Az anyag állapota kontra az anyag fázisa
A fizikában valami, aminek nyugalmi tömege van, anyagnak tekinthető; ez egy anyag az univerzumban. Lehetnek a világegyetem legkisebb tömegű részecskéi vagy a legnagyobb csillagok. Az aggodalomra okot adó anyag az univerzumnak csak 4,6%-át teszi ki, a tömeg többi része pedig még kimutathatatlan formában van.
Az energiához hasonlóan az anyag is sokféle formában létezhet. Ezeket a formákat anyagállapotoknak nevezzük. Egy halmazállapoton belül az atomok és molekulák különböző konfigurációkat vehetnek fel. Ezeket fázisoknak nevezzük.
Mi az anyag fázisa?
A heterogén rendszer homogén részét, amelyet megkülönböztethető határvonal választ el, fázisnak nevezzük. Általában egy térbeli térfogatra utal, ahol az anyag összes tulajdonsága egységes, a fizikai tulajdonságok pedig eltérőek.
Vegyük például a vízforraló belsejét, amikor a víz forr. A víz (a folyadék) a kanna alsó részét foglalja el, és a vízforraló falai és a felső vízfelület választja el egymástól. És az egész régióban a kémiai és fizikai tulajdonságok egységesek. Közvetlenül a vízfelszín felett a területet gőz és levegő keveréke tölti meg. Ezen a vidéken is jól megkülönböztethető határvonalat hoz létre a bogrács fala és a vízfelület, a tulajdonságok az egész régióban egységesnek tekinthetők. Ebben az esetben a forrásban lévő víz egy fázis, a gőzlevegő keverék pedig egy fázis. Tehát ez a rendszer kétfázisú rendszernek tekinthető. Vegye figyelembe a vizet és a benzint egy átlátszó palackba öntve. Ez is egy kétfázisú rendszer, ahol a két folyadékot egy margó egyértelműen elválasztja.
Az anyag fázisainak vizsgálata fontos az anyag átalakulások utáni fizikai tulajdonságainak meghatározásához. A folyamatok során fázisátalakulások léphetnek fel, az átmenetek fázisdiagrammal ábrázolhatók. A fázisdiagram egy diagram, amely bemutatja, hogyan fordulhatnak elő különböző fázisok különböző egyensúlyi körülmények között. Ha egy többfázisú rendszer összetétele változatlan marad, akkor azt mondjuk, hogy fázisegyensúlyban van.
Mi az a helyzet?
Az anyag különböző fázisaiban felvehető különböző formáit az anyag állapotának tekintjük. Az anyag három klasszikus halmazállapota a szilárd, folyékony és gáz.
Szilárd és folyékony anyagokban az intermolekuláris erők erősek, és kondenzált állapotnak minősülnek. A szilárd anyagok rendelkeznek a legerősebb intermolekuláris erőkkel; ezért a szerkezetet ezek az erők szorosan összetartják. Ezért a szilárd test alakja változatlan.
A folyadékokban az intermolekuláris erők viszonylag gyengék; ezért mérsékelten összetartanak. És a molekulák el tudnak csúszni egymás mellett, de az erők elég erősek ahhoz, hogy ne engedjék elszökni őket. A gázokban az intermolekuláris erők olyan gyengék, hogy nagyon enyhén összetartják őket. És elcsúszhatnak egymás mellett, és teljesen elfoglalhatják a behelyezett hangerőt.
Az anyag állapotát a belső energiaszinttől és a hőmérséklettől függően változtatja, ami a belső energia mutatója. Magasabb hőmérsékleten a molekulákban lévő rezgések erősek, így azok intermolekuláris erőkkel versenyeznek a kötésekből való felszabadulásért. Szilárd anyagokban a belső energia alacsonyabb, és ha a belső energia egy adott szinten nő, a kötések meglazulnak, és a szilárd jég folyékony lesz. A belső energia/hőmérséklet további növekedésével a folyadék gázzá alakul.
A plazmát az anyag fizikai állapotának is tekintik, ahol a gáz elektronjait lecsupaszítják, és mind az elektronok, mind az atommagok nagyon magas energiaszinten vannak. A világegyetem anyagának nagy része ebben a formában van; a csillagok közötti hatalmas felhőkben, amelyeket csillagközi felhőknek neveznek, és a csillagokban, ahol a keletkező hő plazmává változtatja őket.
A fizikában az üveg és a folyadékkristályok is külön állapotnak számítanak. És nagyon alacsony hőmérsékleten az anyag szuperfolyadékként és Bose-Einstein kondenzátumként különböző állapotokat hoz létre. Szélsőséges esetekben a fekete lyukakat egy másik halmazállapotnak is tekintik, amelynek pontos fizikai tulajdonságait nem ismerjük.
Mi a különbség az anyag állapota és az anyag fázisa között?
• A fázis egységes kémiai és fizikai tulajdonságokkal rendelkező régió, amelyet megkülönböztethető határok választanak el.
• Az anyag állapotai azok a formák, amelyekben különböző fázisok létezhetnek. A szilárd, folyékony és gáz halmazállapotú anyagok a Földön a leggyakoribb halmazállapotok.
• Egy halmazállapotban a fázisok számos formája létezhet. Vegyük például a palackot benzinnel és vízzel. Mindkettő folyékony állapotban van, de különböző fázisokban. Ugyanez a koncepció alkalmazható szilárd anyagokra is, bár a gázok hajlamosak ezt megsérteni, de nem kifejezetten.
