Materie: Definitie En De Vijf Staten Van De Materie

{h1}

Materie is het 'spul' van het universum. Er zijn vijf bekende fasen, of toestanden, van materie: vaste stoffen, vloeistoffen, gassen, plasma en bose-einstein-condensaten.

Lichamelijke wetenschap, die chemie en fysica omvat, wordt meestal beschouwd als de studie van de aard en eigenschappen van materie en energie in niet-levende systemen. Materie is het 'spul' van het universum - de atomen, moleculen en ionen waaruit alle fysieke substanties bestaan. Materie is alles dat massa heeft en ruimte in beslag neemt.

Energie is het vermogen om verandering te veroorzaken. Energie kan niet worden gemaakt of vernietigd; het kan alleen worden bewaard en omgezet van de ene vorm naar de andere. "Potentiële energie" is de energie die in een object wordt opgeslagen vanwege zijn positie - een emmer met water, uitgebalanceerd over een deuropening, heeft bijvoorbeeld de potentieel vallen. "Kinetische energie" is energie die in beweging is en veranderingen veroorzaakt. Elk voorwerp of deeltje dat in beweging is, heeft kinetische energie gebaseerd op zijn massa en snelheid. Kinetische energie kan worden omgezet in andere vormen van energie, zoals elektrische energie en thermische energie.

Vijf fasen

Er zijn vijf bekende fasen, of toestanden, van materie: vaste stoffen, vloeistoffen, gassen, plasma en Bose-Einstein-condensaten. Het grootste verschil in de structuren van elke staat is de dichtheid van de deeltjes.

Solids

In een vaste stof zitten deeltjes dicht opeengepakt, zodat ze niet veel kunnen bewegen. Deeltjes van een vaste stof hebben een zeer lage kinetische energie. De elektronen van elk atoom zijn in beweging, dus de atomen hebben een kleine trilling, maar ze zijn in hun positie gefixeerd. Vaste lichamen hebben een bepaalde vorm. Ze komen niet overeen met de vorm van de container waarin ze zijn geplaatst. Ze hebben ook een bepaald volume. De deeltjes van een vaste stof zijn al zo strak opeengepakt dat toenemende druk de vaste stof niet comprimeert tot een kleiner volume. [Verwante: Eigenschappen van Materie: Solids]

vloeistoffen

In de vloeibare fase hebben de deeltjes van een stof meer kinetische energie dan die in een vaste stof. De vloeibare deeltjes worden niet op een regelmatige manier vastgehouden, maar zijn nog steeds zeer dicht bij elkaar zodat vloeistoffen een bepaald volume hebben. Vloeistoffen, zoals vaste stoffen, kunnen niet worden samengeperst. Deeltjes van een vloeistof hebben net voldoende ruimte om rond elkaar te vloeien, dus vloeistoffen hebben een onbepaalde vorm. Een vloeistof zal van vorm veranderen om aan zijn container te voldoen. Kracht wordt gelijkmatig over de vloeistof verspreid, dus wanneer een voorwerp in een vloeistof wordt geplaatst, worden de vloeibare deeltjes door het voorwerp verplaatst. [Verwante: Eigenschappen van materie: vloeistoffen]

De grootte van de opwaartse drijvende kracht is gelijk aan het gewicht van het door het object verplaatste fluïdum. Wanneer de drijvende kracht gelijk is aan de zwaartekracht die de massa van het voorwerp naar beneden trekt, zweeft het object. Dit principe van drijfvermogen werd ontdekt door de Griekse wiskundige Archimedes die volgens de legende uit zijn bad sprong en naakt door de straten rende en "Eureka!" Riep.

Deeltjes van een vloeistof hebben de neiging te worden vastgehouden door zwakke intermoleculaire aantrekking in plaats van vrij te bewegen zoals de deeltjes van een gas zullen doen. Deze cohesieve kracht trekt de deeltjes samen om druppels of stromen te vormen.

Wetenschappers rapporteerden in april 2016 dat ze een bizarre staat van materie hadden gecreëerd, een die voorspeld was te bestaan ​​maar nog nooit in het echte leven was gezien. Hoewel dit soort materie in de hand kan worden gehouden alsof het een vaste stof is, zou een inzoomen op het materiaal de wanordelijke interacties van zijn elektronen, meer kenmerkend voor een vloeistof, onthullen. In de nieuwe materie, een Kitaev quantum spin-vloeistof genoemd, komen de elektronen in een soort kwantumdans waarin ze met elkaar communiceren of "praten". Meestal, wanneer materie afkoelt, neigt de draaiing van zijn elektronen naar de rij. Maar in deze kwantum-spinvloeistof werken de elektronen samen, zodat ze invloed hebben op hoe de anderen draaien en nooit uitlijnen, ongeacht hoe koel het materiaal wordt. Het materiaal gedraagt ​​zich alsof zijn elektronen, die als ondeelbaar worden beschouwd, uit elkaar zijn gebroken, rapporteerden de onderzoekers op 4 april 2016 in het tijdschrift Nature Materials.

