چهار عنصر چیست؟

یونانیان باستان معتقد بودند که چهار عنصر وجود دارد که همه چیز از آن ساخته شده است: زمین ، آب ، هوا و آتش. این نظریه در حدود 450 سال قبل از میلاد پیشنهاد شده است ، و بعداً توسط ارسطو مورد حمایت قرار گرفت و به آن اضافه شد.

(ارسطو همچنین اظهار داشت که یک عنصر پنجم ، اتر وجود دارد ، زیرا به نظر می رسد عجیب است که ستاره ها از عناصر زمینی ساخته می شوند. او از این که آنها در واقع از بسیاری از عناصر موجود در زمین ساخته شده اند ، تعجب می کنند و هستند. خیلی داغ می توان گفت که همیشه در آتش است!)

این ایده که این چهار عنصر - زمین ، آب ، هوا و آتش - که همه چیز را تشکیل می داد ، سنگ بنای فلسفه ، علم و پزشکی به مدت دو هزار سال بود (بچه ها دوست دارند در مورد عناصر سؤال کنند).

عناصر "خالص" بودند اما در آن حالت روی زمین یافت نشد. هر چیز قابل مشاهده از ترکیبی از زمین ، آب ، هوا و آتش تشکیل شده بود.

از این چهار عنصر حتی برای توصیف چهار خلق و خوی که شخص می تواند داشته باشد استفاده شد و بقراط از چهار عنصر برای توصیف چهار "طنز" موجود در بدن استفاده کرد. این تئوری ها اظهار داشتند که مزاج و طنزها باید با یکدیگر تعادل برقرار کنند تا فرد از نظر روحی و جسمی به خوبی باشد.

در حالی که اکنون می دانیم که این تئوری های قبلی نادرست است ، به گونه ای که چهار عنصر با چهار حالت ماده ای که علم مدرن در مورد آن موافقت کرده است مطابقت دارد: جامد (زمین) ، مایع (آب) ، گاز (هوا) و پلاسما(آتش).

اگرچه یونانیان معتقد بودند که این چهار عنصر از نظر ماهیت تغییر نمی کنند ، اما همه چیز از عناصر مختلفی تشکیل شده است که در کنار هم قرار گرفته اند یا توسط نیروهای جذب و دافع از هم جدا شده اند و باعث می شود مواد تغییر کنند. این شبیه به آنچه واقعاً با عناصر و تمام مولکول ها در سطح اتمی اتفاق می افتد.

ماده هر چیزی است که دارای جرم و حجم است و از اتم ها تشکیل شده است که کوچکترین ذرات ماده هستند. پیوند در بین اتمها برای ساخت مولکول های بزرگتر رخ می دهد.(برای کسب اطلاعات بیشتر در مورد پیوند اینجا را کلیک کنید.) جرم این است که مقدار ماده در یک شیء چقدر است ، در حالی که حجم آن چقدر فضای شیء است. نحوه چیدمان اتمها در یک شی تعیین می کند که آیا این یک جامد ، مایع ، گاز یا پلاسما است.

• در یک جامد ، اتمها با یک الگوی مرتب شده از نزدیک در کنار هم قرار می گیرند و نمی توانند حرکت کنند و یک حجم و شکل مشخص را به صورت جامد ارائه می دهند. نمونه هایی از مواد جامد شامل سنگ ، چوب ، فلز و یخ است.
• در یک مایع ، اتمها به هم نزدیک هستند اما می توانند در اطراف یکدیگر حرکت کنند. این اجازه می دهد تا یک مایع شکل هر ظرفی را که در آن قرار دارد شکل بگیرد. نمونه هایی از مایعات شامل آب دمای اتاق ، جیوه دمای اتاق و گدازه داغ (سنگ مذاب) است.
• در یک گاز فضای بیشتری بین اتم ها وجود دارد. اتمها می توانند چنان آزادانه حرکت کنند که اگر گاز در یک ظرف به دام نرود ، اتم ها در سراسر جو پخش و پخش می شوند. نمونه هایی از گازها اکسیژن و نیتروژن (در هوایی که نفس می کشیم) ، هلیوم و بخار (بخار آب) است.
• در یک پلاسما ، اتمها به طور مشابه با گاز فاصله می گیرند به جز اینکه انرژی زیادی در پلاسما وجود دارد ، اتمها در واقع به قطعات کوچکتر تقسیم می شوند. پلاسما قادر به حمل جریان الکتریکی و تولید میدان مغناطیسی هستند. نمونه هایی از پلاسما شامل رعد و برق ، باد خورشیدی ، خورشید ، چراغ های فلورسنت و علائم نئون است.

