Materija je tista stvar, ki sestavlja vesolje - vse, kar zavzame prostor in ima maso, je materija.
Vso snov sestavljajo atomi, ki jih sestavljajo protoni, nevtroni in elektroni.
Atomi združujejo molekule, ki so gradniki vseh vrst snovi, navaja Washington State University. Tako atomi kot molekule so združeni v obliki potencialne energije, imenovane kemična energija. Za razliko od kinetične energije, ki je energija predmeta v gibanju, je potencialna energija energija, shranjena v predmetu.
Pet faz materije
Obstajajo štiri naravna stanja snovi: Trdne snovi, tekočine, plini in plazma. Peto stanje so kondenzati, ki jih je ustvaril umetni Bose-Einstein.
Trdne snovi
V trdnem stanju so delci tesno zloženi, da se ne premikajo veliko. Elektroni vsakega atoma so nenehno v gibanju, zato imajo atomi majhno vibracijo, vendar so v svojem položaju pritrjeni. Zaradi tega imajo delci v trdni snovi zelo nizko kinetično energijo.
Trdne snovi imajo točno določeno obliko, pa tudi maso in prostornino in ne ustrezajo obliki posode, v katero so postavljene. Trdne snovi imajo tudi visoko gostoto, kar pomeni, da so delci tesno zbrani.
Tekočine
V tekočini so delci bolj ohlapni kot v trdni snovi in se lahko pretakajo drug ob drugem, kar daje tekočini nedoločeno obliko. Zato bo tekočina ustrezala obliki njegove posode.
Tako kot trdne snovi je tekočine (večina tega ima manjšo gostoto kot trdne snovi) neverjetno težko stisniti.
Plini
V plinu imajo delci veliko prostora med njimi in imajo visoko kinetično energijo. Plin nima določene oblike ali prostornine. Če so neprečiščeni, se delci plina razširijo v nedogled; če se bo zaprl, se bo plin razširil in napolnil svojo posodo. Ko se plin pod pritiskom zmanjša z zmanjšanjem prostornine posode, se prostor med delci zmanjša in plin stisne.
Plazma
Plazma ni običajno stanje materije tukaj na Zemlji, vendar je po Jeffersonovem laboratoriju morda najpogostejše stanje snovi v vesolju. Zvezde so v bistvu pregreti kroglice plazme.
Plazma je sestavljena iz zelo nabitih delcev z izjemno visoko kinetično energijo. Plemeniti plini (helij, neon, argon, kripton, ksenon in radon) se pogosto uporabljajo za izdelavo žarečih znakov z uporabo električne energije za njihovo ionizacijo v stanje plazme.
Kondenzat Bose-Einstein
Kondenzat Bose-Einstein (BEC) so ustvarili znanstveniki leta 1995. Z uporabo kombinacije laserjev in magnetov sta Eric Cornell in Carl Weiman, znanstvenika Skupnega inštituta za laboratorijsko astrofiziko (JILA) v Boulderju v Koloradu, ohladila vzorec rubidija do nekaj stopinj absolutne nič. Pri tej izredno nizki temperaturi se molekularno gibanje zelo približa ustavljanju. Ker se kinetična energija skoraj ne prenaša iz enega atoma na drugega, se atomi začnejo strjevati. Ni več tisoč ločenih atomov, le en "super atom".
BEC se uporablja za preučevanje kvantne mehanike na makroskopskem nivoju. Zdi se, da svetloba počasi prehaja skozi BEC, kar omogoča znanstvenikom, da preučijo paradoks delcev / valov. BEC ima tudi številne lastnosti presežne tekočine ali tekočine, ki teče brez trenja. BEC se uporabljajo tudi za simuliranje pogojev, ki bi lahko obstajali v črnih luknjah.
