Agregatno stanje

Portal "Fizika"
Odjeljak posvećen isključivo fizici

Agregatna stanja - klasična fizika poznaje četri agregatna stanja:

Većina supstanci prelazi iz čvrstog stanja zagrijavanjem u tečno, a temperaturu pri kojoj se dešava taj prijelaz nazivamo talištem ili tačkom topljenja, i daljnjim zagrijavanjem supstanca prelazi iz tečnog stanja u gasovito (odgovarajuću temperaturu nazivamo vrelištem ili tačkom ključanja).

Neke tvari prelazi direktno iz čvrstog u gasovito stanje, tj. ne postoje u tekućem stanju i takva promjena se naziva sublimacija.

Osim ovih osnovnih stanja koja susrećemo u okolini i čije su osobine dobro poznate, tvari pri izuzetno niskim ili visokim temperaturama odstupaju od klasičnih modela, i danas su poznata i sljedeća stanja:

tekući kristali
superfluidi ili supertekućine

Pored ovoga neka stanja postoje samo u ekstremnim uslovima, kao što su Bose-Einstein kondenzati (u ekstremnoj hladnoći), neutronska degenerisana materija (u ekstremnoj gustoći) i kvark-gluonska plazma (pri izuzetno visokoj energiji).

Historijski gledano, razlika je napravljena na osnovu kvalitativnih razlika u svojstvima. Materija u čvrstom stanju održava fiksni volumen (pod pretpostavkom da nema promjene temperature ili pritiska zraka) i oblik, pri čemu su čestice komponenti (atomi, molekuli ili joni) bliske jedna drugoj i fiksne na svom mjestu. Materija u tečnom stanju održava fiksni volumen (pod pretpostavkom da nema promjene temperature ili pritiska zraka), ali ima promjenjiv oblik koji se prilagođava svom spremniku. Njegove čestice su i dalje blizu jedna drugoj, ali se slobodno kreću. Materija u gasovitom stanju ima i promjenjivu zapreminu i oblik, prilagođavajući se i jednom i drugom da odgovaraju svom spremniku. Njegove čestice nisu ni blizu ni fiksane na mjestu. Materija u stanju plazme ima promjenjiv volumen i oblik, te sadrži neutralne atome, kao i značajan broj jona i elektrona, od kojih se oba mogu slobodno kretati.

Termin "faza" se ponekad koristi kao sinonim za stanje materije, ali moguće je da jedno jedinjenje formira različite faze koje su u istom stanju materije. Na primjer, led je čvrsto stanje vode, ali postoji više faza leda s različitim kristalnim strukturama, koje nastaju pri različitim pritiscima i temperaturama.

Četri osnovna stanja

Čvrsto

U čvrstoj materiji, sastavne čestice (joni, atomi ili molekuli) su tijesno zbijeni jedni uz druge. Sile između čestica su toliko jake da se čestice ne mogu slobodno kretati već mogu samo vibrirati. Kao rezultat toga, čvrsta masa ima stabilan, određen oblik i određeni volumen. Čvrste tvari mogu promijeniti svoj oblik samo pod utjecajem vanjske sile, na primjer kada su slomljene ili izrezane.

U kristalnim čvrstim materijama, čestice (atomi, molekuli ili joni) se pakuju u pravilno uređenom, ponavljajućem uzorku. Postoje različite kristalne strukture, a ista supstanca može imati više od jedne strukture (ili čvrste faze). Na primjer, željezo ima kubičnu strukturu usmjerenu na tijelo na temperaturama ispod 912 °C, a kubičnu strukturu usmjerenu na lice između 912 i 1.394 °C. Led ima petnaest poznatih kristalnih struktura, ili petnaest čvrstih faza, koje postoje na različitim temperaturama i pritiscima.^[1]

Stakla i druge nekristalne, amorfne čvrste materije bez dalekosežnog reda nisu osnovna stanja termičke ravnoteže; te su u nastavku opisana kao neklasična stanja materije.

Čvrste tvari se topljenjem mogu pretvoriti u tekućine, a tečnosti se mogu pretvoriti u čvrste tvari smrzavanjem. Čvrste materije se takođe mogu direktno pretvarati u gasove kroz proces sublimacije, a gasovi se takođe mogu direktno pretvarati u čvrste materije taloženjem.

