Agregatinė būsena

Šiam straipsniui ar jo daliai reikia daugiau . Jūs galite padėti Vikipedijai įrašydami tinkamas išnašas ar .

Agregatinė būsena (arba medžiagos būvis, arba medžiagos fazė) – fizinis pavidalas, kuriame sutinkamos medžiagos. Yra žinomos šios:

1. dujinė;
2. skystoji;
3. kietoji;
4. plazminė – Kai temperatūra gana aukšta susiduriant labai greitai judantiems atomams arba molekulėms, prasideda dujų jonizacija. Atsiranda nauja medžiagos būsena – plazma;
5. nukleoninės dujos – susidaro sprogus supernovai arba gaunamos dirbtinai, kai susprogdinama vandenilinė bomba. Į tokią būseną medžiaga pereina tada, kai ją sudarantys atomai suslėgti hiperslėgio nustoja egzistavę ir medžiaga tampa protonų, neutronų ir elektronų „koše“, t. y., nelieka atstumų tarp branduolio ir elektronų apvalkalo (branduolys už atomą mažesnis 10⁵ karto. Tokios medžiagos temperatūra siekia 10¹⁰ K.
6. mezoninės – hiperoninės dujos gaunamos greitintuvuose prie 10¹² K ir hiperslėgio. Tai daugiau teorinis medžiagos būvis.

Keturios medžiagos būsenos. Pagal laikrodžio rodyklę iš kairės – kietoji, skystoji, plazma ir dujos, vaizduojamos ledo skulptūromis, vandens lašu, elektros lanku ir debesimis danguje.

1-4 būvius jaučiame savo jutimo organais.

Agregatinės būsenos pasikeitimas (virsmas) yra perėjimas iš vienos būsenos į kitą. Paprasčiausias pavyzdys yra skysto vandens sušalimas į ledą arba virtimas į garus. Dėl agregatinės būsenos pasikeitimo keičiasi medžiagos fizinės savybės, tačiau chemiškai medžiaga išlieka ta pati. Vandens atveju, jo molekulės išlieka sudarytos iš dviejų vandenilio ir vieno deguonies atomo. Tačiau sušalusiame vandenyje molekulės susijungia į tam tikrą struktūrą, vadinamą kristaline; skystame vandenyje molekulės gali judėti viena kitos atžvilgiu, o dujinės formos vanduo (garai) laisvai juda erdvėje retai viena su kita susidurdamos.

Agregatinės būsenos pasikeitimas gali būti valdomas temperatūra ir slėgiu. Mažinant dujų temperatūrą jos kondensuojasi pradžioje į skystį, vėliau į kietą medžiagą. Kaitinant, kieta medžiaga išsilydo į skystį ir, toliau kaitinant, išgaruoja į dujas.

Keturios medžiagos būsenos

Kietoji

Kristalinė kieta medžiaga: stroncio titanato atominės rezoliucijos nuotrauka. Šviesesni atomai yra stroncis, o tamsesni yra titanas.

Pagrindinis straipsnis – Kietas kūnas.

Kietuose kūnuose dalelės (jonai, atomai arba molekulės) yra arti viena kitos. Ryšys tarp dalelių yra stiprus, todėl dalelės negali laisvai judėti, o tik vibruoja. Dėl šios priežasties kietas kūnas turi stabilią, apibrėžtą formą ir tūrį. Kieti kūnai keičia savo formą tik naudojant jėgą, deformuojant juos.

Kristalinėse kietose medžiagose dalelės yra išsidėsčiusios tvarkingai, besikartojančiu modeliu. Yra daug skirtingų kristalinių struktūrų ir ta pati medžiaga gali turėti daugiau negu vieną kieto kūno fazės struktūrą. Pavyzdžiui, ledas turi penkiolika žinomų kristalinių struktūrų arba penkiolika kietųjų būsenų, kurios egzistuoja skirtingose temperatūrose ir slėgiuose.

