אנו מסבירים מהו מוצק, נוזל וגז, המאפיינים הספציפיים של כל אחד מהם וכיצד הוא עובר ממצב אחד למשנהו.
כל החומר מתרחש באופן ספונטני באחד משלושת המצבים הפיזיקליים העיקריים.מהו מוצק, נוזל וגז?
את כל חוֹמֶר שקיים ב עוֹלָם ידוע מוצג ב-a מצב פיזי נקבע, בהתאם לתנאים הפנימיים שלה של אֵנֶרְגִיָה (שקובע את מידת הלכידות של חלקיקיו) ואת התנאים של טֶמפֶּרָטוּרָה ושל לַחַץ של הסביבה המקיפה אותו.
מצבים פיזיקליים שונים אלו ידועים מדעית בשם מצבי צבירה של חומר ושלוש מדינות עיקריות מוכרות: ה מצב מוצק, ה נוזל וה גזיכלומר מוצקים, נוזלים וגזים. ישנם מצבים ידועים אחרים, כגון פְּלַסמָה או קונדנסט Bose-Instein, אבל הם נדירים מאוד בחיי היומיום שלנו, וחלקם קיימים רק במעבדה.
מסביבנו, כל החומר מציג באופן ספונטני את אחד משלושת המצבים הפיזיקליים העיקריים הללו (מוצק, נוזלי או גזי), אך באמצעות שינוי תכונותיו הפיזיקליות כגון טמפרטורה ולחץ, ניתן להעבירו ממצב אחד לאחר, תמיד באמצעות חיבור או חיסור האנרגיה שלהם חלקיקים. הליך זה ידוע כתהליך של שינוי שלב או שינוי במצב הצבירה.
מצד שני, לכל מצב של חומר יש מאפיינים ותכונות פיזיקליות משלו, בהתאם לאופי החומר. חומר המרכיב את הנושא הנלמד. עם זאת, אסור לנו לבלבל את המצב הפיזיקלי של החומר עם ההרכב הכימי שלו: ה מים (H2O) ישמור על שלו נוסחה כימית גם אם הוא בצורה נוזלית, מוצקה או גזית (קִיטוֹר).
השינויים בין שלב אחד לאחר אינם משנים כלל את ההרכב האטומי של החומר (לכן, הם אינם תגובה כימית), אבל הם כן משמשים להפרדה מערבבים, למשל, שימוש בהבדל בתכונות הפיזיקליות בין מרכיביו.
המוצקים
מוצקים מתנגדים באופן פעיל לשינוי בצורה ונפח.מוצקים ניתנים לזיהוי בקלות מכיוון שהם מתנגדים באופן פעיל לשינוי בצורה וצורה. כרך, בהתחשב בכך שהחלקיקים שלו קרובים מאוד זה לזה ומאוד מסודרים, והם מציגים לכידות עצומה שמאפשרת להם מעט מאוד ניידות. לכן, איננו יכולים לעוות בקלות את רוב המוצקים. מוצקים תמיד נוטים לשמור על המבנה המוגדר היטב והבלתי משתנה שלהם.
כמה מאפיינים של מוצקים:
- יש להם צורה ספציפית, עם גבולות מוגדרים היטב, והם נוטים לשמר אותה.
- יש להם גבוה צְפִיפוּת וכרך משלו.
- הם יכולים לצוף או לטבול כאשר נזרקים לנוזל.
- הם פחות או יותר גָמִישׁ או קשיח, כלומר, הם מודים (או לא) מרווח מסוים של דפורמציה לפני השבירה.
- האם רָקִיעַ, גמישים או שבירים, תלוי אם ניתן ליצוק אותם לחוטים, צלחות או אם הם נוטים להישבר בכוח מתמשך.
- הם בלתי ניתנים לדחיסה, עמידים בפני פיצול ואינם זורמים.
מוצקים נוצרים כתוצאה מתהליכים של התמצקות o הקפאת נוזלים, או תַצהִיר (אוֹ סובלימציה הפוכה) של גזים. בנוסף, ניתן להמיס אותם לנוזלים או לְעַדֵן בגזים באמצעות הזרקת אנרגיה ותנאי לחץ מתאימים.
נוזלים
ניתן להבין נוזלים כמצב ביניים בין קשיחות של מוצקים לתנודתיות של גזים. המאפיין העיקרי שלו הוא יכולת הזרימה והעובדה שאין לו צורה משלו, אלא רכישת צורת המיכל שמכיל אותם. זה בגלל שלהם אטומים הם מציגים לכידות נמוכה בהרבה מזו של מוצקים, מבלי לאבד לחלוטין את האיחוד ביניהם.
המאפיינים העיקריים שלו הם:
- הם נוזלים, כלומר, הם יכולים לנוע על משטח נוטה.
- אין להם זיכרון קבוע של צורה או מבנה, אבל יש להם נפח משלהם וקבוע. לכן, הם אינם ניתנים לדחיסה במיוחד.
- יש להם מתח פנים (התנגדות ראשונית לחדירה) ונימיות.
- הם בדרך כלל מתרחבים לפני חוֹם והם מתכווצים מול קור (חוץ ממים).
- מתנה צְמִיגוּת, כלומר, מידה מסוימת של הידבקות בין החלקיקים שלו ועמידות בפני תְנוּעָה.
נוזלים מתעוררים כתוצאה מה היתוך או התכה של מוצק, או ה הִתְעַבּוּת גַל נזילות (דחיסה קיצונית) של גז. להיפך, כדי להביא אותם למצב מוצק יש צורך להקפיא או למצק אותם בדרך כלשהי, וכדי להפוך אותם לגז מספיק להכפיף אותם אידוי (אוֹ הִתאַדוּת).
הגזים
גזים מציגים את המצב הנדיף ביותר והפחות ספציפי של החומר.לבסוף, גזים מציגים את המצב הנדיף ביותר של החומר, שבו החלקיקים רחוקים יותר זה מזה ומפוזרים מאשר בשני המצבים האחרים, והם נעים הרבה יותר מהר. המשיכה ביניהם נמוכה עד כדי כך שגזים נוטים להתרחב כדי למלא את החללים המכילים אותם, והמרווח בין החלקיקים שלהם הוא כזה שניתן לדחוס אותם מאוד.
המאפיינים הבסיסיים שלו הם:
- יש להם צפיפות נמוכה מאוד, המאפשרת הרבה דחיסה.
- אין להם צורה או נפח משלהם.
- ה כוחות כבידה הם למעשה אינם משפיעים על החלקיקים שלו, שנעים בחופש עצום.
- הצפיפות שלו עוברת שינויים חשובים עם טמפרטורה ולחץ.
- הם מסוגלים לזרום, בדיוק כמו נוזלים.
גזים הם תוצר של תהליכים שונים של סובלימציה של מוצקים, או של אידוי של נוזלים, וניתן להמיר אותם למצב מוצק על ידי שקיעה, ולנוזל על ידי עיבוי (או נזילות).