Statu de materie

In fisica, un statu de materie es un del distint formes in quel materie posse exister. Quar status de materie es observabil in vive quotidian: solide, liquide, gas, e plasma. Multi intermediat status es savet de exister, quam liquid crystal, e alcun status solmen existe a extrem conditiones, quam Bose–Einstein condensates, neutron-degenerat materie, e quark–gluonic plasma, quel solmen ocurre, respectivemen, in situationes de extrem frigore, extrem densita, e (extremimen) alt energies.

Historicmen, li distintion es fat basat sur qualitativ diferenties in proprietas. Materie in li solid statu mantene un constant volume e forme, con component particules (atomes, molecules, o iones) densimen junt e fixat a lor locos. Materie in li liquid statu mantene un constant volume, ma have un variabil forme que adapta a su contenor. Su particules es ancor densimen junt, ma move libermen. Materie in li gasic statu have ambi variabil volume e forme, adaptar ambe a su contenor. Su particules es ni junt nor fixat a lor locos. Materie in li plasmic statu have variabil volume e forme, e contene neutral atomes e anc un significant númere de iones e electrones, ambi de quel posse move libermen.

Li término "fasa" quelcvez es usat quam un sinonime por statu de materie, ma un single composite mey formar fasas diferent in li same statu de materie. Por exemple, glacie es li solid statu de aqua, ma it have pluri fasas de glacie con diferent cristallin structuras, quel es format a diferent pressiones e temperaturas.

Quar status fundamental

Solide

Un cristallin solide: atomic resolution image de strontium titanate. Li plu lucid atomes es strontium e li plu tenebrosi ones es titanium.

In un solide, li constituent particules (iones, atomes, o molecules) es paccat densimen. Li forties inter particules es tant fort que li particules ne posse mover libermen ma posse vibrar solmen. Talmen, un solide have un stabil e definit forme, e un definit volume. Solides solmen posse changear lor formes per un externi fortie, quam quande ili es ruptet o tranchit.

In un cristallin solides, li particules (atomes, molecules, o iones) es paccat in un regularmen ordinat, repetent pattern. Hay varie diferent cristallin structuras, e li sam substantie posse haver plu quam un structura (o solid fasa). Por exemple, ferre have un corpor-centrat cubic structura a temperaturas sub 912 °C (1,674 °F), e un facie-centrat cubic structura inter 912 e 1,394 °C (2,541 °F). Glacie have deci-quin savet cristallin structuras, o deci-quin solid fasas, quel existe a varie temperaturas e pressiones.^[1]

Vitres e altri incrystallin, amorf solides sin grand ordine ne es in li statu fundamental de termal equilibrie; pro to, ili es descrit infra quam inclassic status de materie.

Solides posse esser transformat ad-in liquides per fusante, e liquides posse esser transformat ad-in solids per gelante. Solides anc posse changear directmen ad-in gases per li operation de sublimation, e gases posse change directmen ad-in solides per deposition.

Liquide

Structura de un classic liquide monatomic. Li atomes have multi proxim altres contactent, ma ili have null extensiv ordine.

Un liquide es un presc incompressibil fluide que conforma al forme de su contenor, ma retene un presc constant volume independent de pression. Li volume es definit si li temperatura e pression es constant. Quande un solide es calentat super su punctu de fusion, it devinir liquid, si li pression es plu alt quam li triplic punctu del substantie. Forties intermoleculari (e interatomic o interionic) es ancor important, ma li molecules have sat energie de mover relativ a unaltru e li structura es mobil. To significa que li forme de un liquid ne es definit, ma es determinat per su contenor. Li volume es usualmen plu grand quam to del corespondent solide; li max savet exception es aqua, H₂O. Li max alt temperatura a quel alcun liquide posse exister es su critic temperatura.^[2]

Gas

Li distanties inter molecules de gas es tre grand. Molecules in un gas have tre debil o null ligantes. Li molecules posse mover libermen e velocimen.

Un gas es un compressibil fluide. Un gas conforma al forme de su contenor, ma anc it expande de plenar li contenor.

