Tabla de Contenidos
W wielu kontekstach terminy „fazy materii” i „stany materii” są używane zamiennie, tak jakby były synonimami. To samo można powiedzieć o zmianach fazy i zmianach stanu. Istnieją jednak subtelne różnice, które sprawiają, że te terminy nie są dokładnie takie same.
Następnie zbadamy te różnice, aby nauczyć się wyraźnie rozróżniać, kiedy mówimy o fazach, a kiedy o stanach materii.
Jakie są stany materii?
Stany materii to różne sposoby dodawania lub łączenia cząstek, które ją tworzą. Z tego powodu nazywane są również skupionymi stanami materii . Stany te są zasadniczo definiowane na podstawie ruchliwości, jaką ich cząstki prezentują w strukturze substancji.
W tym sensie ta sama substancja może ogólnie znajdować się w następujących czterech stanach skupienia:
- Stan stały: charakteryzujący się tym, że jest utworzony przez ciała o określonym kształcie i objętości. W stanie stałym wszystkie cząstki są ograniczone do stałego położenia, z bardzo małą swobodą ruchu. Daje to ciałom stałym zarówno określoną objętość, jak i określony kształt.
- Stan ciekły: w cieczach cząsteczki tworzące substancję są bardzo blisko siebie, ale ich związek jest wystarczająco luźny, aby umożliwić cząsteczkom przepływ i przesuwanie się z jednego miejsca do drugiego ze względną swobodą. Z tego powodu ciecze mają określoną objętość, ale nie określony kształt, przybierając kształt pojemnika, który je zawiera.
- Stan gazowy: W tym stanie cząstki są zasadniczo oddzielone od siebie, oddziałując ze sobą bardzo mało. Substancje w stanie gazowym charakteryzują się bardzo małymi gęstościami oraz brakiem określonego kształtu lub objętości.
- Plazma: Plazma to gazowa mieszanina swobodnych elektronów i jonów dodatnich (kationów), która powstaje w wyniku ogrzewania gazów do bardzo wysokich temperatur. Te temperatury są tak wysokie, że kiedy zderzają się ze sobą, atomy dosłownie wyrywają sobie elektrony. Materia gwiazd jest w większości w stanie plazmy.
Wiele substancji może istnieć w każdym z tych stanów, podczas gdy inne nie. Woda jest typowym przykładem substancji, którą możemy znaleźć w stanie stałym, ciekłym i gazowym, nawet jednocześnie we względnie normalnych warunkach. Z drugiej strony sacharoza lub zwykły cukier stołowy może istnieć w stanie stałym (tak jak zwykle go znajdujemy), a także możemy go stopić, stając się w ten sposób cieczą, tak jak wtedy, gdy robimy karmel. Jeśli jednak nadal będziemy ogrzewać stopioną sacharozę, zamiast przechodzić w stan gazowy, zwykle rozkłada się lub karbonizuje, zanim przejdzie w stan gazowy.
Oprócz tych powszechnych stanów istnieją inne, mniej powszechne stany, które występują tylko w bardzo ekstremalnych warunkach temperatury i ciśnienia. Na przykład istnieje kondensat Bosego-Einsteina , który tworzy się tylko w ekstremalnie niskich temperaturach, bardzo bliskich zera bezwzględnego; zdegenerowany stan materii , który istnieje w warunkach ekstremalnie wysokich gęstości, na przykład w gwiazdach neutronowych, które powstają po śmierci gwiazdy, oraz w plazmach kwarkowo-gluonowych , które powstają tylko w warunkach ekstremalnie wysokich energii.
Czynniki wpływające na stany materii
To, czy dana substancja występuje w postaci stałej, ciekłej czy gazowej, zależy od współzawodnictwa między siłami, które starają się utrzymać cząstki razem, a siłami, które mają tendencję do ich rozdzielania. Siły interakcji, które istnieją między jego cząsteczkami, czyli siły kohezji, mają tendencję do łączenia cząstek, podczas gdy wibracje termiczne mają tendencję do ich rozdzielania. Z drugiej strony wysokie ciśnienie ma tendencję do zbliżania cząstek do siebie, ułatwiając interakcję między cząstkami i tendencję do ich kondensacji.
Jakie są fazy materii?
