Tabla de Contenidos
Monissa yhteyksissä termejä ”aineen faasit” ja ”aineen tilat” käytetään vaihtokelpoisina ikään kuin ne olisivat synonyymejä. Sama voidaan sanoa vaihemuutosten ja tilamuutosten suhteen. Kuitenkin on hienoisia eroja, jotka tekevät näistä termeistä erilaisia.
Seuraavaksi tutkimme näitä eroja oppiaksemme erottamaan selkeästi, milloin puhumme vaiheista ja milloin aineen tiloista.
Mitkä ovat aineen tilat?
Aineen tilat ovat erilaisia tapoja, joilla sen muodostavat hiukkaset voidaan lisätä tai liittää yhteen. Tästä syystä niitä kutsutaan myös aineen aggregaatiotiloiksi . Nämä tilat määritellään olennaisesti niiden hiukkasten liikkuvuuden perusteella aineen rakenteessa.
Tässä mielessä sama aine voi yleensä löytää seuraavat neljä aineen tilaa:
- Kiinteä olomuoto: ominaista muodostuu kappaleista, joilla on määrätty muoto ja tilavuus. Kiinteässä tilassa kaikki hiukkaset ovat rajoittuneet kiinteään asentoon, jossa on hyvin vähän liikkumisvapautta. Tämä antaa kiintoaineille sekä määrätyn tilavuuden että määrätyn muodon.
- Nestetila: nesteissä aineen muodostavat hiukkaset ovat hyvin lähellä toisiaan, mutta niiden liitos on riittävän löysä, jotta hiukkaset voivat virrata ja liukua paikasta toiseen suhteellisen vapaasti. Tästä syystä nesteillä on määrätty tilavuus, mutta ei määritelty muoto, ja ne saavat ne sisältävän säiliön muodon.
- Kaasumainen tila: Tässä tilassa hiukkaset ovat olennaisesti erillään toisistaan ja ovat hyvin vähän vuorovaikutuksessa keskenään. Kaasumaisessa tilassa oleville aineille on tunnusomaista, että niillä on erittäin alhainen tiheys ja että niillä ei ole määriteltyä muotoa tai tilavuutta.
- Plasma: Plasma on kaasumainen seos vapaista elektroneista ja positiivisista ioneista (kationeista), jotka muodostuvat kuumentamalla kaasuja erittäin korkeisiin lämpötiloihin. Nämä lämpötilat ovat niin korkeita, että kun ne törmäävät toisiinsa, atomit kirjaimellisesti repivät elektronit pois toisistaan. Tähtien aine on useimmissa plasmatilassa.
Monet aineet voivat esiintyä missä tahansa näistä tiloista, kun taas toiset eivät. Vesi on tyypillinen esimerkki aineesta, jonka voimme löytää kiinteänä, nestemäisenä ja kaasuna, jopa yhtä aikaa suhteellisen normaaleissa olosuhteissa. Toisaalta sakkaroosi tai tavallinen ruokasokeri voi olla kiinteässä tilassa (kuten me sen yleensä löydämme), ja voimme myös sulattaa sen, jolloin siitä tulee nestemäistä, kuten valmistamme karamellia. Kuitenkin, jos jatkamme sulan sakkaroosin lämmittämistä, sen sijaan, että se muuttuisi kaasutilaan, se yleensä hajoaa tai hiiltyy ennen muuttumistaan kaasutilaan.
Näiden yleisten tilojen lisäksi on muita vähemmän yleisiä tiloja, jotka esiintyvät vain erittäin äärimmäisissä lämpötila- ja paineolosuhteissa. Esimerkiksi on Bose-Einstein-kondensaatti , joka muodostuu vain erittäin matalissa lämpötiloissa, hyvin lähellä absoluuttista nollaa; aineen rappeutunut tila , joka esiintyy äärimmäisen suurien tiheyksien olosuhteissa, kuten neutronitähdissä, jotka muodostuvat tähden kuoleman jälkeen, ja kvarkkigluoniplasmoissa , jotka muodostuvat vain erittäin korkean energian olosuhteissa.
Ainetilaan vaikuttavat tekijät
Se, onko tietty aine kiinteän aineen, nesteen vai kaasun muodossa, riippuu kilpailusta voimien välillä, jotka yrittävät pitää sen hiukkaset yhdessä, ja voimien, jotka pyrkivät erottamaan ne. Sen hiukkasten välillä vallitsevat vuorovaikutusvoimat tai koheesiovoimat pyrkivät yhdistämään hiukkaset, kun taas lämpövärähtelyt pyrkivät erottamaan ne. Toisaalta korkea paine pyrkii tuomaan hiukkaset lähemmäksi toisiaan, mikä helpottaa hiukkasten välistä vuorovaikutusta ja pyrkii tiivistämään niitä.
Mitkä ovat aineen vaiheet?