gassen

Gasdeeltjes hebben veel ruimte tussen hen in en hebben een hoge kinetische energie. Als ze onbegrensd zijn, verspreiden de deeltjes van een gas zich voor onbepaalde tijd; indien opgesloten, zal het gas uitzetten om zijn houder te vullen. Wanneer een gas onder druk wordt gezet door het volume van de houder te verkleinen, neemt de ruimte tussen de deeltjes af en neemt de druk die wordt uitgeoefend door hun botsingen toe. Als het volume van de container constant wordt gehouden, maar de temperatuur van het gas toeneemt, neemt ook de druk toe. Gasdeeltjes hebben voldoende kinetische energie om de intermoleculaire krachten te overwinnen die vaste stoffen en vloeistoffen bij elkaar houden, dus heeft een gas geen bepaald volume en geen definitieve vorm. [Verwante: Eigenschappen van materie: Gassen]

Plasma

Plasma is hier geen gewone stof op aarde, maar kan de meest voorkomende toestand van materie in het universum zijn. Plasma bestaat uit sterk geladen deeltjes met extreem hoge kinetische energie. De edelgassen (helium, neon, argon, krypton, xenon en radon) worden vaak gebruikt om gloeiende tekens te maken door elektriciteit te gebruiken om ze te ioniseren naar de plasmastatus. Sterren zijn in wezen oververhitte plasmaballen. [Verwante: Eigenschappen van Materie: Plasma]

Bose-Einstein condenseert

In 1995 stelde de technologie wetenschappers in staat een nieuwe staat van materie te creëren, het Bose-Einstein-condensaat (BEC). Met behulp van een combinatie van lasers en magneten koelden Eric Cornell en Carl Weiman een monster van rubidium af tot op enkele graden van het absolute nulpunt.Bij deze extreem lage temperatuur komt moleculaire beweging bijna helemaal tot stilstand. Omdat er bijna geen kinetische energie wordt overgedragen van het ene atoom naar het andere, beginnen de atomen samen te klonteren. Er zijn niet langer duizenden afzonderlijke atomen, slechts één 'superatoom'. Een BEC wordt gebruikt om kwantummechanica op macroscopisch niveau te bestuderen. Licht lijkt te vertragen als het door een BEC gaat, wat onderzoek van de deeltjes / golfparadox mogelijk maakt. Een BEC heeft ook veel van de eigenschappen van een superfluïde - vloeiend zonder wrijving. BEC's worden ook gebruikt om omstandigheden te simuleren die mogelijk van toepassing zijn in zwarte gaten. [Verwante: Eigenschappen van Materie: Condensaat Bose-Einstein]

Een fase doorlopen

Het toevoegen van energie aan materie veroorzaakt een fysieke verandering - materie beweegt van de ene staat naar de andere. Door bijvoorbeeld thermische energie - warmte - toe te voegen aan vloeibaar water wordt het stoom of damp - een gas. Het wegnemen van energie veroorzaakt ook fysieke verandering, zoals wanneer vloeibaar water ijs wordt - een vaste stof - wanneer warmte wordt verwijderd. Fysieke verandering kan ook worden veroorzaakt door beweging en druk.

Smelten en bevriezen

Wanneer warmte wordt toegepast op een vaste stof, beginnen de deeltjes sneller te trillen en hebben de neiging verder van elkaar te bewegen. Wanneer de substantie, bij standaarddruk, een bepaald punt bereikt - het smeltpunt genoemd - zal de vaste stof in een vloeistof beginnen te veranderen. Het smeltpunt van een zuivere stof kan vaak worden bepaald tot binnen 0,1° C, het punt waarop de vaste en vloeibare fase in evenwicht zijn. Als u doorgaat met het toepassen van warmte op het monster, zal de temperatuur niet boven het smeltpunt stijgen totdat het gehele monster vloeibaar is gemaakt. De warmte-energie wordt gebruikt om de vaste stof in vloeibare vorm om te zetten. Als het volledige monster een vloeistof is geworden, begint de temperatuur weer te stijgen. Verbindingen die anders erg op elkaar lijken, kunnen verschillende smeltpunten hebben, dus het smeltpunt kan een nuttige manier zijn om er een onderscheid tussen te maken. Saccharose heeft bijvoorbeeld een smeltpunt van 367 F (186,1 C), terwijl het smeltpunt van glucose 294,8 F (146° C) is. Een vast mengsel, zoals een metaallegering, kan vaak worden gescheiden in de samenstellende delen ervan door het mengsel te verwarmen en de vloeistoffen te extraheren als ze hun verschillende smeltpunten bereiken.

Het vriespunt is de temperatuur waarbij een vloeibare substantie voldoende wordt gekoeld om een ​​vaste stof te vormen. Terwijl de vloeistof wordt afgekoeld, vertraagt ​​de beweging van de deeltjes. In veel stoffen stemmen de deeltjes in nauwkeurige, geometrische patronen uit om kristallijne vaste stoffen te vormen. De meeste vloeistoffen trekken samen als ze bevriezen. Een van de belangrijke kenmerken van water is dat het uitzet wanneer het bevriest, dus ijs drijft. Als ijs niet zou drijven, zou er geen vloeibaar water onder een bevroren waterlichaam zijn en zouden vele vormen van waterleven onmogelijk zijn.

