Agregatinė būsena

Straipsnis iš Vikipedijos, laisvosios enciklopedijos.
Peršokti į: navigaciją, paiešką
Keturios medžiagos būsenos. Pagal laikrodžio rodyklę iš kairės – kietoji, skystoji, plazma ir dujos, vaizduojamos ledo skulptūromis, vandens lašu, elektros lanku ir debesimis danguje.

Agregatinė būsena (arba medžiagos būvis, arba medžiagos fazė) yra 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.

1-4 būvius jaučiame savo jutimo organais.

Agregatinės būsenos pasikeitimas (virsmas) yra perėjimas iš vienos būsenos į kitą. Paprasčiausias pavyzdys yra skysto vanduo 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[taisyti | redaguoti kodą]

Kietoji[taisyti | redaguoti kodą]

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 supakuotos 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 egzistuojant skirtingose temperatūrose ir slėgiuose.[1]

Kietieji kūnai yra transformuojami į skysčius lydant, 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[taisyti | redaguoti kodą]

Klasikinio vienatominio skysčio struktūra.
Pagrindinis straipsnis – Skystis.

Skystis yra beveik nespūdus fluidas, kuris išlaiko indo formą, kuriame jis yra laikomas, ir beveik pastovų tūrį. Tūris yra apibrėžtas, jeigu temperatūra ir slėgis yra pastovūs. Aukščiausia temperatūra, kurioje skystis dar egzistuoja yra vadinama kritine temperatūra.

Dujinė[taisyti | redaguoti kodą]

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

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

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

Plazma[taisyti | redaguoti kodą]

Plazmoje elektronai yra nutolę nuo branduolio ir sudaro elektronų „jūrą“.
Pagrindinis straipsnis – Plazma.

Kaip ir dujos, plazma neturi apibrėžtos formos ar tūrio. Priešingai negu dujos, plazmos yra laidžios elektrai, sukuria magnetinius laukus ir elektrines sroves ir reaguoja stipriai į elektromagnetines jėgas.

Plazmos būsena yra dažnai nesuprantama, nors ji iš tiesų yra gana dažnai sutinkama Žemėje, pvz., žaibavimas, elektros kibirkštis, neoninės lempos, plazminiai televizoriai ir keli ugnies tipai, taip pat žvaigždės yra plazmos būsenos pavyzdys.

Dujos verčiamos į plazmą paprastai dviem būdais: naudojant didžiulę įtampą tarp dviejų taškų arba dujas paveikti ypatingai aukšta temperatūra.

Agregatinės ir fazinės būsenos skirtumai[taisyti | redaguoti kodą]

Reikia pastebėti, kad be agregatinės būsenos (angl. aggregation state arba angl. state of matter), kad 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 – supertakioji skysto helio fazinė būsena.

Šaltiniai[taisyti | redaguoti kodą]

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