాయువుల సంపీడ్యత (Compressibility) ఘనాలు, ద్రవాల కంటే చాలా ఎక్కువ.
• సంపీడ్య వాయువుల వాడకం:
  1. LPG సిలిండర్ (వంట గ్యాస్) – సంపీడ్య వాయువు.
  2. ఆసుపత్రులకు సరఫరా చేసే ఆక్సిజన్ సిలిండర్ – సంపీడ్య వాయువు.
  3. CNG (సంపీడ్య సహజ వాయువు) – వాహనాల్లో ఇంధనంగా వాడతారు.
  4. అధిక సంపీడ్యత వల్ల అధిక ఘనపరిమాణ వాయువును చిన్న సిలిండర్‌లో కుదించి సులభంగా రవాణా చేయవచ్చు.
• వ్యాపనం:
  1. వంటగది లోపలికి వెళ్లకుండానే ఏమి వండుతున్నారో వాసన ద్వారా తెలుస్తుంది
  2. ఆహార సువాసన కణాలు గాలి కణాలతో కలిసి దూరంగా వ్యాపిస్తాయి. వేడి ఆహారం వాసన సెకన్లలో చేరుతుంది
  3. ఘనాలు, ద్రవాల వ్యాపనంతో పోలిస్తే చాలా వేగం.
• ఎందుకు వేగం?:
  1. వాయు కణాల వేగం అధికం, కణాల మధ్య ఖాళీ ఎక్కువ
  2. కాబట్టి వాయువులు ఇతర వాయువుల్లోకి అతి వేగంగా వ్యాపిస్తాయి.
• వాయు పీడనం: వాయు స్థితిలో కణాలు యాదృచ్ఛికంగా (randomly) అధిక వేగంతో కదులుతూ ఒకదానికొకటి, పాత్ర గోడలకు ఢీకొంటాయి. గోడల ప్రమాణ వైశాల్యంపై వాయు కణాలు కలిగించే బలమే వాయువు కలిగించే పీడనం (Pressure).
• వాయువులకు నిర్దిష్ట ఆకారం, నిర్దిష్ట ఘనపరిమాణం ఉండవు
• అవి అందుబాటులో ఉన్న మొత్తం పాత్రను నింపుతాయి.
• బెలూన్ల పరిశీలన: ఒకే సిలిండర్ వాయువుతో బెలూన్ అమ్మేవాడు అనేక బెలూన్లను నింపగలడు (వాయువు సంపీడ్యత వల్ల).

ఘన, ద్రవ, వాయు స్థితుల మధ్య తేడాలు కణాల లక్షణాల వల్ల ఏర్పడతాయి. అధ్యాయ సారాంశం, వ్యాయామాలు ఈ పోలికను తెలియజేస్తాయి.