Het vriespunt is vaak bijna dezelfde temperatuur als het smeltpunt, maar wordt niet beschouwd als kenmerkend voor een stof, omdat verschillende factoren het kunnen veranderen. Het toevoegen van opgeloste stoffen of opgeloste stoffen aan een vloeistof zal bijvoorbeeld het vriespunt onderdrukken. Een voorbeeld hiervan is het gebruik van zoutslurry om de temperatuur te verlagen waarbij water op onze wegen bevriest. Andere vloeistoffen kunnen worden afgekoeld tot temperaturen ver onder hun smeltpunt voordat ze beginnen te stollen. Van dergelijke vloeistoffen wordt gezegd dat ze "supergekoeld" zijn en vaak de aanwezigheid van een stofdeeltje of "entkristal" vereisen om het kristallisatieproces te starten.

sublimering

Wanneer een vaste stof direct in een gas wordt omgezet zonder door een vloeibare fase te gaan, staat het proces bekend als sublimatie. Sublimatie treedt op wanneer de kinetische energie van de deeltjes groter is dan de atmosferische druk rondom het monster. Dit kan gebeuren wanneer de temperatuur van het monster snel wordt verhoogd tot voorbij het kookpunt (flash-verdamping). Vaker kan een stof worden "gevriesdroogd" door deze onder vacuümcondities te koelen, zodat het water in de substantie sublimatie ondergaat en uit het monster wordt verwijderd. Een paar vluchtige stoffen ondergaan sublimatie bij normale temperatuur en druk. De bekendste van deze stoffen is CO2 of "droogijs."

Verdamping

Verdamping is de omzetting van een vloeistof in een gas. Verdamping kan plaatsvinden door verdamping of door koken.

Omdat de deeltjes van een vloeistof constant in beweging zijn, botsen ze vaak met elkaar, en overbrengen ze energie wanneer ze dat doen. Deze energietransfer heeft weinig netto effect onder het oppervlak, maar wanneer er voldoende energie wordt overgedragen aan een deeltje nabij het oppervlak; het kan voldoende energie krijgen om volledig uit het monster te worden geslagen als een vrij gasdeeltje. Dit proces wordt verdamping genoemd en het blijft zo lang als er vloeistof overblijft. Het is interessant om op te merken dat een vloeistof afkoelt als deze verdampt. De energie die wordt overgebracht naar oppervlaktemoleculen, die hun ontsnapping veroorzaakt, wordt weggedragen van het resterende vloeibare monster.

Als er voldoende warmte wordt toegevoegd aan een vloeistof die zich onder het oppervlak van de vloeistof vormt, dan zeggen we dat de vloeistof kookt. De temperatuur waarbij een vloeistof kookt, is variabel. Het kookpunt is afhankelijk van de druk waar de stof onder staat. Een vloeistof onder hogere druk zal meer warmte nodig hebben voordat er zich dampbellen in kunnen vormen. Op grote hoogte is er minder atmosferische druk op de vloeistof, waardoor deze op een lagere temperatuur kookt. Dezelfde hoeveelheid vloeistof op zeeniveau staat onder een hogere atmosferische druk en kookt op een hogere temperatuur.

Condensatie en depositie

Condensatie is wanneer een gas verandert in een vloeistof. Condensatie vindt plaats wanneer een gas is afgekoeld of gecomprimeerd tot het punt waarop de kinetische energie van de deeltjes niet langer de intermoleculaire krachten kan overwinnen.Een eerste cluster van deeltjes initieert het proces dat ertoe neigt het gas verder te koelen zodat de condensatie doorgaat. Wanneer het gas direct in een vaste stof verandert, zonder door de vloeibare fase te gaan, wordt het gas afzetting of desublimatie genoemd. Een voorbeeld hiervan doet zich voor wanneer temperaturen onder het vriespunt waterdamp in de atmosfeer omzetten in ijs of vorst. Vorst heeft de neiging om vaste grassprieten en twijgen te schetsen, omdat de lucht die deze vaste deeltjes aanraakt sneller afkoelt dan lucht die geen vast oppervlak raakt.

Verwant

  • Eigenschappen van Materie: Solids
  • Eigenschappen van Materie: Vloeistoffen
  • Eigenschappen van Materie: Gassen
  • Eigenschappen van Materie: Plasma
  • Eigenschappen van Materie: Bose-Einstein Condensaat

Extra lezen

  • Purdue Chemical Education Division: smeltpunt, vriespunt
  • Southwest Research Institute: Plasma: de vierde toestand van de materie
  • Natuurkunde Wereld: Bose-Einstein Condensaat
  • Chem4Kids.com: Materie

Video Supplement: Making sense of string theory | Brian Greene.


WordsSideKick.com
Alle Rechten Voorbehouden!
Reproductie Van Materialen Toegestaan Alleen Prostanovkoy Actieve Link Naar De Site WordsSideKick.com

© 2005–2019 WordsSideKick.com