Pojęcie fazy różni się od pojęcia stanu. W fizyce i chemii faza materii odnosi się do części materii lub strefy lub regionu w systemie, w którym właściwości fizyczne i chemiczne są jednolite lub jednorodne.
Może się to wydawać pojęciem podobnym do pojęcia stanu, ponieważ istnieją przypadki, w których substancja w stanie fizycznym jest również w postaci pojedynczej fazy. Dzieje się tak na przykład w przypadku wody. Woda w stanie gazowym, czyli para wodna, jest jednocześnie fazą, ponieważ para wodna jest zasadniczo jednorodna. To samo można powiedzieć o płynnej wodzie i lodzie. W takich przypadkach mówienie o fazie gazowej wody jest w zasadzie tym samym, co mówienie o wodzie w stanie gazowym.
Istnieją jednak inne substancje, które mogą istnieć w różnych formach, mimo że znajdują się w tym samym stanie. Przykładem jest tlenek krzemu lub krzemionka, które mogą występować w różnych fazach, wszystkie w stanie stałym. W zależności od temperatury i ciśnienia krzemionka może występować jako kwarc-a, kwarc-β, krystobalit, trydymit, koezyt i inne. Każda z tych faz jest w stanie stałym i każda z nich ma określoną strukturę i właściwości fizykochemiczne , które różnią się od pozostałych.
Fazy w układach wieloskładnikowych
Fazy i stany materii są łatwe do zrozumienia w przypadku czystych substancji lub układów składających się z jednego składnika. Jednak gdy mieszamy różne składniki, aby utworzyć systemy binarne, trójskładnikowe i bardziej złożone, mogą wystąpić nieoczekiwane zachowania materii.
W takich przypadkach może powstać wiele różnych faz w zależności od składu układu i proporcji, w jakich znajdują się różne składniki. Stopy są wyraźnymi przykładami tych złożonych układów, w których możemy uzyskać radykalnie różne właściwości poprzez zmieszanie metali.
Pojęcie faz jest również bardzo przydatne do opisywania mieszanin niemieszających się cieczy, takich jak olej i woda. Chociaż jako całość system jest w stanie ciekłym, oczywiste jest, że istnieją dwie odrębne fazy, z których jedna jest utworzona przez olej unoszący się nad fazą wodną. Należy zauważyć, że w tym przypadku nie ma sensu mówić o „stanie” oleistym lub organicznym i „stanie” wodnym, ale sensowne jest mówienie o fazie oleistej lub organicznej i fazie wodnej.
Podsumowanie różnic między stanem a fazą materii
Stany materii są definiowane na podstawie ruchliwości tworzących ją cząstek. Zamiast tego fazy materii są definiowane pod względem właściwości fizycznych i chemicznych materii, a można znaleźć kilka różnych faz o tym samym składzie iw tym samym stanie skupienia, które jednak mają różne właściwości.
Z drugiej strony stany materii mogą być stałe, ciekłe, gazowe i plazmowe, a także inne bardziej egzotyczne stany, które występują w ekstremalnych warunkach. Z drugiej strony w tym samym układzie może współistnieć kilka faz ciekłych i gazowych oraz wiele faz stałych. Wskazuje to, że pojęcie stanu materii jest pojęciem bardziej ogólnym lub mniej szczegółowym niż faza materii.
Bibliografia
Różnica między fazą a stanem . (2015, 11 października). dokumen.wskazówki. https://dokumen.tips/documents/difference-between-phase-and-state.html
Ehlers, EG i Potter, S. (2019, 14 listopada). faza – Systemy binarne . Encyklopedia Britannica. https://www.britannica.com/science/phase-state-of-matter/Binary-systems
Faza materii i stan materii . (2011, 15 czerwca). Różnica pomiędzy. http://www.differencebetween.net/science/difference-between-phase-of-matter-and-state-of-matter/
Krzemionka i zdrowie. (2019). krzemionka krystaliczna . Portal internetowy SCR. https://www.siliceysalud.es/index.php/el-polvo-y-la-scr/la-silice/silice-cristalina/
Vatalis, Konstantinos & Charalambides, George & Benetis, Nikolas-Plutarch. (2015). Rynek innowacyjnych zastosowań kwarcu o wysokiej czystości. Proceded Ekonomia i finanse. 24. 734-742. https://www.researchgate.net/figure/Phase-diagram-of-silica_fig1_283954321
