Raksts par vielas fāzēm (pamatojoties uz mikroskopiskām īpašībām)
Ikdienā mēs bieži sastopamies ar trim dažādām matērijas fāzēm. Ir cietas vielas (piemēram, akmeņi, dzelzs utt.), šķidrumi (ūdens, benzīns utt.) un gāzveida vielas (gaiss utt.). Šo vielu trīs fāzes var atšķirt, pamatojoties uz to spēju saglabāt savu formu un izmēru.
Cietvielas parasti saglabā fiksētu formu un tilpumu. Šķidrums nesaglabā fiksētu formu, bet pielāgojas aizņemtajam traukam. Piemēram, ja glāzē ielej ūdeni, forma mainās līdzīgi kā glāzei. Ja vannā ielej ūdeni, forma mainās līdzīgi kā vannai. Šķidruma tilpums parasti vienmēr ir fiksēts. Ja glāzi ūdens ievieto vannā, ūdens daudzums glāzē paliek. Ūdens forma var mainīties, bet izmērs nekad nemainās. Paturiet prātā, ka cietvielu un šķidrumu skaits var mainīties, ja tiem tiek pielikts pietiekams spēks.
Kā ar gāzi? Gāzei nav fiksētas formas un tilpuma. Gāzes forma un izmērs vienmēr tiek pielāgots tās tvertnes formai un izmēram. Piemēram, ja mēs iepildām gāzi automašīnas riepā, gāzes izmaiņas notiek līdzīgi kā transportlīdzekļa riepā. Līdzīgi ir ar tilpumu. Atrodoties riepas apvalkā, gāze izplatās, aizpildot visu riepas telpu. Šajā gadījumā gāzes daudzums mainās līdzīgi kā riepas tilpums. Ja mēs piepūšam balonu (mēs iepildām gaisu balonā), gaisa forma un tilpums mainīsies, tāpat kā balona forma un tilpums.
Līdz šim mēs esam atšķiruši tikai trīs matērijas formas, pamatojoties uz to makroskopiskajām īpašībām (makroskopiskās īpašības = vielas forma un izmērs). Protams, tas ir balstīts uz mūsu ikdienas mērījumu un novērojumu rezultātiem. Atšķirību starp trim matērijas formām mēs redzēsim, pamatojoties uz to mikroskopiskajām īpašībām. Katra viela sastāv no atomiem vai molekulām. Kad mēs sakām, ka iezis ir stabils, mēs nekad nezinām, kas notiek ar atomiem vai molekulām, kas atrodas pamatnes iekšpusē, lai akmens kļūtu ciets. Tāpat ir ar ūdeni vai ūdeni. Kas vainas atomiem vai molekulām, kas veido peļķes, lai ūdens fāze būtu šķidra un atmosfēra nebūtu redzama.
Vielas formas, kuru pamatā ir mikroskopiskās īpašības
Pirms apspriest cietvielu, šķidrumu un gāzveida vielu atšķirības, pamatojoties uz to mikroskopiskajām īpašībām, apskatīsim kādu objektu. Piemēram, akmeņus. Ja uzmanīgi aplūkosim smiltis, redzēsim, ka katra akmens daļa turas kopā. Pat ja to spārda un met, tā forma un izmērs nekad nemainās. Parasti visi ieža elementi vienmēr atrodas vienā veselumā. Kāpēc tā? Padomāsim uz brīdi.
Akmens iekšpusē ir atomi vai molekulas. Tagad iedomājieties akmeni. Mēģiniet iedomāties, ka smiltis sastāv no maziem gabaliņiem. Vēl jo vairāk, akmens gabaliņi kļūst arvien mazāki un mazāki. Iedomājieties atomus kā nelielu bumbu. Tā vietā molekulas sastāv no vairākām kopā salipušām bumbiņām.
Akmenī ir tik daudz molekulu vai atomu, kuru skaits ir minimāls. Vai varat iedomāties atomus akmenī?
Viena atoma diametrs ir aptuveni 10⁻⁶ –10⁻¹ m. Ja iztēlojaties atomu kā bumbu, tad bumbas diametrs ir 10⁻⁶ –10⁻¹ metri. Minimāls un ar acīm neredzams… Tikai iedomājams. Molekulas ir atomi, kas salīp kopā, tāpēc molekulas izmērs ir nozīmīgāks nekā atoma izmērs. Bet to arī ar acīm nevar redzēt.
Ja atomi vai molekulas neatrodas vienā vienībā, protams, katra akmens daļa nesalīp kopā. Katrs klints gabals salīp kopā, tāpēc klints forma kļūst cieta. Kāpēc atomi vai molekulas neatdalās?
Patiešām, atomi vai molekulas pievelk viens otru. Ja atomi vai molekulas nesavienojas, protams, tie ir aizlidojuši visur. Katrs atoms vai molekula atvadīsies no drauga. Tādējādi akmens gabali tiks izkaisīti visur. Arī iežu daļas tiks izkaisītas, un mēs beidzot tās nevarēsim redzēt. Akmens gabali arī sastāv no atomiem vai molekulām. Atomu izmērs ir niecīgs, tāpēc, ja tie būtu atsevišķi, protams, mēs tos nevarētu redzēt... Bet realitātē tā nav.
