Što je agregirano stanje materije

Zeitgeist Moving Forward [Full Movie][2011] (Lipanj 2019).

Anonim

Tri su glavna agregatna stanja tvari: plin, tekućina i kruta tvar. Vrlo viskozne tekućine mogu izgledati kao krute tvari, ali se razlikuju u ponašanju pri taljenju. Moderna znanost također identificira četvrto agregatno stanje materije - plazmu, koja ima mnoga neobična svojstva.

U fizici se agregatno stanje tvari naziva njezinom sposobnošću da zadrži svoj oblik i volumen. Dodatna značajka je način prelaska tvari iz jednog agregatnog stanja u drugo. Na temelju toga postoje tri agregatna stanja: kruto, tekuće i plinovito. Njihova vidljiva svojstva su sljedeća:
- Čvrsta - zadržava i oblik i volumen. Može proći u tekućinu topljenjem, a izravno u plin sublimacijom.
- Tekućina - zadržava volumen, ali ne i oblik, tj. Ima fluidnost. Prolivena tekućina ima tendenciju širenja neograničeno preko površine na koju se uliva. Tekućina se može kristalizirati u krutu tvar, a isparavanjem u plin.
- Plin - ne sprema nikakav oblik ili volumen. Plin izvan bilo kojeg spremnika ima tendenciju širenja na neodređeno vrijeme u svim smjerovima. Samo ga gravitacija može spriječiti da to učini, tako da se zemljina atmosfera ne rasipa u svemir. Plin ulazi u tekućinu kondenzacijom i izravno u krutinu može proći sedimentacijom.

Fazni prijelazi


Prijelaz tvari iz jednog agregatnog stanja u drugo naziva se fazni prijelaz, budući da je znanstvena sinonim za agregacijsku fazu faza tvari. Na primjer, voda može postojati u čvrstoj fazi (ledu), tekućini (obična voda) i plinovitom (vodena para).
Na primjeru vode, dobro je pokazana i sublimacija. Perilo je visjelo u dvorištu da se osuši na hladan dan bez vjetra i odmah se smrzne, ali nakon nekog vremena ispada da je suho: led sublimira, izravno se pretvara u vodenu paru.
U pravilu, fazni prijelaz iz krutog u tekući i plin zahtijeva zagrijavanje, ali temperatura medija se ne povećava: toplinska energija ide na razbijanje unutarnjih veza u tvari. To je takozvana latentna toplina faznog prijelaza. Tijekom prijelaza obrnute faze (kondenzacija, kristalizacija) ta se toplina oslobađa.
Zato su opekotine pare tako opasne. Ušavši na kožu, kondenzira se. Latentna toplina isparavanja / kondenzacije vode je vrlo visoka: voda je u tom pogledu anomalijska tvar; zato je život na zemlji moguć. U slučaju izgaranja pare, latentna toplina kondenzacije vode "duboko zahvaća" izgorjelo područje, a učinci pare se mnogo teže od plamena na istom području tijela.

pseudophases


Fluidnost tekuće faze tvari određena je njezinom viskoznošću, a viskoznost prirodom unutarnjih veza, kojoj je sljedeći odjeljak posvećen. Viskoznost tekućine može biti vrlo visoka i takva tekućina može neprimjetno protjecati u oko.
Klasičan primjer je staklo. To nije čvrsta, već vrlo viskozna tekućina. Imajte na umu da staklene ploče u skladištima nikada nisu naslonjene na zid. Za nekoliko dana će se saviti pod vlastitom težinom i biti će neupotrebljivi.
Ostali primjeri pseudo-krutina su lak za cipele i građevni bitumen. Ako zaboravite kutni komadić bitumena na krovu, preko ljeta će se proširiti u kolač i zalijepiti za bazu. Pseudo-čvrsta tijela mogu se razlikovati od sadašnjeg po prirodi taljenja: prave s njom ili zadržavaju svoj oblik sve dok se istodobno ne šire (lemljenje pri lemljenju), ili su poplavljene, ulivaju lokve i potoke (led). I vrlo viskozne tekućine postepeno se omekšavaju, poput iste smole ili bitumena.
Izuzetno viskozne tekućine, čija fluidnost nije vidljiva dugi niz godina i desetljeća, su plastike. Njihova visoka sposobnost održavanja oblika osigurana je ogromnom molekularnom težinom polimera, tisućama i milijunima atoma vodika.

Fazna struktura materije


U plinskoj fazi molekule ili atomi materije su vrlo udaljeni jedan od drugoga, mnogo puta veći od udaljenosti između njih. Povremeno i neredovno interagiraju jedni s drugima, samo u sudarima. Sama interakcija je elastična: sudarila se, poput čvrstih kugli, i odmah se raspršila.
U tekućini, molekule / atomi stalno "osjećaju" jedni druge zbog vrlo slabih veza kemijske prirode. Te su veze stalno slomljene i ponovno vraćene, molekule tekućine kontinuirano se kreću jedna u odnosu na drugu, tako da tekućina teče. Ali da bi se pretvorio u plin, morate prekinuti sve veze odjednom, ali to zahtijeva mnogo energije, jer tekućina zadržava volumen.
Voda se u tom pogledu razlikuje od ostalih tvari u tome što su njezine molekule u tekućini povezane tzv. Vodikovim vezama, koje su prilično jake. Stoga voda može biti tekućina na normalnoj temperaturi tijekom cijelog života. Mnoge tvari s molekularnom težinom od desetaka i stotina puta više od vode, u normalnim uvjetima - plinovi, poput barem običnog kućnog plina.
U čvrstom stanju sve njegove molekule čvrsto stoje na svojim mjestima zbog jakih kemijskih veza između njih, tvoreći kristalnu rešetku. Kristali ispravnog oblika zahtijevaju posebne uvjete za njihov rast i stoga se rijetko javljaju u prirodi. Većina krutina su konglomerati malih i najmanjih kristalita - kristalita - koji su čvrsto povezani mehaničkim i električnim silama.
Ako je čitatelj, primjerice, vidio napuknutu poluosovinu automobila ili rešetke od lijevanog željeza, onda se zrna kristalita mogu vidjeti tamo jednostavnim okom. A na fragmentima slomljenog porculanskog ili zemljanog posuđa mogu se vidjeti pod povećalom.

plazma


Fizičari emitiraju i četvrto agregatno stanje materije - plazmu. U plazmi su elektroni odsječeni od atomskih jezgri, a to je mješavina električki nabijenih čestica. Plazma može biti vrlo gusta. Na primjer, jedan kubni centimetar plazme iz dubina zvijezda - bijelih patuljaka, teži desetke i stotine tona.
Plazma se izolira u odvojenom agregacijskom stanju jer aktivno djeluje s elektromagnetskim poljima zbog činjenice da su njezine čestice napunjene. U slobodnom prostoru, plazma nastoji proširiti, ohladiti se i pretvoriti u plin. No, pod utjecajem elektromagnetskih polja, može izvan plovila sačuvati svoj oblik i volumen, kao čvrsto tijelo. Ovo svojstvo plazme koristi se u termonuklearnim reaktorima - prototipovima budućih elektrana.