מהם מצבי העניין:
מצבי החומר הם הצורות השונות בהן החומר מתרחש ביקום. הם ידועים גם כמצבי צבירה של חומר, מכיוון שהחלקיקים מצטברים או מתקבצים בדרכים שונות בכל מדינה.
ניתן לראות כי ישנם ארבעה מצבים בסיסיים של חומר, תוך התחשבות בצורות צבירה המתרחשות בתנאים טבעיים. מצבי היסוד של החומר הם:
- מצב מוצק.
- מצב נוזלי.
- מצב גזי.
- מצב פלזמה.
בפירוט התמונה אנו מתבוננים כיצד החלקיקים מקובצים יחד.
עם זאת, מחקרים על מצבי צבירת החומר הוארכו היום. בנוסף לאלה המתרחשים באופן טבעי, כיום אנו בוחנים את אלה המתרחשים בתנאים קיצוניים, הנגרמים במעבדה. מקבוצה זו מדענים אימתו את קיומם של שלוש מדינות חדשות: הקונדנסט של בוס-איינשטיין (BEC); הקונדנסט של פרמי והמוצק העל.
מאפייני מצבי החומר תלויים בכוח המשיכה בין החלקיקים ובניידותם. טמפרטורה ו / או לחץ הם הגורמים המשפיעים על אופן קיבוץ החלקיקים הללו ואיך שהם מתקשרים זה עם זה.
כאשר יש שינויים הגיוניים במשתני הטמפרטורה ו / או הלחץ, מתרחשים שינויים ממצב אחד של חומר למשנהו. שינויים אלה הם התמצקות, אידוי, התכה, סובלימציה, סובלימציה הפוכה, יינון ודיוניזציה.
להלן אנו מציגים טבלה השוואתית עם ההבדלים העיקריים הקיימים בין מצבי היסוד של החומר:
| תכונה |
מַצָב | מַצָב נוזל | מַצָב גזית | מַצָב פלסמטי |
|---|---|---|---|---|
| סוג החומר | עניין קבוע | נוזלים עם צמיגות | גזים | גזים חמים (עם מטען חשמלי) |
| מְשִׁיכָה בין חלקיקים | גָבוֹהַ | ביניים | קצר | קצר |
| ניידות של חלקיקים | קצר | ביניים | גָבוֹהַ | גָבוֹהַ |
| כרך | עם נפח | עם נפח | אין נפח | אין נפח |
| צוּרָה | מוּגדָר | סְתָמִי | סְתָמִי | סְתָמִי |
| דוגמא | אבנים | מים | אדי מים | טלוויזית פלזמה |
מצב מוצק
המצב המוצק הוא מצב שאנו תופסים כחומר קבוע, העומד בפני שינויים בצורתו ובנפחו. בחומר מצב מוצק, לחלקיקים יש משיכה גדולה יותר זה לזה, מה שמקטין את תנועתם ואת אפשרויות האינטראקציה. לדוגמא: סלעים, עץ, כלי מתכת, זכוכית, קרח וגרפיט, בין היתר.
ה מאפייני מצב מוצק הם:
- כוח המשיכה בין חלקיקים בודדים גדול מהאנרגיה שגורמת להפרדה.
- החלקיקים נועלים את עצמם למצב המגבילים את אנרגיית הרטט שלהם.
- הוא שומר על צורתו ונפחו.
מצב נוזלי
המצב הנוזלי תואם נוזלים שנפחם קבוע, אך מסתגל לצורת מיכלו. לדוגמא: מים, שתייה קרה, שמן ורוק.
ה מאפייני המצב הנוזלי הם:
- החלקיקים מושכים זה את זה, אך המרחק גדול יותר מאשר במוצקים.
- חלקיקים דינמיים יותר ממוצקים, אך יציבים יותר מגזים.
- יש לו נפח קבוע.
- צורתו אינה מוגבלת. לפיכך, הנוזל מקבל צורת מיכלו.
מצב גזי
המצב הגזי תואם גזים. מבחינה טכנית הוא מוגדר כקבוצת חלקיקים עם משיכה מועטה זה לזה שכאשר הם מתנגשים זה בזה, הם מתרחבים במרחב. לדוגמא: אדי מים, חמצן (O2) וגז טבעי.
