Članak o fazama materije (na temelju mikroskopskih svojstava)
U svakodnevnom životu često susrećemo tri različite faze tvari. Postoje čvrste tvari (npr. kamenje, željezo itd.), tekućine (voda, benzin itd.) i plinovite tvari (zrak itd.). Trofazna stanja ovih tvari mogu se razlikovati na temelju njihove sposobnosti održavanja oblika i veličine.
Čvrste tvari obično zadržavaju fiksni oblik i volumen. Tekućina ne zadržava fiksni oblik, već se prilagođava posudi u kojoj se nalazi. Na primjer, ako stavimo vodu u čašu, oblik se mijenja poput čaše. Ako se voda stavi u kadu, oblik se mijenja poput kade. Volumen tekućine je obično uvijek fiksan. Ako se čaša vode stavi u kadu, količina vode ostaje u čaši. Oblik vode se može mijenjati, ali veličina se nikada ne mijenja. Imajte na umu da se broj čvrstih tvari i tekućina može promijeniti ako im se da dovoljna sila.
Što je s plinom? Plin nema fiksni oblik i volumen. Oblik i veličina plina uvijek se prilagođavaju obliku i veličini spremnika koji zauzima. Na primjer, ako stavimo plin u gumu u automobilu, način na koji se plin mijenja je poput gume u vozilu. Slično je i s volumenom. Kada je u kućištu, plin se širi i ispunjava cijeli prostor gume. U ovom slučaju, količina plina mijenja se poput volumena gume. Ako napušemo balon (stavimo zrak u balon), oblik i volumen zraka će se promijeniti, poput oblika i volumena balona.
Do sada smo razlikovali tri oblika materije samo na temelju njihovih makroskopskih svojstava (makroskopska svojstva = oblik i veličina tvari). Naravno, to se temelji na rezultatima naših svakodnevnih mjerenja i promatranja. Vidjet ćemo razliku između tri oblika materije na temelju njihovih mikroskopskih svojstava. Svaka tvar sastoji se od atoma ili molekula. Kada kažemo da je stijena stabilna, nikada ne znamo što se događa s atomima ili molekulama koje se nalaze unutar temelja tako da kamen postaje čvrst. Isto tako i s vodom. Što nije u redu s atomima ili molekulama koje tvore bazene tako da je faza vode tekuća, a atmosfera nije vidljiva.
Oblici tvari temeljeni na mikroskopskim svojstvima
Prije nego što raspravimo o razlikama između krutim, tekućim i plinovitim tvarima na temelju njihovih mikroskopskih značajki, razmotrimo jedan objekt. Na primjer, kamenje. Ako pažljivo pogledamo pijesak, vidjet ćemo da se svaki dio kamena lijepi zajedno. Čak i ako se udara nogama i baca, njegov oblik i veličina se nikada ne mijenjaju. Obično su svi elementi stijene uvijek u jednoj cjelini. Zašto je to tako? Razmislimo na trenutak.
Unutar kamena nalaze se atomi ili molekule. Sada zamislite stijenu. Pokušajte zamisliti da je pijesak sastavljen od malih komadića. Za više informacija, komadići kamena postaju sve manji i manji. Zamislite atome kao minimalnu kuglicu. Umjesto toga, molekule se sastoje od nekoliko kuglica koje se lijepe zajedno.
U stijeni postoji toliko mnogo molekula ili atoma koji su minimalni. Možete li zamisliti atome u kamenu?
Promjer jednog atoma je oko 10 -10 m. Ako zamislite atom kao kuglu, tada je promjer kugle 10 –10 metara. Minimalno i ne može se vidjeti očima... Samo zamislivo. Molekule su atomi koji se lijepe zajedno, pa je veličina molekule značajnija od atoma. Ali se također ne može vidjeti očima.
Ako atomi ili molekule nisu u jednoj jedinici, naravno, svaki dio kamena se ne lijepi zajedno. Svaki komadić stijene se lijepi tako da oblik stijene postaje čvrst. Zašto se atomi ili molekule ne odvajaju?
Doista, atomi ili molekule se privlače. Ako se atomi ili molekule ne privlače, naravno da su letjeli posvuda. Svaki atom ili molekula će se oprostiti od prijatelja. Tako će se komadići kamena raspršiti posvuda. Dijelovi stijene također će se raspršiti i konačno ih ne možemo vidjeti. Komadi kamena također su sastavljeni od atoma ili molekula. Veličina atoma je sićušna, pa ako bi bili odvojeni, naravno, ne bismo ih mogli vidjeti... Ali stvarnost nije takva.