دما نقش مهمی در نحوه تراز کردن اتمها در یک ماده دارد. به عنوان یک قاعده کلی ، ماده سردتر است ، هرچه اتم ها به یکدیگر نزدیکتر باشند و هرچه ماده گرمتر باشد ، اتمها دورتر هستند. البته دمایی که ماده در آن یک ماده جامد یا مایع است بستگی به ماده ای دارد که ماده از آن ساخته شده است. به عنوان مثال ، آب در دمای اتاق یک مایع است در حالی که یک سنگ در دمای اتاق جامد است.

درس علمی: چهار عنصر در زندگی روزمره

عنصر اول: زمین

زمین پر از طیف گسترده ای از سنگ ها و مواد معدنی است که خاک را برای رشد پوشش گیاهی و پشتیبانی از زندگی فراهم می کند. دو عنصر رایج در پوسته زمین اکسیژن (46 ٪) و سیلیکون (28 ٪) است. به همین دلیل ، فراوان ترین مواد معدنی موجود در پوسته زمین سیلیس (دی اکسید سیلیکون) است. سیلیس که معمولاً به عنوان ماسه شناخته می شود ، یک مؤلفه اصلی شیشه است. چگونه می توان شیشه را از ماسه ساخته شد؟جالب اینجاست که وقتی سیلیس گرم می شود ، ذوب می شود و شیشه می شود و با خنک شدن سخت می شود.

رسوبات غنی سنگ معدن فلزی در سراسر پوسته زمین یافت می شود. در حالی که این فلزات در تولید ماشین آلات ، ابزار ، ساختمانها و سلاح ها استفاده می شود ، مستقیماً از زمین این فلزات بسیار بی فایده است. از آتش برای گرما ، پالایش و شکل دادن به فلز استفاده می شود تا ماشین ها ، چکش ها و تیرهای پشتیبانی از آن ساخته شوند.

فکر کردن از زمین به عنوان خاک جامد از طریق و از طریق آن آسان است ، اما در واقعیت از چندین لایه تشکیل شده است. در حالی که بسیاری از این لایه ها جامد هستند ، لایه ای که هسته را احاطه کرده است ، هسته بیرونی مایع نامیده می شود. در داخل زمین آنقدر گرم است که سنگ در این لایه در واقع ذوب شده است. هسته داخلی جامد به همان اندازه لایه مایع اطراف آن گرم است ، اما فشار روی هسته داخلی به حدی است که دانشمندان معتقدند که "تحت فشار" قرار گرفته است.

عنصر دوم: آب

آب خاصیت بی نظیری دارد. فرمول شیمیایی آب H است₂0 ، به این معنی که از دو اتم هیدروژن ساخته شده به یک اتم اکسیژن ساخته شده است. اتم های هیدروژن هر یک به یک طرف اتم اکسیژن وصل می شوند و بار مثبت دارند در حالی که اتم اکسیژن بار منفی دارد. این مولکول آب را تقریباً مانند یک آهنربا قطبی می کند و به یک مولکول آب انتهای مثبت و منفی می بخشد.

از آنجا که اتهامات متضاد جذب می شوند ، مولکول های آب تمایل دارند که به هم بچسبند. این باعث تنش سطح آب می شود و به اشیاء مانند کاغذهای کاغذی اجازه می دهد تا روی آن شناور شوند.

در حالی که نمی تواند همه چیز را حل کند ، آب به عنوان حلال جهانی شناخته می شود زیرا می تواند بیشتر از هر مایع دیگر مواد را حل کند. این بیماری می تواند نمک ، قند ، اسیدها ، قلیایی ، برخی از گازها و مواد آلی را حل کند.