• కణాల మధ్య ఆకర్షణ బలం: ఘనాల్లో గరిష్ఠం, ద్రవాల్లో మధ్యస్థం, వాయువుల్లో కనిష్ఠం.
• కణాల మధ్య ఖాళీ, కణాల గతిజ శక్తి: ఘనాల్లో కనిష్ఠం, ద్రవాల్లో మధ్యస్థం, వాయువుల్లో గరిష్ఠం.
• కణాల అమరిక:
  1. ఘనాల్లో అత్యంత క్రమబద్ధం
  2. ద్రవాల్లో కణాల పొరలు ఒకదానిపై ఒకటి జారుతాయి
  3. వాయువుల్లో ఎలాంటి క్రమం ఉండదు, కణాలు యాదృచ్ఛికంగా తిరుగుతాయి.
• దృఢత్వం:
  1. ఘనాలు దృఢం (Rigid)
  2. ద్రవాలు, వాయువులు దృఢం కావు (ప్రవాహులు).
• సంపీడ్యత:
  1. ఘనాలు అతి స్వల్పం
  2. ద్రవాలు స్వల్పం (చాలా తక్కువ)
  3. వాయువులు చాలా ఎక్కువ.
• ఆకారం, ఘనపరిమాణం:
  1. ఘనం – రెండూ స్థిరం
  2. ద్రవం – ఘనపరిమాణం స్థిరం, ఆకారం పాత్రదే
  3. వాయువు – రెండూ స్థిరం కావు, పాత్రను నింపుతుంది.
• సాంద్రత (Density): ప్రమాణ ఘనపరిమాణంలోని ద్రవ్యరాశి. సాంద్రత = ద్రవ్యరాశి / ఘనపరిమాణం (density = mass / volume). SI ప్రమాణం kg m⁻³.
• సాధారణ సాంద్రత క్రమం: వాయువులు < ద్రవాలు < ఘనాలు. పుస్తకంలోని వ్యాయామం ప్రకారం గాలి, చిమ్నీ పొగ, దూది, నీరు, తేనె, సుద్ద, ఇనుము పెరుగుతున్న సాంద్రత క్రమం: గాలి < చిమ్నీ పొగ < దూది < నీరు < తేనె < సుద్ద < ఇనుము.
• మంచు నీటిపై తేలడం:
  1. ద్రవాలకు సాధారణంగా ఘనాల కంటే తక్కువ సాంద్రత ఉంటుంది
  2. అయితే మంచు నీటిపై తేలుతుంది. కారణం: మంచు నిర్మాణంలో కణాల మధ్య ఖాళీ నీటి కంటే ఎక్కువ కావడం వల్ల దాని సాంద్రత నీటి కంటే తక్కువ.
• గది ఉష్ణోగ్రత వద్ద నీరు ద్రవం
• ఇనుప బీరువా ఘనం.

నీరు ఘనం (మంచు), ద్రవం (నీరు), వాయువు (నీటి ఆవిరి) మూడు స్థితుల్లోనూ ఉంటుంది. కృత్యం 2.12లో 150 g మంచును బీకరులో తీసుకుని థర్మామీటర్‌తో వేడి చేస్తూ ఉష్ణోగ్రత నమోదు చేస్తారు.

• ఉష్ణోగ్రత పెంచితే ఘనం:
  1. కణాల గతిజ శక్తి పెరిగి అధిక వేగంతో కంపిస్తాయి
  2. ఉష్ణ శక్తి కణాల మధ్య ఆకర్షణ బలాలను అధిగమిస్తుంది
  3. కణాలు స్థిర స్థానాలను వదిలి స్వేచ్ఛగా కదులుతాయి
  4. ఘనం కరిగి ద్రవమవుతుంది.
• ద్రవీభవన స్థానం (Melting point): వాతావరణ పీడనం వద్ద ఘనం ద్రవంగా మారే కనిష్ఠ ఉష్ణోగ్రత. ఇది కణాల మధ్య ఆకర్షణ బల తీవ్రతను సూచిస్తుంది.
• మంచు ద్రవీభవన స్థానం: 273.15 K (సౌలభ్యం కోసం 273 K = 0°C).
• ద్రవీభవనాన్ని ఫ్యూజన్ (Fusion) అని కూడా అంటారు.
• ఉష్ణోగ్రత స్థిరం: ద్రవీభవన స్థానానికి చేరిన తర్వాత మంచు అంతా కరిగే వరకు ఉష్ణం ఇస్తున్నా ఉష్ణోగ్రత పెరగదు. ఆ ఉష్ణం కణాల మధ్య ఆకర్షణ బలాలను అధిగమించి స్థితిని మార్చడానికి ఉపయోగపడుతుంది.
• గుప్తోష్ణం (Latent heat):
  1. ఉష్ణోగ్రత పెరుగుదల లేకుండా పదార్థం గ్రహించే ఉష్ణ శక్తి
  2. "Latent" అంటే దాగి ఉన్న.
• ద్రవీభవన గుప్తోష్ణం (Latent heat of fusion): వాతావరణ పీడనం వద్ద, ద్రవీభవన స్థానం వద్ద, 1 kg ఘనాన్ని ద్రవంగా మార్చడానికి కావలసిన ఉష్ణ శక్తి.
• 0°C నీరు vs మంచు: 0°C (273 K) వద్ద నీటి కణాలకు మంచు కణాల కంటే ఎక్కువ శక్తి ఉంటుంది (గుప్తోష్ణం కారణంగా). అందుకే 273 K మంచు అదే ఉష్ణోగ్రత నీటి కంటే మెరుగ్గా చల్లబరుస్తుంది.
• కెల్విన్ స్కేలు:
  1. కెల్విన్ ఉష్ణోగ్రత SI ప్రమాణం. K = °C + 273
  2. °C = K − 273.
• ఉదాహరణలు:
  1. 300 K = 27°C
  2. 573 K = 300°C
  3. 293 K = 20°C
  4. 470 K = 197°C
  5. 25°C = 298 K
  6. 373°C = 646 K.

