מצב החומר לעומת שלב החומר
בפיסיקה, משהו שיש לו מסת מנוחה יכול להיחשב כעניין; זה חומר ביקום. זה יכול להיות החלקיקים הקטנים ביותר בעלי מסה או הכוכבים הגדולים ביותר ביקום. החומר שאנו מודאגים ממנו מורכב מ-4.6% בלבד מהיקום, ושאר המסה מצויה בצורות שעדיין לא ניתנות לזיהוי.
כמו אנרגיה, גם חומר יכול להתקיים בצורות רבות. צורות אלו ידועות כמצבי חומר. בתוך מצב של חומר, אטומים ומולקולות יכולים לקבל תצורות שונות. אלה ידועים בתור שלבים.
מהו שלב החומר?
החלק ההומוגני של מערכת הטרוגנית המופרדת על ידי גבול מובחן ידוע כפאזה. זה מתייחס בדרך כלל לנפח במרחב, שבו כל תכונות החומר אחידות ותכונות פיזיקליות שונות.
לדוגמה, שקול את החלק הפנימי של קומקום מים כאשר המים רותחים. המים (הנוזל) תופסים את השטח התחתון של הקומקום, ומופרדים על ידי קירות הקומקום ומשטח המים העליון. ובכל האזור הזה התכונות הכימיות והפיזיקליות אחידות. ממש מעל פני המים, השטח מלא בתערובת אדים ואוויר. גם באזור זה, קירות הקומקום ומשטח המים יוצרים גבול מובחן, והנכסים בכל האזור יכולים להיחשב אחידים. במקרה זה, מים רותחים הם שלב אחד, ותערובת אוויר הקיטור היא שלב אחד. אז מערכת זו יכולה להיחשב כמערכת דו-שלבית. קחו בחשבון מים ובנזין שנשפכו לבקבוק שקוף. זוהי גם מערכת דו פאזית, שבה שני הנוזלים מופרדים בבירור בשוליים.
חקירת שלבי החומר חשובה בקביעת התכונות הפיזיקליות של חומר לאחר טרנספורמציות. במהלך התהליכים, מעברי פאזה יכולים להתרחש, והמעברים יכולים להיות מיוצגים על ידי דיאגרמת פאזות. דיאגרמת פאזות היא תרשים המראה כיצד שלבים שונים יכולים להתרחש בתנאי שיווי משקל שונים. כאשר ההרכב של מערכת רב-פאזית נותר ללא שינוי, אומרים שהיא נמצאת בשיווי משקל פאזה.
מהו מצב החומר?
הצורות הנבדלות שהחומר בשלבים שונים יכול ללבוש נחשבות כמצב של חומר. שלושה מצבים קלאסיים של חומר הם מוצק, נוזל וגז.
במוצקים ובנוזלים, הכוחות הבין-מולקולריים חזקים ונחשבים כמצבים מעובה. למוצקים יש את הכוחות הבין-מולקולריים החזקים ביותר; לכן, המבנה מוחזק יחדיו בחוזקה על ידי כוחות אלו. לכן, צורתו של מוצק אינה משתנה.
בנוזל, הכוחות הבין-מולקולריים חלשים יחסית; לכן, הם מוחזקים באופן מתון יחד.והמולקולות יכולות להחליק זו לזו, אבל הכוחות חזקים מספיק כדי לא לתת להן לברוח. בגזים, הכוחות הבין מולקולריים חלשים ברמה שהם מוחזקים בקלילות רבה יחד. והם יכולים לגלוש זה על פני זה, ולתפוס לחלוטין את הנפח שהם מכניסים אליו.
חומר משנה מצב בהתאם לרמת האנרגיה הפנימית שלהם ולטמפרטורה, המהווה אינדיקטור לאנרגיה הפנימית. בטמפרטורה גבוהה יותר, התנודות במולקולות חזקות שהן מתחרות בכוחות בין-מולקולריים לשחרר מהקשרים. במוצקים, האנרגיה הפנימית נמוכה יותר, וכאשר האנרגיה הפנימית מוגברת ברמה מסוימת, הקשרים משתחררים, והקרח המוצק יהפוך לנוזלי. עם עלייה נוספת באנרגיה/טמפרטורה הפנימית, הנוזל יהפוך לגז.
פלזמה נחשבת גם כמצב פיזיקלי של חומר, שבו האלקטרונים של הגז מופשטים, וגם האלקטרון והגרעינים נמצאים ברמות אנרגיה גבוהות מאוד.רוב החומר ביקום הוא בצורה זו; בעננים העצומים שבין כוכבים, הנקראים עננים בין-כוכביים, ובכוכבים, שם החום שנוצר הופך אותם לפלזמה.
זכוכית וגבישים נוזליים נחשבים גם כמצבים נפרדים בפיזיקה. ובטמפרטורות נמוכות מאוד, החומר יוצר מצבים שונים כמו נוזלי על ועיבוי Bose-Instein. במקרים קיצוניים, החורים השחורים נחשבים גם כמצב נוסף של חומר, שאיננו יודעים את התכונות הפיזיקליות המדויקות שלו.
מה ההבדל בין מצב החומר לשלב החומר?
• פאזה היא אזור בעל תכונות כימיות ופיזיקליות אחידות ומופרד על ידי גבולות מובחנים.
• מצבי חומר הם הצורות שבהן שלבים שונים יכולים להתקיים. מוצק, נוזל וגז הם המצבים הנפוצים ביותר של החומר על פני כדור הארץ.
• במצב אחד של חומר, צורות רבות של פאזות יכולות להתקיים. למשל קחו בחשבון את הבקבוק עם בנזין ומים. שניהם במצב נוזלי, אך בשלבים שונים. ניתן ליישם את אותו מושג על מוצקים, אם כי הגזים נוטים להפר זאת, אך לא במפורש.