In un gas, li molecules have sat kinetic energie que li efecte del forties intermoleculari es micri (o null por un ideal gas), e li tipic distantie inter vicin molecules es mult plu grand quam li moleculari grandore. Un gas have no definit forme o volume, ma ocupa li tot contenor in quel it es confinat. Un liquide posse esser convertet a un gas per calentante a constant pression til su bollent punctu, o altrimen per reduction del pression a constant temperatura.

A temperaturas sub su temperatura critic, un gas es anc nominat un vapor, e posse esser liquificat per compression sol sin frigidation. Un vapor posse exister in equilibrium con un liquide (o solide), in quel li pression del gas es egal al vaporic pression del liquide (o solide).

Plasma

In un plasma, electrones es separat ex lor nucleos, formant un electronic "mare". To dar it li abilita de conducter electricita.

Quam un gas, plasma ne have definit forme o volume. Ma contrarimen de gases, plasmas es electricmen conductiv, producte campes magnetic e currentes electric, e responde fortimen a forties electromagnetic. Positivimen chargeat nucleos move in un "mare" de libermen-movent desassociat electrones, simil al maniere tal charges existe in un conductiv metalle, u ti electron "mare" admisse materie in li plasmic statu de conducte electricita.

Un gas es usualmen convertet a un plasma in un de two vias, o ex un grandissimi diferentie de voltage inter du punctus, o per exposir it a extremimen alt temperaturas. Calentante materie a alt temperaturas causa electrones de surtir li atoms, resultante in li presentie de liber electrones. Ti crea un partialmen ionisat plasma. A tre alt temperaturas, quam tis present in stelles, it es suposit that presc omni electrones es liber, e que un tre alt-energic plasma consiste de nud nucleos flottante in un mare de electrones. Ta formas un tot ionisat plasma.

Li status de plasma sovente es miscomprendet, e benque ne libermen existent por normal conditiones sur Terra, it es generat tre comunmen per o fúlmine, electric scintilles, fluorescent lampes, neon lampes, o in plasma televisiones. Li solari corona, alcun tipes de flamme, e stelles es omne exemples de illuminat materie in li plasmic statu.

Transitiones de fasa

Un statu de materie anc es specifica transitiones de fasa. Un transition de fasa indica un change structural e posse esser reconosset per un abrupt change de proprietas. Un distint statu de materie posse esser definat quam alquel colection de status distintet de altri colectiones de status per un transition de fasa. Aqua have pluri diferent solid status.^[3]

Inclassic status

Vitre

Vitre es un incrystallin o amorf materiale que exhibi un vitric transition quande calentat vers li liquid statu. Vitres posse esser fat ex tre diferent tipes de materiales: inorganic retages (quam fenestral vitre, fat de silicate plus additives), metallic alliages, ionic fusiones, aqual solutiones, moleculari liquides, e polimeres. Termodinamicmen, un vitre es in un metastabil statu con egard a su cristallin contraparte. Li rate de conversion, tamen, es virtualmen zero.

Liquid cristalle

Liquid crystalles have proprietas intermediari de mobil liquides e ordinat solides. Generalmen, ili posse fluer quam un liquide, ma ili exhibi extensiv ordine. Por exemple, li nematic fasa consiste de long vergoid molecules quam para-azoxyanisole, quel es nematic in li range de temperaturas 118–136 °C (244–277 °F).^[4] In ti statu, li molecules flue quam in un liquid, ma lu tot apunta in li sam direction (intra chascun dominia) e ne posse rotar libermen. Quam un solide cristallin, ma ne quam un liquide, liquid cristalles reacte a lumine polarisat.

Altre tipes de liquid cristalles es descrit in li chef articule sur ti status. Pluri tipes have tecnologic importantie, quam in liquid cristallin monstratores.

Magneticmen-ordinat status

Atomes de transitional metalles sovente have magnetic momentes pro li nett spin de electrones que remane inacuplat e ne forma chemic ligantes. In alcun solides li magnetic momentes sur diferent atomes es ordinat e posse formar un ferromagnete, un antiferromagnete o un ferrimagnete.

