Wat zijn toestanden van materie:
De toestanden van materie zijn de verschillende vormen waarin materie in het universum voorkomt. Ze zijn ook bekend als aggregatietoestanden van materie, omdat de deeltjes in elke toestand op verschillende manieren aggregeren of groeperen.
Er kan worden aangenomen dat er vier fundamentele toestanden van materie zijn, rekening houdend met die vormen van aggregatie die optreden onder natuurlijke omstandigheden. De fundamentele toestanden van materie zijn:
- Vaste toestand.
- Vloeibare fase.
- Gasvormige toestand.
- Plasma staat.
In het detail van de afbeelding zien we hoe de deeltjes bij elkaar zijn gegroepeerd.
Echter, studies over de toestanden van aggregatie van materie zijn vandaag uitgebreid. Naast degenen die van nature voorkomen, bestuderen we vandaag die welke voorkomen in extreme omstandigheden, geïnduceerd in het laboratorium. Van deze groep hebben wetenschappers het bestaan van drie nieuwe staten geverifieerd: het Bose-Einstein-condensaat (BEC); het Fermi-condensaat en de supervaste stof.
De kenmerken van de toestanden van materie hangen af van de aantrekkingskracht tussen de deeltjes en hun mobiliteit. Temperatuur en/of druk zijn de factoren die van invloed zijn op hoe deze deeltjes bij elkaar zijn gegroepeerd en hoe ze met elkaar omgaan.
Wanneer er voelbare veranderingen zijn in de temperatuur- en/of drukvariabelen, treden er veranderingen op van de ene toestand van de materie naar de andere. Deze veranderingen zijn stolling, verdamping, smelten, sublimatie, omgekeerde sublimatie, ionisatie en deïonisatie.
Hieronder presenteren we een vergelijkende tabel met de belangrijkste verschillen die bestaan tussen de fundamentele toestanden van materie:
| Eigendom |
Staat | Staat vloeistof | Staat gasvormig | Staat plasmatisch |
|---|---|---|---|---|
| Soort zaak | Vaste kwestie | Vloeistoffen met viscositeit | Gassen | Hete gassen (met elektrische lading) |
| attractie tussen deeltjes | hoog | Intermediair | kort | kort |
| Mobiliteit van deeltjes | kort | Intermediair | hoog | hoog |
| Volume | Met volume | Met volume | Geen volume | Geen volume |
| Vorm | Gedefinieerd | Onbepaald | Onbepaald | Onbepaald |
| Voorbeeld | Stenen | Water | Waterstoom | Plasma TV |
vaste toestand
De vaste toestand is er een die we waarnemen als vaste materie, die bestand is tegen veranderingen in vorm en volume. In vaste stof hebben de deeltjes een grotere aantrekkingskracht op elkaar, wat hun beweging en de mogelijkheden tot interactie vermindert. Bijvoorbeeld: stenen, hout, metalen gebruiksvoorwerpen, glas, ijs en grafiet, onder andere.
De vastestofkenmerken: Zij zijn:
- De aantrekkingskracht tussen afzonderlijke deeltjes is groter dan de energie die scheiding veroorzaakt.
- De deeltjes vergrendelen zichzelf in positie en beperken hun trillingsenergie.
- Het behoudt zijn vorm en volume.
Vloeibare fase
De vloeibare toestand komt overeen met vloeistoffen waarvan het volume constant is, maar zich aanpast aan de vorm van de houder. Bijvoorbeeld: water, koude dranken, olie en speeksel.
De kenmerken van de vloeibare toestand: Zij zijn:
- De deeltjes trekken elkaar aan, maar de afstand is groter dan bij vaste stoffen.
- Deeltjes zijn dynamischer dan vaste stoffen, maar stabieler dan gassen.
- Het heeft een constant volume.
- Zijn vorm is onbepaald. Daarom neemt de vloeistof de vorm aan van zijn container.
Gasvormige toestand
De gasvormige toestand komt overeen met gassen. Technisch wordt het gedefinieerd als de groepering van deeltjes met weinig aantrekkingskracht op elkaar die, wanneer ze met elkaar botsen, uitzetten in de ruimte. Bijvoorbeeld: waterdamp, zuurstof (O2) en aardgas.
