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I 5 stati di aggregazione dei materiali
il stati di aggregazione della materia sono legati al fatto che può esistere in stati diversi, a seconda della densità esibita dalle molecole che lo compongono. La scienza della fisica è responsabile dello studio della natura e delle proprietà della materia e dell'energia nell'universo.
Il concetto di materia è definito come tutto ciò che costituisce l'universo (atomi, molecole e ioni), che forma tutte le strutture fisiche esistenti. Le tradizionali indagini scientifiche hanno dato completato gli stati di aggregazione della materia come quelli rappresentati nei tre noti: solido, liquido o gassoso.
Tuttavia, ci sono altre due fasi che sono state determinate più recentemente, permettendo di classificarle come tali e aggiungerle ai tre stati originali (il cosiddetto plasma e il condensato di Bose-Einstein).
Questi rappresentano forme più rare di materia rispetto a quelle tradizionali, ma nelle giuste condizioni dimostrano proprietà intrinseche e sufficientemente uniche da essere classificate come stati di aggregazione.
indice
- 1 Stati di aggregazione della materia
- 1.1 solido
- 1.2 Liquido
- 1,3 Gas
- 1.4 Plasma
- 1.5 Condensato di Bose-Einstein
- 2 riferimenti
Stati di aggregazione della materia
solido
Quando parliamo di materia allo stato solido, possiamo definirlo come uno in cui le molecole che lo compongono sono unite in una forma compatta, lasciando pochissimo spazio tra loro e fornendo un carattere rigido alla struttura dello stesso.
In questo modo, i materiali in questo stato di aggregazione non fluiscono liberamente (come i liquidi) o si espandono volumetricamente (come i gas) e, ai fini di varie applicazioni, sono considerati sostanze incompressibili.
Inoltre, possono avere strutture cristalline, ordinate e regolari o disordinate e irregolari, come le strutture amorfe.
In questo senso, i solidi non sono necessariamente omogenei nella loro struttura, essendo in grado di trovare quelli che sono chimicamente eterogenei. Hanno la capacità di andare direttamente allo stato liquido in un processo di fusione, così come passare al gassoso per sublimazione.
Tipi di solidi
I materiali solidi sono divisi in una serie di classificazioni:
I metalli: sono quei solidi forti e densi che in aggiunta di solito sono eccellenti conduttori di elettricità (dai loro elettroni liberi) e calore (per la loro conduttività termica). Costituiscono una grande parte della tavola periodica degli elementi e possono essere uniti con un altro metallo o non metallo per formare leghe. A seconda del metallo in questione possono essere trovati naturalmente o prodotti artificialmente.
minerali
Sono quei solidi formati naturalmente attraverso processi geologici che si verificano ad alta pressione.
I minerali sono catalogati in tal modo dalla loro struttura cristallina con proprietà uniformi e variano enormemente nel tipo in base al materiale di cui parlano e alle loro origini. Questo tipo di solido si trova molto comunemente in tutto il pianeta Terra.
ceramica
Sono solidi creati da sostanze inorganiche e non metalliche, tipicamente mediante l'applicazione di calore, e che hanno strutture cristalline o semicristalline.
La specialità di questo tipo di materiale è che può dissipare alte temperature, impatti e resistenza, rendendola un componente eccellente per tecnologie avanzate aeronautiche, elettroniche e persino militari.
Solidi organici
Sono quei solidi che sono composti principalmente dagli elementi carbonio e idrogeno, potendo anche possedere molecole di azoto, ossigeno, fosforo, zolfo o alogeni nella loro struttura.
Queste sostanze variano enormemente, osservando materiali che vanno dai polimeri naturali e artificiali alla paraffina proveniente da idrocarburi.
Materiali compositi
Sono quei materiali relativamente moderni che sono stati sviluppati unendo due o più solidi, creando una nuova sostanza con le caratteristiche di ciascuno dei suoi componenti, sfruttando le loro proprietà per un materiale superiore all'originale. Esempi di questi includono cemento armato e legno composito.
