5 TRẠNG THÁI TẬP HỢP CỦA VẬT CHẤT - HÓA HỌC - 2024

Các trạng thái tập hợp của vật chất có liên quan đến thực tế là nó có thể tồn tại ở các trạng thái khác nhau, tùy thuộc vào mật độ thể hiện của các phân tử cấu tạo nên nó. Khoa học vật lý là ngành có nhiệm vụ nghiên cứu bản chất và đặc tính của vật chất và năng lượng trong vũ trụ.

Khái niệm vật chất được định nghĩa là tất cả mọi thứ tạo nên vũ trụ (nguyên tử, phân tử và ion), tạo thành tất cả các cấu trúc vật chất hiện có. Các cuộc điều tra khoa học truyền thống coi các trạng thái tập hợp của vật chất là hoàn chỉnh như những trạng thái được thể hiện trong ba trạng thái đã biết: rắn, lỏng hoặc khí.

Tuy nhiên, có hai pha nữa đã được xác định gần đây hơn, cho phép chúng được phân loại như vậy và thêm vào ba trạng thái ban đầu (cái gọi là plasma, và chất ngưng tụ Bose-Einstein).

Những dạng này đại diện cho các dạng vật chất hiếm hơn dạng truyền thống, nhưng trong những điều kiện thích hợp thể hiện các đặc tính nội tại và đủ độc đáo để được phân loại là trạng thái tập hợp.

Các trạng thái tổng hợp vật chất

Chất rắn

Kim loại là rắn

Khi nói về vật chất ở trạng thái rắn, nó có thể được định nghĩa là trong đó các phân tử cấu tạo nên nó được thống nhất với nhau một cách chặt chẽ, cho phép rất ít khoảng trống giữa chúng và tạo ra một đặc tính cứng nhắc cho cấu trúc của nó.

Do đó, vật liệu ở trạng thái tập hợp này không chảy tự do (như chất lỏng) hoặc giãn nở theo thể tích (như chất khí) và đối với các mục đích của các ứng dụng khác nhau, được coi là các chất không thể nén được.

Ngoài ra, chúng có thể có cấu trúc tinh thể, được tổ chức một cách có trật tự và đều đặn hoặc một cách mất trật tự và bất thường, chẳng hạn như cấu trúc vô định hình.

Theo nghĩa này, các chất rắn không nhất thiết phải đồng nhất về cấu trúc của chúng, có thể tìm thấy những chất không đồng nhất về mặt hóa học. Chúng có khả năng chuyển trực tiếp đến trạng thái lỏng trong quá trình nhiệt hạch, cũng như chuyển sang trạng thái khí bằng cách thăng hoa.

Các loại chất rắn

Vật liệu rắn được chia thành một số phân loại:

Kim loại: là những chất rắn mạnh và đậm đặc, cũng thường là chất dẫn điện tuyệt vời (do các electron tự do của chúng) và nhiệt (do tính dẫn nhiệt của chúng). Chúng tạo nên phần lớn trong bảng tuần hoàn các nguyên tố và có thể kết hợp với kim loại hoặc phi kim khác để tạo thành hợp kim. Tùy thuộc vào kim loại được đề cập, chúng có thể được tìm thấy tự nhiên hoặc được sản xuất nhân tạo.

Khoáng chất

Chúng là những chất rắn được hình thành tự nhiên thông qua các quá trình địa chất xảy ra ở áp suất cao.

Khoáng sản được phân loại theo cách như vậy bởi cấu trúc tinh thể của chúng với các đặc tính đồng nhất, và chúng khác nhau rất nhiều về loại tùy thuộc vào vật liệu đang được thảo luận và nguồn gốc của nó. Loại chất rắn này rất phổ biến trên khắp hành tinh Trái đất.

Gốm sứ

Chúng là những chất rắn được tạo ra từ các chất vô cơ và phi kim loại, thường là do tác dụng của nhiệt và có cấu trúc tinh thể hoặc bán tinh thể.

