Tabla de Contenidos
I mange sammenhænge bruges udtrykkene “stoffaser” og “stoftilstande” i flæng, som om de var synonyme. Det samme kan siges med hensyn til faseændringer og tilstandsændringer. Der er dog subtile forskelle, der gør, at disse udtryk ikke er helt ens.
Dernæst vil vi udforske disse forskelle for at lære tydeligt at skelne, hvornår vi taler om faser, og hvornår om stoftilstande.
Hvad er materiens tilstande?
Stoffets tilstande er de forskellige måder, hvorpå partiklerne, der udgør det, kan tilføjes eller sammenføjes. Af denne grund kaldes de også aggregeringstilstande af stof . Disse tilstande er i det væsentlige defineret ud fra den mobilitet, som deres partikler præsenterer i stoffets struktur.
I denne forstand kan det samme stof generelt finde følgende fire stoftilstande:
- Fast tilstand: karakteriseret ved at være dannet af legemer med en defineret form og volumen. I fast tilstand er alle partikler begrænset til en fast position, med meget lidt bevægelsesfrihed. Dette giver faste stoffer både et bestemt volumen og en bestemt form.
- Flydende tilstand: i væsker er partiklerne, der udgør et stof, meget tæt på hinanden, men deres forening er løs nok til at tillade partiklerne at flyde og glide fra et sted til et andet med relativ frihed. Af denne grund har væsker et defineret volumen, men ikke en defineret form, og får formen af den beholder, der indeholder dem.
- Gasformig tilstand: I denne tilstand er partiklerne i det væsentlige adskilte fra hinanden og interagerer meget lidt med hinanden. Stoffer i gasform er kendetegnet ved at have meget lave massefylde og ved ikke at have en defineret form eller volumen.
- Plasma: Et plasma er en gasformig blanding af frie elektroner og positive ioner (kationer), der dannes ved at opvarme gasser til meget høje temperaturer. Disse temperaturer er så høje, at når de kolliderer med hinanden, river atomerne bogstaveligt talt elektronerne ud af hinanden. Stjernernes sag er i plasmatilstanden, i de fleste af dem.
Mange stoffer kan eksistere i enhver af disse stater, mens andre ikke kan. Vand er det typiske eksempel på et stof, som vi kan finde i fast, flydende og gasform, endda alle på samme tid under relativt normale forhold. På den anden side kan saccharose eller almindeligt spisesukker eksistere i fast tilstand (som vi normalt finder det), og vi kan også smelte det og dermed blive en væske, som når vi laver karamel. Men hvis vi bliver ved med at opvarme den smeltede saccharose, i stedet for at blive til en gastilstand, nedbrydes den eller karboniserer den normalt, før den bliver til en gastilstand.
Ud over disse almindelige tilstande er der andre mindre almindelige tilstande, der kun eksisterer under meget ekstreme temperatur- og trykforhold. For eksempel er der Bose-Einstein-kondensatet , der kun dannes ved ekstremt lave temperaturer, meget tæt på det absolutte nulpunkt; den degenererede tilstand af stof , der eksisterer under forhold med ekstremt høje tætheder, såsom i neutronstjerner, der dannes efter en stjerne dør, og kvark-gluon-plasmaer , som kun dannes under ekstremt høje energiforhold.
Faktorer, der påvirker materiens tilstande
Om et givet stof er i form af et fast stof, en væske eller en gas afhænger af en konkurrence mellem kræfter, der forsøger at holde dets partikler sammen, og de kræfter, der har tendens til at adskille dem. De kræfter af interaktion, der eksisterer mellem dets partikler, eller sammenhængende kræfter, har en tendens til at forene partiklerne, mens termiske vibrationer har en tendens til at adskille dem. På den anden side har højt tryk en tendens til at bringe partiklerne tættere på hinanden, hvilket letter interaktionen mellem partikler og har en tendens til at kondensere dem.
Hvad er materiens faser?
