Статия за фазите на материята (базирани на микроскопични свойства)
В ежедневието често срещаме три различни фази на материята. Съществуват твърди вещества (напр. камъни, желязо и др.), течности (вода, бензин и др.) и газообразни вещества (въздух и др.). Трифазните състояния на тези вещества могат да бъдат разграничени въз основа на способността им да поддържат формата и размера си.
Твърдите тела обикновено поддържат фиксирана форма и обем. Течността не запазва фиксирана форма, а се приспособява към съда, в който се намира. Например, ако сложим вода в чаша, формата ѝ се променя като чаша. Ако сложим вода във ваната, формата ѝ се променя като вана. Обемът на течността обикновено е винаги фиксиран. Ако чаша вода се постави във вана, количеството вода остава в чашата. Формата на водата може да се промени, но размерът ѝ никога не се променя. Имайте предвид, че броят на твърдите тела и течностите може да се промени, ако им се приложи достатъчна сила.
А какво ще кажете за газа? Газът няма фиксирана форма и обем. Формата и размерът на газа винаги се променят според формата и размера на контейнера, който заема. Например, ако напълним гума на кола, начинът, по който газът се променя, е като промяната на гума в превозно средство. По същия начин е и с обема. Когато е в корпус, газът се разпространява, за да запълни цялото пространство на гумата. В този случай количеството на газа се променя като обема на гумата. Ако надуем балон (напълним балон с въздух), формата и обемът на въздуха ще се променят, подобно на формата и обема на балона.
Досега разграничавахме трите форми на материята само въз основа на техните макроскопични свойства (макроскопични свойства = формата и размерът на веществото). Разбира се, това се основава на резултатите от нашите измервания и наблюдения всеки ден. Ще видим разликата между трите форми на материята въз основа на техните микроскопични свойства. Всяко вещество се състои от атоми или молекули. Когато казваме, че една скала е стабилна, никога не знаем какво се случва с атомите или молекулите, които са вътре в основата, така че камъкът да стане твърд. По същия начин е и с водата. Какво не е наред с атомите или молекулите, които образуват басейни, така че фазата на водата е течна, а атмосферата не се вижда?
Форми на веществата въз основа на микроскопични свойства
Преди да обсъдим разликите между твърдите, течните и газообразните вещества въз основа на техните микроскопични характеристики, нека разгледаме един обект. Например, камъни. Ако погледнем внимателно пясъка, ще видим, че всяка част от камъка е слепена. Дори когато е ритан и хвърлян, формата и размерът му никога не се променят. Обикновено всички елементи на скалата са винаги в едно цяло. Защо е така? Нека помислим за момент.
Вътре в камъка има атоми или молекули. Сега си представете скала. Опитайте се да си представите, че пясъкът е съставен от малки парченца. За повече информация, парчетата камък стават все по-малки и по-малки. Представете си атомите като миниатюрна топка. Вместо това, молекулите се състоят от няколко топки, слепени заедно.
В скалата има толкова много молекули или атоми, които са минимални. Можете ли да си представите атомите в камък?
Диаметърът на един атом е около 10 -10 м. Ако си представим атом като топка, тогава диаметърът на топката е 10 –10 метра. Минимален и не може да се види с очите... Само е възможно да се представи. Молекулите са атоми, които се слепват, така че размерът на молекулата е по-значителен от този на атома. Но също така не може да се види с очите.
Ако атомите или молекулите не са в едно цяло, разбира се, всяка част от камъка не се слепва. Всяко парче скала се слепва, така че формата на скалата става твърда. Защо атомите или молекулите не се разделят?
Всъщност атомите или молекулите се привличат взаимно. Ако атомите или молекулите не се придърпват заедно, разбира се, те са се разпръснали навсякъде. Всеки атом или молекула ще се сбогува с приятел. Така парчетата камък ще бъдат разпръснати навсякъде. Частите от скалата също ще бъдат разпръснати и ние накрая не можем да ги видим. Парчетата камък също са съставени от атоми или молекули. Размерът на атомите е малък, така че ако бяха отделни, разбира се, не бихме могли да ги видим... Но реалността не е такава.