ద్రవానికి ఉష్ణ శక్తి ఇస్తూ పోతే కణాలు ఇంకా వేగంగా కదులుతాయి. ఒక ఉష్ణోగ్రత వద్ద ద్రవం వాయువుగా మారడం మొదలవుతుంది.

• మరుగు స్థానం (Boiling point): వాతావరణ పీడనం వద్ద ద్రవం మరగడం ప్రారంభించే ఉష్ణోగ్రత. కణాలకు పరస్పర ఆకర్షణ బలం నుండి విడిపోయేంత శక్తి వచ్చే ఉష్ణోగ్రత ఇది.
• నీటి మరుగు స్థానం: 373 K (100°C = 273 + 100 = 373 K).
• మరగడం ఘనపరిమాణ (Bulk) దృగ్విషయం: ద్రవ ఘనపరిమాణంలోని కణాలన్నీ తగినంత శక్తి పొంది ఆవిరిగా మారతాయి.
• బాష్పీభవన గుప్తోష్ణం (Latent heat of vaporisation): వాతావరణ పీడనం వద్ద, మరుగు స్థానం వద్ద, 1 kg ద్రవాన్ని వాయువుగా మార్చడానికి కావలసిన ఉష్ణ శక్తి. (పుస్తకం ద్రవీభవన గుప్తోష్ణం లాగే నిర్వచించమంటుంది.)
• 100°C ఆవిరి vs నీరు:
  1. 373 K వద్ద ఆవిరి కణాలకు అదే ఉష్ణోగ్రత నీటి కణాల కంటే ఎక్కువ శక్తి ఉంటుంది
  2. ఎందుకంటే ఆవిరి కణాలు బాష్పీభవన గుప్తోష్ణం రూపంలో అదనపు శక్తి గ్రహించాయి.
• పర్యవసానం: మరుగుతున్న నీటి కంటే ఆవిరి ఎక్కువ తీవ్రమైన కాలిన గాయాలు కలిగిస్తుంది.
• నిర్ధారణ: ఉష్ణోగ్రత మార్చడం ద్వారా పదార్థ స్థితిని మార్చవచ్చు.
• వ్యాయామ జవాబులు:
  1. 250°C వద్ద నీరు వాయు స్థితి (నీటి ఆవిరి).
  2. 25°C వద్ద నీరు ద్రవ స్థితి.
  3. 0°C వద్ద నీరు ఘన–ద్రవ స్థితులు కలిసి ఉంటాయి (ద్రవీభవన స్థానం).
  4. 100°C వద్ద ద్రవం–వాయువు (మరుగు స్థానం).
  5. ఏ పదార్థమైనా స్థితి మార్పు సమయంలో ఉష్ణోగ్రత స్థిరంగా ఉంటుంది, ఎందుకంటే గ్రహించిన ఉష్ణం గుప్తోష్ణంగా ఖర్చవుతుంది (కణాల మధ్య ఆకర్షణ బలాలను అధిగమించడానికి).
  6. గది ఉష్ణోగ్రత వద్ద నీరు ద్రవం కావడానికి కారణాలు: దాని ద్రవీభవన స్థానం గది ఉష్ణోగ్రత కంటే తక్కువ; మరుగు స్థానం గది ఉష్ణోగ్రత కంటే ఎక్కువ. ఇనుప బీరువా ఘనం: ద్రవీభవన స్థానం అత్యధికం; కణాల మధ్య ఆకర్షణ బలం ఎక్కువ.

