Materia este „chestiile” care alcătuiesc universul - tot ceea ce ocupă spațiul și are masă este materie.
Toată materia este formată din atomi, care la rândul lor sunt alcătuiți din protoni, neutroni și electroni.
Atomii se reunesc pentru a forma molecule, care sunt blocurile de construcție pentru toate tipurile de materie, potrivit Universității de Stat din Washington. Atat atomii cat si moleculele sunt tinute impreuna de o forma de energie potentiala numita energie chimica. Spre deosebire de energia cinetică, care este energia unui obiect în mișcare, energia potențială este energia stocată într-un obiect.
Cele cinci faze ale materiei
Există patru stări naturale ale materiei: solide, lichide, gaze și plasmă. Al cincilea stat este condensatul Bose-Einstein creat de om.
solide
Într-un solid, particulele sunt împachetate strâns, astfel încât să nu se miște mult. Electronii fiecărui atom se află în mișcare constantă, astfel încât atomii au o vibrație mică, dar sunt fixați în poziția lor. Din această cauză, particulele dintr-un solid au o energie cinetică foarte mică.
Solidele au o formă certă, precum și masa și volumul și nu se conformează formei containerului în care sunt amplasate. Solidele au, de asemenea, o densitate ridicată, ceea ce înseamnă că particulele sunt bine împachetate împreună.
lichide
Într-un lichid, particulele sunt ambalate mai slab decât într-un solid și sunt capabile să curgă una în jurul celuilalt, oferind lichidului o formă nedeterminată. Prin urmare, lichidul se va conforma cu forma recipientului său.
La fel ca solidele, lichidele (majoritatea având o densitate mai mică decât solidele) sunt incredibil de greu de comprimat.
gaze
Într-un gaz, particulele au o mare cantitate de spațiu între ele și au o energie cinetică ridicată. Un gaz nu are o formă sau volum definit. Dacă sunt neconfinate, particulele unui gaz se vor răspândi la nesfârșit; dacă este limitat, gazul se va extinde pentru a-și umple recipientul. Când un gaz este pus sub presiune prin reducerea volumului recipientului, spațiul dintre particule este redus și gazul este comprimat.
Plasma
Plasma nu este o stare comună a materiei aici pe Pământ, dar poate fi cea mai comună stare a materiei din univers, potrivit laboratorului Jefferson. Stelele sunt esențial bile supraîncălzite de plasmă.
Plasma constă din particule foarte încărcate cu o energie cinetică extrem de ridicată. Gazele nobile (heliu, neon, argon, kripton, xenon și radon) sunt adesea folosite pentru a face semne strălucitoare prin utilizarea electricității pentru ionizarea lor în starea plasmatică.
Condensatul de Bose-Einstein
Condensatul Bose-Einstein (BEC) a fost creat de oamenii de știință în 1995. Folosind o combinație de lasere și magneți, Eric Cornell și Carl Weiman, oameni de știință de la Institutul comun pentru astrofizică de laborator (JILA) din Boulder, Colorado, au răcit un eșantion de rubidiu până la câteva grade de zero absolut. La această temperatură extrem de scăzută, mișcarea moleculară se apropie foarte mult de oprire. Deoarece nu există aproape nici o energie cinetică transferată de la un atom la altul, atomii încep să se aglomereze. Nu mai există mii de atomi separați, ci doar un „super atom”.
Un BEC este utilizat pentru a studia mecanica cuantică la nivel macroscopic. Lumina pare să încetinească pe măsură ce trece printr-un BEC, permițând oamenilor de știință să studieze paradoxul particulelor / undelor. Un BEC are, de asemenea, multe dintre proprietățile unui superfluid sau un fluid care curge fără frecare. BEC-urile sunt de asemenea utilizate pentru a simula condițiile care ar putea exista în găurile negre.
Trecând printr-o fază
Adăugarea sau eliminarea energiei din materie provoacă o schimbare fizică pe măsură ce materia trece dintr-o stare în alta. De exemplu, adăugarea de energie termică (căldură) în apa lichidă face ca ea să devină abur sau vapori (un gaz). Și eliminarea energiei din apa lichidă face ca ea să devină gheață (un solid). Modificările fizice pot fi, de asemenea, cauzate de mișcare și presiune.