De kenmerken van de gasvormige toestand Zij zijn:
- Concentreert minder deeltjes dan vaste stoffen en vloeistoffen.
- De deeltjes hebben weinig aantrekkingskracht op elkaar.
- De deeltjes zijn in expansie, dus ze zijn dynamischer dan vaste stoffen en gassen.
- Het heeft geen duidelijke vorm of volume.
Plasma staat
De plasmatische toestand is een toestand die lijkt op de gasvormige toestand, maar het heeft elektrisch geladen deeltjes, dat wil zeggen geïoniseerd. Het zijn dus hete gassen.
Materie in de plasmatoestand komt veel voor in de ruimte en vormt in feite 99% van de waarneembare materie. De plasmatoestand wordt echter ook op natuurlijke wijze gereproduceerd in sommige terrestrische verschijnselen. Het kan ook kunstmatig worden geproduceerd voor verschillende toepassingen.
Er is bijvoorbeeld plasma in de zon, sterren en nevels. Het is ook aanwezig in het poollicht, in bliksem en in het zogenaamde Vuur van San Telmo. Wat betreft hun kunstmatige productie, enkele voorbeelden zijn plasmatelevisies, fluorescerende buizen en plasmalampen.
De kenmerken van plasmatoestand Zij zijn:
- Het mist een gedefinieerde vorm en volume.
- De deeltjes zijn geïoniseerd.
- Het ontbreekt aan elektromagnetische balans.
- Het is een goede elektrische geleider.
- Het vormt filamenten, lagen en stralen wanneer het wordt blootgesteld aan een magnetisch veld.
Het kan je interesseren:
- vaste toestand
- Vloeibare fase
- Gasvormige toestand
- Plasma staat
Veranderingen in de stand van zaken
De veranderingen van toestanden van materie zijn processen waardoor de ruimtelijke structuur van materie van de ene toestand naar de andere kan veranderen. Ze zijn afhankelijk van variaties in omgevingscondities zoals temperatuur en/of druk.
Rekening houdend met de fundamentele toestanden van materie, zijn de veranderingen van toestand van materie: stolling, verdamping, fusie, sublimatie, inverse sublimatie, ionisatie en deïonisatie.
Smelten of smelten. Het is de overgang van de vaste toestand naar de vloeibare toestand. Het treedt op wanneer de vaste stof wordt blootgesteld aan hogere temperaturen dan normaal, totdat deze smelt. Het komt voor omdat de hoge temperaturen waaraan de vaste stof wordt blootgesteld ervoor zorgen dat de deeltjes meer scheiden en gemakkelijker bewegen.
Verharding. Solidificatie is de overgang van de vloeibare toestand naar de vaste toestand. Wanneer de temperatuur van een vloeistof daalt, beginnen de deeltjes elkaar te naderen en wordt de beweging ertussen verminderd. Bij het bereiken van het vriespunt veranderen ze in vaste materie.
Verdamping. Verdamping is de overgang van de vloeibare toestand naar de gasvormige toestand. Het treedt op wanneer de temperatuur op een voelbare manier stijgt, waardoor de interactie tussen de deeltjes wordt verbroken. Dit veroorzaakt hun scheiding en verhoogde beweging, waardoor een gas ontstaat.
condensatie. Condensatie is de overgang van de gasvormige toestand naar de vloeibare toestand. Naarmate de temperatuur daalt en/of de druk stijgt, verliezen de gasdeeltjes wat mobiliteit en komen ze dichter bij elkaar. Deze benadering verklaart de overgang van gas naar vloeistof.
Sublimatie. Sublimatie is de overgang van de vaste toestand naar de gasvormige toestand zonder door de vloeibare toestand te gaan. Het komt bijvoorbeeld voor in naftaleenbolletjes. Deze bollen die worden gebruikt om motten uit de buurt van kasten te houden, hebben de eigenschap om na verloop van tijd vanzelf te vervagen. Dit betekent dat ze van de vaste naar de gasvormige toestand gaan zonder door de vloeibare toestand te gaan.
