Artikkel aine faaside kohta (põhineb mikroskoopilistel omadustel)
Igapäevaelus puutume sageli kokku kolme erineva aine faasiga. On tahked ained (nt kivid, raud jne), vedelikud (vesi, bensiin jne) ja gaasilised ained (õhk jne). Nende ainete kolmefaasilisust saab eristada nende võime järgi säilitada oma kuju ja suurust.
Tahked ained säilitavad tavaliselt fikseeritud kuju ja mahu. Vedelik ei säilita kinnitatud vormi, vaid kohandub vastavalt anumale, milles see on. Näiteks kui paneme vett klaasi, muutub selle kuju nagu klaasil. Kui vesi pannakse vanni, muutub selle kuju nagu vannil. Vedeliku maht on tavaliselt alati fikseeritud. Kui klaas vett asetatakse vanni, jääb vee hulk klaasi. Vee kuju võib muutuda, kuid suurus ei muutu kunagi. Pidage meeles, et tahkete ja vedelike arv võib piisava jõu rakendamisel muutuda.
Aga gaas? Gaasil pole kindlat kuju ja mahtu. Gaasi kuju ja suurus kohanduvad alati anuma kuju ja suurusega, milles see asub. Näiteks kui paneme gaasi autorehvi, muutub gaas sarnaselt sõiduki rehvile. Samamoodi muutub ka maht. Karbis olles levib gaas, täites kogu rehviruumi. Sellisel juhul muutub gaasi kogus nagu rehvi maht. Kui me puhume õhupalli (panime õhu õhupalli), muutuvad õhu kuju ja maht, nagu ka õhupalli kuju ja maht.
Siiani oleme eristanud kolme aine vormi ainult nende makroskoopiliste omaduste põhjal (makroskoopilised omadused = aine kuju ja suurus). Loomulikult põhineb see meie igapäevaste mõõtmiste ja vaatluste tulemustel. Näeme kolme aine vormi erinevust nende mikroskoopiliste omaduste põhjal. Iga aine koosneb aatomitest või molekulidest. Kui ütleme, et kivim on stabiilne, siis me ei tea kunagi, mis juhtub vundamendi sees olevate aatomite või molekulidega, nii et kivi muutub tahkeks. Samamoodi on vee või veega. Mis on valesti aatomite või molekulidega, mis moodustavad kogumeid, nii et vee faas on vedel ja atmosfäär pole nähtav.
Aine vormid mikroskoopiliste omaduste põhjal
Enne kui hakkame arutama tahkete, vedelike ja gaasiliste ainete erinevusi nende mikroskoopiliste tunnuste põhjal, vaatame üht eset. Näiteks kive. Kui vaatame liiva hoolikalt, näeme, et iga kivi osa kleepub kokku. Isegi kui seda lüüakse ja visatakse, ei muutu selle kuju ja suurus kunagi. Tavaliselt on kõik kivimi elemendid alati ühes ühikus. Miks see nii on? Mõelgem hetkeks.
Kivi sees on aatomid ehk molekulid. Nüüd kujuta ette kivi. Proovi ette kujutada, et liiv koosneb väikestest tükkidest. Lisaks muutuvad kivitükid aina väiksemaks. Kujuta ette aatomeid nagu väikest palli. Selle asemel koosnevad molekulid mitmest kokku kleepunud pallist.
Kivimis on nii palju minimaalselt molekule või aatomeid. Kas suudad ette kujutada aatomeid kivis?
Ühe aatomi läbimõõt on umbes 10⁻⁹⁴ m . Kui kujutate ette aatomit pallina, siis on palli läbimõõt 10⁻⁹⁴ meetrit . Minimaalne ja silmaga nähtamatu ... Ainult ettekujutatav. Molekulid on aatomid, mis kleepuvad kokku, seega on molekuli suurus olulisem kui aatomil. Aga ka seda ei saa silmaga näha.
Kui aatomid või molekulid ei ole ühes ühikus, siis loomulikult ei kleepu iga kivi osa kokku. Iga kivitükk kleepub kokku nii, et kivi kuju muutub tahkeks. Miks aatomid või molekulid ei eraldu?
Tõepoolest, aatomid või molekulid tõmbuvad üksteise poole. Kui aatomid või molekulid kokku ei tõmbu, siis on nad loomulikult kõikjale lennanud. Iga aatom või molekul jätab sõbraga hüvasti. Seega hajuvad kivitükid kõikjale laiali. Ka kivimi osad hajuvad laiali ja me ei saa neid lõpuks näha. Kivitükid koosnevad samuti aatomitest või molekulidest. Aatomite suurus on imeväike, seega kui nad oleksid eraldi, siis me muidugi ei näeks neid... Aga tegelikkus pole selline.
