Fysische toestanden van materie: namen en kenmerken

U fysieke toestanden van materie worden bepaald door de afstand tussen moleculen, moleculaire verbindingen en kinetische energie die deeltjes in een monster beweegt. Zijn zij:

• solide;
• vloeistof;
• gasvormig;
• plasma;
• Bose-Einstein condensaat.

In vaste toestand, hebben we goed geassembleerde moleculen met weinig beweging. Aan het andere uiterste zijn de gasvormige toestand het is de plasma, waarin de moleculen een onderlinge afstand en hoge kinetische energie hebben. Materialen in vloeibare fase ze bevinden zich in het midden, hebben geen gedefinieerde fysieke vorm, hebben meer kinetische energie dan een vast materiaal en een kleinere afstand tussen moleculen dan gasvormige materialen. O Bose-Einstein condensaat is een relatief nieuwe ontdekking die draait om het idee van een monster zonder beweging tussen moleculen, dat wil zeggen zonder kinetische energie.

Lees ook: Wat te studeren van Qjijimic Gvoor Enem?

vaste toestand

De moleculen van een materiaal in vaste toestand verbinden zich met een voldoende kracht die resulteert in:

gedefinieerd formaat en volume. In deze staat hebben we weinig kinetische energie tussen de deeltjes en hoewel er een kleine beweging tussen de deeltjes is, is het niet mogelijk om het macroscopisch (met het blote oog) te visualiseren.

De vorm van een vaste stof kan worden veranderd wanneer het materiaal onder invloed staat van een mechanische kracht (breuk, kras, deuk) of wanneer er een verandering in temperatuur en druk. Elk type materiaal heeft weerstand op deze effecten of op externe veranderingen, al naar gelang hun aard.

• Voorbeeld

Als voorbeeld kunnen we de goud, vast materiaal bij kamertemperatuur met een smeltpunt van 1064,18 °C en een kookpunt van 2855,85 °C.

Goudklompje in erts, vaste toestand.

vloeibare fase

in de staat vloeistof, er is geen gedefinieerde fysieke vorm, maar er is een bepaald volume, waardoor we het materiaal niet aanzienlijk kunnen comprimeren. De vloeistoffen hebben kracht ondermoleculair zwak, waarmee u gemakkelijk delen van een monster kunt manipuleren en scheiden. De aantrekkingskracht tussen moleculen verhindert dat ze vrij kunnen bewegen als een gas. Bovendien is het de oppervlaktespanning (aantrekkingskracht tussen gelijke moleculen) die de vorming van druppeltjes mogelijk maakt.

Lees ook: Oppervlaktespanning van water - eigenschap als gevolg van waterstofbruggen

• Voorbeeld

Het meest voorkomende en toegankelijke voorbeeld dat we hebben van materiaal in vloeibare toestand onder normale omstandigheden van temperatuur en druk is de Water, ook beschouwd als een universeel oplosmiddel.

Vloeibaar water dat in een glas wordt gegoten, vasthoudt aan de vorm van de container.

gasvormige toestand

Een materiaal in gasvormige toestand het heeft geen gedefinieerde vorm of volume. Het heeft een hoge uitzettingscapaciteit dankzij de hoge kinetische energie. Wanneer het in een container wordt geplaatst, verspreidt het zich voor onbepaalde tijd en, indien onder deze omstandigheden van opsluiting, het gas wordt verwarmd, er zal een toename van kinetische energie en een toename van de druk zijn van het systeem.

Het is ook vermeldenswaard het verschil tussen gas en stoom. Ondanks dat ze in dezelfde fysieke staat verkeren, hebben ze verschillende karakters. O stoom, wanneer het onder hoge druk wordt geplaatst of door de temperatuur te verlagen, keert het terug naar een vloeibare toestand. U gassen, op hun beurt zijn stoffen die zich onder normale omstandigheden al in een gasvormige toestand bevinden en om vloeibaar te worden is het noodzakelijk om gelijktijdig druk en temperatuur te verhogen.

Meer weten:Verschil tussen gas en stoom

• Voorbeeld

Een voorbeeld van een gasvormige stof wordt vaak aangetroffen in feestballonnen, de gas- helium, wat een is gájij bent nobel en monoatomisch (molecuul van één atoom), dat zich in een gasvormige toestand bevindt voor normale omstandigheden van temperatuur en druk. DE dichtheid van helium is kleiner dan die van atmosferische lucht, waardoor de ballonnen gaan drijven.

