Tabla de Contenidos
I mange sammenhenger brukes begrepene «stofffaser» og «materietilstander» om hverandre som om de var synonyme. Det samme kan sies med hensyn til faseendringer og tilstandsendringer. Imidlertid er det subtile forskjeller som gjør at disse begrepene ikke er helt like.
Deretter vil vi utforske disse forskjellene for å lære å tydelig skille når vi snakker om faser og når om materietilstander.
Hva er materiens tilstander?
Materiens tilstander er de forskjellige måtene som partiklene som utgjør den kan legges til eller settes sammen. Av denne grunn kalles de også aggregeringstilstander av materie . Disse tilstandene er i hovedsak definert basert på mobiliteten som partiklene deres presenterer i strukturen til stoffet.
I denne forstand kan det samme stoffet generelt finne følgende fire materietilstander:
- Fast tilstand: karakterisert ved å være dannet av kropper med en definert form og volum. I fast tilstand er alle partikler begrenset til en fast posisjon, med svært liten bevegelsesfrihet. Dette gir faste stoffer både et bestemt volum og en bestemt form.
- Flytende tilstand: i væsker er partiklene som utgjør et stoff svært nær hverandre, men deres forening er løs nok til å la partiklene flyte og gli fra ett sted til et annet med relativ frihet. Av denne grunn har væsker et definert volum, men ikke en definert form, og får formen til beholderen som inneholder dem.
- Gassform: I denne tilstanden er partiklene i hovedsak atskilt fra hverandre, og interagerer svært lite med hverandre. Stoffer i gassform kjennetegnes ved å ha svært lave tettheter, og ved ikke å ha en definert form eller volum.
- Plasma: Et plasma er en gassformig blanding av frie elektroner og positive ioner (kationer) som dannes ved å varme opp gasser til svært høye temperaturer. Disse temperaturene er så høye at når de kolliderer med hverandre, river atomene bokstavelig talt elektronene ut av hverandre. Saken om stjernene er i plasmatilstanden, i de fleste av dem.
Mange stoffer kan eksistere i alle disse tilstandene, mens andre ikke kan. Vann er det typiske eksempelet på et stoff som vi kan finne i fast, flytende og gasstilstand, til og med alt på samme tid under relativt normale forhold. På den annen side kan sukrose eller vanlig bordsukker eksistere i fast tilstand (som vi vanligvis finner det), og vi kan også smelte det, og dermed bli en væske som når vi lager karamell. Men hvis vi fortsetter å varme opp den smeltede sukrosen, i stedet for å bli til en gasstilstand, brytes den vanligvis ned eller karboniserer før den blir til en gasstilstand.
I tillegg til disse vanlige tilstandene, er det andre mindre vanlige tilstander som bare eksisterer under svært ekstreme temperatur- og trykkforhold. For eksempel er det Bose-Einstein-kondensatet som bare dannes ved ekstremt lave temperaturer, veldig nær absolutt null; den degenererte tilstanden til materie som eksisterer under forhold med ekstremt høye tettheter som i nøytronstjerner som dannes etter at en stjerne dør, og kvark-gluonplasmaer , som bare dannes under ekstremt høye energiforhold.
Faktorer som påvirker materietilstander
Hvorvidt et gitt stoff er i form av et fast stoff, en væske eller en gass avhenger av en konkurranse mellom krefter som prøver å holde partiklene sammen, og kreftene som har en tendens til å skille dem. Samspillskreftene som eksisterer mellom partiklene, eller kohesive krefter, har en tendens til å forene partiklene, mens termiske vibrasjoner har en tendens til å skille dem. På den annen side har høyt trykk en tendens til å bringe partiklene nærmere hverandre, noe som letter samspillet mellom partiklene og har en tendens til å kondensere dem.
Hva er fasene av materie?
Fasebegrepet er forskjellig fra statens. I fysikk og kjemi refererer en fase av materie til en del av materie eller til en sone eller region i et system der de fysiske og kjemiske egenskapene er ensartede eller homogene.
