Деветте състояния на агрегиране на материята

Традиционно се смята, че материята може да се намери само в три състояния: твърдо, течно и газово. Това обаче не е вярно. Видени са и други агрегатни състояния на материята, които, макар и редки, изглежда също съществуват.

След това ще видим основните характеристики на всяко от тези състояния, които са открили най-новите и какви са процесите, които карат обекта да преминава от едно състояние в друго.

• Свързана статия: "11-те типа химически реакции"

Състояния на агрегация на материята: какви са те?

Във физиката състоянието на агрегиране на материята се разбира като един от характерните начини, по които материята може да бъде представена. В исторически план разграничението между състоянията на материята се правело въз основа на качествени свойства, като твърдост на обекта, поведението на неговите атоми или неговата температура, като традиционната класификация е тази на течни, твърди и газ.

Благодарение на изследванията във физиката обаче са открити и повдигнати други държави, които могат възникват в ситуации, които обикновено не са възможни за възпроизвеждане, като изключително висока или ниска температури.

След това ще видим основните състояния на материята, както тези, които съставляват традиционната класификация, така и тези, които са открити в лабораторни условия, в допълнение към обяснението на техните физични свойства и как е възможно да се получат.

Фундаментални държави

Традиционно се говори за три материални състояния, в зависимост от това как се държат неговите атоми при различни температури. Тези състояния са основно три: твърдо, течно и газово. Впоследствие обаче той е включен в плазмата между тези основни състояния. Най-забележителното в следните четири състояния е, че е възможно да ги наблюдавате в ежедневни ситуации, докато сте у дома.

Да разберем четирите основни състояния на агрегиране на материята във всеки раздел нека да видим как H2O, т.е. водата, се представя във всяко от тези състояния.

1. Твърдо

Обектите в твърдо състояние се представят по дефиниран начин, тоест формата им обикновено не се променя, не е възможно да се промени, без да се прилага голяма сила или да се променя състоянието на въпросния обект.

Атомите на тези обекти се преплитат, образувайки определени структури, което им дава способността да издържат на сили, без да деформират тялото, в което се намират. Това прави тези предмети твърди и устойчиви.

H2O в твърдо състояние е лед.

Обектите, които са в твърдо състояние, обикновено имат следните характеристики:

• Висока сплотеност.
• Определена форма.
• Памет на формата: в зависимост от обекта, той се връща към начина, по който е бил при деформиране.
• Те са практически несвиваеми.
• Устойчивост на фрагментация
• Без плавност.

2. Течност

Ако температурата на твърдото вещество се повиши, вероятно ще загуби формата си докато добре организираната му атомна структура напълно изчезне, превръщайки се в течност.

Течностите имат способността да текат, защото техните атоми, въпреки че продължават да образуват организирани молекули, те не са толкова близо един до друг, като имат по-голяма свобода на движение.

H2O в течно състояние е нормална, обикновена вода.

В течно състояние веществата имат следните характеристики:

• По-малко сплотеност.
• Те нямат конкретна форма.
• Плавност.
• Малко свиваема
• В студа се свиват.
• Те могат да представят дифузия.

3. Газ

В газообразно състояние материята се състои от молекули, които не са свързани помежду си, като имат малко привлекателна сила един към друг, което прави газовете да нямат определена форма или обем.

Благодарение на това те се разширяват напълно свободно, запълвайки контейнера, който ги съдържа. Плътността му е много по-ниска от тази на течностите и твърдите вещества.

Газообразното състояние на H2O е водна пара.

Газообразното състояние има следните характеристики:

• Почти нулево сближаване.
• Няма определена форма.
• Променлив обем.
• Те са склонни да заемат колкото се може повече място.

4. Плазма

Много хора не познават това материално състояние, което е любопитно, тъй като то е най-често срещаното състояние във Вселената, тъй като от него са направени звездите.

По същество плазмата е йонизиран газ, тоест атомите, които го съставят, са се отделили от техните електрони, които са субатомни частици, които обикновено се намират вътре в атомите.

По този начин плазмата е като газ, но съставена от аниони и катиони, които са съответно отрицателно и положително заредени йони. Това прави плазмата отличен проводник.

В газове, намиращи се при високи температури, атомите се движат много бързо. Ако тези атоми се сблъскат един с друг много силно, това води до освобождаване на електроните вътре в тях. Като се вземе това предвид, разбираемо е, че газовете, които са на повърхността на Слънцето, постоянно се йонизират, защото има много температура, което ги кара да станат плазма.

Флуоресцентните лампи, след като бъдат включени, съдържат плазма вътре. Също така, огънят на свещ ще бъде плазма.

Характеристики на плазмата:

• Те провеждат електричество.
• Те са силно повлияни от магнитни полета.
• Неговите атоми не съставляват определена структура.
• Те излъчват светлина.
• Те са при високи температури.