Điểm đặc biệt của loại vật liệu này là có thể tiêu tán nhiệt độ cao, va đập và lực, trở thành thành phần tuyệt vời cho các công nghệ tiên tiến trong lĩnh vực hàng không, điện tử và thậm chí là quân sự.

Chất rắn hữu cơ

Chúng là những chất rắn có thành phần chủ yếu là các nguyên tố cacbon và hydro, và cũng có thể có các phân tử nitơ, oxy, phốt pho, lưu huỳnh hoặc halogen trong cấu trúc của chúng.

Những chất này rất khác nhau, với các vật liệu khác nhau, từ polyme tự nhiên và nhân tạo đến sáp parafin có nguồn gốc từ hydrocacbon.

Vật liệu tổng hợp

Chúng là những vật liệu tương đối hiện đại đã được phát triển bằng cách kết hợp hai hoặc nhiều chất rắn, tạo ra một chất mới với các đặc tính của từng thành phần của nó, do đó tận dụng các đặc tính của chúng để tạo ra một vật liệu vượt trội hơn so với chất ban đầu. Ví dụ trong số này bao gồm bê tông cốt thép và gỗ composite.

Chất bán dẫn

Chúng được đặt tên theo điện trở suất và độ dẫn điện, đặt chúng giữa các chất dẫn điện kim loại và cuộn cảm phi kim loại. Chúng thường được sử dụng trong lĩnh vực điện tử hiện đại và để tích lũy năng lượng mặt trời.

Vật liệu nano

Chúng là chất rắn có kích thước siêu nhỏ, có nghĩa là chúng có các đặc tính khác với phiên bản lớn hơn của chúng. Họ tìm thấy các ứng dụng trong các lĩnh vực khoa học và công nghệ chuyên biệt, chẳng hạn như trong lĩnh vực lưu trữ năng lượng.

Vật liệu sinh học

Chúng là những vật liệu tự nhiên và sinh học với những đặc điểm phức tạp và độc đáo, khác với tất cả các chất rắn khác do nguồn gốc của chúng được tạo ra qua hàng triệu năm tiến hóa. Chúng được tạo thành từ các yếu tố hữu cơ khác nhau, và có thể được hình thành và cải tạo theo các đặc điểm nội tại mà chúng sở hữu.

Chất lỏng

Chất lỏng được gọi là vật chất ở trạng thái gần như không nén được, nó chiếm thể tích của vật chứa mà nó nằm trong đó.

Không giống như chất rắn, chất lỏng chảy tự do trên bề mặt nơi chúng ở, nhưng chúng không giãn nở theo thể tích như chất khí; vì lý do này, chúng duy trì mật độ thực tế không đổi. Chúng cũng có khả năng làm ướt hoặc làm ẩm bề mặt mà chúng tiếp xúc do sức căng bề mặt.

Chất lỏng được điều chỉnh bởi một đặc tính được gọi là độ nhớt, đo khả năng chống biến dạng của chúng do cắt hoặc chuyển động.

Dựa trên hành vi của chúng đối với độ nhớt và độ biến dạng, chất lỏng có thể được phân loại thành chất lỏng Newton và chất lỏng không Newton, mặc dù điều này sẽ không được thảo luận chi tiết trong bài viết này.

Điều quan trọng cần lưu ý là chỉ có hai nguyên tố được tìm thấy ở trạng thái tập hợp này trong điều kiện bình thường: brom và thủy ngân, và xêzi, gali, franxi và rubidi cũng có thể dễ dàng đạt đến trạng thái lỏng trong điều kiện thích hợp.

Chúng có thể được chuyển thành trạng thái rắn bằng quá trình đông đặc, cũng như chuyển thành khí bằng cách đun sôi.

Các loại chất lỏng

Theo cấu trúc của chúng, chất lỏng được chia thành năm loại:

Dung môi

Đại diện cho tất cả các chất lỏng thông thường và không phổ biến chỉ có một loại phân tử trong cấu trúc của chúng, dung môi là những chất phục vụ cho việc hòa tan các chất rắn và các chất lỏng khác bên trong, để tạo thành các loại chất lỏng mới.

