Gjendjet e Materies

Katër gjendjet kryesore të materies janë lëndët e ngurta, lëngjet, gazrat dhe plazma.

Gjendjet e materies janë forma në të cilat ekziston lënda. Katër gjendjet e materies të vëzhguara në jetën e përditshme janë lëndët e ngurta, lëngjet, gazrat dhe plazma. Ekzistojnë edhe gjendje të tjera të materies, megjithëse kërkojnë kushte të veçanta. Këtu është një vështrim në gjendjet e materies, vetitë e tyre dhe emrat e tranzicioneve të fazave midis tyre.

Nga: Science Notes: [Gjendjet e materies]¹

Pikat kryesore: Gjendjet e materies

• Gjendjet e materies përshkruajnë format fizike që mund të marrë materia bazuar në energjinë dhe rregullimin e grimcave.
• Katër gjendjet klasike janë të ngurta, të lëngshme, të gazit dhe plazmës.
• Gjendjet ekzotike si kondensatet Bose-Einstein, superlëngjet dhe kondensatet fermionike ndodhin në kushte ekstreme.
• Ndryshimet e temperaturës dhe presionit shkaktojnë tranzicione fazore midis gjendjeve të ndryshme të materies.
• Gjatë një ndryshimi faze, një substancë ruan identitetin e saj kimik edhe pse gjendja e saj fizike ndryshon.

Çfarë është një gjendje materie?

Materia është çdo gjë që ka masë dhe zë hapësirë. Ai përbëhet nga grimca subatomike, atome, jone dhe komponime. Ndonjëherë këto grimca janë të lidhura fort dhe afër njëra-tjetrës, ndërsa herë të tjera grimcat janë të lidhura lirshëm dhe të ndara gjerësisht. Një gjendje e materies (ose faza e materies) është një nga format e dallueshme që merr materia bazuar në rregullimin fizik dhe energjinë e grimcave të saj. Gjendja varet nga temperatura, presioni dhe forcat ndërmolekulare, duke ndikuar nëse grimcat janë të lidhura fort ose lëvizin lirshëm.

Ne mund të ndryshojmë energjinë e materies duke ndryshuar temperaturën ose presionin e saj, duke bërë që materija të kalojë nga një gjendje në tjetrën. Rritja e temperaturës shton energji kinetike në grimca, duke nxitur tranzicionet në gjendje me energji më të lartë (p.sh., gaz i ngurtë → i lëngshëm →). Rritja e presionit i detyron grimcat më afër njëra-tjetrës, duke favorizuar gjendjet më të dendura (p.sh., gaz → lëng). Por, kur materia ndryshon gjendjen, identiteti i saj kimik mbetet i njëjtë. Pra, nëse merrni akull, e shkrini dhe më pas e zieni, gjendja e materies ndryshon, por është gjithmonë ujë.

Lista e gjendjeve të materies

Katër gjendjet themelore të materies janë lëndët e ngurta, lëngjet, gazrat dhe plazma. Por, shkencëtarët po zbulojnë gjendje të reja të materies që ekzistojnë në kushte ekstreme.

–

E ngurtë

Një lëndë e ngurtë është një gjendje e materies me një formë dhe vëllim të përcaktuar. Atomet, jonet dhe molekulat në një paketë të ngurtë ngushtë së bashku dhe mund të formojnë kristale. Shembuj të lëndëve të ngurta përfshijnë shkëmbinjtë, akullin, diamantin dhe drurin.

Lëng

Një lëng është një gjendje e materies me një vëllim të përcaktuar, por pa formë të përcaktuar. Me fjalë të tjera, lëngjet marrin formën e enës së tyre. Grimcat në një lëng kanë më shumë energji sesa në një të ngurtë, kështu që ato janë më larg njëra-tjetrës dhe më pak të organizuara (më të rastësishme). Shembuj të lëngjeve përfshijnë ujin, lëngun dhe vajin vegjetal.

Gaz

Një gaz është një gjendje materie që i mungon ose një vëllim i përcaktuar ose një formë e përcaktuar. Ashtu si një lëng, një gaz merr formën e një kontejneri. Ndryshe nga një lëng, një gaz zgjerohet ose tkurret lehtësisht për të mbushur të gjithë vëllimin e kontejnerit. Grimcat në një gaz kanë më shumë energji sesa në lëndët e ngurta ose të lëngshme. Ata priren të jenë më larg njëri-tjetrit dhe lëvizin më rastësisht sesa në një lëng. Shembuj të gazrave përfshijnë ajrin, avujt e ujit dhe heliumin.

Plazma

Plazma është një gjendje materie e ngjashme me një gaz, përveç se të gjitha grimcat mbajnë një ngarkesë elektrike. Kjo gjendje zakonisht ekziston në presion shumë të ulët, kështu që grimcat janë edhe më larg njëra-tjetrës sesa në një gaz. Është gjendja më e zakonshme e materies në univers. Plazma mund të përbëhet nga jone, elektrone ose protone. Shembuj të plazmës përfshijnë rrufetë, aurorën, Diellin dhe pjesën e brendshme të një shenje neoni.

Kondensati Bose-Einstein (BEC)

Shkencëtarët ndonjëherë e quajnë kondensatin Bose-Einstein (BEC) gjendjen e pestë të materies. Në kondensatin Bose-Einstein, atomet dhe jonet ndalojnë së silluri si grimca të veçanta dhe shemben në një gjendje të vetme kuantike që mund të përshkruhet duke përdorur një funksion të vetëm vale. Kjo gjendje e materies u verifikua eksperimentalisht në vitin 1995 nga Eric Cornell dhe Carl Wieman. Kondensati Bose-Einstein është “më i ftohtë” se një trup i ngurtë i zakonshëm dhe mund të formohet shumë afër zeros absolute.

