• Artykuły
  • Forum
  • Ciekawostki
  • Encyklopedia
  • Stan skupienia materii



    Podstrony: [1] 2 [3]
    Przeczytaj także...
    Cząsteczka (molekuła) – neutralna elektrycznie grupa dwóch lub więcej atomów utrzymywanych razem kowalencyjnym wiązaniem chemicznym. Cząsteczki różnią się od cząstek (np. jonów) brakiem ładunku elektrycznego. Jednakże, w fizyce kwantowej, chemii organicznej i biochemii pojęcie cząsteczka jest zwyczajowo używane do określania jonów wieloatomowych.Gaz – stan skupienia materii, w którym ciało fizyczne łatwo zmienia kształt i zajmuje całą dostępną mu przestrzeń. Właściwości te wynikają z własności cząsteczek, które w fazie gazowej mają pełną swobodę ruchu. Wszystkie one cały czas przemieszczają się w przestrzeni zajmowanej przez gaz i nigdy nie zatrzymują się w jednym miejscu. Między cząsteczkami nie występują żadne oddziaływania dalekozasięgowe, a jeśli, to bardzo słabe. Jedyny sposób, w jaki cząsteczki na siebie oddziałują, to zderzenia. Oprócz tego, jeśli gaz jest zamknięty w naczyniu, to jego cząsteczki stale zderzają się ze ściankami tego naczynia, wywierając na nie określone i stałe ciśnienie.
    Fazy materii[ | edytuj kod]

    Właściwości ciał w poszczególnych stanach zależą od ułożenia cząsteczek (lub atomów), z których zbudowane jest to ciało. Z tego punktu widzenia ten stary podział jest prawdziwy tylko dla niektórych substancji, gdyż badania naukowe wykazały, że to, co wcześniej uważano za jeden stan skupienia, można w rzeczywistości podzielić na wiele faz materii, różniących się konfiguracją cząsteczek. Mogą nawet występować sytuacje, w których w jednym ciele równocześnie cząsteczki mogą być ułożone w różny sposób. W szczególności okazało się, że stały i ciekły stan skupienia może być realizowany na wiele różnych sposobów. Sposoby te są nazywane fazami materii. Liczba niezależnych składników, liczba faz w układzie oraz liczba zmiennych intensywnych (np. ciśnienie, temperatura), które można zmieniać bez jakościowej zmiany układu, opisuje ważna reguła faz Gibbsa.

    Atom – podstawowy składnik materii. Składa się z małego dodatnio naładowanego jądra o dużej gęstości i otaczającej go chmury elektronowej o ujemnym ładunku elektrycznym.Kondensat fermionów to twór teoretyczny, zaproponowany przez Enrico Fermiego, nazywany na jego cześć czasami cieczą Fermiego. Miałby to być stan skupienia materii, w którym występowałby kondensat składający się z populacji fermionów, z których wszystkie razem występowałyby w tym samym stanie kwantowym.

    Zmiana fazy materii może wymagać dostarczenia lub odebrania energii, wówczas ilość przepływającej energii (ciepła Q) jest proporcjonalna do masy substancji zmieniającej fazę i można wyrazić ją wzorem: m – masa, L – ciepło przemiany fazowej (np. ciepło topnienia, ciepło skraplania).

    Możliwe zależności ciepła właściwego C od temperatury T w pobliżu temperatury przemiany fazowej (linia przerywana)

    Niektóre przemiany fazowe przebiegają bez dostarczenia lub odebrania energii, o zmianie fazy wnioskujemy na podstawie skokowej zmiany niektórych wielkości opisujących to ciało.

    Kryształ condis to faza pośrednia między kryształem i cieczą. Nazwa tej fazy pochodzi od angielskich słów conformation disorder, czyli nieporządek konformacyjny.Kryształ plastyczny to taki kryształ, w którym cząsteczki mają zablokowaną swobodę przemieszczania się, ale w obrębie swoich miejsc w sieci mają swobodę rotacji.

    Opisem procesów zmian pomiędzy fazami zajmuje się teoria przejść fazowych, zwana także czasem teorią zjawisk krytycznych.

    Wykresy fazowe są często stosowaną w fizyce graficzną reprezentacją rzeczywistego fazowego zachowania się danej substancji. Mają one na osiach ciśnienie i temperaturę. Linie oznaczają warunki, w których dochodzi do przemian fazowych, zaś obszary między nimi wyznaczają warunki, w których dana faza jest stabilna.