కొన్ని పదార్థాలు ద్రవ స్థితిలోకి మారకుండా నేరుగా ఘనం నుండి వాయువుగా లేదా వాయువు నుండి ఘనంగా మారతాయి.

• కృత్యం 2.13: కర్పూరం లేదా అమ్మోనియం క్లోరైడ్‌ను పొడి చేసి చైనా డిష్‌లో వేసి, దానిపై తలకిందులైన గరాటు ఉంచి, గరాటు కాడపై దూది బంతి పెట్టి నెమ్మదిగా వేడి చేస్తే ఘనం నేరుగా ఆవిరిగా మారి గరాటు లోపలి గోడలపై మళ్లీ ఘనంగా ఏర్పడుతుంది.
• ఉత్పతనం (Sublimation): ద్రవ స్థితిలోకి మారకుండా ఘనం నేరుగా వాయువుగా మారడం.
• నిక్షేపణం (Deposition): ద్రవ స్థితిలోకి మారకుండా వాయువు నేరుగా ఘనంగా మారడం – ఉత్పతనానికి వ్యతిరేక ప్రక్రియ.
• ఉదాహరణలు: కర్పూరం, అమ్మోనియం క్లోరైడ్, నాఫ్తలీన్ బంతులు (కాలక్రమంలో ఘన అవశేషం లేకుండా మాయమవుతాయి – ఉత్పతనం వల్ల).
• పీడనం ప్రభావం:
  1. వాయువును కుదిస్తే కణాలు దగ్గరకు వస్తాయి
  2. పీడనం ప్రయోగించి, ఉష్ణోగ్రత తగ్గించి వాయువులను ద్రవీకరించవచ్చు. కాబట్టి వాతావరణ వాయువులను ద్రవీకరించే పద్ధతి: పీడనం పెంచడం, ఉష్ణోగ్రత తగ్గించడం.
• డ్రై ఐస్ (Dry ice):
  1. ఘన కార్బన్ డయాక్సైడ్ (CO₂) అధిక పీడనం వద్ద నిల్వ చేస్తారు. పీడనం 1 వాతావరణానికి తగ్గితే అది ద్రవ స్థితి లేకుండా నేరుగా వాయువుగా మారుతుంది
  2. అందుకే దీన్ని డ్రై ఐస్ అంటారు.
• నిర్ధారణ: పీడనం, ఉష్ణోగ్రత పదార్థ స్థితిని (ఘనమా, ద్రవమా, వాయువా) నిర్ణయిస్తాయి.
• వాతావరణం (atm):
  1. వాయువు కలిగించే పీడన కొలమానం. పీడన ప్రమాణం పాస్కల్ (Pa). 1 atm = 1.01 × 10⁵ Pa. వాతావరణంలోని గాలి పీడనమే వాతావరణ పీడనం
  2. సముద్ర మట్టం వద్ద దాని విలువ 1 atm — దీన్ని సాధారణ వాతావరణ పీడనంగా తీసుకుంటారు.
• పరస్పర మార్పిడి: ఘనం ⇄ ద్రవం ⇄ వాయువు (ద్రవీభవనం/ఘనీభవనం, బాష్పీభవనం/సంగ్రహణం), ఘనం ⇄ వాయువు (ఉత్పతనం/నిక్షేపణం). పదార్థ స్థితులు పరస్పరం మారగలవు.
• వ్యాయామ జవాబు: "ఉత్పతనానికి వ్యతిరేక ప్రక్రియ" అంటే నీటి ఆవిరి చల్లని ఉపరితలంపై నేరుగా మంచు స్ఫటికాలుగా మారడం (నిక్షేపణం).