Kivi näeb välja tahke, iga kivi osa kleepub kokku. Seega võime järeldada, et tahkeid objekte moodustavad aatomid või molekulid peavad üksteist ligi tõmbama.
Aatomite või molekulide vaheline tõmbejõud on elektromagnetiline jõud. Tõmbejõudude olemasolu paneb aatomid või molekulid üksteisele lähedale. Kui on soov põrkuda, tõukuvad aatomi või molekuli kõige välimises osas olevad elektronid üksteist (elektriline tõukumine). Kaugus paneb aatomid ja molekulid tahapoole liikuma. Kuigi aatomid või molekulid liiguvad tahapoole, lähenevad nad tõmbejõu tõttu uuesti üksteisele. Aatomid või molekulid liiguvad edasi-tagasi (vibreerivad), säilitades samal ajal minimaalse kauguse.
Tahkete ainete, vedelike ja gaaside erinevus tegelike mikroskoopiliste omaduste põhjal seisneb kolme aine aatomite või molekulide vahelise külgetõmbe tugevuses ja nõrkuses.
Tahke
Tahketes ainetes on aatomite või molekulide vahelised tõmbejõud nii tugevad, et tahkeid aineid moodustavad aatomid või molekulid on alati fikseeritud asendis. Tahkete ainete aatomid või molekulid liiguvad edasi-tagasi (vibreerivad), kuid nad vibreerivad ikkagi samas kohas.
Nende tahkete ainete aatomite või molekulide vahelise tõmbejõu tugevus on põhjus, miks tahke aine vorm ja ruumala on alati fikseeritud. Isegi visates või paugutades on kivi või raua kuju raske muuta, sest aatomite või molekulide vaheline tõmbejõud on tugev. Kui panna kivid või metall ämbrisse või vanni, ei muutu kivi või metalli ruumala kunagi. Seega hoiab neid tahkeid aineid moodustavate aatomite või molekulide vaheline tugev tõmbejõud neid ühes ühikus ja nende kuju näeb välja tahke.
Tahkeid aineid moodustavate aatomite või molekulide asukoht on nagu pildil (tuntud ka kui kristallvõres). See pilt on suurendatud. Aatomid või molekulid on pisikesed.
Vedelik
Vedelikes on aatomite või molekulide vaheline tõmbejõud nõrgem, seega saavad nad vabalt edasi-tagasi liikuda, üksteisega kattudes. Vedelikku moodustavad aatomid või molekulid saavad küll vabalt liikuda, kuid nad ei saa oma sõpradega hüvasti jätta. Tõmbejõu suurus võib siiski takistada nende hajumist.
Põhjus on selles, et vedel olek võib muutuda, kuid maht on alati fikseeritud. Kui paneme vett klaasi, ei ole aatomite või molekulide vaheline tõmbejõud piisavalt tugev, et vee kuju muutuks nagu klaasil. Kui paneme vett vanni, paneb aatomite või molekulide vaheline väiksem tõmbejõud vee kuju vanni kuju järgi kohandama. Vedeliku maht on alati fikseeritud, sest aatomite või molekulide vaheline tõmbejõud suudab neid ikkagi koos hoida. Vett moodustavad aatomid või molekulid ei ole hajutatud, seega on maht alati fikseeritud.
Vedelikku moodustava aatomi või molekuli asukoht, nagu pildil (nool näitab liikumissuunda).
Gaas
Gaasilistes ainetes on aatomite või molekulide vaheline tõmbejõud nõrk. Nad liiguvad vabalt, kuna nende vahel puudub side. Habras tõmbejõud hajutab gaasilise aine aatomid või molekulid kõikjale. Gaasilise aine aatomid on vabamad kui tahkeid või vedelaid aineid moodustavad aatomid.
Gaasi moodustavate aatomite või molekulide asukoht on näidatud joonisel.
Habras külgetõmme on põhjus, miks gaasilise aine kuju ja maht võivad muutuda ning miks silm õhku ei näe. Aatomite või molekulide suurus on nii väike, et kui nad on kõikjale hajutatud, siis me ei näe neid. Liiva või suhkru suurus on palju suurem kui aatomitel või molekulidel, nii et isegi hajumise korral on liivateri ikkagi silmaga näha, kuigi see on mõnevõrra keeruline.
Tahkeid või vedelaid aineid saab näha, kuna aatomid või molekulid pole hajutatud. Tahkete ja gaasiliste ainete vahelise tõmbejõu tõttu suudab see neid siiski koos hoida. Gaasilisele ainele mõjuv tõmbejõud on nõrk, mistõttu see ei suuda aatomeid ega molekule koos hoida. See väike tõmbejõud on ka põhjus, miks gaasilised ja vedelad ained saavad voolata.