Нови щати

Не са посочени само четирите държави. В лабораторни условия са отгледани и открити много повече.. След това ще видим няколко агрегатни състояния на материята, които трудно биха могли да бъдат наблюдавани докато у дома, но които може да са били умишлено създадени в научни съоръжения, или са били хипотезиран.

5. Бозе-Айнщайн кондензат

Първоначално предвиден от Сатиендра Нат Бозе и Алберт Айнщайн през 1927 г., кондензатът Бозе-Айнщайн е открит през 1995 г. от физиците Ерик А. Корнел, Волфганг Кетърле и Карл Е. Wieman.

Тези изследователи постигнаха охладете атомите до температура 300 пъти по-ниска от постигнатата до момента. Този кондензат се състои от бозони.

В това материално състояние атомите са напълно неподвижни. Веществото е много студено и има висока плътност.

• Може да се интересувате: "Деветте постулата на атомната теория на Далтън"

6. Ферми кондензат

Ферми кондензатът се състои от фермионни частици и изглежда подобно на кондензата на Бозе-Айнщайн, само че вместо да се използват бозони, се използват фермиони.

Това състояние на материята е създадено за първи път през 1999 г., макар че едва през 2003 г. ще бъде възпроизведено с атоми, а не само с фермиони, откритие, направено от Дебора С. Джин.

Това състояние на агрегация на материята, което се открива при ниски температури, прави материята свръхтечна, тоест веществото няма никакъв вискозитет.

7. Супер твърдо

Това материално състояние е особено странно. Състои се от привеждане на хелий- (4) атоми до много ниски температури, близки до абсолютната нула.

Атомите са подредени по подобен начин, както бихте очаквали в нормално твърдо вещество, като лед, само тук, въпреки че щяха да бъдат замразени, те нямаше да бъдат в напълно неподвижно състояние.

Атомите започват да се държат странно, сякаш са едновременно твърдо вещество и течност. Тогава започват да преобладават законите на квантовата несигурност.

8. Супер кристал

Суперкристалът е фаза на материята, която се характеризира със свръхфлуидност и в същото време втвърдена аморфна структура.

За разлика от нормалните кристали, които са твърди, супер кристалите имат способността да текат без всякакъв вид устойчивост и без да се нарушава правилно кристалната структура, в която се атоми.

Тези кристали се образуват от взаимодействието на квантовите частици при ниски температури и висока плътност.

9. Свръх течност

Свръхтечността е веществено състояние, при което веществото не представлява никакъв вид вискозитет. Това се различава от това, което би било много течно вещество, което би имало вискозитет, близък до нула, но все пак има вискозитет.

Superfluid е вещество, което, ако е в затворена верига, ще тече безкрайно без триене. Открит е през 1937 г. от Piotr Kapitsa, John F. Алън и Дон Мизенер.

Промени в държавата

Държавните промени са процеси, при които едно агрегационно състояние на материята се променя в друго, поддържайки сходство в химичния си състав. След това ще видим различните трансформации, които материята може да представи.

1. Сливане

Това е преминаването от твърдо в течно състояние чрез топлина. Точка на топене се разбира като температурата, на която твърдото вещество трябва да бъде изложено на стопилка, и това е нещо, което варира от вещество до вещество. Например точката на топене на леда във водата е 0 градуса по Целзий.

2. Втвърдяване

Това е преминаването от течност към твърдо вещество чрез загуба на температура. Точката на втвърдяване, наричана още замръзване, е температурата, при която течността става твърдо вещество. Съответства на точката на топене на всяко вещество.

3. Изпаряване и кипене

Те са процесите, при които течността преминава в газообразно състояние. В случай на вода, точката му на кипене е 100 градуса по Целзий.

4. Кондензация

Това е промяната на състоянието на веществото от газ в течност. Може да се разбере като обратен процес на изпаряване.

Това се случва с водните пари, когато вали, тъй като температурата им спада и газът преминава в течно състояние, утаявайки се.

5. Сублимация

Това е процесът, който се състои от промяна на състоянието на вещество, което е в твърдо състояние и преминава в газообразно състояние, без да преминава през течно състояние по пътя.

Пример за вещество, което може да сублимира сух лед.

6. Обратна сублимация

Състои се от газът преминава в твърдо състояние, без преди това да се трансформира в течност.

7. Дейонизация

Това е преминаването от плазма към газ.

8. Йонизация

Това е промяната от газ към плазма.

Библиографски справки:

• Перес-Агире, Г. (2007). Химия 1. Конструктивистки подход. Мексико. Образование на Пиърсън.
• Валенсуела-Калахоро, C. (1995). Обща химия. Въведение в теоретичната химия. Саламанка, Испания. Университет в Саламанка.