1.1-Physical Nature of Matter
1.1-Physical Nature of Matter Important Formulae
You are currently studying
Grade 9 → Science → Matter in Our Surroundings → 1.1-Physical Nature of Matter
- Classify matter into solids, liquids and gases based on characteristic properties of the particles in them.
1.1 Physical Nature of Matter
The physical nature of matter involves understanding the fundamental properties and behavior of matter in different states. Matter is composed of tiny particles that are constantly in motion. These particles are so small that they are invisible to the naked eye. The study of the physical nature of matter helps us understand how matter behaves in different conditions and its interactions with energy.
1.1.1 Matter is Made up of Particles
According to the particle theory of matter, all matter is made up of extremely small particles. These particles are too small to be seen without a microscope, and they are in constant motion. The nature of the particles depends on the state of matter (solid, liquid, or gas).
- In solids: The particles are tightly packed and vibrate in place, which is why solids have a fixed shape and volume.
- In liquids: The particles are closely packed but can move past each other, giving liquids a definite volume but no fixed shape.
- In gases: The particles are far apart and move freely, so gases have neither fixed shape nor volume.
The particles are not stationary but always in motion. The speed of their motion increases with an increase in temperature, causing changes in the physical properties of matter. The movement of particles leads to phenomena such as diffusion, expansion, and contraction.
1.1.2 How Small Are These Particles of Matter?
The size of particles that make up matter is incredibly small. The particles in matter are so tiny that they cannot be seen with the naked eye. To understand their small size, consider the following examples:
- If you divide a piece of matter, such as a piece of chalk, into smaller and smaller parts, you will eventually reach a point where the pieces cannot be divided further. These smallest pieces are called particles.
- The diameter of a typical particle in a solid or liquid is in the range of 1 to 10 nanometers (1 nm = $10^{-9}$ meters).
- In gases, the particles are even farther apart, and the average distance between the particles can be much larger than in solids and liquids.
To give a sense of the scale, consider that one drop of ink contains billions of ink molecules, and a single water molecule is much smaller than the ink particles. The concept of these minute particles is fundamental to the study of matter.
Particle Model of Matter
The particle model of matter explains the behavior of matter based on the movement and arrangement of its particles. The model assumes that:
- All matter is made up of particles.
- The particles are always in motion.
- The particles experience forces of attraction or repulsion depending on their type and arrangement.
The kinetic energy of the particles influences their behavior. For example, in solids, the particles have less kinetic energy and are packed closely together, while in gases, the particles have much more kinetic energy and are widely spaced.
Mathematical Representation of Particle Behavior
The behavior of particles in different states can be described using mathematical relationships, especially in terms of temperature, pressure, and volume. The ideal gas law is a common equation used to describe gases:
Ideal Gas Law: $PV = nRT$
- $P$ = Pressure of the gas
- $V$ = Volume of the gas
- $n$ = Number of moles of the gas
- $R$ = Ideal gas constant
- $T$ = Temperature (in Kelvin)
This equation shows how the properties of gas particles change with temperature, pressure, and volume, reflecting the physical nature of matter in the gaseous state.
Chris 73 / Wikimedia Commons, CC BY-SA 3.0, via Wikimedia Commons
1.1 - Physical Nature of Matter
वस्तु का भौतिक स्वभाव (Physical Nature of Matter) अध्ययन करता है कि पदार्थ किस प्रकार से बनता है और इसके कणों के व्यवहार को। पदार्थ के कणों के बीच का अंतर और उनके आपसी क्रियावली को समझने के लिए इस विषय का अध्ययन किया जाता है।
1.1.1 - Matter is Made up of Particles
पदार्थ कणों से बना होता है, जो बहुत छोटे-छोटे अणु (molecules) होते हैं। इन कणों के बीच बहुत अधिक दूरी होती है और ये कण निरंतर गति करते रहते हैं। चाहे वह ठोस, तरल या गैस रूप में हो, हर रूप में पदार्थ कणों से ही बना होता है।
यह माना जाता है कि पदार्थ के ये कण हमेशा गति करते रहते हैं और उनके बीच आकर्षण या विकर्षण बल (force of attraction or repulsion) होते हैं। ठोस पदार्थों में कणों के बीच आकर्षण बल बहुत अधिक होते हैं, जिससे वे अपनी जगह पर स्थिर रहते हैं। तरल पदार्थों में कणों के बीच कुछ आकर्षण बल होते हैं, जबकि गैसों में कण बहुत कम आकर्षित होते हैं और वे स्वतंत्र रूप से फैल जाते हैं।
1.1.2 - How Small Are These Particles of Matter?
पदार्थ के कण बहुत छोटे होते हैं, जिनका आकार नैनोमीटर (nanometer) या इससे भी छोटे होते हैं। उदाहरण के लिए, पानी के एक قطرे में लगभग 1021 अणु हो सकते हैं।
इन कणों का आकार और उनकी गति इस पर निर्भर करते हैं कि पदार्थ किस रूप में है (ठोस, तरल, या गैस)। उदाहरण के लिए, ठोस पदार्थों के कण बहुत पास-पास होते हैं और उनकी गति बहुत कम होती है। तरल पदार्थों के कणों के बीच कुछ अधिक स्थान होता है और वे एक-दूसरे के पास आते-जाते रहते हैं। गैसों के कणों के बीच बहुत अधिक अंतर होता है और उनकी गति बहुत तेज होती है।
एक अन्य उदाहरण के रूप में, यदि हम एक क्यूबिक सेंटीमीटर पानी में 1022 अणु मानें, तो यह दर्शाता है कि कणों का आकार कितना सूक्ष्म है।
इन कणों की गति की वैज्ञानिक व्याख्या के लिए ब्राउनियन मोशन (Brownian Motion) का सिद्धांत उपयोग किया जाता है, जिसे रॉबर्ट ब्राउन ने 1827 में खोजा था। इस सिद्धांत के अनुसार, छोटे कण निरंतर गति करते हैं और यह गति तब होती है जब उन पर अन्य कणों द्वारा बल लगाया जाता है।
पदार्थ के कणों की गति और उनके आकार का अध्ययन हमें पदार्थ के गुणों को समझने में मदद करता है। उदाहरण के लिए, गैस के कणों की गति और उनके बीच की दूरी यह निर्धारित करती है कि गैस का दबाव और तापमान कैसे बदलेंगे।
पदार्थ के कणों की प्रकृति को समझने के लिए यह जरूरी है कि हम उनके अंतर-आकर्षण बल, गति और उनके आकार का गहराई से अध्ययन करें।