In mod traditional, se crede ca materia poate fi gasita doar in trei stari: solida, lichida si gazoasa. Cu toate acestea, acest lucru nu este adevarat. S-au vazut si alte stari de agregare a materiei care, desi rare, par sa existe si ele.
Mai jos vom vedea principalele caracteristici ale fiecareia dintre aceste stari, cine le-a descoperit pe cele mai recente si care sunt procesele care fac ca un obiect sa treaca de la o stare la alta.
Starile de agregare a materiei: care sunt acestea?
In fizica, starea de agregare a materiei este inteleasa ca una dintre formele caracteristice in care materia poate fi prezentata . Din punct de vedere istoric, distinctia dintre starile materiei s-a facut pe baza proprietatilor calitative, precum soliditatea obiectului, comportamentul atomilor acestuia sau temperatura acestuia, clasificarea traditionala fiind lichid, solid si gaz.
Cu toate acestea, datorita cercetarilor in fizica, au fost descoperite si propuse si alte stari care pot aparea in situatii care, in mod normal, nu sunt posibil de replicat, precum temperaturi extrem de ridicate sau scazute.
Mai jos vom vedea principalele stari ale materiei , atat cele care compun clasificarea traditionala, cat si cele care au fost descoperite in conditii de laborator, precum si explicarea proprietatilor fizice ale acestora si modul in care este posibil sa le obtina.
Stari fundamentale
In mod traditional, s-a vorbit despre trei stari ale materiei, in functie de modul in care atomii lor se comporta la diferite temperaturi . Aceste stari sunt practic trei: solid, lichid si gazos. Cu toate acestea, a fost ulterior incorporat in plasma intre aceste stari fundamentale. Cel mai remarcabil lucru la urmatoarele patru stari este ca este posibil sa le observi in situatii de zi cu zi, fiind acasa.
Pentru a intelege cele patru stari fundamentale de agregare a materiei, in fiecare sectiune vom vedea cum este prezentat H2O, adica apa, in fiecare dintre aceste stari .
1. Solid
Obiectele in stare solida sunt prezentate intr-un mod definit, adica in mod normal forma lor nu se modifica, nu este posibila modificarea acesteia fara a aplica o forta mare sau a schimba starea obiectului in cauza.
Atomii acestor obiecte se impletesc formand structuri definite , ceea ce le confera capacitatea de a rezista fortelor fara a deforma corpul in care se gasesc. Acest lucru face ca aceste obiecte sa fie dure si rezistente.
H2O in stare solida este gheata.
Obiectele care sunt in stare solida au de obicei urmatoarele caracteristici:
- Coeziune ridicata.
- Forma definida.
- Memoria formei: In functie de obiect, revine la felul in care era cand a fost deformat.
- Ele sunt practic incompresibile.
- Rezistenta la fragmentare
- Fara fluiditate.
2. Lichid
Daca temperatura unui solid este crescuta, este probabil ca acesta sa-si piarda forma pana cand structura sa atomica bine organizata va disparea complet, devenind un lichid.
Lichidele au capacitatea de a curge deoarece atomii lor, desi continua sa formeze molecule organizate, nu sunt atat de uniti unul cu celalalt, avand mai multa libertate de miscare .
H2O in stare lichida este apa normala, obisnuita.
In stare lichida, substantele au urmatoarele caracteristici:
- mai putina coeziune.
- Nu au o forma concreta.
- Fluenta.
- slab compresibil
- La frig se contracta.
- Pot prezenta difuzie.
3. Gaz
In stare gazoasa, materia este formata din molecule care nu sunt unite, avand intre ele o forta de atractie mica , ceea ce inseamna ca gazele nu au o forma sau un volum definit.
Datorita acesteia, se extind complet liber, umpland recipientul care le contine. Densitatea sa este mult mai mica decat cea a lichidelor si solidelor .
Starea gazoasa a H2O este vapori de apa.
Starea gazoasa are urmatoarele caracteristici:
- Aproape fara coeziune.
- Sin forma definida.
- Volum variabil.
- Ele tind sa ocupe cat mai mult spatiu posibil.
4. Plasma
Multi oameni nu cunosc aceasta stare a materiei, ceea ce este curios, deoarece este cea mai comuna stare a universului, din moment ce sunt facute stelele.
In esenta, plasma este un gaz ionizat, adica atomii care o alcatuiesc au fost separati de electronii lor , care sunt particule subatomice care se gasesc in mod normal in interiorul atomilor.
Astfel, plasma este ca si cum ar fi un gaz, dar compusa din anioni si cationi, care sunt ioni cu sarcina negativa, respectiv pozitiva. Acest lucru face ca plasma sa fie un conductor excelent.
In gaze, fiind la temperaturi ridicate, atomii se misca foarte repede . Daca acesti atomi se ciocnesc unul de celalalt foarte violent, determina eliberarea electronilor din interiorul lor. Tinand cont de acest lucru, este de inteles ca gazele care se gasesc la suprafata Soarelui sunt ionizate constant, deoarece exista multa temperatura, ceea ce le face sa se transforme in plasma.