آب سفر از طریق بدن یا از طریق زمین مواد شیمیایی ، مواد معدنی و مواد مغذی را با آن مصرف می کند. توانایی آب در حل مواد به سلامتی سیاره کمک می کند. بیش از یک قرن ، سوزاندن سوخت های فسیلی مقادیر زیادی دی اکسید کربن را پمپ کرده است (CO₂) به جو. آب موجود در اقیانوس ها تقریباً نیمی از این شرکت را جذب کرده است₂با حل کردن گاز از هوا و پردازش آن از طریق پوشش گیاهی دریا.

آب دارای شاخص گرمای خاص بالایی است ، به این معنی که برای تغییر دمای آن انرژی زیادی می گیرد. این برای زندگی برای زنده ماندن در یک سیاره ضروری است. فراوانی آب روی زمین این سیاره را در محدوده دمای بسیار کوتاه اما راحت نگه می دارد. میانگین دمای سطح زمین 59 درجه فارنهایت با بالاترین دمای ثبت شده 135. 9 درجه فارنهایت و کمترین دمای ثبت شد ه-128. 6 درجه فارنهایت است.

برای مقایسه ، منطقی به نظر می رسد که جیوه ، نزدیکترین سیاره به خورشید ، بدون توجه به اینکه با خورشید روبرو است یا نه ، واقعاً در تمام سطوح سیاره گرم خواهد ماند. با این حال ، در حالی که سطح رو به خورشید به دمای بسیار گرم (حداکثر 800 درجه فارنهایت) می رسد ، سطح زیر آفتاب به دور از آفتاب به دمای خن ک-280 درجه فارنهایت می رسد. کمبود آب جیوه مسئول این تغییر شدید درجه حرارت است زیرامواد خشک که سطح آن را تشکیل می دهد ، نمی تواند گرما را مانند آب نگه دارد.

برای اینکه خود را تجربه کنید چقدر آب از نوسانات شدید دما را حفظ می کند ، به تغییر بین دمای روز و شب توجه کنید دفعه بعد که از یک دریایی (در نزدیکی اقیانوس) یا آب و هوای بیابانی بازدید می کنید. احتمالاً متوجه خواهید شد که تغییر دما در نزدیکی اقیانوس وجود ندارد ، در حالی که در بیابان تغییر قابل توجهی در دمای روز و شب وجود دارد.

این شاخص گرمای خاص همچنین با خنک کردن سطوح سوخت که آتش سوزی می کند ، به آتش می رود و گرمای مورد نیاز آتش سوزی را از بین می برد. آب همچنین با جلوگیری از گرفتن اکسیژن مورد نیاز برای سوزاندن ، آتش سوزی می کند.

عنصر سوم: هوا

هوا یک عنصر "خالص" در نظر گرفته می شد ، اما در واقع هوایی که در اطراف ما وجود دارد از انواع گازها ساخته شده است: در درجه اول نیتروژن و اکسیژن ، تقریباً 1 ٪ آرگون و حتی مقادیر کمتری از دی اکسید کربن و سایر عناصر مانند کریپتونو هلیومترکیب هوا برای زندگی روی زمین درست است.

ما از اکسیژن زیادی که از هوا می گیریم استفاده می کنیم ، سپس دی اکسید کربن را نفس می کشیم - که گیاهان باید از طریق فتوسنتز مواد غذایی خود را تولید کنند. گیاهان به نوبه خود در هنگام فتوسنتز اکسیژن را خاموش می کنند.

اگرچه هوا نامرئی است (و بیشتر اوقات فراموش می کنیم حتی در آنجا است) ، اما فضای آن را به خود اختصاص می دهد ، حجم دارد و فشار می بخشد. این می تواند هنگامی مشاهده شود که یک لیوان "خالی" می گیرید ، آن را وارونه کنید و سعی کنید آن را به پایین یک سینک پر از آب فشار دهید.

(می بینید که هنگام خنک شدن با این پروژه تخم مرغ در یک بطری ، هوا هنگام گرم شدن و کوچک شدن هوا گسترش می یابد.)

