Matērijas stāvoklis pret matērijas fāzi
Fizikā kaut ko, kam ir miera masa, var uzskatīt par lietu; tā ir viela Visumā. Tās var būt vai nu mazākās daļiņas ar masu, vai lielākās zvaigznes Visumā. Mēs uztraucamies par to, ka tā sastāv tikai no 4,6% no Visuma, bet pārējā masa atrodas vēl nenosakāmās formās.
Tāpat kā enerģija, arī matērija var pastāvēt dažādos veidos. Šīs formas ir pazīstamas kā vielas stāvokļi. Vielas stāvoklī atomi un molekulas var būt dažādās konfigurācijās. Tās ir zināmas kā fāzes.
Kas ir matērijas fāze?
Neviendabīgas sistēmas viendabīgo daļu, kas atdalīta ar atšķiramu robežu, sauc par fāzi. Tas parasti attiecas uz tilpumu telpā, kur visas matērijas īpašības ir vienādas un fizikālās īpašības ir atšķirīgas.
Piemēram, apsveriet ūdens tējkannas iekšpusi, kad ūdens vārās. Ūdens (šķidrums) aizņem tējkannas apakšējo daļu, un to atdala tējkannas sienas un augšējo ūdens virsmu. Un visā šajā reģionā ķīmiskās un fizikālās īpašības ir vienādas. Tieši virs ūdens virsmas laukums ir piepildīts ar tvaika un gaisa maisījumu. Arī šajā reģionā tējkannas sienas un ūdens virsma veido atšķirīgu robežu, un īpašības visā reģionā var uzskatīt par vienādām. Šajā gadījumā verdošs ūdens ir viena fāze, un tvaika gaisa maisījums ir viena fāze. Tātad šo sistēmu var uzskatīt par divfāžu sistēmu. Apsveriet, ka ūdens un benzīns ielej caurspīdīgā pudelē. Šī ir arī divfāžu sistēma, kurā abi šķidrumi ir skaidri atdalīti ar robežu.
Vielas fāžu izpēte ir svarīga, lai noteiktu vielas fizikālās īpašības pēc pārvērtībām. Procesu laikā var notikt fāzu pārejas, un pārejas var attēlot ar fāzes diagrammu. Fāzes diagramma ir diagramma, kas parāda, kā dažādos līdzsvara apstākļos var rasties atšķirīgas fāzes. Ja daudzfāzu sistēmas sastāvs paliek nemainīgs, tiek uzskatīts, ka tā atrodas fāzu līdzsvarā.
Kas ir lietas stāvoklis?
Atšķirīgās formas, ko matērija var iegūt dažādās fāzēs, tiek uzskatītas par vielas stāvokli. Trīs klasiski matērijas stāvokļi ir ciets, šķidrs un gāzveida.
Cietās vielās un šķidrumos starpmolekulārie spēki ir spēcīgi un tiek uzskatīti par kondensētiem stāvokļiem. Cietām vielām ir spēcīgākie starpmolekulārie spēki; tāpēc konstrukciju cieši satur kopā šie spēki. Tāpēc cietvielas forma ir nemainīga.
Šķidrumos starpmolekulārie spēki ir salīdzinoši vāji; tāpēc tās mēreni turas kopā. Un molekulas var slīdēt viena otrai garām, taču spēki ir pietiekami spēcīgi, lai neļautu tām izkļūt. Gāzēs starpmolekulārie spēki ir vāji tādā līmenī, ka tie ir ļoti viegli turēti kopā. Un tie var paslīdēt viens otram garām un pilnībā aizņemt tilpumu, kurā tie ir ievietoti.
Materiāls maina stāvokli atkarībā no to iekšējā enerģijas līmeņa un temperatūras, kas ir iekšējās enerģijas indikators. Augstākā temperatūrā vibrācijas molekulās ir spēcīgas, ka tās konkurē ar starpmolekulāriem spēkiem, lai atbrīvotos no saitēm. Cietās vielās iekšējā enerģija ir zemāka, un, kad iekšējā enerģija tiek palielināta noteiktā līmenī, saites kļūst vaļīgas, un cietais ledus kļūs šķidrs. Turpmāk palielinoties iekšējai enerģijai/temperatūrai, šķidrums pārvērtīsies gāzē.
Plazma tiek uzskatīta arī par vielas fizikālo stāvokli, kurā gāzes elektroni ir atdalīti un gan elektroni, gan kodoli atrodas ļoti augstā enerģijas līmenī. Lielākā daļa matērijas Visumā ir šādā formā; plašajos mākoņos starp zvaigznēm, ko sauc par starpzvaigžņu mākoņiem, un zvaigznēs, kur radītais siltums tās pārvērš plazmā.
Stikls un šķidrie kristāli arī fizikā tiek uzskatīti par atsevišķiem stāvokļiem. Un ļoti zemās temperatūrās viela veido dažādus stāvokļus kā superšķidrumus un Bozes-Einšteina kondensātus. Ārkārtējos gadījumos melnie caurumi tiek uzskatīti arī par citu matērijas stāvokli, kura fizikālās īpašības nav zināmas.
Kāda ir atšķirība starp vielas stāvokli un vielas fāzi?
• Fāze ir apgabals ar vienādām ķīmiskajām un fizikālajām īpašībām, un to atdala atšķiramas robežas.
• Vielas stāvokļi ir formas, kurās var pastāvēt dažādas fāzes. Cietie, šķidrie un gāzveida materiāli ir visizplatītākie vielas stāvokļi uz Zemes.
• Vienā matērijas stāvoklī var pastāvēt dažādas fāžu formas. Piemēram, apsveriet pudeli ar benzīnu un ūdeni. Abi ir šķidrā stāvoklī, bet dažādās fāzēs. To pašu jēdzienu var attiecināt uz cietām vielām, lai gan gāzes mēdz to pārkāpt, taču ne tieši.
