Straipsnis apie materijos fazes (remiantis mikroskopinėmis savybėmis)
Kasdieniame gyvenime dažnai susiduriame su trimis skirtingomis materijos fazėmis. Yra kietos medžiagos (pvz., akmenys, geležis ir kt.), skysčiai (vanduo, benzinas ir kt.) ir dujinės medžiagos (oras ir kt.). Šių medžiagų trifazę galima atskirti pagal jų gebėjimą išlaikyti formą ir dydį.
Kietosios medžiagos paprastai išlaiko fiksuotą formą ir tūrį. Skystis neišlaiko fiksuotos formos, bet prisitaiko prie užimamos talpyklos. Pavyzdžiui, jei įpilame vandens į stiklinę, forma keičiasi kaip stiklinės. Jei vanduo pilamas į vonią, forma keičiasi kaip vonios. Skysčio tūris paprastai visada yra fiksuotas. Jei stiklinė vandens įdedama į vonią, vandens kiekis stiklinėje išlieka. Vandens forma gali keistis, bet dydis niekada nesikeičia. Atminkite, kad kietųjų ir skystųjų medžiagų kiekis gali keistis, jei joms veikiama pakankamai jėgos.
O kaip dėl dujų? Dujos neturi fiksuotos formos ir tūrio. Dujų forma ir dydis visada prisitaiko prie jų užimamos talpyklos formos ir dydžio. Pavyzdžiui, jei į automobilio padangą įpilame dujų, jos keičiasi panašiai kaip transporto priemonės padanga. Panašiai ir su tūriu. Karkase dujos pasklinda užpildydamos visą padangos ertmę. Šiuo atveju dujų kiekis keičiasi kaip padangos tūris. Jei pripūsime balioną (į balioną įpilsime oro), oro forma ir tūris pasikeis, kaip ir baliono forma bei tūris.
Iki šiol mes išskyrėme tris materijos formas tik pagal jų makroskopines savybes (makroskopinės savybės = medžiagos forma ir dydis). Žinoma, tai pagrįsta mūsų kasdienių matavimų ir stebėjimų rezultatais. Skirtumą tarp trijų materijos formų matysime pagal jų mikroskopines savybes. Kiekviena medžiaga susideda iš atomų arba molekulių. Kai sakome, kad uoliena yra stabili, niekada nežinome, kas nutinka su atomais ar molekulėmis, esančiais pagrindo viduje, kad akmuo taptų kietas. Tas pats pasakytina ir apie vandenį ar vandenį. Kas blogo su atomais ar molekulėmis, kurios sudaro telkinius, kad vandens fazė būtų skysta, o atmosferos nematyti.
Medžiagos formos pagal mikroskopines savybes
Prieš aptardami kietųjų, skystųjų ir dujinių medžiagų skirtumus pagal jų mikroskopines savybes, apžvelkime objektą. Pavyzdžiui, akmenis. Atidžiai pažvelgę į smėlį, pamatysime, kad kiekviena akmens dalis sulimpa. Net jei jis spardomas ir mėtomas, jo forma ir dydis niekada nesikeičia. Paprastai visi uolienos elementai visada yra viename vienete. Kodėl taip yra? Pagalvokime akimirką.
Akmens viduje yra atomų arba molekulių. Dabar įsivaizduokite uolą. Pabandykite įsivaizduoti, kad smėlis sudarytas iš mažų gabalėlių. Be to, akmens gabalėliai vis mažėja. Įsivaizduokite atomus kaip mažą rutulį. Vietoj to, molekulės susideda iš kelių kartu sulipusių rutuliukų.
Uolienoje yra tiek daug minimalių molekulių arba atomų. Ar galite įsivaizduoti atomus akmenyje?
Vieno atomo skersmuo yra apie 10–10 m . Jei įsivaizduotumėte atomą kaip rutulį, tai rutulio skersmuo būtų 10–10 metrų . Minimalus ir nematomas akimis... Tik įsivaizduojamas. Molekulės yra atomai, kurie sulimpa kartu, todėl molekulės dydis yra reikšmingesnis nei atomo. Bet jos taip pat nematomos akimis.
Jei atomai ar molekulės nėra viename vienete, žinoma, ne kiekviena akmens dalis sulimpa. Kiekvienas uolienos gabalas sulimpa taip, kad uoliena įgauna tvirtą formą. Kodėl atomai ar molekulės neišsiskiria?
Iš tiesų, atomai arba molekulės traukia vienas kitą. Jei atomai arba molekulės nesitraukia kartu, žinoma, jie išskrido visur. Kiekvienas atomas arba molekulė atsisveikins su draugu. Taigi, akmens gabalėliai bus išsibarstę visur. Uolienų dalys taip pat bus išsibarstę, ir mes galiausiai jų negalėsime pamatyti. Akmens gabalėliai taip pat sudaryti iš atomų arba molekulių. Atomai yra labai maži, todėl jei jie būtų atskiri, žinoma, negalėtume jų pamatyti... Tačiau realybė yra kitokia.