Kietieji kūnai yra transformuojami į skysčius kaitinant, o skysčiai verčiami į kietus kūnus atgal šaldant. Kietieji kūnai gali būti verčiami tiesiogiai dujomis, šis procesas yra vadinamas sublimacija, o dujos į kietus kūnus yra verčiamos depozicijos metu.

Skystoji

Klasikinio vienatominio skysčio struktūra.

Pagrindinis straipsnis – Skystis.

Skystis yra beveik nespūdus takusis kūnas (išsaugantis beveik pastovų tūrį), turintis formą indo, kuriame jis yra laikomas. Tūris yra apibrėžtas, jeigu temperatūra ir slėgis yra pastovūs. Aukščiausia temperatūra, kurioje skystis dar egzistuoja yra vadinama kritine temperatūra.

Dujinė

Tarpai tarp dujų molekulių yra labai dideli. Dujų molekulių ryšiai yra labai silpni arba nėra jokių ryšių. Molekulės „dujose“ gali judėti laisvai ir greitai.

Pagrindinis straipsnis – Dujos.

Dujos yra spūdus takusis kūnas. Dujos ne tik turės indo, kuriame yra formą, bet taip pat ir užpildys jį visą.

Dujose molekulės turi daugiau kinetinės energijos, todėl tarpmolekulinės jėgos yra santykinai silpnos (jų nėra idealiosiose dujose). Atstumai tarp kaimyninių molekulių yra daug didesni negu pačios molekulės dydis. Dėl šios priežasties dujos neturi apibrėžtos formos ar tūrio ir užima visą indą, kuriame yra. Skystis gali būti paverčiamas dujomis, šildant jį pastoviame slėgyje iki virimo temperatūros arba mažinant slėgį esant pastoviai temperatūrai (galimi ir tarpiniai variantai).

Kai temperatūros yra žemesnės už kritinę, dujos dar yra vadinamos garais ir gali būti suskystintos spaudžiant be atšaldymo.

Plazma

Plazmoje elektronai yra nutolę nuo branduolio ir sudaro elektronų „jūrą“.

Pagrindinis straipsnis – Plazma.

Plazma yra iš dalies, arba visiškai jonizuotos dujos, todėl irgi neturi apibrėžtos formos ar tūrio. Priešingai negu dujos, plazma yra laidi elektrai, kuria magnetinį lauką ir elektrines sroves, stipriai sąveikauja su elektromagnetiniu lauku.

Plazmos būsena neretai laikoma kažkuo egzotišku, nors ji iš tiesų yra gana dažnai sutinkama Žemėje, pvz., žaibas, elektros kibirkštis, keli ugnies tipai, plazma šviečia neoninėse lempose, plazminiuose televizoriuose. Žvaigždės taip pat yra plazmos būsenos pavyzdys.

Dujos verčiamos į plazmą paprastai dviem būdais: naudojant didžiulę įtampą tarp dviejų taškų arba dujas įkaitinant iki ypatingai aukštų temperatūrų.

Agregatinės ir fazinės būsenos skirtumai

Reikia pastebėti, kad be agregatinės būsenos (angl. aggregation state arba angl. state of matter), dar yra sąvoka fazinė būsena (angl. phase state), kuri reiškia makroskopinės fizikinės sistemos būseną su gana homogeniška chemine ir fizikine struktūra. Bendrai paėmus, medžiagos fazinių būsenų yra daug daugiau, nei agregatinių būsenų. Tarkim deimantas ir grafitas yra tos pačios agregatinės būsenos (kietosios) ir cheminės sudėties, bet skirtingų fazinių būsenų (skiriasi struktūrinis atomų išsidėstymas) medžiagos. Kitas gerai žinomas pavyzdys – skysto helio fazinė būsena.

Šaltiniai

1. M.A. Wahab (2005). Solid State Physics: Structure and Properties of Materials. Alpha Science. pp. 1–3. ISBN .