Hmota je „hmota“, ktorá tvorí vesmír - všetko, čo zaberá priestor a má hmotu, je hmota.
Celú hmotu tvoria atómy, ktoré sú zase tvorené protónmi, neutrónmi a elektrónmi.
Atómy sa podľa Washingtonskej štátnej univerzity spájajú a vytvárajú molekuly, ktoré sú stavebnými kameňmi pre všetky typy látok. Atómy aj molekuly sú držané pohromade formou potenciálnej energie nazývanej chemická energia. Na rozdiel od kinetickej energie, ktorá je energiou objektu v pohybe, potenciálna energia je energia uložená v objekte.
Päť fáz hmoty
Existujú štyri prírodné stavy hmoty: tuhá látka, kvapaliny, plyny a plazma. Piatym stavom sú umelo vyrobené kondenzáty Bose-Einstein.
pevných látok
V pevnom materiáli sú častice pevne zabalené, takže sa príliš nepohybujú. Elektróny každého atómu sú neustále v pohybe, takže atómy majú malú vibráciu, ale sú vo svojej polohe pevné. Z tohto dôvodu majú častice v pevnej látke veľmi malú kinetickú energiu.
Pevné látky majú určitý tvar, ako aj hmotnosť a objem, a nezodpovedajú tvaru nádoby, v ktorej sú umiestnené. Pevné látky majú tiež vysokú hustotu, čo znamená, že častice sú tesne spojené.
kvapaliny
V kvapaline sú častice voľne balené ako v tuhej látke a sú schopné prúdiť okolo seba, čo dáva tekutine neurčitý tvar. Tekutina sa preto prispôsobí tvaru svojej nádoby.
Podobne ako tuhé látky, aj kvapaliny (z ktorých väčšina má nižšiu hustotu ako tuhé látky), sú neuveriteľne ťažké stlačiť.
plyny
V plyne majú častice medzi sebou veľký priestor a majú vysokú kinetickú energiu. Plyn nemá určitý tvar ani objem. Ak to nie je definované, častice plynu sa budú šíriť neurčito; ak je obmedzený, plyn sa rozšíri, aby naplnil svoju nádobu. Keď sa plyn dostane pod tlak znížením objemu nádoby, priestor medzi časticami sa zmenší a plyn sa stlačí.
plazma
Plazma tu nie je bežným stavom hmoty na Zemi, ale podľa Jeffersonovho laboratória to môže byť najbežnejší stav hmoty vo vesmíre. Hviezdy sú v podstate prehriate gule plazmy.
Plazma pozostáva z vysoko nabitých častíc s extrémne vysokou kinetickou energiou. Ušľachtilé plyny (hélium, neón, argón, kryptón, xenón a radón) sa často používajú na vytváranie žiariacich znakov pomocou elektriny na ich ionizáciu do plazmového stavu.
Kondenzát Bose-Einstein
Kondenzát Bose-Einstein (BEC) bol vytvorený vedcami v roku 1995. Vedci zo Spoločného inštitútu pre laboratórnu astrofyziku (JILA) v Boulder, Colorado, pomocou kombinácie laserov a magnetov, ochladili vzorku rubídia. s presnosťou na niekoľko stupňov od absolútnej nuly. Pri tejto extrémne nízkej teplote sa molekulárny pohyb blíži k zastaveniu. Pretože neexistuje takmer žiadna kinetická energia prenášaná z jedného atómu na druhý, atómy sa začínajú zhlukovať. Už neexistujú tisíce samostatných atómov, iba jeden „super atóm“.
BEC sa používa na štúdium kvantovej mechaniky na makroskopickej úrovni. Zdá sa, že svetlo prechádza cez BEC a spomaľuje, čo umožňuje vedcom študovať paradox častíc / vlny. BEC má tiež veľa vlastností superfluidu alebo tekutiny, ktorá tečie bez trenia. BEC sa používajú aj na simuláciu podmienok, ktoré môžu existovať v čiernych dierach.
Prechádza fázou
Pridanie alebo odstránenie energie z hmoty spôsobuje fyzickú zmenu, keď sa hmota pohybuje z jedného stavu do druhého. Napríklad pridanie tepelnej energie (teplo) do tekutej vody spôsobí, že sa stane parou alebo parou (plyn). A odstránenie energie z tekutej vody spôsobí, že sa stane ľadom (tuhá látka). Fyzické zmeny môžu byť tiež spôsobené pohybom a tlakom.
