Плазма, которую иногда называют четвертым состоянием вещества, состоит из ионизированного газа, в котором один или несколько электронов не связаны с молекулой или атомом. Возможно, вы никогда не увидите такое экзотическое вещество, но вы ежедневно сталкиваетесь с твердыми телами, жидкостями и газами. Многие факторы влияют на то, в каком из этих состояний существует материя.
Межмолекулярные силы в действии
Атомы, основные строительные блоки материи, объединяются, чтобы создать молекулы, такие как вода. Межмолекулярные силы (ММП) между молекулами помогают определить фазу вещества. Когда ММП слаб, вещество обычно является газом, когда атмосферное давление составляет 1 атм (единица стандартного атмосферного давления), а температура составляет 25 градусов Цельсия (77 Фаренгейтов). И наоборот, вещество, вероятно, будет твердым при том же давлении и температуре, когда ММП сильна.
Твердые вещества, жидкости, газы и частицы
Различные фазы материи ведут себя уникальным образом. В твердом теле притяжение между частицами больше, чем их энергия движения - частицы тоже близки. Частицы в жидкостях близки, но их энергия движения и притяжения примерно одинаковы. Наконец, частицы газа находятся далеко друг от друга, и их энергия притяжения меньше их энергии движения.
Фазовые переходы
Температура, давление и состав вещества влияют на то, как оно меняет фазы. Фазовая диаграмма показывает фазы, которые принимают различные вещества при различных температурах и давлениях. Испарение, конденсация, сублимация, осаждение, замерзание и плавление - вот некоторые из способов, которыми происходят фазовые изменения. Испарение происходит, когда жидкость превращается в газ, а конденсация описывает процесс, в котором газ снова превращается в жидкость. Когда вода испаряется, происходит испарение, и водяной пар может вернуться в жидкое состояние путем конденсации. Некоторые вещества, например, твердый углекислый газ (сухой лед), могут напрямую переходить из твердого состояния в газообразное - ученые называют это сублимацией. Осаждение - это обратный процесс - газ обходит жидкое состояние и превращается в твердое. Замерзание превращается из жидкого в твердое, а при плавлении из твердого в жидкое.
Различия фаз
Вещество может переходить из жидкости в газ при кипении, из жидкости в твердое при замерзании и из твердого в жидкое при плавлении. Лед, жидкая вода и водяной пар могут состоять из одних и тех же молекул, но имеют несколько важных отличий. Например, твердое тело или жидкость сложно сжать в значительной степени, но можно легко сжать газ. Жидкости и газы принимают форму своих контейнеров, а твердые тела - нет. У газов есть дополнительная способность расширяться, когда они принимают форму контейнера и соответствуют объему контейнера.