ה מאפייני המצב הגזי הם:
- מרכז פחות חלקיקים ממוצקים ונוזלים.
- לחלקיקים מעט משיכה זה לזה.
- החלקיקים נמצאים בהתפשטות, ולכן הם דינמיים יותר ממוצקים וגזים.
- אין לו צורה או נפח מוגדרים.
מצב פלזמה
המצב הפלזמטי הוא מצב דומה לזה הגזי, אך יש בו חלקיקים טעונים חשמליים, כלומר מיוננים. מדובר אפוא בגזים חמים.
חומר במצב פלזמה נפוץ מאוד בחלל החיצון ומהווה, למעשה, 99% מחומרו הניתן לצפייה. עם זאת, מצב הפלזמה משוכפל באופן טבעי גם בתופעות ארציות מסוימות. ניתן לייצר אותו באופן מלאכותי לשימושים שונים.
לדוגמא, יש פלזמה בשמש, כוכבים וערפיליות. הוא קיים גם בהילות הקוטב, בברק ובמה שמכונה אש של סן טלמו. באשר לייצור המלאכותי שלהם, כמה דוגמאות הן טלוויזיות פלזמה, צינורות פלורסנט ומנורות פלזמה.
ה מאפיינים של מצב פלזמה הם:
- הוא חסר צורה ונפח מוגדרים.
- חלקיקיו מיוננים.
- הוא חסר איזון אלקטרומגנטי.
- זה מוליך חשמלי טוב.
- הוא יוצר נימים, שכבות וקרניים כאשר הוא נחשף לשדה מגנטי.
זה עשוי לעניין אותך:
- מצב מוצק
- מצב נוזלי
- מצב גזי
- מצב פלזמה
שינויים במצבי העניין
שינויי מצבי החומר הם תהליכים המאפשרים לשנות את המבנה המרחבי של החומר ממצב אחד למשנהו. הם תלויים בשונות בתנאי הסביבה כמו טמפרטורה ו / או לחץ.
אם לוקחים בחשבון את מצבי היסוד של החומר, שינויים במצב החומר הם: התמצקות, אידוי, היתוך, סובלימציה, סובלימציה הפוכה, יינון ודיוניזציה.
נמס או נמס. זהו השינוי ממצב מוצק למצב נוזלי. זה קורה כאשר המוצק נחשף לטמפרטורות גבוהות מהרגיל, עד שהוא נמס. זה קורה מכיוון שהטמפרטורות הגבוהות אליהן מוצק המוצק גורמות לחלקיקים להיפרד יותר ולעבור ביתר קלות.
התמצקות. התמצקות היא השינוי ממצב נוזלי למצב מוצק. כאשר טמפרטורת הנוזל יורדת, החלקיקים מתחילים להתקרב זה לזה והתנועה ביניהם מצטמצמת. עם הגיעם לנקודת הקפאה הם הופכים לחומר מוצק.
הִתאַדוּת. אידוי הוא השינוי ממצב נוזלי למצב גזי. זה קורה כאשר הטמפרטורה עולה בצורה הגיונית, המפרקת את האינטראקציה בין החלקיקים. זה גורם להפרדה שלהם ולתנועה מוגברת, מה שמוליד גז.
הִתְעַבּוּת. עיבוי הוא השינוי ממצב גזי למצב נוזלי. כאשר הטמפרטורה יורדת ו / או הלחץ עולה, חלקיקי הגז מאבדים מעט ניידות ומתקרבים זה לזה. קירוב זה מסביר את המעבר מגז לנוזל.
הַאֲצָלָה. סובלימציה היא שינוי ממצב מוצק למצב גזי מבלי לעבור את המצב הנוזלי. זה קורה, למשל, בספירות נפתלין. כדורים אלו המשמשים להרחקת עש מהארונות יש להם תכונה לדהות עם הזמן. משמעות הדבר היא שהם עוברים מן המוצק למצב הגזי מבלי לעבור את המצב הנוזלי.
