Czasami nazywana czwartym stanem materii, plazma składa się ze zjonizowanego gazu, w którym jeden lub więcej elektronów nie jest związanych z cząsteczką lub atomem. Możesz nigdy nie zaobserwować tak egzotycznej substancji, ale codziennie napotykasz ciała stałe, ciecze i gazy. Wiele czynników wpływa na to, w którym z tych stanów istnieje materia.
Działające siły międzycząsteczkowe
Atomy, podstawowe elementy budulcowe materii, łączą się, tworząc cząsteczki, takie jak woda. Siły międzycząsteczkowe (IMF) między cząsteczkami pomagają określić fazę substancji. Gdy MFW jest słaby, substancja jest zwykle gazem, gdy ciśnienie atmosferyczne wynosi 1 atm (jednostka standardowego ciśnienia atmosferycznego), a temperatura wynosi 25 stopni Celsjusza (77 Fahrenheita). I odwrotnie, substancja prawdopodobnie będzie ciałem stałym przy tym samym ciśnieniu i temperaturze, gdy MFW jest silny.
Ciała stałe, ciecze, gazy i cząstki
Różne fazy materii zachowują się w wyjątkowy sposób. W ciele stałym przyciąganie między cząstkami jest większe niż ich energia ruchu – cząstki również są blisko siebie. Cząsteczki w cieczach są blisko siebie, ale ich energia ruchu i przyciągania są mniej więcej takie same. Wreszcie, cząstki gazu są daleko od siebie, a ich energia przyciągania jest mniejsza niż energia ruchu.
Przejścia fazowe
Temperatura, ciśnienie i skład substancji wpływają na sposób, w jaki zmienia ona fazy. Diagram fazowy pokazuje fazy, które przyjmują różne substancje w różnych temperaturach i ciśnieniach. Parowanie, kondensacja, sublimacja, osadzanie, zamrażanie i topienie to tylko niektóre ze sposobów zachodzenia zmian fazowych. Parowanie ma miejsce, gdy ciecz zamienia się w gaz, podczas gdy kondensacja opisuje proces, w którym gaz zamienia się z powrotem w ciecz. Kiedy woda wyparowuje, następuje parowanie, a para wodna może powrócić do stanu ciekłego poprzez kondensację. Niektóre substancje, takie jak stały dwutlenek węgla (suchy lód) mogą przechodzić bezpośrednio ze stanu stałego do stanu gazowego – naukowcy nazywają to sublimacją. Osadzanie jest procesem odwrotnym – gaz omija stan ciekły i przechodzi w ciało stałe. Zamrażanie zmienia się ze stanu ciekłego w stały, a topnienie ze stałego w płynny.
Różnice fazowe
Substancja może przejść ze stanu ciekłego w gaz przez gotowanie, ze stanu ciekłego w stały przez zamrażanie i ze stałego w płynny przez stopienie. Lód, ciekła woda i para wodna mogą składać się z tych samych cząsteczek, ale różnią się pod kilkoma ważnymi względami. Na przykład trudno jest w dużym stopniu skompresować ciało stałe lub ciecz, ale łatwo można skompresować gaz. Ciecze i gazy przyjmują kształt swoich pojemników, ale ciała stałe nie. Gazy mają dodatkową zdolność rozszerzania się, gdy przybierają kształt pojemnika i dopasowują się do jego objętości.