materie is het “materiaal” dat het universum vormt-alles wat ruimte inneemt en massa heeft, is materie.
alle materie bestaat uit atomen, die op hun beurt bestaan uit protonen, neutronen en elektronen.
atomen komen samen om moleculen te vormen, die de bouwstenen zijn voor alle soorten materie, volgens de Washington State University. Zowel atomen als moleculen worden bij elkaar gehouden door een vorm van potentiële energie die chemische energie wordt genoemd., In tegenstelling tot kinetische energie, die de energie is van een bewegend object, is potentiële energie de energie die in een object wordt opgeslagen.
de vijf fasen van de materie
Er zijn vier natuurlijke toestanden van de materie: vaste stoffen, vloeistoffen, gassen en plasma. De vijfde staat is de door de mens gemaakte Bose-Einstein condensaten.
vaste stoffen
in een vaste stof worden deeltjes stevig op elkaar verpakt zodat ze niet veel bewegen. De elektronen van elk atoom zijn constant in beweging, dus de atomen hebben een kleine trilling, maar ze zijn gefixeerd in hun positie., Hierdoor hebben deeltjes in een vaste stof een zeer lage kinetische energie.
vaste stoffen hebben een bepaalde vorm, evenals massa en volume, en komen niet overeen met de vorm van de container waarin ze worden geplaatst. Vaste stoffen hebben ook een hoge dichtheid, wat betekent dat de deeltjes dicht bij elkaar zijn verpakt.
vloeistoffen
in een vloeistof zijn de deeltjes losser verpakt dan in een vaste stof en kunnen ze om elkaar heen stromen, waardoor de vloeistof een onbepaalde vorm krijgt. Daarom zal de vloeistof zich aanpassen aan de vorm van de container.,
net als vaste stoffen zijn vloeistoffen (waarvan de meeste een lagere dichtheid hebben dan vaste stoffen) ongelooflijk moeilijk te comprimeren.
gassen
in een gas hebben de deeltjes veel ruimte tussen hen en hebben ze een hoge kinetische energie. Een gas heeft geen duidelijke vorm of volume. Als het gas onbeperkt is, zullen de deeltjes van een gas zich voor onbepaalde tijd verspreiden; als het beperkt is, zal het gas uitzetten om zijn container te vullen. Wanneer een gas onder druk wordt gezet door het volume van de tank te verminderen, wordt de ruimte tussen deeltjes verminderd en wordt het gas gecomprimeerd.,
Plasma
Plasma is geen gemeenschappelijke toestand van materie hier op aarde, maar het kan de meest voorkomende toestand van materie in het heelal, volgens het Jefferson Laboratory. Sterren zijn in wezen oververhitte plasmaballen.
Plasma bestaat uit sterk geladen deeltjes met extreem hoge kinetische energie. De edelgassen (helium, neon, argon, krypton, xenon en radon) worden vaak gebruikt om gloeiende tekens te maken door gebruik te maken van elektriciteit om ze te ioniseren naar het plasma.,
Bose-einsteincondensaat
Het bose-einsteincondensaat (BEC) werd in 1995 gecreëerd door wetenschappers. Met behulp van een combinatie van lasers en magneten koelden Eric Cornell en Carl Weiman, wetenschappers van het Joint Institute for Lab Astrophysics (JILA) in Boulder, Colorado, een monster van rubidium tot een paar graden van het absolute nulpunt. Bij deze extreem lage temperatuur stopt de moleculaire beweging bijna. Omdat er bijna geen kinetische energie wordt overgedragen van het ene atoom naar het andere, beginnen de atomen samen te klonteren., Er zijn niet langer duizenden afzonderlijke atomen, slechts één ” super atoom.”
a BEC wordt gebruikt om kwantummechanica op macroscopisch niveau te bestuderen. Licht lijkt te vertragen als het door een BEC gaat, waardoor wetenschappers de deeltjes/golfparadox kunnen bestuderen. Een BEC heeft ook veel van de eigenschappen van een superfluïde, of een vloeistof die zonder wrijving stroomt. BECs worden ook gebruikt om omstandigheden te simuleren die in zwarte gaten zouden kunnen bestaan.
het doorlopen van een fase
Het toevoegen of verwijderen van energie uit materie veroorzaakt een fysische verandering als materie van de ene toestand naar de andere beweegt., Door bijvoorbeeld thermische energie (warmte) toe te voegen aan vloeibaar water wordt het stoom of damp (een gas). En het verwijderen van energie uit vloeibaar water zorgt ervoor dat het ijs (een vaste stof) wordt. Fysieke veranderingen kunnen ook worden veroorzaakt door beweging en druk.