Semiconduttori
Sono chiamati per la loro resistività e conducibilità elettrica, che li pone tra conduttori metallici e induttori non metallici. Sono frequentemente utilizzati nel campo dell'elettronica moderna e per accumulare energia solare.
nanomateriali
Sono solidi di dimensioni microscopiche, il che genera che presentano proprietà diverse dalla loro versione più grande. Trovano applicazioni in settori specializzati della scienza e della tecnologia, come nel campo dello stoccaggio di energia.
biomateriali
Sono materiali naturali e biologici con caratteristiche complesse e uniche, diversi da tutti gli altri solidi dovuti alla loro origine dati attraverso milioni di anni di evoluzione. Sono composti da diversi elementi organici e possono essere formati e riformati in base alle caratteristiche intrinseche che possiedono.
liquido
Si chiama liquido per quello che è in uno stato quasi incomprimibile, che occupa il volume del contenitore in cui si trova.
A differenza dei solidi, i liquidi fluiscono liberamente attraverso la superficie dove sono, ma non si espandono volumetricamente come i gas; per questo motivo mantengono una densità praticamente costante. Hanno anche la capacità di bagnare o inumidire le superfici che toccano a causa della tensione superficiale.
I liquidi sono governati da una proprietà nota come viscosità, che misura la resistenza della stessa alla deformazione mediante taglio o movimento.
In base al suo comportamento rispetto alla viscosità e alla deformazione, i liquidi possono essere classificati in fluidi newtoniani e non newtoniani, anche se questo articolo non sarà discusso in dettaglio in questo articolo.
È importante notare che ci sono solo due elementi che si trovano in questo stato di aggregazione in condizioni normali: il bromo e il mercurio, il cesio, il gallio, il francio e il rubidio possono anche facilmente raggiungere lo stato liquido in condizioni appropriate.
Possono essere trasferiti allo stato solido mediante un processo di solidificazione e trasformati in gas mediante ebollizione.
Tipi di liquidi
Secondo la sua struttura, i liquidi sono suddivisi in cinque tipi:
solventi
Rappresentando tutti quei liquidi comuni e non comuni con un solo tipo di molecole nella loro struttura, i solventi sono quelle sostanze che servono a dissolvere sostanze solide e altri liquidi al loro interno, per formare nuovi tipi di liquidi.
soluzioni
Sono quei liquidi nella forma di una miscela omogenea, che è stata formata dall'unione di un soluto e di un solvente, il soluto essendo capace di essere un solido o un altro liquido.
emulsioni
Sono rappresentati come quei liquidi che sono stati formati dalla miscela di due liquidi tipicamente immiscibili. Sono osservati come un liquido sospeso all'interno di un altro sotto forma di globuli e possono essere trovati in forma W / O (acqua in olio) o O / O (olio in acqua), a seconda della loro struttura.
sospensioni
Le sospensioni sono quei liquidi in cui ci sono particelle solide sospese in un solvente. Possono essere formati in natura, ma sono più comunemente osservati in campo farmaceutico.
aerosol
Si formano quando un gas viene fatto passare attraverso un liquido e il primo viene disperso nel secondo. Queste sostanze hanno un carattere liquido con molecole gassose e possono essere separate con aumenti di temperatura.
gas
È considerato come un gas per quello stato della materia comprimibile, in cui le molecole sono considerevolmente separate e disperse, e dove si espandono per occupare il volume del contenitore in cui sono contenute.
Inoltre, ci sono diversi elementi che sono allo stato gassoso in modo naturale e possono legarsi ad altre sostanze per formare miscele di gas.
I gas possono essere convertiti direttamente in liquidi mediante il processo di condensazione e nei solidi attraverso l'insolito processo di deposizione. Inoltre, possono essere riscaldati a temperature molto elevate o attraversati da un forte campo elettromagnetico per ionizzarli convertendoli in plasma.
In considerazione della sua natura complessa e dell'instabilità in base alle condizioni ambientali, le proprietà dei gas possono variare in base alla pressione e alla temperatura in cui si trovano, quindi a volte funzionano con i gas assumendo che siano "ideali".
Tipi di gas
Esistono tre tipi di gas in base alla loro struttura e origine, che sono descritti di seguito:
Elementali naturali
Sono definiti come tutti quegli elementi che si trovano in uno stato gassoso in natura e in condizioni normali, essendo osservati sul pianeta Terra e su altri pianeti.
In questo caso, ossigeno, idrogeno, azoto e gas nobili, così come cloro e fluoro, possono essere citati come esempio.