סובלימציה הפוכה. זה נקרא סובלימציה הפוכה, סובלימציה רגרסיבית, בתצהיר או התגבשות כדי לשנות ממצב גזי למוצק בצורה ישירה.
יינון יינון הוא השינוי מגז לפלזמה, המתרחש כאשר חלקיקי גז טעונים חשמלית, וזה אפשרי כאשר מחממים גז.
דה-ייניזציה יוניזציה מורכבת מהמעבר ממצב הפלזמה למצב הגזי. זהו אפוא התהליך ההפוך ליינון.
לאחר מכן אנו מציגים טבלה המסכמת את השינויים בעניין ומציגה דוגמה לכל אחד.
| תהליך | שינוי סטטוס | דוגמא |
|---|---|---|
| היתוך | מוצק עד נוזלי. | מפשיר. |
|
התמצקות | נוזלי עד מוצק. | קרח. |
| הִתאַדוּת | נוזלי עד גזי. | אדי מים. |
| הִתְעַבּוּת | גזי עד נוזלי. | גֶשֶׁם. |
| הַאֲצָלָה | מוצק עד גזי. | קרח יבש. |
| סובלימציה הפוכה | גזי עד מוצק. | שֶׁלֶג. |
| יינון | גזי לפלזמה. | שלטי ניאון. |
| דה-ייניזציה | פלזמטי עד גזי. | העשן שנובע מ כבה להבה. |
זה עשוי לעניין אותך:
- שינויים במצב העניין
- אידוי
- רְתִיחָה
מצבים חדשים של חומר
נכון להיום, חקירות מדעיות מצאו מצבים חדשים של צבירת חומר באמצעות הליכים מלאכותיים. הידועים ביותר מבוססים על טמפרטורה והם הקונדנסט של בוס-איינשטיין, הקונדנסט הפרמיוני והמצב העל-מוצק.
עם זאת, תיאוריות אחרות לגבי מצבים אפשריים של חומר עדיין נחקרות, כמו מולקולת ריידברג, מצב אולם הקוואנטים, חומר פוטוני והטיפה.
מעובה בוס-איינשטיין (BEC)
המצב המכונה עיבוי Bose-Einstein (BEC) מתרחש כאשר גזים מסוימים נתונים לטמפרטורות הקרובות לאפס מוחלט (-273.15 מעלות צלזיוס), ומגיעים לצפיפות ונקודת הקפאה כזו שלא ניתן להזיז אטומים.
זהו מצב של חומר שהושג באופן מלאכותי בשנת 1995. מאז הוא ידוע גם כמצב החומר החמישי.
דוגמה ל- BEC הם חומרים עם מוליכות-על, כלומר, הם יכולים להעביר חשמל מבלי להפעיל התנגדות כלשהי ומבלי לאבד אנרגיה.
ה מאפייני המצב המעובה של בוס-איינשטיין הם:
- החלקיקים שלו הם בוזונים.
- ניתן לראותו רק ברמה התת-אטומית.
- הוא מציג מוליכות-על (אפס התנגדות חשמלית).
- מצב האנרגיה המינימלי שלה ידוע כמצב הקרקע.
התעמק ב: מעמד הקונצנזוס של בוס-איינשטיין
ספירת פרמי
עיבוי פרמי או עיבוי פרמיוני הוא חומר בו הנוזל נוזל, כלומר אין בו מידת צמיגות כלשהי. התנהגות המצב הפרמיוני דומה לגל ולא לחלקיק. זה קשור למדינת בוס-איינשטיין.
ה מאפייני הקבל הפרמיוני הם:
- החלקיקים שלו הם פרמיונים (ולא בוזונים).
- זה קורה בטמפרטורות הקרובות לאפס המוחלט.
- יציבותו נמשכת זמן קצר מאוד.
סופר סולידי
מוצק העל הוא מצב בו החומר מסודר במרחב עם תכונות של נוזל על. רק בשנת 2017 נמצאו עדויות ברורות לקיומה. זה עדיין בבדיקה, כמו מדינות היפותטיות אחרות.
ראה גם:
- מאפייני חומר
- תכונות אינטנסיביות ונרחבות של חומר