    W przypadku substancji składających się z jednego rodzaju atomów lub jednego rodzaju cząsteczek, które tak jak woda posiadają tylko trzy fazy – krystaliczną, ciekłą i gazową, wykres ten przybiera zazwyczaj następującą postać:

    Cementyt – metastabilny węglik żelaza o wzorze empirycznym Fe3C (25% atomów C, co stanowi 6,67% masowych C). Jest jednym ze składników strukturalnych występującym w stali i żeliwach.Plazma kwarkowo-gluonowa (QGP z ang. Quark-Gluon Plasma) – stan materii jądrowej występujący przy wysokich temperaturach i dużej gęstości materii. Jest to mieszanina swobodnych kwarków i gluonów. Materia w takim stanie występowała w początkowym okresie po Wielkim Wybuchu. Obecnie, w zderzeniach jąder atomów ciężkich pierwiastków w akceleratorach, gdy energia materii jądrowej po zderzeniu osiąga T ≳ 170 GeV {displaystyle Tgtrsim 170{ ext{GeV}}} , obserwuje się, że materia jądrowa zachowuje się bardziej jak ciecz nadciekła niż plazmowy gaz, co jest interpretowane jako sygnał powstania stanu plazmy kwarkowo-gluonowej.

    Dla substancji bardziej złożonych lub zdolnych do tworzenia większej liczby faz wykres ten przybiera często zupełnie inny kształt.

    Przykład równowagi fazowej dla układu wielofazowego – stop żelaza z węglem

    Poniższy diagram przedstawia stany równowagi fazowej dla roztworu węgla w żelazie (linia ciągła dotyczy roztworu cementytu w żelazie, a linia przerywana – roztworu grafitu w żelazie). Z wykresu tego wynika podział stopów żelaza na stal (0–2,11% C) i żeliwo (2,11–6,67% C) oraz właściwości różnych gatunków stali. Każdy obszar odpowiada stanowi stabilnemu jednej z form, szybkie chłodzenie stali powoduje zachowanie układu cząsteczek fazy z wyższej temperatury w temperaturach pokojowych (tzw. hartowanie i obróbka cieplna stali).

    Substancja – materia składająca się z obiektów (cząstek, atomów) posiadających masę spoczynkową. Substancją nie jest zatem np. fala lub pole fizyczne (grawitacyjne, elektryczne).Grawitacja (ciążenie powszechne) – jedno z czterech oddziaływań podstawowych, będące zjawiskiem naturalnym polegającym na tym, że wszystkie obiekty posiadające masę oddziałują na siebie wzajemnie przyciągając się.
     Osobny artykuł: Stop żelaza z węglem.

    Pełny podział stanów skupienia[ | edytuj kod]

    W najobszerniejszej dotąd opublikowanej klasyfikacji występuje 500 stanów skupienia. Nie każda zmiana wyglądu danej substancji musi od razu wiązać się z faktyczną zmianą fazy. Wiele substancji – zwłaszcza tych, które są mieszaninami różnych związków chemicznych – może występować naraz w dwóch lub więcej fazach. W substancjach takich występują wtedy tzw. domeny, czyli małe obszary różnych faz, które łącznie tworzą tzw. mikrostrukturę danej substancji. Zjawisko to występuje np. w szkle oraz w stopach metali, gdzie występują domeny fazy krystalicznej i fazy amorficznej.
    W fizyce przyjmuje się, że dana substancja istnieje w dwóch różnych fazach, gdy:

    Stop metali (dawniej także: aliaż) – tworzywo o właściwościach metalicznych, w którego strukturze metal jest osnową, a poza nim występuje co najmniej jeden dodatkowy składnik, zwany dodatkiem stopowym. Dodatki są wprowadzane w celu poprawienia wytrzymałościowych właściwości materiału. Zwykle pogarszają plastyczność, przewodnictwo elektryczne, przewodnictwo cieplne. Często zmniejszają również odporność na korozję.Gwiazda dziwna (gwiazda kwarkowa) – hipotetyczny typ gwiazdy zbudowanej z materii dziwnej. Istnienie takiej ultragęstej materii jest spekulowane wewnątrz bardzo masywnych gwiazd neutronowych. Modele teoretyczne sugerują, że gdy materia jądrowa w gwieździe (neutrinium – materia jądrowa w równowadze ze względu na słaby rozpad β) znajduje się pod wpływem dostatecznie dużego ciśnienia pochodzącego od grawitacji gwiazdy, zachodzi w niej proces dezintegracji nukleonów do materii kwarkowej. Gwiazda kwarkowa jest układem zawierającym plazmę kwarkową w równowadze ze względu na rozpad β (podobnie jak rozpad neutronów w gwieździe neutronowej), w skład której wchodzą kwarki (u, d, s) i gluony. Obecność gluonów opisuje stała B (nazywana stałą worka) oraz zmiana masy kwarków (masa efektywna). W chromodynamice (QCD) kwarki zyskują w plazmie kwarkowo-gluonowej znaczne masy (mu*=md* ~ 330 MeV/c², ms* ~ 450 MeV/c² (masy konstytuentne)). Swobodne kwarki gdy są ekstremalnie blisko siebie (swoboda asymptotyczna) posiadają niewielkie masy (mu*=md* ~ 7 MeV/c², ms* ~ 150 MeV/c² (masy bieżące)).
  • zmieniając ciśnienie lub temperaturę, obserwuje się w pewnym momencie przemianę fazową; przemiana ta musi się wiązać z mierzalną skokową zmianą entropii układu, wskazującą na to, że doszło do zasadniczego jakościowego przeorganizowania się cząsteczek;
  • ta sama substancja występująca naraz w dwóch fazach nie miesza się ze sobą, tworząc tzw. granicę międzyfazową.
  • Aktualnie w fizyce przyjmuje się istnienie następujących faz:

    Ciśnienie normalne – ciśnienie równe 101325 Pa, czyli 1 atmosferze fizycznej, jeden z parametrów warunków normalnych. W przybliżeniu odpowiada ciśnieniu atmosferycznemu.<|||||||||| |||||||||| |||||||||| |||||||||| |||||||||| |||||||||| |||||||||| |||||||||| |||||||||| |||||||||| - |||||||||| |||||||||| ||||||||||>
  • fazy płynne – czyli takie, które płyną, gdy poddaje się je siłom ścinającym:
  • plazma kwarkowa – hipotetyczny stan występujący, gdy ciśnienie jest na tyle duże, że w plazmie neutronowej przestają istnieć neutrony jako oddzielne cząstki, a zlewają się w jedno; stan ten występuje w gwiazdach dziwnych, są to gwiazdy o gęstości większej od gęstości gwiazdy neutronowej;
  • plazma neutronowa – jest to w zasadzie gaz, jednak składający się głównie z neutronów; z plazmy tej zbudowane są gwiazdy neutronowe;
  • plazma – jest to w zasadzie gaz, ale tworzony przez silnie zjonizowane atomy/cząsteczki oraz elektrony; plazmę można wytwarzać w specjalnych urządzeniach, występuje ona także w jądrach większości gwiazd; w plazmie cząsteczki mają na tyle dużą energię, że zderzenia między cząsteczkami nie są sprężyste, dochodzi do wzbudzenia lub jonizacji cząsteczek; plazma przewodzi prąd elektryczny;
  • faza gazowa – całkowity brak organizacji – cząsteczki (lub atomy) mają pełną swobodę ruchu i nie występują między nimi żadne oddziaływania oprócz odpychania w momencie zderzeń i przyciągania grawitacyjnego (które jest istotne dla zachowania się dużych obszarów gazu w przestrzeniach międzygwiezdnych); energia cząsteczek nie jest zbyt duża i dlatego ich zderzenia są sprężyste; w gazie mogą występować przyciągania między cząsteczkami, lecz energia tych oddziaływań jest mniejsza od energii kinetycznej cząsteczek;
  • faza nadkrytyczna – powstająca po przekroczeniu ciśnienia i temperatury punktu krytycznego; faza ta ma pośrednie właściwości między cieczą a gazem;
  • faza ciekła – istnieje przyciąganie międzycząsteczkowe powodujące, że cząsteczki pozostają blisko siebie, ale zachowują swobodę ruchu; oddziaływania te tworzą bliskozasięgowe i średniozasięgowe uporządkowanie w cieczy lub w roztworach, przykładowo – oddziaływania dipolowe (odpowiedzialne za hydratację jonów w roztworze), siły Van der Waalsa oraz wiązania wodorowe; istnienie tych oddziaływań powoduje powstawanie uporządkowanych struktur cząsteczek w cieczach, w szczególności w wodzie, bez nich nie mogłyby istnieć organizmy żywe;
  • faza ciekła izotropowa – w fazie tej nie występuje żadne dalekozasięgowe uporządkowanie cząsteczek (podobnie jak w gazach), choć mogą występować elementy uporządkowania krótkozasięgowego (w obrębie kilku – kilkunastu cząsteczek);
  • faza nadciekła – różni się od zwykłej cieczy tym, że jej lepkość jest równa 0; fazę nadciekłą tworzą substancje, które są w stanie utworzyć kondensat Bosego-Einsteina lub kondensat fermionów. Układy nadciekłe zbliżone są do zwykłych cieczy, ale ruchy atomów wykonywane są kolektywnie. Wykazują one zerową lepkość podczas przepływu, mogą wypełzać z naczynia po jego ściankach i wykazują ciekawe właściwości akustyczne. Obecnie znane są tylko dwa przykłady układów nadciekłych: Hel-4 w temperaturze poniżej 2,1768 K oraz Hel-3 o temperaturze poniżej 0,0026 K;
  • ciekłe kryształy – są to wbrew nazwie ciecze, w których jednak istnieje częściowe dalekozasięgowe uporządkowanie cząsteczek; obecnie znanych jest kilkadziesiąt różnych faz ciekłokrystalicznych, które różnią się rodzajem tego dalekozasięgowego uporządkowania;
  • fazy stałe – czyli takie, które nie płyną, tzn. pod wpływem sił ścinających ulegają naprężeniom, a przy większych pękają lub płyną (plastyczne):
  • faza krystaliczna – w fazie tej cząsteczki są dobrze zlokalizowane i tworzą trwałe sieci;
  • kryształy plastyczne – w fazie tej cząsteczki są również zablokowane, ale mogą rotować (obracać się) wokół własnych osi;
  • kryształy condis – w fazie tej cząsteczki nie mogą się przemieszczać, ale mogą zmieniać w dość szerokim zakresie swoją konformację;
  • faza amorficzna – w fazie tej cząsteczki nie tworzą sieci krystalicznej, ale oddziaływania między nimi są na tyle silne, że nie mogą się one swobodnie przemieszczać względem siebie; czasami fazę amorficzną nazywa się też superlepką cieczą lub cieczą zamrożoną.
  • Ciepło w fizyce – jeden z dwóch, obok pracy, sposobów przekazywania energii wewnętrznej układowi termodynamicznemu. Jest to przekazywanie energii chaotycznego ruchu cząstek (atomów, cząsteczek, jonów).Hartowanie – rodzaj obróbki cieplnej materiału polegający na nagrzaniu danego materiału do odpowiedniej temperatury zwanej temperaturą hartowania, wytrzymaniu w tej temperaturze przez czas konieczny do przebudowy struktury wewnętrznej materiału (głównie przemian fazowych) oraz następnym odpowiednio szybkim schłodzeniu. Po tak przeprowadzonym zabiegu w materiale powstają lokalne koncentracje naprężeń powodujące zwykle wzrost własności wytrzymałościowych: twardości, wytrzymałości, granicy plastyczności i sprężystości oraz odporności na ścieranie kosztem wzrostu kruchości oraz spadku plastyczności i wydłużenia.


