Tabla de Contenidos
Sok összefüggésben az „anyagfázisok” és az „anyagállapotok” kifejezéseket felcserélhetően használják, mintha szinonimák lennének. Ugyanez mondható el a fázisváltozásokról és az állapotváltozásokról is. Vannak azonban apró különbségek, amelyek miatt ezek a kifejezések nem teljesen azonosak.
Ezután megvizsgáljuk ezeket a különbségeket, hogy megtanuljuk világosan megkülönböztetni, mikor beszélünk fázisokról és mikor az anyag állapotáról.
Mik az anyag halmazállapotai?
Az anyag halmazállapotai az azt alkotó részecskék összeadásának vagy összekapcsolásának különböző módjai. Emiatt aggregációs halmazállapotoknak is nevezik őket . Ezeket az állapotokat alapvetően az anyag szerkezetében lévő részecskéik mobilitása alapján határozzák meg.
Ebben az értelemben ugyanaz az anyag általában a következő négy halmazállapotot találhatja meg:
- Szilárd halmazállapot: meghatározott alakú és térfogatú testek alkotják. Szilárd állapotban minden részecske rögzített helyzetbe van korlátozva, nagyon csekély mozgásszabadsággal. Ez határozott térfogatot és határozott formát ad a szilárd anyagoknak.
- Folyékony halmazállapot: folyadékokban az anyagot alkotó részecskék nagyon közel helyezkednek el egymáshoz, de az egyesülésük elég laza ahhoz, hogy a részecskék viszonylagos szabadsággal folyhassanak és csúszhassanak egyik helyről a másikra. Emiatt a folyadékok meghatározott térfogatúak, de nem meghatározott alakúak, és felveszik az őket tartalmazó tartály alakját.
- Gáz halmazállapotú: Ebben az állapotban a részecskék lényegében elkülönülnek egymástól, és nagyon kevés kölcsönhatásba lépnek egymással. A gáz halmazállapotú anyagokat nagyon alacsony sűrűség jellemzi, és nincs meghatározott alakjuk vagy térfogatuk.
- Plazma: A plazma szabad elektronok és pozitív ionok (kationok) gázhalmazállapotú keveréke, amely gázok nagyon magas hőmérsékletre történő hevítésével jön létre. Ezek a hőmérsékletek olyan magasak, hogy amikor egymással ütköznek, az atomok szó szerint kitépik egymásból az elektronokat. A csillagok anyaga legtöbbjükben plazmaállapotban van.
Sok anyag létezhet ezen állapotok bármelyikében, míg mások nem. A víz a tipikus példa egy olyan anyagra, amelyet szilárd, folyékony és gáz halmazállapotban is találhatunk, viszonylag normális körülmények között akár egyszerre is. Másrészt a szacharóz vagy a közönséges étkezési cukor létezhet szilárd állapotban (ahogyan általában találjuk), és meg is olvaszthatjuk, így folyékony lesz, mint amikor karamell készítünk. Ha azonban az olvadt szacharózt folyamatosan melegítjük, ahelyett, hogy gáz állapotba kerülne, általában lebomlik vagy elszenesedik, mielőtt gáz állapotba kerülne.
Ezeken a gyakori állapotokon kívül vannak más kevésbé gyakori állapotok is, amelyek csak nagyon szélsőséges hőmérsékleti és nyomási körülmények között léteznek. Például ott van a Bose-Einstein kondenzátum , amely csak rendkívül alacsony hőmérsékleten, az abszolút nullához nagyon közel képződik; az anyag degenerált állapota , amely rendkívül nagy sűrűségű körülmények között létezik, például a neutroncsillagokban, amelyek a csillagok halála után keletkeznek, és a kvark-gluon plazmákban , amelyek csak rendkívül nagy energiájú körülmények között képződnek.
Az anyag állapotát befolyásoló tényezők
Az, hogy egy adott anyag szilárd, folyékony vagy gáz alakú, a részecskéit összetartani próbáló erők és az azokat szétválasztó erők közötti versengéstől függ. A részecskéi között fennálló kölcsönhatási erők vagy kohéziós erők hajlamosak egyesíteni a részecskéket, míg a termikus rezgések elválasztják őket. Másrészt a nagy nyomás hajlamos arra, hogy a részecskéket közelebb hozza egymáshoz, megkönnyítve a részecskék közötti kölcsönhatást, és hajlamos lecsapódni.
Melyek az anyag fázisai?