Akmuo atrodo tvirtas, kiekviena jo dalis sulimpa. Taigi galime daryti išvadą, kad atomai arba molekulės, sudarančios kietus objektus, turi traukti vienas kitą.
Traukos jėga tarp atomų ar molekulių yra elektromagnetinė jėga. Traukos jėgų buvimas verčia atomus ar molekules arti vienas kito. Kai norima susidurti, elektronai tolimiausioje atomo ar molekulės dalyje stumia vienas kitą (elektrinė stūma). Atstumas verčia atomus ir molekules judėti atgal. Nors atomai ar molekulės juda atgal, dėl traukos jie vėl artėja vienas prie kito. Atomai ar molekulės juda pirmyn ir atgal (vibruoja), išlaikydami minimalų atstumą.
Skirtumas tarp kietųjų medžiagų, skysčių ir dujų, remiantis faktinėmis mikroskopinėmis savybėmis, slypi traukos tarp trijų medžiagų atomų ar molekulių stiprume ir silpnume.
Kietas
Kietosiose medžiagose traukos jėgos tarp atomų ar molekulių yra tokios stiprios, kad kietąsias medžiagas sudarantys atomai ar molekulės visada yra fiksuotoje padėtyje. Kietosios medžiagos atomai ar molekulės juda pirmyn ir atgal (vibruoja), bet vis tiek vibruoja toje pačioje vietoje.
Dėl stiprios traukos tarp šių kietųjų kūnų atomų ar molekulių yra priežastis, kodėl kietos medžiagos forma ir tūris visada yra fiksuoti. Net metant ar daužant, akmens ar geležies formą sunku pakeisti, nes traukos jėga tarp atomų ar molekulių yra stipri. Kai įdedate akmenis ar metalą į kibirą ar vonią, uolienos ar metalo tūris niekada nesikeičia. Taigi, stipri trauka tarp atomų ar molekulių, sudarančių šias kietąsias medžiagas, leidžia jiems išlikti viename vienete, o jų forma atrodo vientisa.
Kietąsias medžiagas sudarančių atomų arba molekulių padėtis yra panaši į vaizdą (dar vadinamą kristaline gardele). Šis vaizdas yra padidintas. Atomai arba molekulės yra labai maži.
Skystis
Skysčiuose atomų ar molekulių traukos jėga yra silpnesnė, todėl jie gali laisvai judėti pirmyn ir atgal, vienas kitą dengdami. Atomai ar molekulės, kurios sukuria skystį, iš tiesų gali laisvai judėti, bet jie negali atsisveikinti su savo draugais. Traukos stiprumas vis tiek gali neleisti jiems išsibarstyti.
Priežastis ta, kad skystoji forma gali kisti, bet tūris visada yra fiksuotas. Kai pilame vandenį į stiklinę, traukos jėga tarp atomų ar molekulių nėra pakankamai stipri, kad vandens forma pasikeistų kaip stiklinės. Kai pilame vandenį į vonią, mažesnė traukos jėga tarp atomų ar molekulių verčia vandenį pritaikyti savo formą prie vonios formos. Skysčio tūris visada yra fiksuotas, nes traukos jėga tarp atomų ar molekulių vis tiek gali juos laikyti kartu. Atomai ar molekulės, kurie sukuria vandenį, nėra išsibarstę, todėl tūris visada yra fiksuotas.
Skystį sudarančio atomo arba molekulės padėtis, kaip parodyta paveikslėlyje (rodyklė rodo judėjimo kryptį).
Dujos
Dujinėse medžiagose atomų ar molekulių trauka yra silpna. Jie juda laisvai, nes tarp jų nėra ryšio. Dėl trapios traukos dujas sudarantys atomai ar molekulės yra išsibarstę visur. Dujas sudarantys atomai yra laisvesni nei kietas ar skystas medžiagas sudarantys atomai.
Dujas sudarančių atomų arba molekulių padėtis parodyta paveikslėlyje.
Dėl trapios traukos dujų forma ir tūris gali kisti, todėl akis negali matyti oro. Atomų ar molekulių dydis yra toks mažas, kad jei jie išsibarstę visur, mes jų nematome. Smėlio ar cukraus dydis yra daug didesnis nei atomų ar molekulių, todėl net ir išsibarstę smėlio grūdeliai vis tiek matomi akimis, nors tai ir yra šiek tiek keblu.
Kietas arba skystas medžiagas galima matyti, nes atomai ar molekulės nėra išsibarstę. Kietų ir dujinių medžiagų traukos jėga vis tiek gali jas išlaikyti kartu. Dujinę medžiagą veikianti traukos jėga yra silpna, todėl ji negali išlaikyti atomų ar molekulių kartu. Ši maža trauka taip pat yra priežastis, kodėl dujinės ir skystos medžiagos gali tekėti.