Tavenie a mrazenie
Keď sa na tuhú látku pôsobí teplo, jej častice začnú rýchlejšie vibrovať a pohybujú sa ďalej od seba. Keď látka dosiahne určitú kombináciu teploty a tlaku, teploty topenia, tuhá látka sa začne topiť a premení sa na kvapalinu.
Ak sú dva stavy hmoty, ako je tuhá látka a kvapalina, v rovnovážnej teplote a tlaku, ďalšie teplo pridané do systému nespôsobí zvýšenie celkovej teploty látky, kým celá vzorka nedosiahne rovnaký fyzikálny stav. Napríklad, ak dáte ľad do pohára vody a necháte ho pri izbovej teplote, ľad a voda nakoniec dosiahnu rovnakú teplotu. Keď sa ľad topí z tepla prichádzajúceho z vody, zostane na nule stupňov Celzia, kým sa celá kocka ľadu neroztopí a potom sa ďalej zohreje.
Keď sa z kvapaliny odstráni teplo, jej častice sa spomalia a začnú sa usadzovať na jednom mieste v látke. Keď látka dosiahne dostatočnú teplotu pri určitom tlaku, bode tuhnutia, kvapalina sa stane pevnou látkou.
Väčšina tekutín klesá, keď mrznú. Voda sa však rozširuje, keď zamrzne na ľade, čo spôsobuje, že molekuly sa od seba vzdialia a znižujú hustotu, čo je dôvod, prečo ľad plavá nad vodou.
Pridanie ďalších látok, napríklad soli vo vode, môže zmeniť tak teplotu topenia, ako aj teplotu tuhnutia. Napríklad pridaním soli do snehu sa zníži teplota, ktorú voda zamrzne na cestách, a tým je vodičom bezpečnejší.
Existuje tiež bod známy ako trojitý bod, v ktorom všetky pevné látky, kvapaliny a plyny existujú súčasne. Napríklad voda existuje vo všetkých troch stavoch pri teplote 273,16 Kelvinov a tlaku 611,2 pascalov.
sublimácie
Keď sa pevná látka premieňa priamo na plyn bez toho, aby prešla kvapalnou fázou, je tento proces známy ako sublimácia. K tomu môže dôjsť buď vtedy, keď sa teplota vzorky rýchlo zvýši nad bod varu (okamžité odparenie), alebo keď sa látka „lyofilizuje“ jej ochladením vo vákuu, takže voda v látke prechádza sublimáciou a odstráni sa z nej. vzorka. Niekoľko prchavých látok sa podrobí sublimácii pri izbovej teplote a tlaku, ako napríklad mrazený oxid uhličitý alebo suchý ľad.
vyparovanie
Odparovanie je premena kvapaliny na plyn a môže nastať buď odparením alebo varom.
Pretože častice kvapaliny sú v neustálom pohybe, často sa navzájom zrážajú. Každá kolízia tiež spôsobuje prenos energie a keď sa dostatok energie prenáša na častice blízko povrchu, môžu sa úplne vyraziť zo vzorky ako častice voľného plynu. Kvapaliny sa chladia, keď sa odparujú, pretože energia prenášaná na povrchové molekuly, ktorá spôsobuje ich únik, sa s nimi prenáša.
Kvapalina vrie, keď je do kvapaliny pridané dostatočné množstvo tepla, aby sa pod povrchom vytvorili bubliny pary. Tento bod varu je teplota a tlak, pri ktorom sa z kvapaliny stáva plyn.
Kondenzácia a usadzovanie
Kondenzácia nastane, keď plyn stratí energiu a spojí sa, čím vytvorí tekutinu. Napríklad vodná para kondenzuje na kvapalnú vodu.
K usadzovaniu dochádza, keď sa plyn premení priamo na pevnú látku bez toho, aby prešiel kvapalnou fázou. Vodná para sa stáva ľadom alebo námrazou, keď je vzduch v styku s pevnou látkou, ako je steblo trávy, chladnejší ako zvyšok vzduchu.