స్థితి మార్పుకు ఎప్పుడూ వేడి ఇవ్వాలా, పీడనం మార్చాలా? మరుగు స్థానం చేరకుండానే ద్రవం ఆవిరిగా మారే ఉదాహరణలు రోజువారీ జీవితంలో ఉన్నాయి – మూత లేని నీరు మెల్లగా ఆవిరవుతుంది, తడి బట్టలు ఆరతాయి.

• కారణం: పదార్థ కణాలు ఎప్పుడూ కదులుతూనే ఉంటాయి. ఒక ఉష్ణోగ్రత వద్ద వాయు, ద్రవ, ఘనాల్లోని కణాలకు వేర్వేరు గతిజ శక్తి ఉంటుంది. ద్రవ ఉపరితలంలోని అధిక గతిజ శక్తి గల కొద్ది కణాలు ఆకర్షణ బలం నుండి విడిపోయి ఆవిరిగా మారతాయి.
• బాష్పీభవనం (Evaporation): మరుగు స్థానం కంటే తక్కువ ఏ ఉష్ణోగ్రత వద్దనైనా ద్రవం ఆవిరిగా మారే దృగ్విషయం. ఇది ఉపరితల దృగ్విషయం.
• కృత్యం 2.14: 5 mL నీటిని పరీక్ష నాళికలో, బహిరంగ చైనా డిష్‌లో, కిటికీ వద్ద లేదా ఫ్యాన్ కింద ఉంచి, గది ఉష్ణోగ్రత, ఆవిరయ్యే సమయం నమోదు చేస్తారు (వర్షం రోజున కూడా). బహిరంగ డిష్‌లో నీరు త్వరగా ఆవిరవుతుంది.
• బాష్పీభవన రేటు పెరిగేవి:
  1. ఉపరితల వైశాల్యం పెరిగితే: ఉపరితల దృగ్విషయం కాబట్టి రేటు పెరుగుతుంది. ఉదా: బట్టలను విప్పి ఆరబెట్టడం.
  2. ఉష్ణోగ్రత పెరిగితే: ఎక్కువ కణాలకు ఆవిరిగా మారేంత గతిజ శక్తి వస్తుంది.
  3. గాలి వేగం పెరిగితే: నీటి ఆవిరి కణాలు గాలితో కొట్టుకుపోయి చుట్టూ ఆవిరి పరిమాణం తగ్గుతుంది. ఉదా: గాలి వీచే రోజు బట్టలు త్వరగా ఆరడం.
• ఆర్ద్రత (Humidity) తగ్గితే రేటు పెరుగుతుంది: గాలిలో ఉన్న నీటి ఆవిరి పరిమాణమే ఆర్ద్రత. ఇచ్చిన ఉష్ణోగ్రత వద్ద గాలి ఒక నిర్దిష్ట పరిమాణానికి మించి ఆవిరిని పట్టి ఉంచలేదు. గాలిలో ఆవిరి అప్పటికే ఎక్కువగా ఉంటే బాష్పీభవన రేటు తగ్గుతుంది (వర్షాకాలంలో బట్టలు ఆలస్యంగా ఆరడం).
• బహిరంగ పాత్రలో ద్రవం ఆవిరవుతూనే ఉంటుంది
• కోల్పోయిన శక్తిని తిరిగి పొందడానికి ద్రవ కణాలు పరిసరాల నుండి శక్తి గ్రహిస్తాయి
• ఈ ఉష్ణ శోషణ వల్ల పరిసరాలు చల్లబడతాయి.