اگر لیوان واقعاً خالی بود ، آب به راحتی داخل شیشه را پر می کرد. اما هوا در آنجا است و فقط مقدار کمی آب می تواند وارد لیوان شود. هوا در شیشه فشرده شده بود و فضایی را که قبلاً با هوا اشغال شده بود ، به آب می داد.

این یک چیز خوب است که هوا فضای خالی را پر می کند زیرا هوای اطراف ما در واقع همیشه به ما فشار می آورد. ما زیر وزن هوا فرو می ریزیم ، به جز هوا نیز در داخل ما است و فشار وارد می کند که فشار وارد شده توسط هوای خارج را متعادل می کند.

عنصر چهارم: آتش سوزی

آتش سوزی چگونه کار می کند؟از نزدیک با هوا مرتبط است. آتش سوزی برای وجود نیاز به سه چیز دارد: اکسیژن ، سوخت و گرما.

شدت آتش سوزی متفاوت است زیرا به اکسیژن ، سوخت و گرمای موجود در آن بستگی دارد. هنگامی که هر سه این موارد در وضعیت کنترل شده مانند شمع یا آتش سوزی قرار دارند ، آتش سوزی مفید است. اما هنگامی که یک یا چند مورد از این موارد کنترل نمی شود ، مانند آتش سوزی یا ساختمان سوزان ، آتش سوزی به راحتی می تواند بسیار خطرناک شود.

برای خاموش کردن آتش سوزی ، اکسیژن ، سوخت یا گرما باید از بین برود. با قرار دادن پتو یا خاک بر روی آن ، آتش سوزی می کند زیرا آتش بدون اکسیژن بیرون می رود. زمین به وفور سوخت به شکل چوب و سوخت های فسیلی مانند زغال سنگ فراهم می کند. هنگامی که سوخت برداشته می شود ، آتش چیزی برای سوزاندن باقی مانده و خاموش می شود. آب اغلب با از بین بردن گرما از آتش سوزی به عنوان یک منبع خنک کننده مؤثر عمل می کند. این زمانی دیده می شود که گدازه داغ از یک آتشفشان فوران وارد اقیانوس یا هنگامی که یک سطل آب در آتش سوزی ریخته می شود.

آتش با یک واکنش شیمیایی سریع به نام احتراق ، نور ، گرما و دود ایجاد می کند. دود نتیجه احتراق ناقص (سوزاندن) یک سوخت است. ذراتی که سوخته نشده اند در هوا به حالت تعلیق در می آیند. دود غالباً خطرناک است زیرا حاوی گازهای مضر است که می تواند فردی را که بیش از حد دود استنشاق می کند مسموم کند.

شاید تعجب کنید که می دانید بدن ما نیز از "احتراق" برای تولید انرژی از اکسیژن و مواد غذایی از طریق فرآیندهای متابولیکی استفاده می کند. ما برای حفظ عملکرد بدن خود به یک اکسیژن ثابت نیاز داریم. اگر اکسیژن کمی در هوا وجود داشته باشد ، ما خفه خواهیم شد. در عین حال ، ما می توانیم سپاسگزاریم که اکسیژن بیشتری در هوا وجود ندارد ، یا واکنش های شیمیایی موجود در بدن ما سرعت می یابد و باعث می شود به زودی "سقوط و سوزاندن"!

بیش از حد اکسیژن در هوا نیز خطر آتش سوزی روی زمین را افزایش می دهد. از آنجا که نیتروژن و آرگون خیلی واکنشی ندارند ، هوا برای ما بسیار بی خطر است.

پروژه های علمی: کاوش در چهار عنصر

آتش نشانی درست کنید

برای آتش سوزی ، یکی از سه چیز باید از آن خارج شود: گرما ، سوخت یا اکسیژن. با دانستن این موضوع ، آتش نشانان همیشه از آب برای آتش سوزی استفاده نمی کنند.

آنچه شما نیاز دارید:

• بطری سودا خالی
• 5 قاشق غذاخوری سرکه
• 1/2 قاشق غذاخوری جوش شیرین
• شمع نور چای

آنچه انجام می دهید:

1. شمع را روشن کنید.

