Tabla de Contenidos
В много контексти термините „фази на материята“ и „състояния на материята“ се използват взаимозаменяемо, сякаш са синоними. Същото може да се каже по отношение на фазовите промени и промените в състоянието. Има обаче фини разлики, които правят тези термини не съвсем еднакви.
След това ще изследваме тези разлики, за да се научим ясно да разграничаваме кога говорим за фази и кога за състояния на материята.
Какви са състоянията на материята?
Състоянията на материята са различните начини, по които частиците, които я изграждат, могат да бъдат добавени или свързани заедно. Поради тази причина те се наричат още агрегатни състояния на материята . Тези състояния по същество се определят въз основа на подвижността, която техните частици представят в структурата на веществото.
В този смисъл едно и също вещество обикновено може да намери следните четири състояния на материята:
- Твърдо състояние: характеризира се с образуване от тела с определена форма и обем. В твърдо състояние всички частици са ограничени във фиксирана позиция, с много малка свобода на движение. Това дава на твърдите вещества както определен обем, така и определена форма.
- Течно състояние: в течностите частиците, които изграждат дадено вещество, са много близо една до друга, но тяхното съединение е достатъчно хлабаво, за да позволи на частиците да текат и да се плъзгат от едно място на друго с относителна свобода. Поради тази причина течностите имат определен обем, но не и определена форма, придобивайки формата на съда, който ги съдържа.
- Газообразно състояние: В това състояние частиците са по същество отделени една от друга, взаимодействайки много малко една с друга. Веществата в газообразно състояние се характеризират с много ниска плътност и липса на определена форма или обем.
- Плазма: Плазмата е газообразна смес от свободни електрони и положителни йони (катиони), които се образуват при нагряване на газове до много високи температури. Тези температури са толкова високи, че когато се сблъскат един с друг, атомите буквално изтръгват електроните един от друг. Материята на звездите е в състояние на плазма, в повечето от тях.
Много вещества могат да съществуват във всяко от тези състояния, докато други не могат. Водата е типичният пример за вещество, което можем да намерим в твърдо, течно и газообразно състояние, дори всички по едно и също време при относително нормални условия. От друга страна, захарозата или обикновената трапезна захар може да съществува в твърдо състояние (както обикновено я намираме), а също така можем да я разтопим, като по този начин се превърне в течност, както когато правим карамел. Въпреки това, ако продължим да нагряваме стопената захароза, вместо да се превърне в състояние на газ, тя обикновено се разлага или карбонизира, преди да се превърне в състояние на газ.
В допълнение към тези обичайни състояния има и други по-рядко срещани състояния, които съществуват само при много екстремни условия на температура и налягане. Например, има кондензат на Бозе-Айнщайн , който се образува само при изключително ниски температури, много близки до абсолютната нула; дегенерираното състояние на материята , което съществува при условия на изключително висока плътност, като например в неутронни звезди, които се образуват след смъртта на звезда, и кварк-глуонни плазми , които се образуват само при изключително високи енергийни условия.
Фактори, влияещи върху състоянието на материята
Дали дадено вещество е под формата на твърдо вещество, течност или газ зависи от конкуренцията между силите, които се опитват да задържат частиците му заедно, и силите, които се стремят да ги разделят. Силите на взаимодействие, които съществуват между неговите частици, или кохезионните сили, се стремят да обединят частиците, докато топлинните вибрации са склонни да ги разделят. От друга страна, високото налягане има тенденция да сближава частиците, като улеснява взаимодействието между частиците и има тенденция да ги кондензира.
Какви са фазите на материята?
Концепцията за фаза е различна от тази за състояние. Във физиката и химията фазата на материята се отнася до част от материята или до зона или регион в рамките на система, в която физичните и химичните свойства са еднакви или хомогенни.
Това може да изглежда като концепция, подобна на тази за състояние, тъй като има случаи, в които вещество във физическо състояние също е под формата на една фаза. Това се случва например в случая с водата. Водата в газообразно състояние, тоест водната пара, е в същото време фаза, тъй като водната пара е по същество хомогенна. Същото може да се каже за течна вода и лед. В тези случаи говоренето за газообразна фаза на водата е основно същото като говоренето за вода в газообразно състояние.
Има обаче други вещества, които могат да съществуват в различни форми, въпреки че са в едно и също състояние. Пример за това е силициевият оксид или силициевият диоксид, който може да съществува в различни фази, като всички те са в твърдо състояние. В зависимост от условията на температура и налягане силициевият диоксид може да съществува като кварц-a, кварц-β, кристобалит, тридимит, коезит и др. Всяка от тези фази е в твърдо състояние и всяка от тях има определена структура и физико-химични свойства , които са различни от останалите.
Фази в многокомпонентни системи
Фазите и състоянията на материята са лесни за разбиране в случаите на чисти вещества или системи, съставени от един компонент. Въпреки това, когато смесваме различни компоненти, за да образуваме двоични, троични и по-сложни системи, може да възникне неочаквано поведение на материята.
В тези случаи могат да се образуват голям брой различни фази в зависимост от състава на системата и пропорциите, в които се намират различните компоненти. Сплавите са ясни примери за тези сложни системи, в които можем да получим коренно различни свойства чрез смесване на метали заедно.
Концепцията за фазите също е много полезна за описване на смеси от несмесващи се течности като масло и вода. Въпреки че като цяло системата е в течно състояние, очевидно е, че има две отделни фази, едната образувана от маслото, плаващо върху водната фаза. Обърнете внимание, че в този случай няма смисъл да се говори за маслено или органично „състояние“ и водно „състояние“, но има смисъл да се говори за маслена или органична фаза и водна фаза.
Обобщение на разликите между състояние и фаза на материята
Състоянията на материята се определят въз основа на подвижността на частиците, които я изграждат. Вместо това, фазите на материята се дефинират от гледна точка на физичните и химичните свойства на материята и могат да бъдат намерени няколко различни фази със същия състав и в едно и също състояние на агрегиране, но които обаче имат различни свойства.
От друга страна, състоянията на материята могат да бъдат твърдо, течно, газообразно и плазмено, както и други по-екзотични състояния, които съществуват в екстремни условия. От друга страна, няколко течни и газови фази и множество твърди фази могат да съществуват едновременно в една и съща система. Това показва, че понятието състояние на материята е по-общо или по-малко конкретно понятие от фазата на материята.
Препратки
Разлика между фаза и състояние . (2015, 11 октомври). dokument.tips. https://dokumen.tips/documents/difference-between-phase-and-state.html
Ehlers, EG и Potter, S. (2019, 14 ноември). фаза – Двоични системи . Енциклопедия Британика. https://www.britannica.com/science/phase-state-of-matter/Binary-systems
Фаза на материята и състояние на материята . (2011, 15 юни). Разлика между. http://www.differencebetween.net/science/difference-between-phase-of-matter-and-state-of-matter/
Силициев диоксид и здраве. (2019 г.). кристален силициев диоксид . SCR уеб портал. https://www.siliceysalud.es/index.php/el-polvo-y-la-scr/la-silice/silice-cristalina/
Ваталис, Константинос и Хараламбид, Георги и Бенетис, Николай-Плутарх. (2015). Пазар на иновативни приложения на кварц с висока чистота. Продължава икономика и финанси. 24. 734-742. https://www.researchgate.net/figure/Phase-diagram-of-silica_fig1_283954321
