Tabla de Contenidos
I många sammanhang används termerna ”materiens faser” och ”materiatillstånd” omväxlande som om de vore synonyma. Detsamma kan sägas med avseende på fasförändringar och tillståndsförändringar. Det finns dock subtila skillnader som gör att dessa termer inte är exakt samma.
Därefter kommer vi att utforska dessa skillnader för att lära oss att tydligt skilja när vi pratar om faser och när om tillstånd av materia.
Vilka är materiens tillstånd?
Materiens tillstånd är de olika sätten på vilka partiklarna som utgör den kan läggas till eller sammanfogas. Av denna anledning kallas de också för aggregationstillstånd av materia . Dessa tillstånd definieras i huvudsak baserat på den rörlighet som deras partiklar presenterar i ämnets struktur.
I denna mening kan samma substans i allmänhet hitta följande fyra materiatillstånd:
- Fast tillstånd: kännetecknas av att den bildas av kroppar med en definierad form och volym. I fast tillstånd är alla partiklar begränsade till en fast position, med mycket liten rörelsefrihet. Detta ger fasta ämnen både en bestämd volym och en bestämd form.
- Flytande tillstånd: i vätskor är partiklarna som utgör ett ämne mycket nära varandra, men deras förening är tillräckligt lös för att tillåta partiklarna att flyta och glida från en plats till en annan med relativ frihet. Av denna anledning har vätskor en definierad volym, men inte en definierad form, och får formen av behållaren som innehåller dem.
- Gasformigt tillstånd: I detta tillstånd är partiklarna väsentligen separerade från varandra och interagerar väldigt lite med varandra. Ämnen i gasform kännetecknas av att de har mycket låga densiteter och att de inte har en definierad form eller volym.
- Plasma: En plasma är en gasformig blandning av fria elektroner och positiva joner (katjoner) som bildas genom att värma upp gaser till mycket höga temperaturer. Dessa temperaturer är så höga att när de kolliderar med varandra så sliter atomerna bokstavligen elektronerna ur varandra. Stjärnornas materia är i plasmatillståndet, i de flesta av dem.
Många ämnen kan existera i vilket som helst av dessa tillstånd, medan andra inte kan. Vatten är det typiska exemplet på ett ämne som vi kan hitta i fast, flytande och gastillstånd, även allt samtidigt under relativt normala förhållanden. Å andra sidan kan sackaros eller vanligt bordssocker existera i fast tillstånd (som vi normalt finner det), och vi kan också smälta det och på så sätt bli en vätska som när vi gör kola. Men om vi fortsätter att värma den smälta sackarosen, istället för att förvandlas till ett gastillstånd, sönderdelas det eller förkolnas vanligtvis innan det övergår till ett gastillstånd.
Utöver dessa vanliga tillstånd finns det andra mindre vanliga tillstånd som endast existerar under mycket extrema temperatur- och tryckförhållanden. Till exempel finns det Bose-Einstein-kondensatet som bara bildas vid extremt låga temperaturer, mycket nära absoluta nollpunkten; det degenererade tillståndet av materia som existerar under förhållanden med extremt höga densiteter som i neutronstjärnor som bildas efter att en stjärna dör, och kvarg-gluonplasma , som bara bildas under extremt höga energiförhållanden.
Faktorer som påverkar materiens tillstånd
Huruvida ett givet ämne är i form av ett fast ämne, en vätska eller en gas beror på en konkurrens mellan krafter som försöker hålla ihop sina partiklar och de krafter som tenderar att separera dem. De krafter av interaktion som finns mellan dess partiklar, eller kohesiva krafter, tenderar att förena partiklarna, medan termiska vibrationer tenderar att separera dem. Å andra sidan tenderar högt tryck att föra partiklarna närmare varandra, vilket underlättar interaktionen mellan partiklar och tenderar att kondensera dem.
Vilka är materiens faser?
Fasbegreppet skiljer sig från statens. Inom fysik och kemi hänvisar en fas av materia till en del av materia eller till en zon eller region inom ett system där de fysikaliska och kemiska egenskaperna är enhetliga eller homogena.