బాష్పీభవనం చల్లదనాన్ని కలిగిస్తుంది. ఈ ప్రభావం రోజువారీ జీవితంలో అనేక సందర్భాల్లో కనిపిస్తుంది.

• అసిటోన్ (నెయిల్ పాలిష్ రిమూవర్):
  1. అరచేతిపై అసిటోన్ పోస్తే దాని కణాలు చేతి నుండి/పరిసరాల నుండి శక్తి గ్రహించి ఆవిరవుతాయి
  2. అందువల్ల అరచేతి చల్లగా అనిపిస్తుంది. పెట్రోల్, పరిమళ ద్రవ్యం విషయంలోనూ అంతే.
• ఎండ తర్వాత నీరు చల్లడం:
  1. ఎండగా ఉన్న రోజు తర్వాత ప్రజలు పైకప్పుపై లేదా ఖాళీ స్థలంలో నీరు చల్లుతారు
  2. నీటి అధిక బాష్పీభవన గుప్తోష్ణం వేడి ఉపరితలాన్ని చల్లబరుస్తుంది.
• వేసవిలో కాటన్ బట్టలు:
  1. వేసవిలో శరీరం చల్లగా ఉండటానికి చెమట ఎక్కువగా పడుతుంది. చెమట ఆవిరయ్యేటప్పుడు శరీరం నుండి బాష్పీభవన గుప్తోష్ణం గ్రహించబడి శరీరం చల్లబడుతుంది. పత్తి (కాటన్) నీటిని బాగా పీల్చుకుంటుంది
  2. చెమటను పీల్చి వాతావరణానికి బహిర్గతం చేసి సులభంగా ఆవిరయ్యేలా చేస్తుంది. కాబట్టి వేసవిలో కాటన్ దుస్తులు ధరించాలి.
• మట్టి కుండ (మటకా) లోని నీరు వేసవిలో చల్లగా ఉండటం: కుండ గోడల సూక్ష్మ రంధ్రాల నుండి నీరు ఆవిరై కుండలోని నీటి నుండి ఉష్ణం గ్రహించి చల్లబరుస్తుంది.
• ఎడారి కూలర్:
  1. వేడి, పొడి రోజుల్లో బాగా చల్లబరుస్తుంది
  2. ఎందుకంటే ఆర్ద్రత తక్కువగా ఉన్నప్పుడు బాష్పీభవన రేటు ఎక్కువ.
• సాసర్‌లో వేడి టీ:
  1. కప్పు కంటే సాసర్‌లో పోసిన వేడి టీ లేదా పాలు త్వరగా చల్లారతాయి
  2. ఎందుకంటే ఉపరితల వైశాల్యం ఎక్కువై బాష్పీభవనం వేగమవుతుంది.
• ఐస్ చల్లని నీటి గ్లాసు వెలుపల నీటి చుక్కలు: గాలిలోని నీటి ఆవిరి చల్లని గ్లాసును తాకి శక్తిని కోల్పోయి ద్రవ స్థితికి మారి నీటి బిందువులుగా కనిపిస్తుంది – దీన్నే సంగ్రహణం (Condensation) అంటారు.

అధ్యాయ చివరి సారాంశం, గుర్తుంచుకోవలసిన ప్రమాణాల పట్టిక, నమూనా తయారీ కృత్యం పరీక్షలకు ముఖ్యం.

