Οι ιδιότητες στερεών, υγρών και αερίων

Μερικές φορές ονομάζεται τέταρτη κατάσταση ύλης, το πλάσμα αποτελείται από ιονισμένο αέριο όπου ένα ή περισσότερα ηλεκτρόνια δεν συνδέονται με ένα μόριο ή άτομο. Μπορεί να μην παρατηρήσετε ποτέ μια τέτοια εξωτική ουσία, αλλά συναντάτε στερεά, υγρά και αέρια καθημερινά. Πολλοί παράγοντες επηρεάζουν σε ποια από αυτές τις καταστάσεις υπάρχει ύλη.

Τα άτομα, τα βασικά δομικά στοιχεία της ύλης, συνδυάζονται για να δημιουργήσουν μόρια όπως το νερό. Οι διαμοριακές δυνάμεις (IMF) μεταξύ των μορίων βοηθούν στον προσδιορισμό της φάσης μιας ουσίας. Όταν το ΔΝΤ είναι ασθενές, μια ουσία είναι συνήθως αέριο όταν η ατμοσφαιρική πίεση είναι 1 atm (μια μονάδα τυπικής ατμοσφαιρικής πίεσης) και η θερμοκρασία είναι 25 βαθμοί Κελσίου (77 Φαρενάιτ). Αντίθετα, η ουσία πιθανότατα θα είναι ένα στερεό στην ίδια πίεση και θερμοκρασία όταν το ΔΝΤ είναι ισχυρό.

Διαφορετικές φάσεις της ύλης συμπεριφέρονται με μοναδικούς τρόπους. Σε ένα στερεό, η έλξη μεταξύ των σωματιδίων είναι μεγαλύτερη από την ενέργεια κίνησής τους - τα σωματίδια είναι επίσης κοντά. Τα σωματίδια στα υγρά είναι κοντά, αλλά η ενέργεια κίνησης και έλξης είναι σχεδόν ίδια. Τέλος, τα σωματίδια αερίου είναι πολύ μακριά και η ενέργεια έλξης τους είναι μικρότερη από την ενέργεια κίνησής τους.

Η θερμοκρασία, η πίεση και η σύνθεση μιας ουσίας επηρεάζουν τον τρόπο που αλλάζει φάσεις. Ένα διάγραμμα φάσεων δείχνει τις φάσεις που αναλαμβάνουν διαφορετικές ουσίες σε διάφορες θερμοκρασίες και πιέσεις. Η εξάτμιση, η συμπύκνωση, η εξάχνωση, η απόθεση, η κατάψυξη και η τήξη είναι μερικοί από τους τρόπους με τους οποίους συμβαίνουν αλλαγές φάσης. Η εξάτμιση συμβαίνει όταν το υγρό μετατρέπεται σε αέριο, ενώ η συμπύκνωση περιγράφει τη διαδικασία με την οποία το αέριο μετατρέπεται σε υγρό. Όταν το νερό εξατμίζεται, συμβαίνει εξάτμιση και οι υδρατμοί μπορούν να επιστρέψουν στην υγρή κατάσταση με συμπύκνωση. Ορισμένες ουσίες, όπως το στερεό διοξείδιο του άνθρακα (ξηρός πάγος) μπορούν να περάσουν απευθείας από τη στερεά κατάσταση στην κατάσταση του αερίου - οι επιστήμονες το αποκαλούν εξάχνωση. Η εναπόθεση είναι η αντίθετη διαδικασία - ένα αέριο παρακάμπτει την υγρή κατάσταση και μετατρέπεται σε στερεό. Η κατάψυξη αλλάζει από υγρό σε στερεό και η τήξη αλλάζει από στερεό σε υγρό.

Μια ουσία μπορεί να μεταβεί από υγρό σε αέριο με βρασμό, από υγρό σε στερεό με κατάψυξη και από στερεό σε υγρό με τήξη. Ο πάγος, το υγρό νερό και οι υδρατμοί μπορεί να αποτελούνται από τα ίδια μόρια, αλλά διαφέρουν με διάφορους σημαντικούς τρόπους. Για παράδειγμα, είναι δύσκολο να συμπιέσετε ένα στερεό ή υγρό σε μεγάλο βαθμό, αλλά μπορείτε εύκολα να συμπιέσετε ένα αέριο. Τα υγρά και τα αέρια έχουν το σχήμα των δοχείων τους, αλλά τα στερεά δεν το κάνουν. Τα αέρια έχουν μια πρόσθετη ικανότητα επέκτασης όταν αναλαμβάνουν το σχήμα ενός δοχείου και ταιριάζουν με τον όγκο του δοχείου.