Tekuće

Tečnost je skoro nemoguće dodatni zbiti, koja je u skladu sa oblikom svoje posude, ali zadržava (skoro) konstantan volumen nezavisno od pritiska. Volumen je definitivan ako su temperatura i pritisak konstantni. Kada se čvrsta materija zagrije iznad tačke topljenja, ona postaje tečna, s obzirom da je pritisak veći od trostruke tačke supstance. Međumolekularne (ili interatomske ili interionske) sile su još uvijek važne, ali molekule imaju dovoljno energije da se kreću jedna u odnosu na drugu i struktura je pokretna. To znači da oblik tečnosti nije određen već je određen njenom posudom. Volumen je obično veći od volumena odgovarajuće čvrste tvari, a najpoznatiji izuzetak je voda, H2O. Najviša temperatura na kojoj određena tečnost može postojati je njena kritična temperatura.^[2]

Gasovito

Gas je kompresibilna tekućina. Ne samo da će plin biti u skladu s oblikom svoje posude, već će se i proširiti kako bi napunio posudu.

U plinu, molekuli imaju dovoljno kinetičke energije tako da je učinak međumolekularnih sila mali (ili nula za idealni plin), a tipična udaljenost između susjednih molekula je mnogo veća od veličine molekula. Gas nema određeni oblik ili zapreminu, već zauzima čitavu posudu u kojoj je zatvoren. Tečnost se može pretvoriti u gas zagrijavanjem pri konstantnom pritisku do tačke ključanja, ili smanjenjem pritiska na konstantnoj temperaturi.

Na temperaturama ispod kritične temperature, gas se naziva i para i može se ukapniti samo kompresijom bez hlađenja. Para može postojati u ravnoteži sa tečnošću (ili čvrstim), u kom slučaju je pritisak gasa jednak pritisku pare tečnosti (ili čvrste materije).

Superkritični fluid (SCF) je gas čija su temperatura i pritisak iznad kritične temperature i kritičnog pritiska. U ovom stanju nestaje razlika između tečnosti i gasa. Superkritični fluid ima fizička svojstva gasa, ali njegova velika gustoća daje svojstva rastvarača u nekim slučajevima, što dovodi do korisnih primjena. Na primjer, superkritični ugljik dioksid se koristi za ekstrakciju kofeina u proizvodnji kafe bez kofeina.^[3]

Plazma

Poput gasa, plazma nema određeni oblik ili zapreminu. Za razliku od plinova, plazma je električno provodljiva, proizvodi magnetna polja i električne struje i snažno reaguje na elektromagnetne sile. Pozitivno nabijena jezgra plivaju u "moru" slobodno pokretnih disasociranih elektrona, slično načinu na koji takvi naboji postoje u provodljivom metalu, gdje ovo elektronsko "more" dozvoljava materiji u stanju plazme da provodi električnu energiju.

Gas se obično pretvara u plazmu na jedan od dva načina, bilo iz ogromne razlike napona između dvije tačke ili izlaganjem ekstremno visokim temperaturama. Zagrijavanje materije na visoke temperature uzrokuje da elektroni napuste atome, što rezultira prisustvom slobodnih elektrona. Ovo stvara takozvanu djelomično joniziranu plazmu. Na vrlo visokim temperaturama, kao što su one prisutne u zvijezdama, pretpostavlja se da su u suštini svi elektroni "slobodni" i da je plazma vrlo visoke energije u suštini gola jezgra koja pliva u moru elektrona. Time se formira takozvana potpuno jonizovana plazma.

Stanje plazme je često pogrešno shvaćeno, i iako ne postoji slobodno u normalnim uslovima na Zemlji, prilično je često generisano ili munjama, električnim varnicama, fluorescentnim svjetlima, neonskim svjetlima ili u plazma televizorima. Sunčeva korona, neke vrste plamena i zvijezde su primjeri osvijetljene materije u stanju plazme.

Reference

^ M.A. Wahab (2005). Solid State Physics: Structure and Properties of Materials. Alpha Science. str. 1–3. ISBN 978-1-84265-218-3
^ F. White (2003). Fluid Mechanics. McGraw-Hill. p. 4. ISBN 978-0-07-240217-9
^ G. Turrell (1997). Gas Dynamics: Theory and Applications. John Wiley & Sons. str. 3–5. ISBN 978-0-471-97573-1

Commons logo

Commons ima datoteke na temu: Agregatno stanje

[1] M.A. Wahab (2005). Solid State Physics: Structure and Properties of Materials. Alpha Science. str. 1–3. ISBN 978-1-84265-218-3

[2] F. White (2003). Fluid Mechanics. McGraw-Hill. p. 4. ISBN 978-0-07-240217-9

[3] G. Turrell (1997). Gas Dynamics: Theory and Applications. John Wiley & Sons. str. 3–5. ISBN 978-0-471-97573-1

[1]

[2]

[3]