Akmens izskatās ciets, katra akmens daļa ir salipusi kopā. Tādējādi varam secināt, ka atomiem vai molekulām, kas veido cietus objektus, ir jāpievelk viens otru.
Pievilkšanās spēks starp atomiem vai molekulām ir elektromagnētiskais spēks. Pievilkšanās spēku klātbūtne liek atomiem vai molekulām tuvoties vienam otram. Sadursmes gadījumā elektroni atoma vai molekulas ārējā daļā atgrūžas viens otru (elektriskā atgrūšanās). Attālums liek atomiem un molekulām kustēties atpakaļ. Pat ja atomi vai molekulas pārvietojas atpakaļ, pievilkšanās dēļ tie atkal tuvojas viens otram. Atomi vai molekulas pārvietojas uz priekšu un atpakaļ (vibrē), saglabājot minimālu attālumu.
Atšķirība starp cietvielām, šķidrumiem un gāzēm, pamatojoties uz faktiskajām mikroskopiskajām īpašībām, ir pievilkšanās stiprumā un vājumā starp trīs vielu atomiem vai molekulām.
Ciets
Cietvielās pievilkšanās spēki starp atomiem vai molekulām ir tik spēcīgi, ka atomi vai molekulas, kas veido cietvielas, vienmēr atrodas fiksētā stāvoklī. Atomi vai molekulas cietvielās pārvietojas uz priekšu un atpakaļ (vibrē), bet joprojām vibrē vienā un tajā pašā vietā.
Pievilkšanās spēks starp šo cietvielu atomiem vai molekulām ir iemesls, kāpēc cietvielu forma un tilpums vienmēr ir fiksēti. Pat ja akmens vai dzelzs tiek mests vai dauzīts, tā formu ir grūti mainīt, jo pievilkšanās spēks starp atomiem vai molekulām ir spēcīgs. Ievietojot akmeņus vai metālu spainī vai vannā, akmens vai metāla tilpums nekad nemainās. Tātad spēcīgā pievilkšanās starp atomiem vai molekulām, kas veido šīs cietvielas, liek tiem palikt vienā veselumā, un to forma izskatās stingra.
Atomu vai molekulu, kas veido cietas vielas, novietojums ir līdzīgs attēlam (pazīstams arī kā kristāla režģis). Šis attēls ir palielināts. Atomi vai molekulas ir niecīgas.
Šķidrums
Šķidrumos pievilkšanās spēks starp atomiem vai molekulām ir mazāk spēcīgs, tāpēc tie var pilnīgi brīvi pārvietoties uz priekšu un atpakaļ, pārklājoties viens otram. Atomi vai molekulas, kas rada šķidrumu, patiešām var brīvi pārvietoties, taču tie nevar atvadīties no saviem draugiem. Pievilkšanās spēka lielums joprojām var novērst to izkliedi.
Iemesls ir tāds, ka šķidrā forma var mainīties, bet tilpums vienmēr ir fiksēts. Kad mēs ielejam ūdeni glāzē, pievilkšanās spēks starp atomiem vai molekulām nav pietiekami spēcīgs, lai ūdens forma mainītos kā glāzei. Kad mēs ielejam ūdeni vannā, mazākais pievilkšanās spēks starp atomiem vai molekulām liek ūdenim pielāgot savu formu vannas formai. Šķidruma tilpums vienmēr ir fiksēts, jo pievilkšanās spēks starp atomiem vai molekulām joprojām var tos saturēt kopā. Atomi vai molekulas, kas rada ūdeni, nav izkliedētas, tāpēc tilpums vienmēr ir fiksēts.
Šķidrumu veidojošā atoma vai molekulas pozīcija, kā parādīts attēlā (bultiņa parāda kustības virzienu).
Gāze
Gāzveida vielās atomu vai molekulu savstarpējā pievilkšanās ir vāja. Tie brīvi pārvietojas, jo starp tiem nav saites. Trausla pievilkšanās padara atomus vai molekulas, kas veido gāzveida vielu, izkliedētas visur. Atomi, kas veido gāzveida vielu, ir brīvāki nekā atomi, kas veido cietas vai šķidras vielas.
Gāzi veidojošo atomu vai molekulu pozīcija ir parādīta attēlā.
Trausla pievilkšanās ir iemesls, kāpēc gāzveida vielas forma un tilpums var mainīties, un kāpēc acs nevar redzēt gaisu. Atomu vai molekulu izmērs ir tik mazs, ka, ja tie ir izkaisīti visur, tad mēs tos nevaram redzēt. Smilšu vai cukura izmērs ir daudz lielāks nekā atomu vai molekulu izmērs, tāpēc pat izkaisīti smilšu graudi joprojām ir redzami ar acīm, lai gan tas ir nedaudz sarežģīti.
Cietas vai šķidras vielas var redzēt, jo atomi vai molekulas nav izkliedētas. Cietvielu un gāzveida vielu pievilkšanās spēks joprojām spēj tās noturēt kopā. Gāzveida vielai pievilkšanās spēks ir vājš, tāpēc tas nespēj noturēt atomus vai molekulas kopā. Šī nelielā pievilkšanās ir arī iemesls, kāpēc gāzveida un šķidras vielas var plūst.
