Aineen tila vs. aineen vaihe
Fysiikassa jotain, jolla on lepomassa, voidaan pitää asiana; se on ainetta maailmankaikkeudessa. Se voi olla joko pienimpiä hiukkasia tai maailmankaikkeuden suurimpia tähtiä. Asia, josta olemme huolissamme, koostuu vain 4,6%: sta maailmankaikkeudesta, ja loput massasta ovat vielä huomaamattomissa muodoissa.
Energian tavoin aine voi myös esiintyä monessa muodossa. Nämä muodot tunnetaan aineen tiloina. Aineen tilassa atomit ja molekyylit voivat olla eri kokoonpanoissa. Nämä tunnetaan vaiheina.
Mikä on aineen vaihe?
Heterogeenisen järjestelmän homogeeninen osa, joka on erotettu erotettavissa olevalla rajalla, tunnetaan faasina. Se viittaa yleensä tilavuuteen avaruudessa, jossa kaikki aineen ominaisuudet ovat tasaiset ja fysikaaliset ominaisuudet erilliset.
Harkitse esimerkiksi vedenkeittimen sisäosaa, kun vesi kiehuu. Vesi (neste) on vedenkeittimen alaosassa ja erotettu vedenkeittimen seinämillä ja veden yläpinnalla. Ja koko tällä alueella kemialliset ja fysikaaliset ominaisuudet ovat samat. Aivan veden pinnan yläpuolella alue on täynnä höyryä ja ilmaseosta. Myös tällä alueella vedenkeittimen seinät ja veden pinta luovat erotettavissa olevan rajan, ja ominaisuuksia koko alueella voidaan pitää yhtenäisinä. Tässä tapauksessa kiehuva vesi on yksi faasi ja höyry-ilmaseos on yksi faasi. Joten tätä järjestelmää voidaan pitää kaksivaiheisena järjestelmänä. Harkitse vettä ja bensiiniä, jotka on kaadettu läpinäkyvään pulloon. Tämä on myös kaksivaiheinen järjestelmä, jossa nämä kaksi nestettä erotetaan selvästi marginaalilla.
Aineen vaiheiden tutkiminen on tärkeää määritettäessä aineen fysikaalisia ominaisuuksia muunnosten jälkeen. Prosessien aikana voi tapahtua vaihesiirtymiä, ja siirtymät voidaan esittää vaihekaaviona. Vaihekaavio on kaavio, joka näyttää kuinka eri vaiheet voivat esiintyä erilaisissa tasapainotiloissa. Kun monivaiheisen järjestelmän koostumus pysyy muuttumattomana, sen sanotaan olevan vaihetasapainossa.
Mikä on aineen tila?
Eri vaiheiden aineen eri muotoja pidetään aineen tilana. Kolme klassista aineen tilaa ovat kiinteät aineet, nesteet ja kaasut.
Kiinteissä aineissa ja nesteissä molekyylien väliset voimat ovat voimakkaita ja niitä pidetään kondensoituneina tiloina. Kiinteillä aineilla on vahvimmat molekyylien väliset voimat; siksi nämä voimat pitävät rakennetta tiukasti yhdessä. Siksi kiinteän aineen muoto on muuttumaton.
Nesteissä molekyylien väliset voimat ovat suhteellisen heikkoja; siksi heitä pidetään kohtuullisesti yhdessä. Ja molekyylit voivat liukua ohi toisistaan, mutta voimat ovat riittävän voimakkaita, jotta ne eivät pääse pakenemaan. Kaasuissa molekyylien väliset voimat ovat heikkoja tasolla, jota ne pitävät hyvin kevyesti yhdessä. Ja he voivat liukua toistensa ohitse ja käyttää kokonaan äänenvoimakkuutta, johon ne laitetaan.
Aine muuttaa tilaa riippuen niiden sisäisestä energiatasosta ja lämpötilasta, joka on indikaattori sisäisestä energiasta. Korkeammassa lämpötilassa molekyylien värähtelyt ovat voimakkaita, että ne kilpailevat molekyylien välisten voimien kanssa vapautuakseen sidoksista. Kiinteissä aineissa sisäinen energia on pienempi, ja kun sisäistä energiaa lisätään tietyllä tasolla, sidokset irtoavat ja kiinteästä jäästä tulee nestemäistä. Kun sisäinen energia / lämpötila nousee edelleen, neste muuttuu kaasuksi.
Plasmaa pidetään myös aineen fysikaalisena tilana, jossa kaasun elektronit irrotetaan ja sekä elektroni että ytimet ovat erittäin korkeilla energiatasoilla. Suurin osa maailmankaikkeuden aineesta on tässä muodossa; tähtien välisessä valtavassa pilvessä, jota kutsutaan tähtienväliseksi pilveksi, ja tähdissä, joissa syntyvä lämpö muuttaa ne plasmaksi.
Lasi- ja nestekiteitä pidetään myös fysiikassa erillisinä tiloina. Ja hyvin alhaisissa lämpötiloissa aine muodostaa eri tilat supernesteinä ja Bose-Einstein-kondensaateina. Äärimmäisissä tapauksissa mustia aukkoja pidetään myös toisena aineen tilana, josta emme tiedä tarkkoja fysikaalisia ominaisuuksia.
Mitä eroa on aineen tilalla ja aineen vaiheella?
• Vaihe on alue, jolla on yhtenäiset kemialliset ja fysikaaliset ominaisuudet ja joka erotetaan erotettavissa olevilla rajoilla.
• Aineen tilat ovat muotoja, joissa eri vaiheet voivat olla olemassa. Kiinteät aineet, nesteet ja kaasut ovat yleisimmät aineen tilat maan päällä.
• Yhdessä aineen tilassa voi esiintyä monenlaisia vaiheita. Harkitse esimerkiksi pulloa, jossa on bensiiniä ja vettä. Molemmat ovat nestemäisessä tilassa, mutta eri vaiheissa. Samaa käsitettä voidaan soveltaa kiinteisiin aineisiin, vaikka kaasut yleensä rikkovat tätä, mutta eivät nimenomaisesti.