Kamen izgleda čvrsto, svaki dio kamena se lijepi zajedno. Dakle, možemo zaključiti da se atomi ili molekule koje tvore čvrste objekte moraju međusobno privlačiti.
Sila privlačenja između atoma ili molekula je elektromagnetska sila. Prisutnost privlačnih sila približava atome ili molekule. Kada se želite sudariti, elektroni u najudaljenijem dijelu atoma ili molekule odbijaju se (električno odbijanje). Udaljenost uzrokuje da se atomi i molekule kreću unatrag. Iako se atomi ili molekule kreću unatrag, ali zbog privlačenja, ponovno se približavaju. Atomi ili molekule kreću se naprijed-natrag (vibrirajući) održavajući minimalnu udaljenost.
Razlika između krutih tvari, tekućina i plinova na temelju stvarnih mikroskopskih svojstava leži u jačini i slabosti privlačenja između atoma ili molekula triju tvari.
Solidan
U krutim tvarima, privlačne sile između atoma ili molekula su toliko glasne da su atomi ili molekule koje tvore krutine uvijek u fiksnom položaju. Atomi ili molekule u krutim tvarima kreću se naprijed-natrag (vibriraju), ali i dalje vibriraju na istom mjestu.
Snaga privlačenja između atoma ili molekula tih čvrstih tijela razlog je zašto su oblik i volumen čvrste tvari uvijek fiksni. Čak i ako se baci ili udari, oblik kamena ili željeza teško je promijeniti jer je sila privlačenja između atoma ili molekula jaka. Kada stavite kamenje ili metal u kantu ili kadu, volumen stijene ili metala se nikada ne mijenja. Dakle, jaka privlačnost između atoma ili molekula koje čine ta čvrsta tijela čini da ostanu u jednoj jedinici, a njihov oblik izgleda čvrsto.
Položaj atoma ili molekula koje tvore krutine je poput slike (također poznate kao kristalna rešetka). Ova slika je uvećana. Atomi ili molekule su sićušne.
Tekućina
U tekućinama je sila privlačenja između atoma ili molekula slabija, pa se oni mogu potpuno slobodno kretati naprijed-natrag, preklapajući se. Atomi ili molekule koje stvaraju tekućinu doista se mogu slobodno kretati, ali se ne mogu oprostiti od svojih prijatelja. Veličina privlačnosti i dalje ih može spriječiti da se rasprše.
Razlog je taj što se oblik tekućine može mijenjati, ali volumen je uvijek fiksan. Kada stavimo vodu u čašu, sila privlačenja između atoma ili molekula nije dovoljno jaka da bi se oblik vode mijenjao poput oblika čaše. Kada stavimo vodu u kadu, manje privlačna sila između atoma ili molekula uzrokuje da voda prilagodi svoj oblik obliku kade. Volumen tekućine je uvijek fiksan jer sila privlačenja između atoma ili molekula još uvijek ih može držati zajedno. Atomi ili molekule koje stvaraju vodu nisu raspršene, pa je volumen uvijek fiksan.
Položaj atoma ili molekule koja čini tekućinu, kao na slici (strelica pokazuje smjer kretanja).
Plin
U plinovitim tvarima, privlačnost između atoma ili molekula je slaba. Oni se slobodno kreću jer među njima nema veze. Krhka privlačnost čini atome ili molekule koje tvore plinovitu tvar raspršenim posvuda. Atomi koji tvore plinovitu tvar slobodniji su od atoma koji tvore čvrste ili tekuće tvari.
Položaj atoma ili molekula koje tvore plin prikazan je na slici.
Krhka privlačnost je razlog zašto se oblik i volumen plinovite tvari mogu promijeniti i zašto oko ne može vidjeti zrak. Veličina atoma ili molekula je toliko mala da ih ne možemo vidjeti ako su raspršeni posvuda. Veličina pijeska ili šećera je mnogo veća od atoma ili molekula tako da čak i ako su raspršeni, zrnca pijeska se i dalje mogu vidjeti očima, iako je to pomalo nezgodno.
Čvrste ili tekuće tvari mogu se vidjeti jer atomi ili molekule nisu raspršeni. Količina privlačenja u čvrstim i plinovitim tvarima i dalje ih može držati zajedno. Sila privlačenja na plinovitu tvar je slaba tako da ne može držati atome ili molekule zajedno. Ova mala privlačnost je također razlog zašto plinovite i tekuće tvari mogu teći.