Heliumgas wordt in feestballon gedaan.

Factoren die de fysieke toestand bepalen

Wat de fysieke toestand van materie bepaalt, is de organisatie van zijn moleculen, de afstand ertussen en de kinetische energie (bewegingsenergie). Elk element heeft een smelt- en kookpunt die het kritieke punt definiëren, dat wil zeggen, waar temperatuur- en druk behoudt of verandert het element zijn fysieke toestand. Dit kritieke punt varieert afhankelijk van de aard van het materiaal. Bovendien hebben we voor elk element verschillende intermoleculaire krachten, die ook de fysieke toestand beïnvloeden.

Veranderingen in fysieke toestand

Mogelijke veranderingen in fysieke toestand treden op bij veranderingen in temperatuur en druk. Kijk wat ze zijn:

• Fusie: overgang van vaste toestand naar vloeibare toestand door verhitting.
• Verdamping: overgang van vloeibare naar gasvormige toestand. Dit proces kan op drie verschillende manieren plaatsvinden:

1. kokend: De verandering van vloeibare naar gasvormige toestand gebeurt door het systeem gelijkmatig te verwarmen, zoals in het geval van een waterkoker waarbij een deel van het water verdampt als je opwarmt.

2. Verwarming: De verandering van vloeibare naar gasvormige toestand gebeurt plotseling, omdat het materiaal een snelle en significante temperatuurverandering ondergaat. Een voorbeeld is wanneer de druppel water op een hete plaat valt.

3. Verdamping: De verandering vindt geleidelijk plaats, omdat alleen het contactoppervlak van de vloeistof met de rest van het systeem verdampt. Voorbeeld: kleding drogen aan de waslijn.

• Condensatie of liquefactie: overgang van de gasvormige toestand naar de vloeibare toestand door middel van koeling.
• stollen: treedt op wanneer de temperatuur verder wordt verlaagd, resulterend in bevriezing, dat wil zeggen overgang van een vloeibare naar een vaste toestand.
• sublimatie: is de overgang van vaste naar gasvormige toestand zonder door de vloeibare toestand te gaan. Dit proces vindt plaats wanneer de stof een hoog smeltpunt en een hoge dampdruk heeft. Voorbeeld: droogijs en mottenballen.

Opmerking: Dezelfde term of resublimatie wordt gebruikt voor het omgekeerde proces (overgang van de gasvormige naar de vaste toestand).

Veranderingen in fysieke toestand

andere fysieke toestanden

In 1932, Irving Langmuir, in de Nobelprijs of Chemistry, de term toegevoegd: plasma tot een toestand van materie die sinds 1879 was bestudeerd. Het is een fysieke toestand waarin de deeltjes zeer energiek zijn, een afstand tussen hen hebben en weinig of geen verbinding tussen de moleculen. Deze eigenschappen zijn vrij gelijkaardig aan de gasvormige toestand, behalve dat de kinetische energie van een plasma veel groter is dan die van een gas.

Dit soort toestand van materie niet gebruikelijk in de aardse natuur, maar het is overvloedig aanwezig in het heelal, aangezien sterren in feite plasmaballen zijn bij hoge temperaturen. Kunstmatig is het al mogelijk om te manipuleren en waarde toe te voegen aan de plasma, dat zelfs commercieel wordt gebruikt in onder meer plasma-tv's, fluorescentielampen, led-geleiders.

In 1995 werd de çBose-Einstein-golfhet werd vastgesteld als een fysieke toestand van materie. Eric Cornell en Carl Weiman koelden met behulp van magneten en lasers een monster van rubidium, een alkalimetaal, totdat de energie tussen de deeltjes bijna nul was. Experimenteel werd opgemerkt dat de deeltjes zich verenigden, ophielden meerdere atomen te zijn en zich in eenheid begonnen te gedragen, als een "superatoom".

Bose-Einstein condensaat heeft kenmerken van een superfluïde (vloeistof zonder viscositeit en hoge elektrische geleidbaarheid) en is in kwantumstudies gebruikt om zwarte gaten en de golf-deeltjesparadox te onderzoeken.

