Artikel om materiens faser (baseret på mikroskopiske egenskaber)
I hverdagen støder vi ofte på tre forskellige faser af stof. Der er faste stoffer (f.eks. sten, jern osv.), væsker (vand, benzin osv.) og gasformige stoffer (luft osv.). De tre faser af disse stoffer kan skelnes ud fra deres evne til at bevare deres form og størrelse.
Faste stoffer bevarer normalt en fast form og volumen. Væsken bevarer ikke en fast form, men tilpasser sig den beholder, den er i. For eksempel, hvis vi hælder vand i et glas, ændrer formen sig som et glas. Hvis vand hældes i badekarret, ændrer formen sig som et badekar. Væskens volumen er typisk altid fast. Hvis et glas vand hældes i et badekar, forbliver mængden af vand i glasset. Vandets form kan ændre sig, men størrelsen varierer aldrig. Husk, at antallet af faste stoffer og væsker kan ændre sig, hvis de gives en tilstrækkelig kraft.
Hvad med gas? Gas har ikke en fast form og volumen. Formen og størrelsen af gas justeres altid til formen og størrelsen af den beholder, den optager. Hvis vi for eksempel hælder gas i et dæk i en bil, ændrer gassen sig på samme måde som i et dæk i et køretøj. Det samme gælder volumen. Når gassen er i en beholder, spredes den og fylder hele dækrummet. I dette tilfælde ændrer antallet af gasser sig som dækkets volumen. Hvis vi puster en ballon (vi hælder luft i en ballon), vil luftens form og volumen ændre sig, ligesom ballonens form og volumen.
Indtil videre har vi kun skelnet mellem de tre former for stof baseret på deres makroskopiske egenskaber (makroskopiske egenskaber = stoffets form og størrelse). Dette er selvfølgelig baseret på resultaterne af vores målinger og observationer hver dag. Vi vil se forskellen mellem de tre former for stof baseret på deres mikroskopiske egenskaber. Hvert stof består af atomer eller molekyler. Når vi siger, at en klippe er stabil, ved vi aldrig, hvad der sker med de atomer eller molekyler, der er inde i fundamentet, så stenen bliver fast. Ligeledes med vand eller vand. Hvad er der galt med atomer eller molekyler, der danner bassiner, så vandfasen er flydende, og atmosfæren ikke er synlig.
Stoffer dannes baseret på mikroskopiske egenskaber
Før vi diskuterer forskellene på faste stoffer, flydende stoffer og gasformige stoffer baseret på deres mikroskopiske egenskaber, lad os se nærmere på et objekt. For eksempel sten. Hvis vi ser nøje på sandet, vil vi se, at hver del af stenen hænger sammen. Selvom den bliver sparket og kastet, ændrer dens form og størrelse sig aldrig. Normalt er alle elementer i klippen altid i én enhed. Hvorfor det? Lad os tænke et øjeblik.
Inde i stenen er der atomer eller molekyler. Forestil dig nu en klippe. Prøv at forestille dig, at sandet er sammensat af små stykker. For at få flere stenstykker bliver mindre og mindre. Forestil dig atomer som en minimal kugle. I stedet består molekyler af flere kugler, der klistrer sammen.
I klippe er der så mange molekyler eller atomer, der er minimale. Kan du forestille dig atomerne i en sten?
Diameteren af et atom er omkring 10-10 m . Hvis man forestiller sig et atom som en kugle, så er kuglens diameter 10-10 meter . Minimal og kan ikke ses med øjnene ... Kun forestillet. Molekyler er atomer, der klæber sammen, så størrelsen af et molekyle er mere betydningsfuld end et atoms. Men kan heller ikke ses med øjnene.
Hvis atomer eller molekyler ikke er i én enhed, klæber ingen dele af stenen sammen. Hvert stykke sten klæber sammen, så stenens form bliver fast. Hvorfor adskiller atomer eller molekyler sig ikke?
Atomerne eller molekylerne tiltrækker faktisk hinanden. Hvis atomerne eller molekylerne ikke trækker sammen, er de selvfølgelig fløjet overalt. Hvert atom eller molekyle vil sige farvel til en ven. Således vil stenstykkerne blive spredt overalt. Klippedelene vil også blive spredt, og vi kan ikke i sidste ende se dem. Stenstykker er også sammensat af atomer eller molekyler. Atomernes størrelse er lille, så hvis de var adskilte, kunne vi selvfølgelig ikke se dem ... Men virkeligheden er ikke sådan.