Topirea și înghețarea
Când căldura este aplicată pe un solid, particulele sale încep să vibreze mai repede și să se deplaseze mai departe. Când substanța atinge o anumită combinație de temperatură și presiune, punctul său de topire, solidul va începe să se topească și să se transforme într-un lichid.
Atunci când două stări de materie, cum ar fi solidul și lichidul, sunt la temperatura și presiunea de echilibru, căldura suplimentară adăugată în sistem nu va determina temperatura totală a substanței să crească până când întreaga probă nu atinge aceeași stare fizică. De exemplu, atunci când puneți gheață într-un pahar cu apă și lăsați-o afară la temperatura camerei, gheața și apa vor ajunge în cele din urmă la aceeași temperatură. Pe măsură ce gheața se topește din căldura care vine din apă, va rămâne la zero grade Celsius până când întregul cub de gheață se va topi înainte de a continua să se încălzească.
Când căldura este îndepărtată dintr-un lichid, particulele sale încetinesc și încep să se așeze într-o singură locație în interiorul substanței. Când substanța atinge o temperatură suficient de rece la o anumită presiune, punctul de îngheț, lichidul devine un solid.
Majoritatea lichidelor se contractă pe măsură ce îngheață. Apa, însă, se extinde atunci când îngheață în gheață, determinând moleculele să se împingă mai departe și să scadă densitatea, motiv pentru care gheața plutește deasupra apei.
Adăugarea de substanțe suplimentare, cum ar fi sarea în apă, poate modifica atât punctele de topire cât și cele de îngheț. De exemplu, adăugarea de sare la zăpadă va scădea temperatura pe care apa o îngheață pe drumuri, ceea ce va face mai sigur pentru șoferi.
Există, de asemenea, un punct, cunoscut sub numele de punct triplu, în care solidele, lichidele și gazele există toate simultan. Apa, de exemplu, există în toate cele trei stări la o temperatură de 273,16 Kelvin și o presiune de 611,2 pascali.
sublimare
Când un solid este transformat direct într-un gaz fără a trece printr-o fază lichidă, procesul este cunoscut sublimarea. Acest lucru poate apărea fie atunci când temperatura eșantionului este rapid crescută dincolo de punctul de fierbere (vaporizarea rapidă) sau când o substanță este „uscată prin congelare” prin răcirea acesteia în condiții de vid, astfel încât apa din substanță suferă sublimare și este eliminată din proba. Câteva substanțe volatile vor suferi sublimare la temperatura și presiunea camerei, cum ar fi dioxidul de carbon congelat sau gheața uscată.
Vaporizare
Vaporizarea este transformarea unui lichid în gaz și poate apărea fie prin evaporare, fie prin fierbere.
Deoarece particulele unui lichid sunt în mișcare constantă, acestea se ciocnesc frecvent unele cu altele. Fiecare coliziune determină, de asemenea, transferul de energie și, atunci când este transferată suficientă energie către particule din apropierea suprafeței, acestea pot fi eliminate complet de probă ca particule libere de gaz. Lichidele se răcesc pe măsură ce se evaporă, deoarece energia transferată către moleculele de suprafață, care provoacă scăparea lor, este îndepărtată cu ele.
Lichidul fierbe când se adaugă suficientă căldură la un lichid pentru a provoca bule de vapori sub suprafață. Acest punct de fierbere este temperatura și presiunea la care un lichid devine gaz.
Condensarea și depunerea
Condensarea apare atunci când un gaz pierde energie și se reunesc pentru a forma un lichid. De exemplu, vaporii de apă se condensează în apă lichidă.
Depunerea se produce atunci când un gaz se transformă direct într-un solid, fără a trece prin faza lichidă. Vaporii de apă devin gheață sau îngheț atunci când aerul care atinge un solid, cum ar fi o lamă de iarbă, este mai rece decât restul de aer.
