Cosa sono gli stati della materia:
Gli stati della materia sono le varie forme in cui la materia si manifesta nell'universo. Sono anche conosciuti come stati di aggregazione della materia, poiché le particelle si aggregano o si raggruppano in modi diversi in ciascuno stato.
Si può ritenere che ci siano quattro stati fondamentali della materia, tenendo conto di quelle forme di aggregazione che si verificano in condizioni naturali. Gli stati fondamentali della materia sono:
- Stato solido.
- Stato liquido.
- Stato gassoso.
- Stato plasmatico.
Nel dettaglio dell'immagine, osserviamo come le particelle sono raggruppate insieme.
Tuttavia, gli studi sugli stati di aggregazione della materia sono stati oggi ampliati. Oltre a quelli che si verificano naturalmente, oggi stiamo studiando quelli che si verificano in condizioni estreme, indotte in laboratorio. Da questo gruppo, gli scienziati hanno verificato l'esistenza di tre nuovi stati: il condensato di Bose-Einstein (BEC); il condensato di Fermi e il supersolido.
Le caratteristiche degli stati della materia dipendono dalla forza di attrazione tra le particelle e dalla loro mobilità. La temperatura e/o la pressione sono i fattori che influenzano il modo in cui queste particelle sono raggruppate e interagiscono tra loro.
Quando ci sono sensibili alterazioni nelle variabili di temperatura e/o pressione, si verificano cambiamenti da uno stato della materia all'altro. Questi cambiamenti sono solidificazione, vaporizzazione, fusione, sublimazione, sublimazione inversa, ionizzazione e deionizzazione.
Di seguito presentiamo una tabella comparativa con le principali differenze che esistono tra gli stati fondamentali della materia:
| Proprietà |
Condizione | Condizione liquido | Condizione gassoso | Condizione plasmatico |
|---|---|---|---|---|
| Tipo di materia | Questione fissa | Fluidi con viscosità | gas | Gas caldi (con carica elettrica) |
| Attrazione tra le particelle | alto | Intermedio | Corto | Corto |
| Mobilità di particelle | Corto | Intermedio | alto | alto |
| Volume | Con volume | Con volume | Nessun volume | Nessun volume |
| Forma | definito | Indefinito | Indefinito | Indefinito |
| Esempio | Pietre | acqua | Vapore d'acqua | Tv al plasma |
Stato solido
Lo stato solido è quello che percepiamo come materia fissa, che resiste ai cambiamenti di forma e volume. Nella materia allo stato solido, le particelle esercitano una maggiore attrazione reciproca, che riduce il loro movimento e le possibilità di interazione. Ad esempio: rocce, legno, utensili in metallo, vetro, ghiaccio e grafite, tra gli altri.
Il caratteristiche dello stato solido Sono:
- La forza di attrazione tra le singole particelle è maggiore dell'energia che provoca la separazione.
- Le particelle si bloccano in posizione limitando la loro energia vibrazionale.
- Mantiene forma e volume.
Stato liquido
Lo stato liquido corrisponde a fluidi il cui volume è costante, ma si adatta alla forma del suo contenitore. Ad esempio: acqua, bevande fredde, olio e saliva.
Il caratteristiche dello stato liquido Sono:
- Le particelle si attraggono, ma la distanza è maggiore che nei solidi.
- Le particelle sono più dinamiche dei solidi, ma più stabili dei gas.
- Ha un volume costante.
- La sua forma è indefinita. Quindi, il liquido prende la forma del suo contenitore.
stato gassoso
Lo stato gassoso corrisponde ai gas. Tecnicamente è definito come il raggruppamento di particelle poco attrattive tra loro che, entrando in collisione tra loro, si espandono nello spazio. Ad esempio: vapore acqueo, ossigeno (O2) e gas naturale.
Il caratteristiche dello stato gassoso Sono:
- Concentra meno particelle rispetto a solidi e liquidi.
- Le particelle hanno poca attrazione l'una verso l'altra.
- Le particelle sono in espansione, quindi sono più dinamiche dei solidi e dei gas.
- Non ha forma o volume definiti.
stato plasmatico
Lo stato plasmatico è uno stato simile a quello gassoso, ma ha particelle elettricamente cariche, cioè ionizzate. Si tratta, quindi, di gas caldi.
La materia allo stato plasmatico è molto comune nello spazio e costituisce, infatti, il 99% della sua materia osservabile. Tuttavia, lo stato plasmatico si riproduce naturalmente anche in alcuni fenomeni terrestri. Può anche essere prodotto artificialmente per vari usi.
Ad esempio, c'è plasma nel sole, nelle stelle e nelle nebulose. È presente anche nelle aurore polari, nei fulmini e nel cosiddetto Fuoco di San Telmo. Per quanto riguarda la loro produzione artificiale, alcuni esempi sono i televisori al plasma, i tubi fluorescenti e le lampade al plasma.
Il caratteristiche dello stato plasmatico Sono:
- Manca di forma e volume definiti.
- Le sue particelle sono ionizzate.
- Manca di equilibrio elettromagnetico.
- È un buon conduttore elettrico.
- Forma filamenti, strati e raggi quando esposto a un campo magnetico.
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Cambiamenti negli stati della materia
I cambiamenti di stato della materia sono processi che consentono alla struttura spaziale della materia di cambiare da uno stato all'altro. Dipendono da variazioni delle condizioni ambientali quali temperatura e/o pressione.