Superfluid

Një superlëng është një gjendje e dytë e lëngshme e formuar nga disa lloje materie. Një superlëng shfaq viskozitet zero. Me fjalë të tjera, nuk ka rezistencë ndaj rrjedhës. Superfluiditeti u vërejt për helium në 1937. Për shkak se mund të rrjedhte pa fërkime, heliumi superfluid u ngjit në muret e enës së tij dhe pikonte mbi anët. Ashtu si kondensati Bose-Einstein, superfluiditeti ndodh afër zeros absolute.

Kondensat fermionik

Një kondensat fermionik është një gjendje materie e ngjashme me një kondensat Bose-Einstein, përveç se përbëhet nga fermione, të tilla si kuarkët dhe leptonet. Normalisht, parimi i përjashtimit Pauli ndalon fermionet të hyjnë në të njëjtën gjendje kuantike. Në një kondensat fermionik, një palë fermione sillet si një bozon, duke lejuar çifte të shumta të hyjnë në të njëjtën gjendje kuantike.

Çështja Rydberg

Lënda Rydberg është një lloj plazme e formuar kur jonet e ngacmuara kondensohen. Ju mund ta mendoni atë si plazmë pluhuri. Deri më tani, ndodh në elementet hidrogjen, kalium, azot dhe cezium. Ky lloj materie përbëhet kryesisht nga grupe të vogla rrafshe gjashtëkëndore. Shkencëtarët e bëjnë materien Rydberg në një laborator ose e vëzhgojnë atë në atmosferën e sipërme të planetëve dhe në retë në hapësirë.

Lënda fotonike

Lënda fotonike është gjendja e materies e formuar kur fotonet ndërveprojnë me një gaz në mënyrë të tillë që fotonet të kenë masë të dukshme dhe të mund të ndërveprojnë me njëri-tjetrin. Fotonet me masë të dukshme madje mund të formojnë “molekula” fotonike.

Kondensat me ngjyra qelqi

Kondensati i qelqit me ngjyra është një gjendje e materies që propozohet të ekzistojë kur bërthamat atomike udhëtojnë afër shpejtësisë së dritës. Për shkak të shpejtësisë së tyre, bërthama duket e ngjeshur përgjatë drejtimit të saj të lëvizjes. Kjo bën që gluonet e bërthamës të shfaqen si një lloj muri ose rajoni me densitet të shtuar.

Lënda e degjeneruar

Lënda e degjeneruar formohet nën presion ekstrem, ku grimcat grumbullohen aq fort sa dominojnë efektet kuantike. Shembujt përfshijnë materien e degjeneruar nga elektronet në xhuxhët e bardhë dhe materien e degjeneruar nga neutronet në yjet neutron.

Kristali i kohës

Një kristal kohor është një gjendje e materies që shfaq lëvizje në një model të përsëritur gjatë kohës, pa përdorur energji. Ai ruan lëvizjen periodike edhe në gjendjen e tij më të ulët të energjisë dhe u demonstrua për herë të parë në 2017.

Gjendjet e tjera të materies

Ekzistojnë gjendje të tjera të propozuara të materies, duke përfshirë materien kuark, materien e degjeneruar, dropletonin, gjendjen kuantike Hall, superqelqin, superngurtë dhe lëngun me varg.

Tranzicionet e fazave midis gjendjeve të materies

Ndryshimet e temperaturës dhe presionit prodhojnë tranzicione fazash midis gjendjeve të materies.

Gjendja e Materies – (Entalpia e sistemit) – ilustrim1a

Ndryshimet në temperaturë dhe presion bëjnë që materija të ndryshojë nga një gjendje në tjetrën. Ky ndryshim quhet tranzicion faze ose ndryshim faze. Shembuj të tranzicioneve fazore duke përfshirë shkrirjen e akullit (një i ngurtë) në ujë (një lëng) dhe zierjen e ujit në avull uji (një gaz). Këtu janë emrat e tranzicioneve të fazës midis lëndëve të ngurta, lëngjeve, gazrave dhe plazmës:

• • Shkrirja: Kalimi i fazës nga i ngurtë në të lëngshëm.
• • Ngrirja: Kalimi i fazës nga i lëngu në të ngurtë.
• • Avullimi: Kalimi i fazës nga lëngu në gaz.
• • Kondensimi: Kalimi i fazës nga gazi në lëng.
• • Sublimimi: Kalimi i fazës nga i ngurtë në gaz.
• • Depozitimi: Kalimi i fazës nga gazi në të ngurtë.
• • Jonizimi: Kalimi i fazës nga gazi në plazmë.
• • Dejonizimi ose rikombinimi: Kalimi i fazës nga plazma në gaz.

Në pikën e trefishtë, të tre gjendjet klasike bashkëjetojnë në ekuilibër. Pika kritike shënon fundin e kufirit lëng-gaz, përtej të cilit substanca bëhet një lëng superkritik.

Referencat

• Goodstein, DL (1985). Gjendjet e materies. Dover Phoenix. ISBN 978-0-486-49506-4.
• Murthy, G.; et al. (1997). “Superfluidet dhe supersolidet në grilat dydimensionale të frustruara”. Rishikimi fizik B. 55 (5): 3104. doi:10.1103/PhysRevB.55.3104
• Sutton, AP (1993). Struktura elektronike e materialeve. Botimet shkencore të Oksfordit. ISBN 978-0-19-851754-2.
• Wahab, MA (2005). Fizika e gjendjes së ngurtë: Struktura dhe vetitë e materialeve. Shkenca Alfa. ISBN 978-1-84265-218-3.
• White, F. (2003). Mekanika e lëngjeve. McGraw-Hill. ISBN 978-0-07-240217-9.

–

Burimi Informimit:

1. Gjendjet e materies ↩︎