Lees ook: Verschil tussen fluorescentie- en gloeilampen

Oefeningen opgelost

vraag 1- (Fbovenstaande)Kijk maar:

I - Een mottenballensteen achtergelaten in de kast.

II – Een bak met water in de vriezer.

III- Een kom met water in het vuur.

IV – Het smelten van een stuk lood bij verhitting.

Deze feiten houden correct verband met de volgende verschijnselen:

DAAR. sublimatie; II. stollen; III. Verdamping; IV. Fusie.

B) ik. sublimatie; II. sublimatie; III. Verdamping; IV. Verharding.

C) ik. Fusie; II. sublimatie; III. Verdamping; IV. Verharding.

D) ik. Verdamping; II. stollen; III. Fusie; IV. Sublimatie.

HALLO. Verdamping; II. sublimatie; III. Fusie; IV. Verharding.

Resolutie

Alternatief A.

I - Sublimatie: Mottenballen is een niet-polaire verbinding met een zeer hoog kookpunt. Deze verbinding gaat van vast naar gasvormig zonder door de vloeibare toestand te gaan.

II – Stolling: Water dat wordt blootgesteld aan een lage vriestemperatuur bevriest, wat we chemisch stollen noemen, wat de overgang is van de vloeibare toestand naar de vaste toestand.

III – Verdamping: Het water dat in een brandende container achterblijft, ondergaat een temperatuurstijging. Het kookpunt van water is 100°C, dus wanneer het systeem deze temperatuur bereikt, begint het te verdampen en verandert het van een vloeibare in een vaste toestand.

IV – Smelten: Lood heeft een smeltpunt van 327,5°C, wat een relatief hoge temperatuur is; het smelten van lood is echter een gebruikelijk proces in industrieën, dat niets meer is dan de overgang van vaste naar vloeibare toestand.

Vraag 2 - (Mackenzie-SP)

Door de gegevens in de tabel te analyseren, gemeten bij 1 atm, kunnen we zeggen dat bij een temperatuur van 40 °C en 1 atm:

A) ether en ethanol bevinden zich in de gasfase.

B) ether bevindt zich in de gasfase en ethanol bevindt zich in de vloeibare fase.

C) beide bevinden zich in de vloeibare fase.

D) ether bevindt zich in de vloeibare fase en ethanol bevindt zich in de gasfase.

E) beide bevinden zich in de vaste fase.

Resolutie

alternatief B. Als het kookpunt het punt is waarop de stof overgaat in gasvormige toestand, dan is ethanol van 40°C nog steeds in vloeibare toestand. Ether heeft een lager kookpunt, namelijk 34°C, dus bij 40°C is het gasvormig.

Vraag3 – (Unicamp)IJsbergen drijven in zeewater, net als ijs in een glas drinkwater. Stel je de beginsituatie voor van een glas water en ijs, in thermisch evenwicht bij een temperatuur van 0°C. Na verloop van tijd smelt het ijs. Zolang er ijs is, is de systeemtemperatuur

A) blijft constant maar het systeemvolume neemt toe.
B) blijft constant maar het systeemvolume neemt af.
C) neemt af en het systeemvolume neemt toe.
D) neemt af, evenals het systeemvolume.

Resolutie

alternatief B. De temperatuur blijft constant totdat de ijsberg volledig smelt, omdat er een warmte-uitwisseling is op zoek naar thermisch evenwicht tussen de twee fasen van materie. Water is een van de weinige elementen die verschillende dichtheid toelaten voor verschillende fysieke toestanden van dezelfde verbinding.

Visueel kunnen we zien dat de ijsdichtheid lager is. In het geval van de ijsberg en in een glas water en ijs blijft het ijs aan de oppervlakte. Dit gebeurt omdat, wanneer water wordt bevroren, tijdens het ijsvormingsproces, het volume wint, maar de massa hetzelfde blijft als toen het water in vloeibare toestand was. Daarom, wanneer de ijsberg smelt, neemt het volume van het systeem af.

Door Laysa Bernardes Marques de Araújo
Scheikundeleraar

Bron: Brazilië School - https://brasilescola.uol.com.br/quimica/estados-fisicos-materia.htm