Definition des Zustands der Materie

Physik und Chemie untersuchen Materie, Energie und Wechselwirkungen zwischen ihnen. Aufgrund der Gesetze der Thermodynamik wissen Wissenschaftler, dass Materie Zustände ändern kann und die Summe aus Materie und Energie eines Systems konstant ist. Wenn Energie zur Materie hinzugefügt oder daraus entfernt wird, ändert sich der Zustand zu a Aggregatszustand. Ein Materiezustand ist eine der Möglichkeiten, wie Materie mit sich selbst interagieren kann, um eine homogene Phase zu bilden.

Materiezustand gegen Phase der Materie

Die Ausdrücke "Materiezustand" und "Materiephase" werden austauschbar verwendet. Zum größten Teil ist dies in Ordnung. Technisch gesehen kann ein System mehrere Phasen desselben Materiezustands enthalten. Beispielsweise kann ein Stahlstab (ein Feststoff) Ferrit, Zementit und Austenit enthalten. Eine Mischung aus Öl und Essig (eine Flüssigkeit) enthält zwei getrennte flüssige Phasen.

Aggregatzustände

Im täglichen Leben existieren vier Phasen der Materie: Feststoffe, Flüssigkeiten, Gase und Plasma. Es wurden jedoch mehrere andere Zustände der Materie entdeckt. Einige dieser anderen Zustände treten an der Grenze zwischen zwei Zuständen der Materie auf, in denen ein Stoff die Eigenschaften eines der beiden Zustände nicht wirklich zeigt. Andere sind am exotischsten. Dies ist eine Liste einiger Materiezustände und ihrer Eigenschaften:

Solide: Ein Körper hat eine definierte Form und ein definiertes Volumen. Teilchen innerhalb eines Festkörpers sind in einer geordneten Anordnung sehr eng beieinander gepackt. Die Anordnung kann ausreichend geordnet sein, um einen Kristall (z. B. NaCl oder Tafelsalzkristall, Quarz) zu bilden, oder die Anordnung kann ungeordnet oder amorph sein (z. B. Wachs, Baumwolle, Fensterglas)..

Flüssigkeit: Eine Flüssigkeit hat ein definiertes Volumen, aber keine definierte Form. Partikel in einer Flüssigkeit sind nicht so dicht beieinander gepackt wie in einem Feststoff, sodass sie gegeneinander gleiten können. Beispiele für Flüssigkeiten sind Wasser, Öl und Alkohol.

Gas: Einem Gas fehlt entweder eine definierte Form oder ein definiertes Volumen. Gaspartikel sind weit verbreitet. Beispiele für Gase sind Luft und das Helium in einem Ballon.

Plasma: Wie bei einem Gas fehlt einem Plasma eine definierte Form oder ein definiertes Volumen. Die Partikel eines Plasmas sind jedoch elektrisch geladen und durch große Unterschiede voneinander getrennt. Beispiele für Plasma sind der Blitz und die Aurora.

Glas: Ein Glas ist ein amorpher Feststoff zwischen einem Kristallgitter und einer Flüssigkeit. Es wird manchmal als separater Materiezustand angesehen, da es andere Eigenschaften als Feststoffe oder Flüssigkeiten aufweist und in einem metastabilen Zustand vorliegt.

Superfluid: Ein Superfluid ist ein zweiter flüssiger Zustand, der nahe dem absoluten Nullpunkt auftritt. Im Gegensatz zu einer normalen Flüssigkeit hat ein Superfluid keine Viskosität.

Bose-Einstein-Kondensat: Ein Bose-Einstein-Kondensat kann als fünfter Aggregatzustand bezeichnet werden. In einem Bose-Einstein-Kondensat verhalten sich die Materieteilchen nicht mehr wie einzelne Einheiten und können mit einer einzigen Wellenfunktion beschrieben werden.

Fermionisches Kondensat: Wie ein Bose-Einstein-Kondensat können Partikel in einem fermionischen Kondensat durch eine einheitliche Wellenfunktion beschrieben werden. Der Unterschied besteht darin, dass das Kondensat von Fermionen gebildet wird. Aufgrund des Pauli-Ausschlussprinzips können Fermionen nicht denselben Quantenzustand haben, aber in diesem Fall verhalten sich Fermionenpaare wie Bosonen.

Dropleton: Dies ist ein "Quantennebel" von Elektronen und Löchern, die wie eine Flüssigkeit fließen.

Entartete Materie: Entartete Materie ist eine Ansammlung exotischer Materiezustände, die unter extrem hohem Druck auftreten (z. B. in den Kernen von Sternen oder massereichen Planeten wie Jupiter). Der Begriff "entartet" leitet sich von der Art und Weise ab, wie Materie in zwei Zuständen mit derselben Energie existieren kann, wodurch sie austauschbar werden.

Gravitations-Singularität: Eine Singularität, wie in der Mitte eines Schwarzen Lochs, ist nicht ein Zustand der Materie. Es ist jedoch bemerkenswert, weil es sich um ein "Objekt" handelt, das aus Masse und Energie besteht und dem Materie fehlt.

Phasenwechsel zwischen Materiezuständen

Materie kann Zustände ändern, wenn dem System Energie hinzugefügt oder daraus entnommen wird. Normalerweise resultiert diese Energie aus Änderungen des Drucks oder der Temperatur. Wenn Materie sich ändert, erfährt sie a Phasenübergang oder Phasenwechsel.