In un ferromagnete (p.ex., solid ferre) li magnetic momente sur chascun atom es alineat in li sam direction (intra un magnetic dominia). Si li dominias anc es alineat, li solide es un permanent magnete, quel es magnetic mem in li absentie de un extern magnetic campe. Li magnetisation desapari quande li magnete es calentat al punctu Curie, quel por ferre es 768 °C (1,414 °F).

Un antiferromagnete have du retages de egal e contrari magnetic momentes, quel anulla unaltru que li nett magnetisation es zero. Por exemple, in nickel(II) oxid (NiO), demi del atomes de nickel have momentes alineat in un direction e demi in li contrari direction.

In un ferrimagnete, li du retages de magnetic momentes es contrari ma inegal, tal que li anullation es incomplet e hay un ne-zero nett magnetisation. Un exemple es magnetite (Fe₃O₄), quel contene Fe²⁺ e Fe³⁺ iones con diferent magnetic momentes.

Status de bass-temperatura

Superconductor

Superconductores es materiales que have zero electric resistivita, e talmen have perfect conductivita. It es un distinct statu fisic que existe a bass temperatura, e li resistivita acresce incontinui a un finit valore a un precismen-definit transitional temperatura por chascun superconductor.^[5]

Superfluide

Liquid helium in un superfluid fasa ascende li mures del tasse in un pellícul Rollin, finalmen guttea ex li tasse.

Presc un temperatura de absolut zero, alcun liquides forma un duesmi liquid statu descrit quam superfluid pro que it have zero viscosita (o infinit fluidita -- fluente sin friction). Ta esset decovrit in 1937 por helium, quel forma un superfluide sub li temperatura lambda de 2.17 K (−270.98 °C; −455.76 °F). In ti statu, it pena "ascender" ex su contenor.

Status de alt-energie

Degenerat materie

A extremimen alt pressiones, quam in li cordies de mort stelles, ordinari materie suffre un transition a un series de exotic status de materie colectivmen savet quam degenerate materie, quel es suportat chefmen per efectes pro mecanica quantic. In fisica, "degenerat" refere a du status que have li sam energie e talmen es interchangeabil. Degenerat materie es suportat per li exclusion principle de Pauli, que prevente du fermionic particules de ocupar li sam statu quantic. Diferent de normal plasma, degenerat plasma expande micri quande calentat, pro que null status de momente remane. Per consequentie, degenerat stelles contrae a tre grand densitas. Plu massiv degenerat stelles es plu micri, pro que li fortie gravitational acresce, ma li pression ne acresce proportionalmen.

Electron-degenerat materie es trovat intra blanc nan stelles. Electrones remane ligat al atomes, ma ili posse mover al adjacent atomes. Neutron-degenerat materie es trovat in neutronic stelles. Grandissim pression gravitational compresse atomes con tal fortie que li electrones combina con li protones per inversi desintegration beta, resultante in un densissim conglomeration de neutrones. Normalmen, liber neutrones extern un atomic nucleo va desintegrar con un demi-vive de circa 10 minutes, ma in un neutronic stelle, ta es dominar per inversi desintegration. Frigid degenerat materie es anc present in planetes quam Jupiter e in li plu massiv nanes brun, quel es expectat haver un cordie de metallic hydrogen.

Vide anc

Referenties

↑ M.A. Wahab (2005). Solid State Physics: Structure e Properties de Materials. Alpha Science, 1–3. ISBN 978-1-84265-218-3.
↑ F. White (2003). Fluid Mechanics. McGraw-Hill, 4. ISBN 978-0-07-240217-9.
↑ M. Chaplin (20 August 2009). "Water Phase Diagram."
↑ Shao, Y.: Phase Transitions de Liquid Crystal PAA in Confined Geometries. In: Journal de Physical Chemistry B. 102, Nr. 18, 1998, S. 3387–3394
↑ (1999) Properties of Materials. Oxford University Press, 254–8. ISBN 0-19-511331-4.

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

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

[3] M. Chaplin (20 August 2009). "Water Phase Diagram."

[4] Shao, Y.: Phase Transitions de Liquid Crystal PAA in Confined Geometries. In: Journal de Physical Chemistry B. 102, Nr. 18, 1998, S. 3387–3394

[MAWhite-5] (1999) Properties of Materials. Oxford University Press, 254–8. ISBN 0-19-511331-4.

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