Toată materia este făcută din atomi. Fiecare substanță (oxigen, plumb, argint, neon …) are un număr unic de protoni, neutroni și electroni. Oxigenul, de exemplu, are 8 protoni, 8 neutroni și 8 electroni. Hidrogenul are 1 proton și 1 electron. Atomii individuali se pot combina cu alți atomi pentru a forma molecule. Moleculele de apă conțin doi atomi de hidrogen H și un atom de oxigen O și se notează chimic H2O. Oxigenul și azotul sunt principalele componente ale aerului și apar în natură ca molecule diatomice (doi atomi). Indiferent de tipul de moleculă, materia există în mod normal ca solid, lichid sau gaz. Noi numim această proprietate a materiei faza materiei. Cele trei faze normale ale materiei au caracteristici unice care sunt listate în imagine.
Solid
În faza solidă, moleculele sunt strâns legate între ele de forțele moleculare. Un solid își păstrează forma, și volumul unui solid este fixat de forma solidului.
Lichid
În faza lichidă forțele moleculare sunt mai slabe decât într-un solid. Un lichid va lua forma recipientului său cu o suprafață liberă într-un câmp gravitațional. În microgravitație, un lichid formează o minge în interiorul unei suprafețe libere. Indiferent de gravitație, un lichid are un volum fix.
Gaz
În faza gazoasă, forțele moleculare sunt foarte slabe. Un gaz umple recipientul, luând atât forma, cât și volumul recipientului.
Fluide (lichide și gaze)
Lichidele și gazele se numesc fluide deoarece pot fi făcute să curgă sau să se miște. În orice fluid, moleculele în sine sunt în mișcare constantă, aleatoare, se ciocnesc una cu cealaltă și cu pereții oricăror recipiente. Mișcarea fluidelor și reacția la forțele externe sunt descrise de ecuațiile lui Navier-Stokes, care exprimă o conservare a masei, a impulsului și a energiei. Mișcarea solidelor și reacția la forțele externe sunt descrise de legile mișcării lui Newton.
Orice substanță poate să apară în orice fază. În condiții atmosferice standard, apa există ca lichid. Dar dacă scădăm temperatura sub 0 grade Celsius sau 32 grade Fahrenheit, apa își schimbă faza într-un solid numit gheață. În mod similar, dacă încălzim un volum de apă peste 100 de grade Celsius sau 212 grade Fahrenheit, apa își schimbă faza într-un gaz numit vapori de apă. Modificările în faza materiei sunt modificări fizice, nu schimbări chimice. O moleculă de vapori de apă are aceeași compoziție chimică, H2O, ca o moleculă de apă lichidă sau o moleculă de gheață.
Când studiem gazele, putem investiga mișcările și interacțiunile moleculelor individuale, sau putem investiga acțiunea la scară largă a gazului în ansamblu. Oamenii de știință se referă la mișcarea pe scară largă a gazului ca scară macro și mișcările moleculare individuale ca scară micro. Unele fenomene sunt mai ușor de înțeles și explicate pe baza scării macro, în timp ce alte fenomene sunt mai ușor de explicat pe scară micro. Investigațiile pe scară macro se bazează pe lucruri pe care le putem observa și măsura cu ușurință. Investigațiile pe scară micro se bazează pe teorii destul de simple, deoarece nu putem observa o moleculă individuală de gaz în mișcare. Investigațiile la scară macro și micro sunt doar două puncte de vedere ale aceluiași lucru.
Plasma – „faza a patra”
Cele trei faze normale ale materiei sin imagine au fost cunoscute de mai mulți ani și au fost studiate în clasele de fizică și chimie. În ultima vreme, am început să studiem materia la temperaturi și presiuni foarte ridicate care apar de obicei în Soare sau în timpul reintrării corpurilor din spațiu. În aceste condiții, atomii înșiși încep să se destrame; electronii sunt îndepărtați de pe orbita lor în jurul nucleului, lăsând în urmă un ion încărcat pozitiv. Amestecul rezultat de atomi neutri, electroni liberi și ioni încărcați se numește plasmă. O plasmă are câteva calități unice care îi determină pe oamenii de știință să o eticheteze ca „fază a patra” a materiei. O plasmă este un fluid, ca un lichid sau un gaz, dar din cauza particulelor încărcate prezente într-o plasmă, acesta răspunde la și generează forțe electromagnetice. Există ecuații dinamice lichide, numite ecuațiile Boltzman, care includ forțele electro-magnetice cu forțele normale de fluid ale ecuațiilor Navier-Stokes. În prezent, NASA efectuează cercetări privind utilizarea plasmei pentru sistemul de propulsie ionică.
Lasă un răspuns