Các giải pháp

Chúng là những chất lỏng ở dạng hỗn hợp đồng nhất, được tạo thành bởi sự kết hợp giữa chất tan và dung môi, chất tan có thể là chất rắn hoặc chất lỏng khác.

Nhũ tương

Chúng được biểu thị là những chất lỏng được hình thành bằng cách trộn hai chất lỏng đặc trưng không thể trộn lẫn. Chúng được quan sát thấy như một chất lỏng lơ lửng bên trong khác dưới dạng các hạt cầu, và có thể được tìm thấy ở dạng W / O (nước trong dầu) hoặc O / W (dầu trong nước), tùy thuộc vào cấu trúc của chúng.

Đình chỉ

Chất lơ lửng là những chất lỏng trong đó có các hạt rắn lơ lửng trong dung môi. Chúng có thể được hình thành trong tự nhiên, nhưng thường thấy nhất trong lĩnh vực dược phẩm.

Bình xịt khí dung

Chúng được hình thành khi một chất khí đi qua chất lỏng và chất đầu tiên bị phân tán trong chất lỏng thứ hai. Các chất này có bản chất là lỏng với các phân tử ở khí, và có thể phân tách khi nhiệt độ tăng.

Khí ga

Một chất khí được coi là trạng thái của vật chất có thể nén được, trong đó các phân tử được phân tách và phân tán đáng kể, và ở đó chúng nở ra để chiếm thể tích của vật chứa nơi chúng được chứa.

Ngoài ra, có một số nguyên tố ở thể khí tự nhiên và có thể liên kết với các chất khác để tạo thành hỗn hợp khí.

Khí có thể được chuyển đổi trực tiếp thành chất lỏng bằng quá trình ngưng tụ và thành chất rắn bằng quá trình lắng đọng hiếm gặp. Ngoài ra, chúng có thể bị nung nóng đến nhiệt độ rất cao hoặc đi qua một trường điện từ mạnh để ion hóa chúng, biến chúng thành plasma.

Xét về bản chất phức tạp và tính không ổn định của chúng tùy thuộc vào điều kiện môi trường, các đặc tính của khí có thể thay đổi theo áp suất và nhiệt độ mà chúng được tìm thấy, vì vậy đôi khi bạn làm việc với khí với giả định rằng chúng là "lý tưởng".

Các loại khí

Có ba loại khí theo cấu trúc và nguồn gốc của chúng, được mô tả dưới đây:

Nguyên tố tự nhiên

Chúng được định nghĩa là tất cả những nguyên tố được tìm thấy ở trạng thái khí trong tự nhiên và trong điều kiện bình thường, được quan sát trên hành tinh Trái đất cũng như trên các hành tinh khác.

Trong trường hợp này, có thể kể tên oxy, hydro, nitơ và các khí quý, ngoài clo và flo làm ví dụ.

Hợp chất tự nhiên

Chúng là những chất khí được hình thành trong tự nhiên bởi các quá trình sinh học và được tạo thành từ hai hoặc nhiều nguyên tố. Chúng thường được tạo thành từ hydro, oxy và nitơ, mặc dù trong một số trường hợp rất hiếm, chúng cũng có thể được tạo thành với khí quý.

Nhân tạo

Chúng là những khí do con người tạo ra từ các hợp chất tự nhiên, được tạo ra để đáp ứng những nhu cầu mà con người có. Một số loại khí nhân tạo như chlorofluorocarbons, chất gây mê và chất khử trùng có thể độc hại hơn hoặc gây ô nhiễm hơn người ta nghĩ trước đây, vì vậy cần có các quy định để hạn chế việc sử dụng ồ ạt chúng.

Huyết tương

Trạng thái tập hợp vật chất này được mô tả lần đầu tiên vào những năm 1920 và được đặc trưng bởi sự không tồn tại của nó trên bề mặt trái đất.

Nó chỉ xuất hiện khi một chất khí trung hòa chịu tác động của một trường điện từ khá mạnh, tạo thành một lớp khí bị ion hóa có tính dẫn điện cao, và điều đó cũng đủ khác biệt so với các trạng thái tập hợp hiện có khác để được phân loại thành trạng thái riêng của nó. .