Skozi fazo
Dodajanje ali odstranjevanje energije iz materije povzroči fizično spremembo, ko se materi premikajo iz enega v drugo stanje. Na primer, dodajanje toplotne energije (toplote) tekoči vodi povzroči, da postane para ali para (plin). In odstranjevanje energije iz tekoče vode povzroči, da postane led (trdna snov). Fizične spremembe lahko povzročijo tudi gibanje in pritisk.
Taljenje in zamrzovanje
Ko se toplota nanaša na trdno snov, njeni delci začnejo hitreje vibrirati in se premikajo dlje. Ko snov doseže določeno kombinacijo temperature in tlaka, njenega tališča, se trdno snov začne topiti in spremeniti v tekočino.
Kadar sta dve snovi, kot sta trdna in tekoča, ravnovesna temperatura in tlak, dodatna toplota, dodana v sistem, ne bo povzročila zvišanja skupne temperature snovi, dokler celoten vzorec ne doseže enakega fizičnega stanja. Na primer, ko led postavite v kozarec z vodo in ga pustite pri sobni temperaturi, bosta led in voda na koncu prišla do enake temperature. Ko se led topi zaradi toplote, ki prihaja iz vode, bo ostal na nič stopinj Celzija, dokler se celotna ledena kocka ne stopi, preden se nadaljuje s segrevanjem.
Ko toplota odvzame tekočino, se njeni delci upočasnijo in začnejo se naseliti na enem mestu znotraj snovi. Ko snov doseže dovolj hladno temperaturo pri določenem tlaku, ledišču, postane tekočina trdna snov.
Večina tekočin se strdi, ko zamrzne. Voda pa se širi, ko zmrzne v led, zaradi česar se molekule potisnejo bolj narazen in zmanjša gostoto, zato led plava na vodi.
Dodajanje dodatnih snovi, kot je sol v vodi, lahko spremeni točke tališča in ledišča. Na primer, dodajanje soli snegu bo zmanjšalo temperaturo, ki jo voda zamrzne na cestah, zaradi česar je varnejša za voznike.
Obstaja tudi točka, znana kot trojna točka, kjer trdne snovi, tekočine in plini obstajajo hkrati. Voda, na primer, obstaja v vseh treh stanjih pri temperaturi 273,16 Kelvina in tlaku 611,2 paskalov.
Sublimacija
Ko se trdna snov pretvori neposredno v plin, ne da bi šla skozi tekočo fazo, je postopek znan kot sublimacija. Do tega lahko pride, kadar se temperatura vzorca hitro poveča nad vreliščem (bliskovito uparjanje) ali kadar se snov pod "vakuumsko zamrznitvijo" hladi v vakuumskih pogojih, tako da voda v snovi podleže sublimaciji in se odstrani iz vzorec. Nekaj hlapnih snovi se podvrže sublimaciji pri sobni temperaturi in tlaku, na primer zamrznjen ogljikov dioksid ali suh led.
Vaporizacija
Vaporizacija je pretvorba tekočine v plin in se lahko zgodi z izhlapevanjem ali vretjem.
Ker so delci tekočine v nenehnem gibanju, se pogosto trčijo med seboj. Vsako trčenje povzroči tudi prenos energije in ko se dovolj energije prenese na delce blizu površine, jih lahko popolnoma odvržemo od vzorca kot proste plinske delce. Tekočine se med izhlapevanjem ohladijo, ker se energija, ki se prenaša na površinske molekule, kar povzroči njihov pobeg, odnese z njimi.
Tekočina zavre, ko tekočini dodamo dovolj toplote, da pod površino nastanejo parni mehurčki. To vrelišče je temperatura in tlak, pri katerem tekočina postane plin.
Kondenzacija in usedlina
Kondenzacija nastane, ko plin izgubi energijo in pride skupaj do tekočine. Vodna para se na primer kondenzira v tekočo vodo.
Odlaganje nastane, ko se plin pretvori neposredno v trdno snov, ne da bi šel skozi tekočo fazo. Vodna para postane led ali zmrzal, ko je zrak, ki se dotika trdne snovi, na primer rezila trave, hladnejši od preostalega zraka.