Stenen ser solid ud, hver del af stenen hænger sammen. Derfor kan vi konkludere, at de atomer eller molekyler, der danner faste objekter, må tiltrække hinanden.
Tiltrækningskraften mellem atomer eller molekyler er en elektromagnetisk kraft. Tilstedeværelsen af tiltrækningskræfter får atomer eller molekyler til at komme tættere sammen. Når man vil kollidere, frastøder elektronerne i den yderste del af atomet eller molekylet hinanden (elektrisk frastødning). Afstanden får atomerne og molekylerne til at bevæge sig baglæns. Selvom atomerne eller molekylerne bevæger sig baglæns, nærmer de sig hinanden igen, fordi der er en tiltrækning. Atomerne eller molekylerne bevæger sig frem og tilbage (vibrerer), mens de opretholder en minimal afstand.
Forskellen mellem faste stoffer, væsker og gasser baseret på de faktiske mikroskopiske egenskaber ligger i styrken og svagheden af tiltrækningen mellem atomerne eller molekylerne i de tre stoffer.
Solid
I faste stoffer er tiltrækningskræfterne mellem atomer eller molekyler så høje, at de atomer eller molekyler, der danner faste stoffer, altid er i en fast position. Atomer eller molekyler i faste stoffer bevæger sig frem og tilbage (vibrerer), men de vibrerer stadig på samme sted.
Styrken af tiltrækningen mellem atomerne eller molekylerne i disse faste stoffer er grunden til, at det faste stofs form og volumen altid er fast. Selv hvis det kastes eller slås, er formen på stenen eller jernet vanskelig at ændre, fordi tiltrækningskraften mellem atomer eller molekyler er stærk. Når man putter sten eller metal i en spand eller et badekar, ændrer volumenet af sten eller metal sig aldrig. Så den stærke tiltrækning mellem atomer eller molekyler, der udgør disse faste stoffer, får dem til at forblive i én enhed, og deres form ser solid ud.
Placeringen af atomer eller molekyler, der danner faste stoffer, er som på billedet (også kendt som krystalgitteret). Dette billede er forstørret. Atomer eller molekyler er små.
Flydende
I væsker er tiltrækningskraften mellem atomer eller molekyler mindre stærk, så de er helt frie til at bevæge sig frem og tilbage og overlappe hinanden. De atomer eller molekyler, der skaber væsken, kan ganske vist bevæge sig frit, men de kan ikke sige farvel til deres venner. Tiltrækningens størrelse kan stadig forhindre dem i at blive spredt.
Årsagen er, at den flydende form kan ændre sig, men volumenet er altid fast. Når vi hælder vand i et glas, er tiltrækningskraften mellem atomerne eller molekylerne ikke stærk nok til, at vandets form ændrer sig som et glas. Når vi hælder vand i et badekar, får den mindre tiltrækningskraft mellem atomer eller molekyler vandet til at tilpasse sin form til badekarrets form. Væskens volumen er altid fast, fordi tiltrækningskraften mellem atomer eller molekyler stadig kan holde dem sammen. De atomer eller molekyler, der skaber vandet, er ikke spredt, så volumenet er altid fast.
Placeringen af det atom eller molekyle, der udgør væsken, som på billedet (pilen viser bevægelsesretningen).
Gas
I gasformige stoffer er tiltrækningen mellem atomer eller molekyler svag. De bevæger sig frit, fordi der ikke er nogen binding mellem dem. En skrøbelig tiltrækning gør, at de atomer eller molekyler, der danner gasstoffet, er spredt overalt. De atomer, der danner gasstoffet, er friere end de atomer, der danner faste eller flydende stoffer.
Placeringen af atomer eller molekyler, der danner gas, er som vist på figuren.
En skrøbelig tiltrækning er årsagen til, at formen og volumenet af et gasformigt stof kan ændre sig, og hvorfor øjet ikke kan se luften. Størrelsen af atomer eller molekyler er så lille, at hvis de er spredt overalt, kan vi ikke se dem. Størrelsen af sand eller sukker er meget større end atomer eller molekyler, så selvom de er spredt, kan sandkornene stadig ses med øjnene, selvom det er lidt vanskeligt.
Faste eller flydende stoffer kan ses, fordi atomerne eller molekylerne ikke er spredt. Mængden af tiltrækning i faste og gasformige stoffer kan stadig holde dem sammen. Tiltrækningskraften på gasformige stoffer er svag, så de ikke er i stand til at holde atomer eller molekyler sammen. Denne lille tiltrækning er også grunden til, at gasformige og flydende stoffer kan flyde.