Begrebet fase er anderledes end statens. I fysik og kemi refererer en stoffase til en del af stof eller til en zone eller region i et system, hvor de fysiske og kemiske egenskaber er ensartede eller homogene.
Dette kan virke som et begreb, der ligner det for tilstand, da der er tilfælde, hvor et stof i en fysisk tilstand også er i form af en enkelt fase. Det sker for eksempel i tilfælde af vand. Vand i gasform, det vil sige vanddamp, er samtidig en fase, da vanddamp i det væsentlige er homogen. Det samme kan siges om flydende vand og is. I disse tilfælde er det at tale om vands gasfase dybest set det samme som at tale om vand i gasform.
Der er dog andre stoffer, der kan eksistere i forskellige former på trods af at de er i samme tilstand. Et eksempel er siliciumoxid eller silica, som kan eksistere i forskellige faser, alle i fast tilstand. Afhængigt af temperatur- og trykforhold kan silica eksistere som kvarts-a, kvarts-β, cristobalit, tridymit, coesit og mere. Hver af disse faser er alle i fast tilstand, og hver af dem har en særlig struktur og fysisk-kemiske egenskaber , der er forskellige fra de andre.
Faser i multikomponentsystemer
Stoffets faser og tilstande er lette at forstå i tilfælde af rene stoffer eller systemer, der består af en enkelt komponent. Men når vi blander forskellige komponenter for at danne binære, ternære og mere komplekse systemer, kan der opstå uventet opførsel af stof.
I disse tilfælde kan der dannes et stort antal forskellige faser afhængig af sammensætningen af systemet og de proportioner, som de forskellige komponenter findes i. Legeringer er klare eksempler på disse komplekse systemer, hvor vi kan opnå radikalt forskellige egenskaber ved at blande metaller sammen.
Fasekonceptet er også meget anvendeligt til at beskrive blandinger af ikke-blandbare væsker såsom olie og vand. Selvom systemet som helhed er i flydende tilstand, er det tydeligt, at der er to adskilte faser, den ene dannet af olien, der flyder oven på den vandige fase. Bemærk, at det i dette tilfælde ikke giver mening at tale om en olieagtig eller organisk “tilstand” og en vandig “tilstand”, men det giver mening at tale om en olieagtig eller organisk fase og en vandig fase.
Sammenfatning af forskellene mellem tilstand og fase af stof
Stoffets tilstande er defineret ud fra mobiliteten af de partikler, der udgør det. I stedet er stoffets faser defineret ud fra stoffets fysiske og kemiske egenskaber, og flere forskellige faser kan findes med samme sammensætning og i samme aggregeringstilstand, men som dog har forskellige egenskaber.
På den anden side kan stoffets tilstande være fast, flydende, gas og plasma, såvel som andre mere eksotiske tilstande, der eksisterer under ekstreme forhold. På den anden side kan flere væske- og gasfaser og flere faste faser eksistere side om side i det samme system. Dette indikerer, at begrebet materietilstand er et mere generelt eller mindre specifikt begreb end materiens fase.
Referencer
Forskellen mellem fase og tilstand . (2015, 11. oktober). dokumen.tips. https://dokumen.tips/documents/difference-between-phase-and-state.html
Ehlers, EG og Potter, S. (2019, 14. november). fase – Binære systemer . Encyclopedia Britannica. https://www.britannica.com/science/phase-state-of-matter/Binary-systems
Materiens fase og materiens tilstand . (2011, 15. juni). Forskel mellem. http://www.differencebetween.net/science/difference-between-phase-of-matter-and-state-of-matter/
Silica og sundhed. (2019). krystallinsk silica . SCR webportal. https://www.siliceysalud.es/index.php/el-polvo-y-la-scr/la-silice/silice-cristalina/
Vatalis, Konstantinos & Charalambides, George & Benetis, Nikolas-Plutarch. (2015). Marked for innovative applikationer med høj renhedskvarts. Proceded Economics and Finance. 24. 734-742. https://www.researchgate.net/figure/Phase-diagram-of-silica_fig1_283954321
