Stan materii a faza materii
W fizyce coś, co ma masę spoczynkową, może być uważane za sprawę; jest substancją we wszechświecie. Mogą to być najmniejsze cząstki o masie lub największe gwiazdy we wszechświecie. Materia, o którą się martwimy, składa się tylko z 4,6% wszechświata, a reszta masy leży w jeszcze niewykrywalnych formach.
Podobnie jak energia, materia również może istnieć w wielu formach. Te formy są znane jako stany materii. W stanie skupienia atomy i cząsteczki mogą przybierać różne konfiguracje. Są to tak zwane fazy.
Co to jest faza materii?
Jednorodna część heterogenicznego systemu oddzielona rozróżnialną granicą nazywana jest fazą. Ogólnie odnosi się do objętości w przestrzeni, gdzie wszystkie właściwości materii są jednorodne, a właściwości fizyczne są różne.
Rozważmy na przykład wnętrze czajnika, gdy woda się gotuje. Woda (ciecz) zajmuje dolną powierzchnię czajnika i jest oddzielona ściankami czajnika i górną powierzchnią wody. W całym tym regionie właściwości chemiczne i fizyczne są jednakowe. Tuż nad powierzchnią wody obszar wypełniony jest mieszaniną pary i powietrza. Również w tym obszarze ścianki czajnika i powierzchnia wody tworzą rozróżnialną granicę, a właściwości w całym obszarze można uznać za jednolite. W tym przypadku wrząca woda jest jednofazowa, a mieszanina pary z powietrzem jest jednofazowa. Tak więc ten system można uznać za system dwufazowy. Rozważ wodę i benzynę wlaną do przezroczystej butelki. Jest to również system dwufazowy, w którym dwie ciecze są wyraźnie oddzielone marginesem.
Badanie faz materii jest ważne przy określaniu właściwości fizycznych substancji po przemianach. Podczas procesów mogą wystąpić przejścia fazowe, a przejścia mogą być reprezentowane przez diagram fazowy. Diagram fazowy to wykres pokazujący, jak różne fazy mogą wystąpić w różnych warunkach równowagi. Gdy skład układu wielofazowego pozostaje niezmieniony, mówi się, że znajduje się on w równowadze fazowej.
Co to jest stan materii?
Różne formy, jakie może przybierać materia w różnych fazach, są uważane za stan materii. Trzy klasyczne stany materii to stały, ciekły i gazowy.
W ciałach stałych i cieczach siły międzycząsteczkowe są silne i uważane są za stany skondensowane. Ciała stałe mają najsilniejsze siły międzycząsteczkowe; dlatego struktura jest mocno utrzymywana przez te siły. Dlatego kształt bryły jest niezmienny.
W cieczach siły międzycząsteczkowe są stosunkowo słabe; dlatego są umiarkowanie trzymane razem. A cząsteczki mogą się ślizgać, ale siły są na tyle silne, że nie pozwalają im uciec. W gazach siły międzycząsteczkowe są słabe na takim poziomie, że są bardzo słabo utrzymywane razem. Mogą przesuwać się obok siebie i całkowicie zajmować objętość, w której są umieszczone.
Materia zmienia stan w zależności od poziomu energii wewnętrznej i temperatury, która jest wskaźnikiem energii wewnętrznej. W wyższej temperaturze drgania w cząsteczkach są tak silne, że konkurują z siłami międzycząsteczkowymi o uwolnienie z wiązań. W ciałach stałych energia wewnętrzna jest niższa, a gdy energia wewnętrzna wzrasta na określonym poziomie, wiązania rozluźniają się, a stały lód staje się płynny. Wraz z dalszym wzrostem energii wewnętrznej/temperatury ciecz zamienia się w gaz.
Plazma jest również uważana za fizyczny stan materii, w którym elektrony gazu są usuwane, a zarówno elektron, jak i jądra są na bardzo wysokich poziomach energii. Większość materii we wszechświecie ma tę formę; w rozległych obłokach między gwiazdami, zwanych obłokami międzygwiazdowymi, oraz w gwiazdach, gdzie wytwarzane ciepło zamienia je w plazmę.
Szkło i ciekłe kryształy są również uważane w fizyce za odrębne stany. A w bardzo niskich temperaturach materia tworzy różne stany jako nadcieki i kondensaty Bosego-Einsteina. W skrajnych przypadkach czarne dziury są również uważane za inny stan skupienia materii, którego dokładnych właściwości fizycznych nie znamy.
Jaka jest różnica między stanem materii a fazą materii?
• Faza to region o jednolitych właściwościach chemicznych i fizycznych, oddzielony rozróżnialnymi granicami.
• Stany materii to formy, w których mogą istnieć różne fazy. Ciało stałe, ciecz i gaz to najczęstsze stany materii na Ziemi.
• W jednym stanie materii może istnieć wiele form faz. Weźmy na przykład butelkę z benzyną i wodą. Oba są w stanie ciekłym, ale w różnych fazach. Ta sama koncepcja może być zastosowana do ciał stałych, chociaż gazy mają tendencję do naruszania tego, ale nie w sposób wyraźny.