Lampile fluorescente, odata aprinse, contin plasma in interior. De asemenea, focul unei lumanari ar fi plasma.
Caracteristicile plasmei:
- Ei conduc electricitatea.
- Sunt puternic influentati de campurile magnetice.
- Atomii sai nu formeaza o structura definita.
- Ei emit lumina.
- Sunt la temperaturi ridicate.
State noi
Nu sunt doar cele patru state deja mentionate. Multe altele au fost crescute si descoperite in conditii de laborator . In continuare vom vedea cateva stari de agregare a materiei care cu greu ar putea fi observate fiind acasa, dar care ar fi putut fi create in mod deliberat in facilitati stiintifice sau au fost emise ipoteze.
5. Condens Bose-Einstein
Prevazut initial de Satyendra Nath Bose si Albert Einstein in 1927, condensatul Bose-Einstein a fost descoperit in 1995 de catre fizicienii Eric A. Cornell, Wolfgang Ketterle si Carl E. Wieman.
Acesti cercetatori au reusit sa raceasca atomii la o temperatura de 300 de ori mai mica decat cea atinsa pana in prezent . Acest condensat este format din bozoni.
In aceasta stare a materiei atomii sunt complet nemiscati. Substanta este foarte rece si are o densitate mare.
6. Condensado de Fermi
Condensul Fermi este alcatuit din particule fermionice si este similar cu condensatul Bose-Einstein, doar ca in loc sa foloseasca bosoni se folosesc fermioni.
Aceasta stare a materiei a fost creata pentru prima data in 1999, desi abia in 2003 va fi posibila replicarea ei cu atomi in loc de doar fermioni, descoperire facuta de Deborah S. Jin.
Aceasta stare de agregare a materiei, care se gaseste la temperaturi scazute, face ca materia sa capete superfluiditate, adica substanta sa nu aiba vascozitate .
7. Supersolide
Aceasta stare a materiei este deosebit de ciudata. Consta in aducerea atomilor de heliu-(4) la temperaturi foarte scazute, aproape de zero absolut.
Atomii sunt organizati intr-un mod similar cu ceea ce ar fi de asteptat intr-un solid normal, cum ar fi gheata, doar ca aici, desi ar fi inghetati, nu ar fi intr-o stare total nemiscata .
Atomii incep sa se comporte ciudat, de parca ar fi un solid si un fluid in acelasi timp. Acesta este momentul in care legile incertitudinii cuantice incep sa prevaleze.
8. Supercristal
Un supercristal este o faza a materiei care se caracterizeaza prin suprafluiditate si, in acelasi timp, o structura amorfa solidificata .
Spre deosebire de cristalele normale, care sunt solide, supercristalele au capacitatea de a curge fara nicio rezistenta si fara a rupe structura cristalina propriu-zisa in care sunt organizati atomii lor.
Aceste cristale sunt formate prin interactiunea particulelor cuantice la temperaturi scazute si densitati mari .
9. Superfluid
Superfluidul este o stare a materiei in care substanta nu are nici un tip de vascozitate. Aceasta difera de ceea ce ar fi o substanta foarte fluida, care ar fi una care are o vascozitate apropiata de zero, dar inca are vascozitate.
Superfluidul este o substanta care, daca ar fi intr-un circuit inchis, ar curge la nesfarsit fara frecare. A fost descoperit in 1937 de Piotr Kapitsa, John F. Allen si Don Misener.
Schimbari de stat
Schimbarile de stare sunt procese in care o stare de agregare a materiei se schimba in alta, pastrand o asemanare in compozitia sa chimica . In continuare vom vedea diferitele transformari pe care le poate prezenta materia.
1. Fuziune
Este trecerea unui solid in stare lichida prin intermediul caldurii. Punctul de topire este inteles ca temperatura la care un solid trebuie sa fie expus pentru ca acesta sa se topeasca si este ceva care variaza de la o substanta la alta . De exemplu, punctul de topire al ghetii cu apa este de 0 grade Celsius.
2. Solidificarea
Este trecerea de la un lichid la un solid prin pierderea temperaturii. Punctul de inghet, numit si punctul de inghet, este temperatura la care un lichid se transforma intr-un solid . Potriviti punctul de topire al fiecarei substante.
3. Evaporare si fierbere
Sunt procesele prin care un lichid trece in stare gazoasa. In cazul apei, punctul ei de fierbere este de 100 de grade Celsius .
4. Condens
Este schimbarea starii materiei de la gaz la lichid. Poate fi inteles ca procesul opus de evaporare .
Asa se intampla cu vaporii de apa cand ploua, deoarece temperatura ii scade si gazul trece in stare lichida, precipitand.
5. Sublimarea
Este procesul care consta in schimbarea starii unei materie care se afla in stare solida trecand in stare gazoasa, fara a trece prin starea lichida pe parcurs.
6. Sublimare inversa
Consta dintr- un gaz care trece in stare solida fara a se transforma mai intai intr-un lichid .
7. Deionizare
Este schimbarea de la o plasma la un gaz.
8. Ionizare
Este schimbarea de la un gaz la o plasma.
