Madde Nedir : Fizik ve kimyada maddenin birçok tanımı vardır. Çevremizde gördüğümüz her şey maddedir. Maddenin en yaygın ve bilindik tanımını kısaca verelim:
Kütlesi olan, uzayda yer kaplayan ve atomlardan oluşan her şeye madde denir.
Maddenin daha küçük belirli yapıtaşlarından oluştuğu fikri milattan öncesine dayanmaktadır. Bu düşünce bilim ve teknolojinin gelişmesiyle test edilmiş ve maddenin atomlardan oluştuğu ortaya çıkmıştır.
Madde ve Atom İlişkisi
Çevremizde gördüğümüz her şey madde ise o zaman bütün bunları oluşturan ortak bir birim olmalıdır. Maddeyi oluşturan en küçük yapıya atom denir. Atom nedir adlı yazıda atom ve özelliklerine kısaca değinmiştik. Kısaca hatırlarsak çekirdeğinde proton ve nötron olan, yörüngelerinde elektronlar olan en küçük yapı birimine atom denir.
Aslında madde dediğimiz şey atomların içerisindeki proton ve nötronlardan oluşmaktadır. Elektronların çok küçük kütlesi olduğunu düşünürsek maddenin kütlesini atomdaki proton ve nötronlar meydana getiriyor diyebiliriz.
Proton ve nötronlar bir araya gelerek atomları, atomlar molekülleri meydana getirir. Bütün bu yapılar farklı şekillerde bir araya gerelek çeşit çeşit maddenin ortaya çıkmasına olanak sağlar. Bu da algılayabildiğimiz varlık ortamının meydana gelmesi demektir.
Madde Örnekleri
Madde nedir kısaca anlattık. Şimdi de maddeye örnek verelim.
Maddenin en küçük yapıtaşı atomdur dedik. Atomlar da proton ve nötrondan meydana geldiğine göre en küçük madde örneği hidrojendir. Hidrojen sadece 1 protondan oluşmuştur. Maddeye şöyle örnekler verilebilir:
Atomlar (hidrojen, helyum, sodyum, potasyum)
Moleküller (su, ozon, azot gazı, glikoz)
İyonlar (Ca+2, O-2)
Polimerler ve makromoleküller (selüloz, kitin, proteinler, DNA)
Karışımlar (su yağ karışımı, tuz ve kum, hava, ayran)
Karmaşık madde formları (ayakkabı, futbol topu, masa, sandalye, duvar)
Protonlar, nötronlar ve elektronlar atomların yapı taşları iken, bu parçacıklar fermiyonlardan oluşmuştur. Kuarklar ve leptonlar, madde özelliklerini gösterseler de basit düzeyde bunları madde sayamayız. Çünkü madde atomlardan oluşmuştur dedik ancak bunlar atom altı parçacıktır. Bu konunun detayı için atom altı parçacıklar konusunu iyi bilmek gerekir.
Neler Madde Değildir?
Durgun kütlesi olmayan şeyler madde sınıfına girmez. Bunlara da birkaç örnek verelim:
Işık
Ses
Sıcaklık
Düşünce
Duygu
His
Hayal
Kuvvet
Elektrik
Fotonların kütlesi yoktur, bu yüzden fiziksel olarak var olduğu halle madde olmayan ender şeylerden biri fotondur. Durağan kütlesi olmayan yukarıdaki örnekler madde olmadıkları gibi “nesne” olarak da kabul edilmezler.
Maddenin Halleri
Maddeler çeşitli hallerde bulunabilirler. Maddenin katı, sıvı ve gaz olmak üzere normalde 3 temel hali vardır. Maddenin dördüncü hali olan plazma halini bu yazının dışında tutacağız.
Maddenin Katı Hali
Maddenin en çok bilinen halidir. Çevremizde gördüğümüz eşyaların birçoğu maddenin katı halindedir. Katı haldeki maddenin hacmi ve belirli bir şekilleri vardır. Atomlar sıkı bir şekilde dizilmiştir. Bu nedenle atomlar arasında boşluk çok azdır.
Maddeler katı haldeyken en düzenli yapıdadır. Katılar sıkıştırılamazlar. Katı bir maddenin şeklini değiştirmek için dışarıdan kuvvet uygulamanız gerekir. Katı maddelerin atomları aslında sabit değildir. Titreşim hareketi yaparlar ancak yer değiştirmedikleri için akışkan değildirler.