    Podstrony: [1] 2 [3]



    w oparciu o Wikipedię (licencja GFDL, CC-BY-SA 3.0, autorzy, historia, edycja)

    Warto wiedzieć że... beta

    Punkt krytyczny to warunki krytyczne definiujące stan układu fizycznego oddzielające stany o odmiennych właściwościach (ciecz - para nasycona), w którym nie można rozróżnić obu stanów (cieczy i pary nasyconej). Na przykład:
    Lepkość (tarcie wewnętrzne, wiskoza) – właściwość płynów i plastycznych ciał stałych charakteryzująca ich opór wewnętrzny przeciw płynięciu. Lepkością nie jest opór przeciw płynięciu powstający na granicy płynu i ścianek naczynia. Lepkość jest jedną z najważniejszych cech płynów (cieczy i gazów).
    Jon – atom lub grupa atomów połączonych wiązaniami chemicznymi, która ma niedomiar lub nadmiar elektronów w stosunku do protonów. Obojętne elektrycznie atomy i cząsteczki związków chemicznych posiadają równą liczbę elektronów i protonów, jony zaś są elektrycznie naładowane dodatnio lub ujemnie.
    Ciekłe kryształy – nazwa fazy pośredniej między ciekłym i krystalicznym stanem skupienia materii, którą charakteryzuje zdolność do płynięcia, charakterystyczna dla cieczy i jednocześnie dalekozasięgowe uporządkowanie tworzących ją cząsteczek, podobnie jak to ma miejsce w kryształach.
    Żelazo (Fe, łac. ferrum) – metal z VIII grupy pobocznej o dużym znaczeniu gospodarczym, znane od czasów starożytnych.
    Energia gr. ενεργεια (energeia) – skalarna wielkość fizyczna charakteryzująca stan układu fizycznego (materii) jako jego zdolność do wykonania pracy.
    Temperatura – jedna z podstawowych wielkości fizycznych (parametrów stanu) w termodynamice. Temperatura jest związana ze średnią energią kinetyczną ruchu i drgań wszystkich cząsteczek tworzących dany układ i jest miarą tej energii.

    Reklama

    Czas generowania strony: 0.028 sek.