2. سرکه را درون بطری بریزید و جوش شیرین را اضافه کنید.(ممکن است بخواهید از قیف استفاده کنید.) مخلوط باید از بین برود.

3. بطری را در کنار شمع روشن نگه دارید و مطمئن شوید که هیچ گونه مایع فرار نمی کند. چه اتفاقی برای شعله می افتد؟

چی شد:

جوش شیرین و سرکه برای تهیه دی اکسید کربن واکنش نشان می دهد ، گاز که از اکسیژن سنگین تر است. همانطور که "از بطری" می ریزد ، اکسیژن سبک تر را از شمع دور می کند. آتش سوزی که اکنون از اکسیژن محروم است ، دیگر نمی تواند سوزاند.

مواد مغذی مسافرتی

آب اغلب به عنوان حلال جهانی خوانده می شود زیرا می تواند مواد بیشتری را نسبت به هر مایع دیگر حل کند ، که اغلب این ذرات حل شده را با آن حمل می کند. هنگامی که آب از طریق خاک حرکت می کند ، مواد مغذی (مواد غذایی) و ذرات حل شده با آب حرکت می کنند تا در جای دیگری قرار بگیرند. در اینجا آزمایشی برای نشان دادن بصری نشان می دهد که چگونه این روند اتفاق می افتد.

آنچه شما نیاز دارید:

• 1/2 فنجان خاک خشک
• 1/2 قاشق چایخوری رنگ پودری رنگ خلق و خوی
• قیف
• شیشه بلند (که قیف می تواند در آن استراحت کند)
• فیلتر قهوه
• فنجان یا ظروف
• اب
• جام اندازه گیری

آنچه انجام می دهید:

1. خاک خشک و رنگ خلق و خوی را کاملاً مخلوط کنید. قیف را در شیشه قرار دهید و فیلتر قهوه را در قیف قرار دهید. مخلوط خاک را درون قیف بریزید.

2. به آرامی 1/2 فنجان آب را درون قیف بریزید و تماشا می کنید که آب از قیف درون شیشه خارج می شود. به رنگ آب توجه کنید.

3. قیف را از شیشه جدا کرده و آب را درون یک فنجان یا ظرف بریزید. قیف را روی شیشه جایگزین کنید ، با فیلتر قهوه پر از شن و ماسه هنوز در محل است.

4- مراحل 2 و 3 را با یک فنجان 1/2 فنجان تازه چندین بار تکرار کنید و بعد از هر ریختن آب را در یک فنجان جدید صرفه جویی کنید.

چه اتفاقی می افتد:

متوجه خواهید شد که وقتی نیمه اول فنجان آب از خاک عبور کرد ، به عنوان یک رنگ آبی بسیار تیره ظاهر شد. با این حال ، آب با هر فنجان اضافی سبک تر شد. سرانجام ، آب که از طریق خاک حرکت می کرد ، در شیشه روشن شد. آیا تعداد نیمی از فنجان آب را برای روشن شدن آب حساب کرده اید؟

رنگ Tempura در این آزمایش نشان دهنده مواد مغذی و ذرات حل شده موجود در خاک است. آب یک حمل و نقل بسیار کارآمد از ذرات است که توسط رنگ آب مشهود است زیرا از طریق خاک ریخته می شود. خاک با مقدار نسبتاً زیاد مواد مغذی و ذرات موجود در آن شروع شد - رنگ Tempura. آب جاری شده از طریق خاک توانست بخش بزرگی از "مواد مغذی" را برداشته و آنها را از طریق قیف حمل کند. هر ریختن آب بعدی مواد مغذی بیشتری را برداشت. با هر ریختن ، مواد مغذی باقیمانده کمتر و کمتر می شوند تا آب پاک شود و دیگر مواد مغذی دیگری برای مسافرت با آب باقی نمانده است.

دانشمند قابل توجه: جورج گابریل استوکس ، 1903-1919

جورج گابریل استوکس در قرن نوزدهم یک ریاضیدان بریتانیایی موفق بود ، اما در طول حرفه خود ، وی به جای تمرکز فقط روی ریاضیات ، بر اهمیت آزمایش و حل مسئله تأکید کرد.