Maddenin Sıvı Hali
İçtiğimiz su ile örnek verecebileceğimiz madde halidir. Sıvı maddeler akışkandır. Katılara göre daha az düzenlidir ve çok az bir miktar da olsa sıkıştırılmalarına imkân vardır. Sıvı maddelerin hacmi olmasına rağmen belirli bir şekilleri yoktur. İçine girdikleri kabın şeklini alırlar.
Sıvılarda atomlar arası çekim kuvveti daha azdır. Bu nedenle katılara göre atomlar daha serbesttir. Titreşim ve öteleme hareketi yapabilirler. Yer çekiminin de etkisiyle sıvı moleküller birbiri üzerinden kayar. Bu nedenle sıvılar akışkandır.
Maddenin Gaz Hali
Maddenin en düzensiz ve en boşluklu halidir. Gazlarda atomlar katı ve sıvılara göre çok daha serbesttir. Atomlar arası etkileşim az olduğu için madde bu halde iken fazla özgür ve düzensizdir.
Gaz fazındaki boşluklu yapıdan dolayı gazlar sıkıştırılabilir. Gazların hem belirli bir şekli yoktur hem de hacimleri yoktur. İdeal gazların 1 molünün 22,4 litre hacmi olduğu kabul edilir.
Aynı madde bu üç hale de geçer. Maddenin ısı etkisiyle bir halden diğerine geçişine hal değişimi denir.
Örneğin su sıvı halde olduğu gibi donarak katı (buz) hale geçebilir. Suyu ısıtırsanız buharlaşarak gaz haline geçecektir.
Maddenin Özellikleri
Maddenin özelliklerini ortak ve ayırt edici özellikler olarak ikiye ayırabiliriz.
Maddenin Ortak Özellikleri
Maddenin üç tane ortak özelliği vardır:
Kütle
Hacim
Eylemsizlik
Ortak özelliklerden bütün maddeler için eşit değerlerde bulunabilir Bu nedenle bu özelliklerle maddeleri ayırt edemeyiz. Örneğin 2 kg su ile 2 kg demirin kütlesi aynıdır ancak bunlar farklı maddelerdir.
Maddenin Ayırt Edici Özellikleri
Maddenin çeşitli ayırt edici özellikleri vardır. Bu özellikler maddeye özgüdür. Maddenin ayırt edici özellikleri şöyle sıralanabilir:
Özkütle
Erime ve kaynama noktası
Çözünürlük
Esneklik
Isı ile genleşme katsayısı
Öz ısı
Elektrik iletkenliği
Yukarıdaki özellikler genel olarak maddeler için ayırt edici özelliktir. Ancak bunların hepsi bütün maddeler için ayırt edici özellik olarak kullanılamaz. Maddenin ayırt edici özellikleri başlıklı yazıda bu konuyu detaylı olarak anlattık. Örneğin genleşme katsayısı gazlar için ayırt edici değildir ancak katı ve sıvılar için ayırt edicidir.
Maddenin tat, koku, renk, şekil gibi de çeşitli özellikleri bulunmaktadır. Ancak bu özellikler genellikle ölçülemez. Biz fizikte daha çok ölçülebilen özellikleri kullanırız.
Antimadde
Antimadde de bir madde türüdür. Ancak normal maddeyi oluşturan parçacıkların zıt işaretlerinden oluşur. Bu nedenle madde ile antimadde bir araya geldiğinde yok olurlar. Fizikle detaylı olarak ilgilenmeyenler için bu konu biraz karışık gelebilir. Ancak çok az miktarda da olsa gezegenimizde doğal olarak antimadde bulunmaktadır.
Maddelerin aynı proton ve nötronlardan yapılması rağmen farklı özellik göstermesinin ana nedeni farklı sayıda tanecik içeren atomlardan oluşmalarıdır. Bunun yanında atom ve moleküllerin bağlanma şekillerini de olaya dahil edersek sayısız madde çeşidi elde etmemiz mümkündür.
Madde ve Kütle
Madde ve kütle fizikteki en önemli iki kavramdır diyebiliriz. Maddenin de en temel özelliği kütledir. Buna rağmen madde ve kütle kavramlarını birbirine karıştırmamak gerekiyor. Kütle maddenin kendisi değil bir özelliğidir.
Maddenin içerdiği tanecik sayısının ölçüsü kütledir. Bu nedenle kütleye madde miktarı da denilebilir. Kapalı bir sistemde kimyasal bir reaksiyon gerçekleştirirsek toplam kütle sabit kalır. Ancak maddelerin yapısı değiştiği için yeni maddeler oluşmuş olur.