Vật chất ở trạng thái này có thể bị khử ion để trở thành khí trở lại, nhưng đó là một quá trình phức tạp đòi hỏi những điều kiện khắc nghiệt.

Người ta đưa ra giả thuyết rằng plasma đại diện cho trạng thái vật chất dồi dào nhất trong vũ trụ; Những lập luận này dựa trên sự tồn tại của cái gọi là "vật chất tối", do các nhà vật lý lượng tử đề xuất để giải thích các hiện tượng hấp dẫn trong không gian.

Các loại huyết tương

Có ba loại huyết tương, chỉ được phân loại theo nguồn gốc của chúng; Điều này xảy ra ngay cả trong cùng một phân loại, vì các plasmas rất khác nhau và biết một cái là không đủ để biết tất cả chúng.

Nhân tạo

Đó là plasma do con người tạo ra, chẳng hạn như những thứ được tìm thấy bên trong màn hình, đèn huỳnh quang và bảng hiệu đèn neon, và trong thuốc phóng tên lửa.

Đất đai

Đó là plasma được hình thành theo cách này hay cách khác bởi Trái đất, làm rõ rằng nó chủ yếu xuất hiện trong khí quyển hoặc các môi trường tương tự khác và nó không xuất hiện trên bề mặt. Nó bao gồm sét, gió cực, tầng điện ly và từ quyển.

Không gian

Đó là plasma được quan sát trong không gian, tạo thành các cấu trúc có kích thước khác nhau, thay đổi từ vài mét đến độ mở rộng khổng lồ của năm ánh sáng.

Plasma này được quan sát thấy trong các ngôi sao (bao gồm cả Mặt trời của chúng ta), trong gió Mặt trời, môi trường giữa các vì sao và giữa các thiên hà, ngoài các tinh vân giữa các vì sao.

Bose-Einstein ngưng tụ

Chất ngưng tụ Bose-Einstein là một khái niệm tương đối gần đây. Nó có nguồn gốc từ năm 1924, khi các nhà vật lý Albert Einstein và Satyendra Nath Bose dự đoán sự tồn tại của nó một cách tổng quát.

Trạng thái vật chất này được mô tả như một chất khí loãng gồm các boson - các hạt cơ bản hoặc hợp chất có liên quan đến các hạt mang năng lượng - đã được làm lạnh đến nhiệt độ rất gần với độ không tuyệt đối (-273,15 K).

Trong những điều kiện này, các boson thành phần của chất ngưng tụ chuyển sang trạng thái lượng tử tối thiểu của chúng, làm cho chúng có các đặc tính của các hiện tượng vi mô đặc biệt và độc đáo tách chúng ra khỏi khí bình thường.

Các phân tử của chất ngưng tụ BE thể hiện các đặc điểm của tính siêu dẫn; nghĩa là không có điện trở. Chúng cũng có thể cho thấy các đặc tính siêu lỏng, làm cho chất có độ nhớt bằng không, vì vậy nó có thể chảy mà không bị mất động năng do ma sát.

Do tính không ổn định và tồn tại ngắn của vật chất ở trạng thái này, các ứng dụng khả thi cho các loại hợp chất này vẫn đang được nghiên cứu.

Đây là lý do tại sao, ngoài việc được sử dụng trong các nghiên cứu cố gắng làm chậm tốc độ ánh sáng, không có nhiều ứng dụng đạt được cho loại chất này. Tuy nhiên, có những dấu hiệu cho thấy nó có thể giúp nhân loại trong một số lượng lớn các vai trò trong tương lai.

Người giới thiệu

1. Đài BBC. (sf). Các trạng thái của vật chất. Lấy từ bbc.com
2. Học hỏi, L. (sf). Phân loại vật chất. Lấy từ Course.lumenlearning.com
3. LiveScience. (sf). Các trạng thái của vật chất. Lấy từ livescience.com
4. Đại học, P. (sf). Các trạng thái của vật chất. Lấy từ chem.purdue.edu
5. Wikipedia. (sf). Trạng thái của Vật chất. Lấy từ en.wikipedia.org