Tenendo conto degli stati fondamentali della materia, i cambiamenti di stato della materia sono: solidificazione, vaporizzazione, fusione, sublimazione, sublimazione inversa, ionizzazione e deionizzazione.
Fusione o fusione. È il passaggio dallo stato solido allo stato liquido. Si verifica quando il solido è esposto a temperature più elevate del normale, fino a quando non si scioglie. Si verifica perché le alte temperature a cui è sottoposto il solido fanno sì che le particelle si separino maggiormente e si muovano più facilmente.
Solidificazione. La solidificazione è il passaggio dallo stato liquido allo stato solido. Quando la temperatura di un liquido scende, le particelle iniziano ad avvicinarsi l'una all'altra e il movimento tra di loro si riduce. Quando raggiungono il punto di congelamento, si trasformano in materia solida.
Vaporizzazione. La vaporizzazione è il passaggio dallo stato liquido allo stato gassoso. Si verifica quando la temperatura aumenta in modo sensibile, il che interrompe l'interazione tra le particelle. Ciò provoca la loro separazione e un aumento del movimento, dando origine a un gas.
Condensazione. La condensazione è il passaggio dallo stato gassoso allo stato liquido. Quando la temperatura scende e/o la pressione aumenta, le particelle di gas perdono un po' di mobilità e si avvicinano l'una all'altra. Questa approssimazione spiega il passaggio da gas a liquido.
sublimazione. La sublimazione è il passaggio dallo stato solido allo stato gassoso senza passare per lo stato liquido. Si trova, ad esempio, nelle sfere di naftalene. Queste sfere che servono per tenere lontane le tarme dagli armadi hanno la proprietà di sbiadirsi nel tempo. Ciò significa che passano dallo stato solido allo stato gassoso senza passare per lo stato liquido.
Sublimazione inversa. Si chiama sublimazione inversa, sublimazione regressiva, deposizione o cristallizzazione per passare dallo stato gassoso a quello solido in modo diretto.
Ionizzazione La ionizzazione è il passaggio da gas a plasma, che si verifica quando le particelle di gas vengono caricate elettricamente, il che è possibile quando un gas viene riscaldato.
deionizzazione La deionizzazione consiste nel passaggio dallo stato plasmatico allo stato gassoso. È, quindi, il processo opposto alla ionizzazione.
Successivamente, presentiamo una tabella che riassume i cambiamenti nella materia e fornisce un esempio per ciascuno.
| Processi | Cambio di stato | Esempio |
|---|---|---|
| Fusione | Da solido a liquido. | scongela. |
|
solidificazione | Da liquido a solido. | Ghiaccio. |
| Vaporizzazione | Da liquido a gassoso. | Vapore d'acqua. |
| Condensazione | Da gassoso a liquido. | Pioggia. |
| sublimazione | Da solido a gassoso. | Ghiaccio secco. |
| Sublimazione inversa | Da gas a solido. | Neve. |
| Ionizzazione | Gassoso al plasma. | Insegne al neon. |
| deionizzazione | Plasmatico a gassoso. | Il fumo che risulta da spegnere una fiamma. |
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Nuovi stati della materia
Allo stato attuale, le indagini scientifiche hanno trovato nuovi stati di aggregazione della materia attraverso procedimenti artificiali. I più noti si basano sulla temperatura e sono il condensato di Bose-Einstein, il condensato fermionico e lo stato supersolido.
Tuttavia, sono ancora allo studio altre teorie sui possibili stati della materia, come la molecola di Rydberg, lo stato di Quantum Hall, la materia fotonica e il dropleton.
Condensato di Bose-Einstein (BEC)
Lo stato noto come condensato di Bose-Einstein (BEC) si verifica quando alcuni gas sono sottoposti a temperature prossime allo zero assoluto (-273,15 ° C), raggiungendo una densità e un punto di congelamento tali che gli atomi non possono essere spostati.
È uno stato della materia che è stato raggiunto artificialmente nel 1995. Da allora, è anche conosciuto come il quinto stato della materia.
Un esempio di BEC sono i materiali con superconduttività, cioè possono trasmettere elettricità senza esercitare alcuna resistenza e senza perdere energia.
Il caratteristiche dello stato condensato di Bose-Einstein sono:
- Le sue particelle sono bosoni.
- È osservabile solo a livello subatomico.
- Presenta superconduttività (resistenza elettrica nulla).
- Il suo stato di energia minima è noto come stato fondamentale.
Approfondire: stato di consenso Bose-Einstein
Conte di Fermi
Il condensato di Fermi o condensato fermionico è quello in cui la materia è superfluida, cioè non ha alcun grado di viscosità. Il comportamento dello stato fermionico è simile a un'onda piuttosto che a una particella. È legato allo stato di Bose-Einstein.
Il caratteristiche del condensatore fermionico Sono:
- Le sue particelle sono fermioni (e non bosoni).
- Si verifica a temperature prossime allo zero assoluto.
- La sua stabilità dura pochissimo.
Super solido
Il supersolido è uno stato in cui la materia è disposta nello spazio con le proprietà di un superfluido. Solo nel 2017 è stata trovata una chiara prova della sua esistenza. È ancora in fase di indagine, così come altri stati ipotetici.
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