Vaiheen käsite on erilainen kuin tilan käsite. Fysiikassa ja kemiassa aineen faasi viittaa aineen osaan tai vyöhykkeeseen tai alueeseen järjestelmän sisällä, jossa fysikaaliset ja kemialliset ominaisuudet ovat tasaisia tai homogeenisia.
Tämä saattaa tuntua tilan käsitteen kaltaiselta käsitteeltä, koska on tapauksia, joissa fysikaalisessa tilassa oleva aine on myös yksifaasinen. Näin tapahtuu esimerkiksi veden tapauksessa. Kaasumaisessa tilassa oleva vesi eli vesihöyry on samalla faasi, koska vesihöyry on olennaisesti homogeeninen. Samaa voidaan sanoa nestemäisestä vedestä ja jäästä. Näissä tapauksissa veden kaasufaasista puhuminen on periaatteessa samaa kuin kaasumaisessa tilassa olevasta vedestä puhuminen.
On kuitenkin muita aineita, jotka voivat esiintyä eri muodoissa huolimatta siitä, että ne ovat samassa tilassa. Esimerkki on piioksidi tai piidioksidi, joka voi esiintyä eri faaseissa, kaikki kiinteässä tilassa. Lämpötila- ja paineolosuhteista riippuen piidioksidi voi esiintyä kvartsi-a-, kvartsi-β-, kristobaliitti-, tridymiitti-, koesiitti- ja muiden muodossa. Jokainen näistä faaseista on kaikki kiinteässä tilassa, ja jokaisella niistä on erityinen rakenne ja fysikaalis-kemialliset ominaisuudet , jotka eroavat muista.
Vaiheet monikomponenttijärjestelmissä
Puhtaiden aineiden tai yhdestä komponentista koostuvien järjestelmien tapauksessa aineen faasit ja tilat ovat helposti ymmärrettävissä. Kuitenkin, kun sekoitamme eri komponentteja muodostamaan binäärisiä, kolmikomponentteja ja monimutkaisempia järjestelmiä, aineen odottamatonta käyttäytymistä voi ilmetä.
Näissä tapauksissa voidaan muodostaa suuri määrä erilaisia faaseja riippuen järjestelmän koostumuksesta ja suhteista, joissa eri komponentit löytyvät. Seokset ovat selkeitä esimerkkejä näistä monimutkaisista systeemeistä, joissa voimme saada radikaalisti erilaisia ominaisuuksia sekoittamalla metalleja yhteen.
Faasikäsite on myös erittäin hyödyllinen kuvattaessa sekoittumattomien nesteiden, kuten öljyn ja veden, seoksia. Vaikka järjestelmä kokonaisuudessaan on nestemäisessä tilassa, on selvää, että siinä on kaksi erillistä faasia, joista toinen muodostuu vesifaasin päällä kelluvasta öljystä. Huomaa, että tässä tapauksessa ei ole järkevää puhua öljyisestä tai orgaanisesta ”tilasta” ja vesipitoisesta ”tilasta”, mutta on järkevää puhua öljyisestä tai orgaanisesta faasista ja vesifaasista.
Yhteenveto aineen tilan ja faasin eroista
Aineen tilat määritellään sen muodostavien hiukkasten liikkuvuuden perusteella. Sen sijaan aineen faasit määritellään aineen fysikaalisten ja kemiallisten ominaisuuksien perusteella ja löytyy useita eri faaseja, joilla on sama koostumus ja sama aggregaatio, mutta joilla on kuitenkin erilaiset ominaisuudet.
Toisaalta aineen tilat voivat olla kiinteitä, nestemäisiä, kaasuja ja plasmaa sekä muita eksoottisempia tiloja, joita esiintyy äärimmäisissä olosuhteissa. Toisaalta samassa järjestelmässä voi esiintyä useita neste- ja kaasufaaseja ja useita kiinteitä faaseja. Tämä osoittaa, että aineen tilan käsite on yleisempi tai vähemmän spesifinen käsite kuin aineen vaihe.
Viitteet
Ero vaiheen ja tilan välillä . (2015, 11. lokakuuta). dokumen.tips. https://dokumen.tips/documents/difference-between-phase-and-state.html
Ehlers, EG ja Potter, S. (2019, 14. marraskuuta). vaihe – Binäärijärjestelmät . Encyclopedia Britannica. https://www.britannica.com/science/phase-state-of-matter/Binary-systems
Aineen vaihe ja aineen tila . (2011, 15. kesäkuuta). Ero välillä. http://www.differencebetween.net/science/difference-between-phase-of-matter-and-state-of-matter/
Piidioksidi ja terveys. (2019). kiteinen piidioksidi . SCR-verkkoportaali. https://www.siliceysalud.es/index.php/el-polvo-y-la-scr/la-silice/silice-cristalina/
Vatalis, Konstantinos & Charalambides, George & Benetis, Nikolas-Plutarch. (2015). Korkean puhtauden kvartsiinnovatiivisten sovellusten markkinat. Proceed Economics and Finance. 24. 734-742. https://www.researchgate.net/figure/Phase-diagram-of-silica_fig1_283954321