Dette kan virke som et konsept som ligner på tilstanden, siden det er tilfeller der et stoff i fysisk tilstand også er i form av en enkelt fase. Dette skjer for eksempel når det gjelder vann. Vann i gassform, det vil si vanndamp, er samtidig en fase, siden vanndamp i hovedsak er homogen. Det samme kan sies om flytende vann og is. I disse tilfellene er det å snakke om gassfasen til vann i utgangspunktet det samme som å snakke om vann i gassform.
Imidlertid er det andre stoffer som kan eksistere i forskjellige former til tross for at de er i samme tilstand. Et eksempel er silisiumoksid eller silika, som kan eksistere i forskjellige faser, alle i fast tilstand. Avhengig av temperatur- og trykkforhold kan silika eksistere som kvarts-a, kvarts-β, cristobalitt, tridymitt, coesitt og mer. Hver av disse fasene er alle i fast tilstand og hver av dem har en spesiell struktur og fysisk-kjemiske egenskaper som er forskjellige fra de andre.
Faser i flerkomponentsystemer
Materiens faser og tilstander er enkle å forstå når det gjelder rene stoffer eller systemer som består av en enkelt komponent. Men når vi blander ulike komponenter for å danne binære, ternære og mer komplekse systemer, kan uventet oppførsel av materie oppstå.
I disse tilfellene kan det dannes et stort antall ulike faser avhengig av sammensetningen av systemet og proporsjonene som de ulike komponentene finnes i. Legeringer er klare eksempler på disse komplekse systemene der vi kan oppnå radikalt forskjellige egenskaper ved å blande metaller sammen.
Fasekonseptet er også svært nyttig for å beskrive blandinger av ublandbare væsker som olje og vann. Selv om systemet som helhet er i flytende tilstand, er det tydelig at det er to distinkte faser, en dannet av oljen som flyter på toppen av den vandige fasen. Merk at det i dette tilfellet ikke gir mening å snakke om en oljeaktig eller organisk «tilstand» og en vandig «tilstand», men det gir mening å snakke om en oljeaktig eller organisk fase og en vandig fase.
Oppsummering av forskjellene mellom tilstand og fase av materie
Materiens tilstander er definert basert på mobiliteten til partiklene som utgjør den. I stedet defineres stoffets faser ut fra stoffets fysiske og kjemiske egenskaper, og flere ulike faser kan finnes med samme sammensetning og i samme aggregeringstilstand, men som imidlertid har forskjellige egenskaper.
På den annen side kan materietilstandene være fast, flytende, gass og plasma, samt andre mer eksotiske tilstander som eksisterer under ekstreme forhold. På den annen side kan flere væske- og gassfaser og flere faste faser sameksistere i samme system. Dette indikerer at begrepet materietilstand er et mer generelt eller mindre spesifikt begrep enn materiens fase.
Referanser
Forskjellen mellom fase og tilstand . (2015, 11. oktober). dokumen.tips. https://dokumen.tips/documents/difference-between-phase-and-state.html
Ehlers, EG og Potter, S. (2019, 14. november). fase – Binære systemer . Encyclopedia Britannica. https://www.britannica.com/science/phase-state-of-matter/Binary-systems
Fase av materie og tilstand av materie . (2011, 15. juni). Forskjell mellom. http://www.differencebetween.net/science/difference-between-phase-of-matter-and-state-of-matter/
Silika og helse. (2019). krystallinsk silika . SCR nettportal. https://www.siliceysalud.es/index.php/el-polvo-y-la-scr/la-silice/silice-cristalina/
Vatalis, Konstantinos & Charalambides, George & Benetis, Nikolas-Plutarch. (2015). Marked for innovative applikasjoner med høy renhetskvarts. Proceded Economics and Finance. 24. 734-742. https://www.researchgate.net/figure/Phase-diagram-of-silica_fig1_283954321