Detta kan tyckas vara ett begrepp som liknar det för tillstånd, eftersom det finns fall där ett ämne i ett fysiskt tillstånd också är i form av en enda fas. Detta händer till exempel när det gäller vatten. Vatten i gasform, det vill säga vattenånga, är samtidigt en fas, eftersom vattenånga är väsentligen homogen. Detsamma kan sägas om flytande vatten och is. I dessa fall är att prata om vattens gasfas i princip detsamma som att prata om vatten i gasform.
Det finns dock andra ämnen som kan existera i olika former trots att de är i samma tillstånd. Ett exempel är kiseloxid eller kiseldioxid, som kan förekomma i olika faser, alla i fast tillstånd. Beroende på temperatur- och tryckförhållanden kan kiseldioxid existera som kvarts-a, kvarts-β, kristobalit, tridymit, coesit och mer. Var och en av dessa faser är alla i ett fast tillstånd och var och en av dem har en speciell struktur och fysikalisk-kemiska egenskaper som skiljer sig från de andra.
Faser i flerkomponentsystem
Materiens faser och tillstånd är lätta att förstå när det gäller rena ämnen eller system som består av en enda komponent. Men när vi blandar olika komponenter för att bilda binära, ternära och mer komplexa system, kan oväntade beteenden hos materia uppstå.
I dessa fall kan ett stort antal olika faser bildas beroende på systemets sammansättning och i vilka proportioner de olika komponenterna finns. Legeringar är tydliga exempel på dessa komplexa system där vi kan få radikalt olika egenskaper genom att blanda metaller.
Faskonceptet är också mycket användbart för att beskriva blandningar av oblandbara vätskor som olja och vatten. Även om systemet som helhet är i flytande tillstånd är det uppenbart att det finns två distinkta faser, en bildad av oljan som flyter ovanpå vattenfasen. Observera att det i det här fallet inte är meningsfullt att tala om ett oljigt eller organiskt ”tillstånd” och ett vattenhaltigt ”tillstånd”, men det är vettigt att tala om en oljig eller organisk fas och en vattenfas.
Sammanfattning av skillnaderna mellan tillstånd och fas av materia
Materiens tillstånd definieras utifrån rörligheten hos de partiklar som utgör den. Istället definieras materiens faser i termer av materiens fysikaliska och kemiska egenskaper och flera olika faser kan finnas med samma sammansättning och i samma aggregationstillstånd men som dock har olika egenskaper.
Å andra sidan kan materiens tillstånd vara fast, flytande, gas och plasma, såväl som andra mer exotiska tillstånd som existerar under extrema förhållanden. Å andra sidan kan flera vätske- och gasfaser och flera fasta faser samexistera i samma system. Detta indikerar att begreppet materiatillstånd är ett mer allmänt eller mindre specifikt begrepp än materiens fas.
Referenser
Skillnaden mellan fas och tillstånd . (2015, 11 oktober). dokumen.tips. https://dokumen.tips/documents/difference-between-phase-and-state.html
Ehlers, EG och Potter, S. (2019, 14 november). fas – Binära system . Encyclopedia Britannica. https://www.britannica.com/science/phase-state-of-matter/Binary-systems
Materiens fas och materiens tillstånd . (2011, 15 juni). Skillnad mellan. http://www.differencebetween.net/science/difference-between-phase-of-matter-and-state-of-matter/
Kiseldioxid och hälsa. (2019). kristallin kiseldioxid . SCR webbportal. https://www.siliceysalud.es/index.php/el-polvo-y-la-scr/la-silice/silice-cristalina/
Vatalis, Konstantinos & Charalambides, George & Benetis, Nikolas-Plutarch. (2015). Marknaden för innovativa applikationer med hög ren kvarts. Proceded Economics and Finance. 24. 734-742. https://www.researchgate.net/figure/Phase-diagram-of-silica_fig1_283954321