Omgekeerde sublimatie. Het wordt inverse sublimatie, regressieve sublimatie, depositie of kristallisatie genoemd om op een directe manier van de gasvormige toestand naar de vaste toestand te veranderen.
ionisatie Ionisatie is de overgang van gas naar plasma, die optreedt wanneer gasdeeltjes elektrisch worden geladen, wat mogelijk is wanneer een gas wordt verwarmd.
Deïonisatie Deïonisatie bestaat uit de overgang van de plasmatoestand naar de gasvormige toestand. Het is daarom het tegenovergestelde proces van ionisatie.
Vervolgens presenteren we een tabel die de veranderingen in de materie samenvat en voor elke verandering een voorbeeld geeft.
| Werkwijze | Status verandering | Voorbeeld |
|---|---|---|
| Fusie | Vast tot vloeibaar. | ontdooit. |
|
stollen | Vloeibaar tot vast. | Ijs. |
| Verdamping | Vloeibaar tot gasvormig. | Water stoom. |
| condensatie | Gasvormig tot vloeistof. | Regen. |
| sublimatie | Vast tot gasvormig. | Droog ijs. |
| Omgekeerde sublimatie | Gasvormig tot vast. | Sneeuw. |
| ionisatie | Gasvormig tot plasma. | Neonreclames. |
| Deïonisatie | Plasmatisch tot gasvormig. | De rook die het gevolg is van een vlam doven. |
Het kan je interesseren:
- Veranderingen in de toestand van de materie
- Verdamping
- kokend
Nieuwe toestanden van materie
Op dit moment hebben wetenschappelijk onderzoek nieuwe toestanden van aggregatie van materie gevonden door middel van kunstmatige procedures. De bekendste zijn gebaseerd op temperatuur en zijn het Bose-Einstein-condensaat, het fermionische condensaat en de supervaste toestand.
Er worden echter nog andere theorieën over mogelijke toestanden van materie bestudeerd, zoals het Rydberg-molecuul, de Quantum Hall-toestand, fotonische materie en de druppel.
Bose-Einstein condensaat (BEC)
De toestand die bekend staat als Bose-Einstein-condensaat (BEC) treedt op wanneer bepaalde gassen worden blootgesteld aan temperaturen dicht bij het absolute nulpunt (-273,15 ° C) en een zodanige dichtheid en vriespunt bereiken dat atomen niet kunnen worden verplaatst.
Het is een toestand van materie die in 1995 kunstmatig werd bereikt. Sindsdien staat het ook bekend als de vijfde toestand van materie.
Een voorbeeld van BEC zijn materialen met supergeleiding, dat wil zeggen dat ze elektriciteit kunnen overbrengen zonder enige weerstand uit te oefenen en zonder energie te verliezen.
De kenmerken van de gecondenseerde toestand van Bose-Einstein zijn:
- De deeltjes zijn bosonen.
- Het is alleen waarneembaar op subatomair niveau.
- Het presenteert supergeleiding (nul elektrische weerstand).
- De minimale energietoestand staat bekend als de grondtoestand.
Duik in: Bose-Einstein Consensus Status
graaf van Fermi
Fermi-condensaat of fermionische condensaat is er een waar de materie supervloeibaar is, dat wil zeggen dat het geen enkele mate van viscositeit heeft. Het gedrag van de fermionische toestand is vergelijkbaar met een golf in plaats van een deeltje. Het is gerelateerd aan de staat Bose-Einstein.
De kenmerken van de fermionische condensor Zij zijn:
- De deeltjes zijn fermionen (en geen bosonen).
- Het komt voor bij temperaturen dicht bij het absolute nulpunt.
- De stabiliteit duurt zeer kort.
Super solide
De supervaste stof is een toestand waarin materie in de ruimte is gerangschikt met de eigenschappen van een supervloeibare stof. Pas in 2017 werd duidelijk bewijs van het bestaan ervan gevonden. Het is nog in onderzoek, net als andere hypothetische staten.
Zie ook:
- Eigenschappen van materie
- Intensieve en uitgebreide eigenschappen van materie
