A volte chiamato il quarto stato della materia, il plasma è costituito da gas ionizzato in cui uno o più elettroni non sono legati a una molecola o atomo. Non si può mai osservare una sostanza così esotica, ma si verificano quotidianamente solidi, liquidi e gas. Molti fattori influiscono su quale di questi stati sia presente la materia.
Forze intermolecolari al lavoro
Gli atomi, i mattoni di base della materia, si combinano per creare molecole come l'acqua. Le forze intermolecolari (IMF) tra le molecole aiutano a determinare la fase di una sostanza. Quando il FMI è debole, una sostanza è solitamente un gas quando la pressione atmosferica è di 1 atm (un'unità di pressione atmosferica standard) e la temperatura è di 25 gradi Celsius (77 Fahrenheit). Al contrario, la sostanza sarà probabilmente solida alla stessa pressione e temperatura quando il FMI è forte.
Solidi, liquidi, gas e particelle
Diverse fasi della materia si comportano in modi unici. In un solido, l'attrazione tra le particelle è maggiore della loro energia di movimento - anche le particelle sono vicine. Le particelle nei liquidi sono vicine, ma la loro energia di movimento e attrazione sono quasi le stesse. Infine, le particelle di gas sono molto distanti e la loro energia di attrazione è inferiore alla loro energia di movimento.
Transizioni di fase
La temperatura, la pressione e la composizione di una sostanza influenzano il modo in cui cambia le fasi. Un diagramma di fase mostra le fasi che diverse sostanze assumono a varie temperature e pressioni. Vaporizzazione, condensazione, sublimazione, deposizione, congelamento e fusione sono alcuni dei modi in cui si verificano i cambiamenti di fase. La vaporizzazione avviene quando il liquido si trasforma in gas, mentre la condensazione descrive il processo in cui il gas torna in liquido. Quando l'acqua evapora, si verifica la vaporizzazione e il vapore acqueo può tornare allo stato liquido condensando. Alcune sostanze, come il biossido di carbonio solido (ghiaccio secco) possono passare direttamente dallo stato solido allo stato gassoso - gli scienziati chiamano questa sublimazione. La deposizione è il processo opposto: un gas aggira lo stato liquido e si trasforma in un solido. Il congelamento sta passando da liquido a solido e la fusione sta passando da solido a liquido.
Differenze di fase
Una sostanza può passare da liquido a gas mediante ebollizione, da liquido a solido mediante congelamento e da solido a liquido per fusione. Il ghiaccio, l'acqua liquida e il vapore acqueo possono essere costituiti dalle stesse molecole, ma differiscono in molti modi importanti. Ad esempio, è difficile comprimere un solido o un liquido in larga misura, ma puoi facilmente comprimere un gas. Liquidi e gas assumono la forma dei loro contenitori, ma i solidi no. I gas hanno un'ulteriore capacità di espansione quando assumono la forma di un contenitore e corrispondono al volume del contenitore.