استوکس با آزمایش و استفاده از ریاضیات در فیزیک ، قانونی را ارائه داد که حرکت یک جامد را از طریق مایع یا گاز توصیف می کند. این قانون ویسکوزیته که به عنوان قانون استوک شناخته می شود ، علم هیدرودینامیک را تأسیس کرد. قانون استوک حرکت ابر ، حرکت موج و مقاومت آب در برابر حرکت کشتی را توضیح می دهد.

بسیاری از کارهای استوک در اطراف امواج (صدا ، نور و آب) و نحوه حرکت آنها در رسانه های مختلف مانند آب و گاز چرخیده است. وی آزمایش کرد که چگونه باد بر شدت یک صدا تأثیر می گذارد و چگونه شدت آن تحت تأثیر نوع گاز که امواج صوتی از آن عبور می کنند ، تأثیر می گذارد. وی فلورسانس را نام برد و توضیح داد و نظریه موج نور را بررسی کرد. او همچنین در مورد درک باندهای رنگی مختلف که می توان در یک طیف دیده شد ، کار کرد و به آنچه در مورد نور و اپتیک می دانیم ، کمک های مهمی داشته است.

استوکس غالباً با سر اسحاق نیوتن مقایسه می شود زیرا بین زندگی استوک و زندگی نیوتن موازی های زیادی وجود دارد: هر دو اکتشافات دستیابی به موفقیت داشتند ، قوانین حرکتی را توسعه داده اند ، نور و اپتیک را مورد بررسی قرار داده اند ، همان صندلی معتبر ریاضیات لوکاسی را در دانشگاه کمبریج برگزار می کنند ، ودر پارلمان خدمت کرد.

حقایق افسانه

زمین

بیشتر سنگهای قیمتی حاوی چندین عنصر هستند. استثنا؟الماس. این همه کربن است

کدام یک از 50 ایالت هرگز زمین لرزه ای نداشته است؟داکوتای شمالی.

محیط استوایی زمین (40،075 کیلومتر) از محیط قطبی آن (40،008 کیلومتر) بیشتر است.

تخمین زده می شود که زمین 6. 6 ساکت میلیارد تن یا 5. 97 x 1024 کیلوگرم وزن داشته باشد. برای مقایسه ، یک میلیون یک 1 با 6 صفر است که در زیر آن قرار دارد - یک Sextillion 1 با 21 صفر است که دنبال آن می شود.(1،000،000،000،000،000،000)

اب

یک اینچ آب باران معادل 15 اینچ برف خشک و پودری است.

عمیق ترین قسمت اقیانوس 35. 813 فوت (10. 916 متر) عمق دارد و در سنگر ماریانا در اقیانوس آرام رخ می دهد. در آن عمق فشار 18000 پوند (9172 کیلوگرم) در هر اینچ مربع است.

مغز انسان 80 ٪ آب است.

هوا

8-12 مایل بالاتر از زمین ، رودخانه های هوا معروف به جت های جت از بالای ما حرکت می کنند. این جریانهای هوا با چند مایل عرض و 1-2 مایل عمق ، می توانند سرعت باد به 250 مایل در ساعت داشته باشند. در مقابل ، قویترین طوفان ها سرعت باد بین 150-200 مایل در ساعت دارند.

آتش

پیچ رعد و برق در حدود 5000 درجه فارنهایت است (~2800 درجه سانتیگراد).

مرکز خورشید حدود 27 میلیون درجه فارنهایت (15 میلیون درجه سانتیگراد) است.

عناصر ترکیبی

هنگامی که هیدروژن در هوا می سوزد ، آب تشکیل می شود.

اکسیژن فراوان ترین عنصر در پوسته ، آبها و جو زمین (حدود 49. 5 ٪) است.

صدا در حدود 4 برابر سریعتر از هوا نسبت به هوا سفر می کند.

باد و آب هر دو باعث فرسایش به زمین می شوند و مقادیر زیادی شن و ماسه و سنگ را برای ریختن کوه ها و ساختن سازه های جدید حرکت می دهند.

بیشتر خواندن

• مقدمه ای برای نور
• انرژی خورشیدی
• شناسایی سنگ ها و مواد معدنی