• కొలవగల రాశులు – ప్రమాణాలు – సంకేతాలు:
  1. ఉష్ణోగ్రత – కెల్విన్ – K
  2. పొడవు – మీటరు – m
  3. ద్రవ్యరాశి – కిలోగ్రాము – kg
  4. బరువు – న్యూటన్ – N
  5. ఘనపరిమాణం – ఘనపు మీటరు – m³
  6. సాంద్రత – కిలోగ్రాము/ఘనపు మీటరు – kg m⁻³
  7. పీడనం – పాస్కల్ – Pa
• సారాంశంలోని ముఖ్య వాక్యాలు:
  1. పదార్థం చిన్న కణాలతో తయారవుతుంది.
  2. పదార్థం ఘన, ద్రవ, వాయు మూడు స్థితుల్లో ఉంటుంది.
  3. ఆకర్షణ బలాలు: ఘనాల్లో గరిష్ఠం, ద్రవాల్లో మధ్యస్థం, వాయువుల్లో కనిష్ఠం.
  4. కణాల మధ్య ఖాళీ, గతిజ శక్తి: ఘనాల్లో కనిష్ఠం, ద్రవాల్లో మధ్యస్థం, వాయువుల్లో గరిష్ఠం.
  5. కణాల అమరిక ఘనాల్లో అత్యంత క్రమబద్ధం; ద్రవాల్లో పొరలు జారతాయి; వాయువుల్లో క్రమం లేదు.
  6. ఉష్ణోగ్రత లేదా పీడనం మార్చడం ద్వారా స్థితులు పరస్పరం మారతాయి.
  7. ఉత్పతనం: ఘనం → వాయువు; నిక్షేపణం: వాయువు → ఘనం (ద్రవం లేకుండా).
  8. మరగడం ఘనపరిమాణ దృగ్విషయం; బాష్పీభవనం ఉపరితల దృగ్విషయం.
  9. బాష్పీభవన రేటు ఉపరితల వైశాల్యం, ఉష్ణోగ్రత, ఆర్ద్రత, గాలి వేగంపై ఆధారపడుతుంది.
  10. బాష్పీభవనం చల్లదనాన్ని కలిగిస్తుంది.
• గుప్తోష్ణ నిర్వచనాలు:
  1. బాష్పీభవన గుప్తోష్ణం – 1 kg ద్రవాన్ని మరుగు స్థానం వద్ద వాతావరణ పీడనం వద్ద వాయువుగా మార్చే ఉష్ణం
  2. ద్రవీభవన గుప్తోష్ణం – 1 kg ఘనాన్ని ద్రవీభవన స్థానం వద్ద ద్రవంగా మార్చే ఉష్ణం.
• వ్యాయామ పాయింట్లు:
  1. పెరుగుతున్న ఆకర్షణ బల క్రమం: ఆక్సిజన్ (వాయువు) < నీరు (ద్రవం) < చక్కెర (ఘనం).
  2. 273 K మంచు అదే ఉష్ణోగ్రత నీటి కంటే మెరుగ్గా చల్లబరుస్తుంది (ద్రవీభవన గుప్తోష్ణం గ్రహించడం వల్ల).
  3. మరుగుతున్న నీటి కంటే ఆవిరి తీవ్ర కాలిన గాయాలు చేస్తుంది (అదనపు గుప్తోష్ణం).
  4. మంచు కరిగి నీరైనప్పుడు కణాలు స్థిర స్థానాల నుండి విడిపోయి స్వేచ్ఛగా కదులుతూ క్రమం కోల్పోతాయి.
  5. "ఉత్పతనానికి వ్యతిరేకం": నీటి ఆవిరి చల్లని ఉపరితలంపై నేరుగా మంచు స్ఫటికాలుగా మారడం.
• నమూనా తయారీ కృత్యం: పారదర్శక జాడీ, పెద్ద రబ్బరు బెలూన్ లేదా సాగే రబ్బరు షీట్, దారం, శనగలు/మినుములు/పచ్చి బఠానీలతో ఘన, ద్రవ, వాయు కణాల చలనాన్ని చూపే నమూనాను తయారు చేస్తారు. రబ్బరు షీట్ మధ్యలో కుట్టిన దారాన్ని మొదట నెమ్మదిగా, తర్వాత వేగంగా పైకి కిందకు లాగుతూ, ఘన, ద్రవ, వాయు స్థితుల్లో కణాల చలన వేగం పెరుగుతుందని చూపిస్తారు (ఘనం ద్రవంగా, ద్రవం వాయువుగా మారే నమూనా).