Камъкът изглежда твърд, всяка част от камъка е слепена. По този начин можем да заключим, че атомите или молекулите, които образуват твърди обекти, трябва да се привличат взаимно.
Силата на привличане между атомите или молекулите е електромагнитна сила. Наличието на привличащи сили прави атомите или молекулите близо една до друга. Когато искате да се сблъскате, електроните в най-външната част на атома или молекулата се отблъскват взаимно (електрическо отблъскване). Разстоянието кара атомите и молекулите да се движат назад. Въпреки че атомите или молекулите се движат назад, но тъй като има привличане, те се приближават отново една към друга. Атомите или молекулите се движат напред-назад (вибрират), като същевременно поддържат минимално разстояние.
Разликата между твърди вещества, течности и газове, основана на действителните микроскопични свойства, се състои в силата и слабостта на привличането между атомите или молекулите на трите вещества.
Солиден
В твърдите тела, силите на привличане между атомите или молекулите са толкова силни, че атомите или молекулите, които образуват твърдите тела, винаги са във фиксирано положение. Атомите или молекулите в твърдите тела се движат напред-назад (вибрират), но все още вибрират на едно и също място.
Силата на привличането между атомите или молекулите на тези твърди тела е причината, поради която формата и обемът на твърдото вещество винаги са фиксирани. Дори ако бъдат хвърлени или ударени, формата на камъка или желязото е трудно да се промени, защото силата на привличане между атомите или молекулите е силна. Когато поставите камъни или метал в кофа или вана, обемът на камъка или метала никога не се променя. Така силното привличане между атомите или молекулите, които изграждат тези твърди тела, ги кара да останат в едно цяло и формата им изглежда твърда.
Позицията на атомите или молекулите, които образуват твърди тела, е подобна на изображението (известно още като кристална решетка). Това изображение е увеличено. Атомите или молекулите са малки.
Течност
В течностите силата на привличане между атомите или молекулите е по-слаба, така че те са напълно свободни да се движат напред-назад, припокривайки се една с друга. Атомите или молекулите, които създават течността, наистина могат да се движат свободно, но не могат да се сбогуват с приятелите си. Силата на привличането все още може да ги предпази от разпръскване.
Причината е, че течната форма може да се променя, но обемът винаги е фиксиран. Когато сложим вода в чаша, силата на привличане между атомите или молекулите не е достатъчно силна, така че формата на водата да се променя като формата на чаша. Когато сложим вода във вана, по-малко силната сила на привличане между атомите или молекулите кара водата да приспособи формата си към формата на ваната. Обемът на течността винаги е фиксиран, защото силата на привличане между атомите или молекулите все още може да ги държи заедно. Атомите или молекулите, които създават водата, не са разпръснати, така че обемът винаги е фиксиран.
Позицията на атома или молекулата, съставляващи течността, както е на картинката (стрелката показва посоката на движение).
Gas
В газообразните вещества привличането между атомите или молекулите е слабо. Те се движат свободно, защото няма връзка между тях. Крехкото привличане прави атомите или молекулите, които образуват газообразното вещество, разпръснати навсякъде. Атомите, които образуват газообразното вещество, са по-свободни от атомите, които образуват твърди или течни вещества.
Положението на атомите или молекулите, които образуват газ, е показано на фигурата.
Крехкото привличане е причината формата и обемът на газообразното вещество да се променят и защо окото не може да види въздуха. Размерът на атомите или молекулите е толкова малък, че ако са разпръснати навсякъде, не можем да ги видим. Размерът на пясъка или захарта е много по-голям от атомите или молекулите, така че дори и да са разпръснати, песъчинките все още могат да се видят с очите, макар че е малко сложно.
Твърдите или течните вещества могат да се видят, защото атомите или молекулите не са разпръснати. Силата на привличане в твърдите и газообразните вещества все още може да ги държи заедно. Силата на привличане върху газообразното вещество е слаба, така че то не е в състояние да задържи атомите или молекулите заедно. Това малко привличане е и причината газообразните и течните вещества да могат да текат.