A fázis fogalma eltér az állapotétól. A fizikában és a kémiában az anyag fázisa az anyag egy részére vagy egy olyan zónára vagy régióra vonatkozik, amelyben a fizikai és kémiai tulajdonságok egyenletesek vagy homogének.
Ez az állapot fogalmához hasonló fogalomnak tűnhet, mivel vannak olyan esetek, amikor egy anyag fizikai állapotban is egyetlen fázis formájában van. Ez történik például a víz esetében. A gáz halmazállapotú víz, vagyis a vízgőz egyben fázis is, mivel a vízgőz lényegében homogén. Ugyanez mondható el a folyékony vízről és a jégről is. Ezekben az esetekben a víz gázfázisáról beszélni alapvetően ugyanaz, mint gáz halmazállapotú vízről.
Vannak azonban más anyagok is, amelyek különböző formában létezhetnek, annak ellenére, hogy azonos állapotban vannak. Ilyen például a szilícium-oxid vagy szilícium-dioxid, amely különböző fázisokban létezhet, mindegyik szilárd állapotban. A hőmérséklet- és nyomásviszonyoktól függően a szilícium-dioxid létezhet kvarc-a, kvarc-β, krisztobalit, tridimit, koezit stb. formájában. Ezen fázisok mindegyike szilárd állapotban van, és mindegyikük sajátos szerkezettel és fizikai-kémiai tulajdonságokkal rendelkezik , amelyek különböznek a többitől.
Fázisok többkomponensű rendszerekben
Az anyag fázisai és halmazállapotai könnyen megérthetők tiszta anyagok vagy egyetlen komponensből álló rendszerek esetében. Ha azonban különféle komponenseket keverünk össze, hogy bináris, hármas vagy összetettebb rendszereket hozzunk létre, az anyag nem várt viselkedése léphet fel.
Ezekben az esetekben a rendszer összetételétől és a különböző komponensek arányától függően nagyszámú különböző fázis képződhet. Az ötvözetek világos példái ezeknek az összetett rendszereknek, amelyekben a fémek összekeverésével gyökeresen eltérő tulajdonságokat érhetünk el.
A fáziskoncepció nagyon hasznos az egymással nem elegyedő folyadékok, például olaj és víz keverékeinek leírására is. Noha a rendszer összességében folyékony halmazállapotú, nyilvánvaló, hogy két különálló fázis van, az egyiket a vizes fázis tetején lebegő olaj képezi. Megjegyzendő, hogy ebben az esetben nincs értelme olajos vagy szerves „állapotról” és vizes „állapotról” beszélni, de van értelme olajos vagy szerves fázisról és vizes fázisról beszélni.
Az anyag állapota és fázisa közötti különbségek összefoglalása
Az anyag halmazállapotait az azt alkotó részecskék mobilitása alapján határozzák meg. Ehelyett az anyag fázisait az anyag fizikai és kémiai tulajdonságai alapján határozzák meg, és több különböző, azonos összetételű és aggregált állapotú, de eltérő tulajdonságú fázis is megtalálható.
Másrészt az anyag halmazállapotai lehetnek szilárd, folyékony, gáz és plazma, valamint egyéb egzotikusabb állapotok, amelyek extrém körülmények között léteznek. Másrészt ugyanabban a rendszerben több folyadék- és gázfázis, valamint több szilárd fázis is létezhet együtt. Ez azt jelzi, hogy az anyag halmazállapotának fogalma általánosabb vagy kevésbé konkrét fogalom, mint az anyag fázisa.
Hivatkozások
Különbség a fázis és az állapot között . (2015, október 11.). dokumen.tips. https://dokumen.tips/documents/difference-between-phase-and-state.html
Ehlers, EG és Potter, S. (2019, november 14). fázis – Bináris rendszerek . Encyclopedia Britannica. https://www.britannica.com/science/phase-state-of-matter/Binary-systems
Az anyag fázisa és az anyag állapota . (2011, június 15.). A különbség köztük. http://www.differencebetween.net/science/difference-between-phase-of-matter-and-state-of-matter/
Szilícium-dioxid és egészség. (2019). kristályos szilícium-dioxid . SCR internetes portál. https://www.siliceysalud.es/index.php/el-polvo-y-la-scr/la-silice/silice-cristalina/
Vatalis, Konstantinos & Charalambides, George & Benetis, Nikolas-Plutarch. (2015). A nagy tisztaságú kvarc innovatív alkalmazások piaca. Proceded Economics and Finance. 24. 734-742. https://www.researchgate.net/figure/Phase-diagram-of-silica_fig1_283954321