Composti naturali
Sono gas che si formano in natura con processi biologici e sono costituiti da due o più elementi. Solitamente sono formati da idrogeno, ossigeno e azoto, anche se in casi molto rari possono anche essere formati con gas nobili.
artificiale
Sono quei gas creati dall'uomo da composti naturali, sviluppati per soddisfare le esigenze che questo ha. Alcuni gas artificiali come i clorofluorocarburi, gli agenti per l'anestesia e gli sterilizzatori possono essere più tossici o inquinanti di quanto si pensasse in precedenza, quindi esistono regolamenti che ne limitano l'uso massiccio.
plasma
Questo stato di aggregazione della materia fu descritto per la prima volta negli anni '20 ed è caratterizzato dalla sua non esistenza sulla superficie terrestre.
Appare solo quando un gas neutro è sottoposto a un forte campo elettromagnetico, formando una specie di gas ionizzato che è altamente conduttivo per l'elettricità, e che è anche sufficientemente diverso dagli altri stati di aggregazione esistenti per meritare la propria classificazione come stato .
La materia in questo stato può essere deionizzata per essere di nuovo un gas, ma è un processo complesso che richiede condizioni estreme.
Si ipotizza che il plasma rappresenti lo stato più abbondante della materia nell'universo; Questi argomenti si basano sull'esistenza della cosiddetta "materia oscura", proposta dai fisici quantistici per spiegare i fenomeni gravitazionali nello spazio.
Tipi di plasma
Esistono tre tipi di plasma, che sono classificati solo in base alla loro origine; questo accade anche all'interno della stessa classificazione, poiché i plasmi sono molto diversi tra loro e sapere che uno non è abbastanza per conoscere tutti.
artificiale
È quel plasma fabbricato dall'uomo, come lo sono quelli che si trovano all'interno di schermi, lampade fluorescenti e insegne al neon e nelle eliche a razzo.
terrestre
È il plasma che è formato in qualche modo dalla Terra, chiarendo che si verifica principalmente nell'atmosfera o in altri ambienti simili e che non si verifica in superficie. Include fulmini, vento polare, ionosfera e magnetosfera.
spazio
È quel plasma che si osserva nello spazio, formando strutture di dimensioni diverse, che variano da pochi metri a estensioni enormi di anni luce.
Questo plasma è osservato nelle stelle (incluso il nostro Sole), nel vento solare, nel mezzo interstellare e intergalattico, oltre alle nebulose interstellari.
Condensato di Bose-Einstein
Il condensato di Bose-Einstein è un concetto relativamente recente. Ha avuto origine nel 1924, quando i fisici Albert Einstein e Satyendra Nath Bose ne predissero l'esistenza in un modo generale.
Questo stato della materia è descritto come un gas diluito di bosoni - particelle elementari o composti che sono associati con l'essere portatori di energia - che sono stati raffreddati a temperature molto vicine allo zero assoluto (-273,15 K).
In queste condizioni, i bosoni componenti della condensa passano al loro stato quantico minimo, causando loro di esibire proprietà di fenomeni microscopici unici e particolari che li separano dai gas normali.
Le molecole di un condensato B-E mostrano caratteristiche di superconduttività; cioè, c'è un'assenza di resistenza elettrica. Possono anche mostrare caratteristiche di superfluidità, il che rende la sostanza a viscosità zero, quindi può fluire senza alcuna perdita di energia cinetica per attrito.
A causa dell'instabilità e della breve esistenza della materia in questo stato, i possibili usi di questi tipi di composti sono ancora in fase di studio.
Ecco perché, oltre ad essere utilizzati in studi che hanno cercato di rallentare la velocità della luce, molte applicazioni per questo tipo di sostanza non sono state raggiunte. Tuttavia, ci sono indicazioni che possa aiutare l'umanità in un gran numero di funzioni future.
riferimenti
- BBC. (N.d.). Stati della materia. Estratto da bbc.com
- Apprendimento, L. (s.f.). Classificazione della materia. Estratto da courses.lumenlearning.com
- LiveScience. (N.d.). Stati della materia. Estratto da livescience.com
- Università, P. (s.f.). Stati della materia. Estratto da chem.purdue.edu
- Wikipedia. (N.d.). Stato della materia. Estratto da en.wikipedia.org