Definicja stanu materii

Słownik chemiczny Definicja stanu materii

Cztery najczęstsze stany materii to ciało stałe, ciecz, gaz i plazma.

normalne, Getty Images

Fizyka i chemia badają zarówno materię, energię, jak i interakcje między nimi. Z praw termodynamiki naukowcy wiedzą, że materia może zmieniać stany, a suma materii i energii układu jest stała. Kiedy energia jest dodawana lub usuwana z materii, zmienia stan, tworząc a stan rzeczy . Stan skupienia definiuje się jako jeden ze sposobów, w jaki materiał może oddziaływać ze sobą, tworząc jednorodny faza .

Stan materii a faza materii

Wyrażenia „stan skupienia” i „faza materii” są używane zamiennie. W większości jest to w porządku. Technicznie system może zawierać kilka faz tego samego stanu skupienia. Na przykład sztabka stalowa (ciało stałe) może zawierać ferryt, cementyt i austenit. Mieszanina oleju i octu (ciecz) zawiera dwie oddzielne fazy ciekłe.

Stany materii

W życiu codziennym istnieją cztery fazy materii: ciała stałe , płyny , gazy , oraz osocze . Odkryto jednak kilka innych stanów skupienia. Niektóre z tych innych stanów występują na granicy między dwoma stanami materii, gdzie substancja tak naprawdę nie wykazuje właściwości żadnego ze stanów. Inne są najbardziej egzotyczne. Oto lista niektórych stanów materii i ich właściwości:

Solidny : Bryła ma określony kształt i objętość. Cząsteczki w bryle są upakowane bardzo blisko siebie w uporządkowanym układzie. Układ może być wystarczająco uporządkowany, aby utworzyć kryształ (np. NaCl lub kryształ soli kuchennej, kwarc) lub układ może być nieuporządkowany lub amorficzny (np. wosk, bawełna, szkło okienne).

Płyn : Ciecz ma określoną objętość, ale nie ma określonego kształtu. Cząsteczki w cieczy nie są upakowane tak blisko siebie, jak w ciele stałym, co pozwala im ślizgać się po sobie. Przykładami płynów są woda, olej i alkohol.

Gaz : Gaz nie ma określonego kształtu ani objętości. Cząsteczki gazu są szeroko rozdzielone. Przykładami gazów są powietrze i hel w balonie.

Osocze : Podobnie jak gaz, plazma nie ma określonego kształtu ani objętości. Jednak cząstki plazmy są naładowane elektrycznie i dzielą je ogromne różnice. Przykłady plazmy to błyskawica i zorza polarna.

Szkło : Szklanka jest amorficzne ciało stałe pośredni między siecią krystaliczną a cieczą. Czasami jest uważany za odrębny stan skupienia, ponieważ ma właściwości odmienne od ciał stałych lub cieczy i ponieważ istnieje w stanie metastabilnym.

Nadciekły : Nadciek jest drugim stanem ciekłym, który występuje w pobliżu zero absolutne . W przeciwieństwie do normalnej cieczy, nadciek ma zero lepkość .

Kondensat Bosego-Einsteina : A Kondensat Bosego-Einsteina można nazwać piątym stanem materii. W kondensacie Bosego-Einsteina cząstki materii przestają zachowywać się jako pojedyncze jednostki i mogą być opisane za pomocą pojedynczej funkcji falowej.

Kondensat fermionowy : Podobnie jak kondensat Bosego-Einsteina, cząstki w kondensacie fermionowym mogą być opisane przez jedną jednorodną funkcję falową. Różnica polega na tym, że kondensat tworzą fermiony. Ze względu na zasadę wykluczania Pauliego fermiony nie mogą dzielić tego samego stanu kwantowego, ale w tym przypadku pary fermionów zachowują się jak bozony.

Kropleton : To jest 'mgła kwantowa' elektronów i dziur, które płyną jak ciecz.

Zdegenerowana materia : Zdegenerowana materia to w rzeczywistości zbiór egzotycznych stanów materii, które występują pod ekstremalnie wysokim ciśnieniem (np. w jądrach gwiazd lub masywnych planet, takich jak Jowisz). Termin „zdegenerowany” wywodzi się ze sposobu, w jaki materia może istnieć w dwóch stanach o tej samej energii, co czyni je wymiennymi.

Osobliwość grawitacyjna : Osobliwość, jak w centrum czarnej dziury, to nie stan rzeczy. Warto jednak zauważyć, ponieważ jest to „obiekt” utworzony z masy i energii, któremu brakuje materii.

Zmiany fazowe między stanami materii

Materia może zmieniać stany, gdy energia jest dodawana lub usuwana z systemu. Zwykle energia ta wynika ze zmian ciśnienia lub temperatury. Kiedy materia zmienia stany, przechodzi a przejście fazowe lub zmiana fazy .

Źródła

• Goodstein, DL (1985). Stany materii . Dover Feniks. ISBN 978-0-486-49506-4.
• Murthy, G.; i in. (1997). „Nadciecze i ciała stałe na sfrustrowanych dwuwymiarowych sieciach”. Przegląd fizyczny B . 55 (5): 3104. doi: 10.1103/PhysRevB.55.3104
• Sutton, A.P. (1993). Elektroniczna struktura materiałów . Oksfordzkie publikacje naukowe. s. 10–12. ISBN 978-0-19-851754-2.
• Valigra, Lori (22 czerwca 2005) Fizycy z MIT tworzą nową formę materii . Wiadomości MIT.
• Wahab, mgr (2005). Fizyka ciała stałego: struktura i właściwości materiałów ... Nauka alfa. s. 100-1 1-3. ISBN 978-1-84265-218-3