smelten en invriezen
wanneer warmte op een vaste stof wordt aangebracht, beginnen de deeltjes sneller te trillen en verder uit elkaar te bewegen. Wanneer de stof een bepaalde combinatie van temperatuur en druk, het smeltpunt bereikt, zal de vaste stof beginnen te smelten en in een vloeistof veranderen.,
wanneer twee toestanden van materie, zoals vaste en vloeibare, bij evenwichtstemperatuur en-druk zijn, zal de extra warmte die aan het systeem wordt toegevoegd de totale temperatuur van de stof niet doen stijgen totdat het gehele monster dezelfde fysische toestand heeft bereikt. Als je bijvoorbeeld ijs in een glas water doet en het bij kamertemperatuur laat liggen, komen het ijs en het water uiteindelijk op dezelfde temperatuur. Als het ijs smelt door de hitte die uit het water komt, zal het op nul graden Celsius blijven totdat het hele ijsblokje smelt voordat het verder opwarmt.,
wanneer warmte uit een vloeistof wordt verwijderd, vertragen de deeltjes ervan en beginnen ze zich op één plaats in de stof te vestigen. Wanneer de stof bij een bepaalde druk een voldoende koele temperatuur bereikt, wordt het vriespunt, de vloeistof een vaste stof.
De meeste vloeistoffen trekken samen als ze bevriezen. Water zet echter uit wanneer het bevriest tot ijs, waardoor de moleculen verder uit elkaar duwen en de dichtheid verminderen, dat is waarom ijs op water drijft.
Het toevoegen van extra stoffen, zoals zout in water, kan zowel het smelt-als het vriespunt veranderen., Bijvoorbeeld, het toevoegen van zout aan sneeuw zal de temperatuur dat water bevriest op de wegen te verlagen, waardoor het veiliger is voor bestuurders.
er is ook een punt, bekend als het drievoudige punt, waar vaste stoffen, vloeistoffen en gassen allemaal gelijktijdig bestaan. Water, bijvoorbeeld, bestaat in alle drie de toestanden bij een temperatuur van 273,16 Kelvin en een druk van 611,2 Pascal.
Sublimatie
wanneer een vaste stof direct in een gas wordt omgezet zonder een vloeibare fase te doorlopen, wordt het proces sublimatie genoemd., Dit kan gebeuren hetzij wanneer de temperatuur van het monster snel wordt verhoogd tot voorbij het kookpunt (flitsverdamping), hetzij wanneer een stof “gevriesdroogd” wordt door deze onder vacuümomstandigheden af te koelen, zodat het water in de stof sublimatie ondergaat en uit het monster wordt verwijderd. Enkele vluchtige stoffen ondergaan sublimatie bij kamertemperatuur en druk, zoals bevroren kooldioxide of droogijs.
verdamping
verdamping is de omzetting van een vloeistof in een gas en kan plaatsvinden door verdamping of koken.,
omdat de deeltjes van een vloeistof constant in beweging zijn, botsen ze vaak met elkaar. Elke botsing veroorzaakt ook energie om worden overgebracht, en wanneer genoeg energie aan deeltjes dichtbij de oppervlakte wordt overgebracht kunnen zij volledig van de steekproef als vrije gasdeeltjes worden geklopt. Vloeistoffen koelen af als ze verdampen omdat de energie die wordt overgedragen aan oppervlaktemoleculen, waardoor ze ontsnappen, mee wordt meegevoerd.
vloeistof kookt wanneer er voldoende warmte aan een vloeistof wordt toegevoegd om dampbelletjes Onder het oppervlak te laten ontstaan., Dit kookpunt is de temperatuur en druk waarbij een vloeistof een gas wordt.
condensatie en depositie
condensatie treedt op wanneer een gas energie verliest en samen een vloeistof vormt. Bijvoorbeeld, waterdamp condenseert in vloeibaar water.
depositie treedt op wanneer een gas direct in een vaste stof wordt omgezet, zonder door de vloeibare fase te gaan. Waterdamp wordt ijs of vorst wanneer de lucht die een vaste stof raakt, zoals een grasspriet, koeler is dan de rest van de lucht.,
aanvullende middelen:
- Watch: creatie van een Bose-Einstein-condensaat, afkomstig van het National Institute of Standards and Technology. leer waar de materie in het heelal vandaan kwam, aan de Cornell Universiteit ‘ s Ask an Astronomer.
- Lees meer over materie, elementen en atomen, van de Khan Academy.
Dit artikel is bijgewerkt op Aug. 21, 2019, door Live Science Contributor Rachel Ross.