Tüm maddeler atomlardan oluşur. Her maddenin (oksijen, kurşun, gümüş, neon…) benzersiz sayıda proton, nötron ve elektronu vardır. Örneğin oksijenin 8 protonu, 8 nötronu ve 8 elektronu vardır. Hidrojen 1 proton ve 1 elektron içerir. Atomlar, molekülleri oluşturmak için diğer atomlarla birleşebilir. Örneğin, su molekülleri iki hidrojen atomu (H) ve bir oksijen atomu (O) içerir ve kimyasal olarak H2O olarak adlandırılır. Oksijen ve nitrojen, havanın iki ana bileşenidir ve doğada iki atomlu moleküller olarak bulunur. Maddeler, molekül tipine bakılmaksızın katı, sıvı veya gaz halinde bulunur. Maddenin bu özelliğine maddenin hali veya fazı denir.
Maddenin 4 doğal hali vardır. Bunlar katılar, sıvılar, gazlar ve plazmadır. Bu durumlar, dış koşullara ve maddedeki atomların organizasyonuna bağlıdır. Beşinci durum, Bose-Einstein yoğuşmasıdır. Bose-Einstein yoğuşmaları ve nötron bozunmaları gibi bazı durumlar, yalnızca çok soğuk veya çok yoğun madde gibi aşırı durumlarda meydana gelir. Fermiyon yoğunlaşması (örn. süperakışkanlar) ve kuark-gluon plazmaları gibi diğer fazların da mümkün olduğu düşünülmektedir, ancak bu durumlar şimdilik teorik olarak kalmaktadır.
Bir kimyasal denklemde maddenin hali katı için (k), sıvı için (s) ve gaz için (g) ile gösterilir. Sulu bir çözelti (aq) ile gösterilir. Plazma halindeki madde, kimyasal denklemlerde nadiren kullanılır, bu nedenle onu ifade edecek standart bir sembol yoktur. Seyrekleştirilmiş denklemlerde plazma (p) sembolü ile gösterilir.
Maddenin 4 klasik temel hali
Maddenin dört hali olan katı, sıvı, gaz ve plazma arasındaki fark, kompozit parçacıkların etkileşimlerinin gücü ile belirlenir. Sıvılar ve gazlar akabilmeleri veya hareket edebilmeleri nedeniyle akışkanlar olarak adlandırılır.
1- Katılar
Katılar, birbirine sıkı sıkıya bağlı atomlardan oluşur, bu nedenle şekillerini ve sabit hacimlerini korurlar. Katıların tanecikleri arasında çok güçlü etkileşimler vardır. Bu, parçacıkların birbirine yakın olmasına ve çok az hareket etmesine neden olur. Maddenin molekülleri en yavaş haldeyken katı halde olduğu söylenir. Katılarda, parçacıklar yalnızca ilgili konumlarında titreşme eğilimindedir. Bu hareket eksikliği nedeniyle, katıların iyi tanımlanmış bir şekli ve hacmi vardır. Günlük hayatımızdaki çoğu şey katıdır. Sıvılar, katılar kadar sıkı bir şekilde paketlenmez. Örneğin, bir buz küpü katı hale getirilmiş sudur. Buz küpünün içindeki su molekülleri ısınınca heyecanlanırlar ve daha hızlı hareket etmeye başlarlar. Sonunda parçacıklar o kadar hızlı hareket etmeye başlar ki buz erir ve bu süreçte katıdan sıvıya dönüşür. Bu faz değişiminin meydana geldiği sıcaklık, o maddenin erime/donma noktası olarak bilinir ve her bileşiğin benzersiz bir özelliğidir. Bir faz değişimi, bir maddenin bir biçimden diğerine değiştiği herhangi bir zamanı tanımlamak için kullanılan terimdir. Ortama daha fazla ısı eklenirse, sıvı su molekülleri o maddenin kaynama noktasına yaklaştıkça buharlaşır ve sonunda bir gaz haline gelir.
2- Sıvılar
Sıvıyı oluşturan moleküller hala birbirleriyle güçlü bir şekilde etkileşime giriyor, ancak katılar kadar güçlü değil. Daha zayıf oldukları için moleküller birbirlerinin yanından geçebilirler. Bu, katıların aksine sıvıların belirli bir şekle sahip olmadığı anlamına gelir. Ancak belli bir büyüklükleri vardır. Sıvı, yerçekimi alanında kendi serbest yüzeyli kabının şeklini alır. Mikro yerçekiminde sıvı, serbest bir yüzeyin içinde bir top oluşturur. Yerçekiminden bağımsız olarak, bir sıvının sabit bir hacmi vardır. Örneğin, su muhtemelen hayatımızda en çok kullanılan ve en iyi bilinen sıvıdır. Su kaplar arasında taşındığında, su miktarı (hacim) değişmez, bulunduğu kabın şeklini alır.
3-Gaz
Gazların moleküller arası kuvvetleri zayıftır, bu nedenle bulundukları kabın şeklini ve hacmini alarak kaplarını doldururlar. Önceki iki durumun (katı ve sıvı) aksine, hacimleri sabit olmadığı için gazlar kolayca sıkıştırılabilir. Gaz halindeki moleküller arasında neredeyse hiç etkileşim yoktur. Gaz molekülleri arasında çok az etkileşim olduğu için neredeyse her yere gidebilirler. Balona bakıldığında, balon şişirildiğinde bu boyut ve şekilde hapsolmuş birçok gaz vardır. Gaz balondan çıkarılırsa tüm odayı doldurur. Böylece gaz şeklini ve hacmini değiştirir. Çevremizdeki hava aslında bir gaz karışımıdır. Hava esas olarak azot gazı, oksijen gazı ve karbondioksitten oluşur.
4-Plazma
Maddenin üç doğal fazı uzun yıllardır bilinmektedir ve fizik ve kimya derslerinde incelenmektedir. Plazma, henüz incelemeye başladığım nispeten yeni bir durum. Plazma, güneşte olduğu gibi yüksek sıcaklıklarda veya basınçlarda oluşur. Bu tür aşırı koşullarda, elektronlar çekirdeğin etrafındaki yörüngelerinden sıyrılır ve geride pozitif yüklü bir iyon kalır. Gazların karışımı (yüklü bir iyon, nötr bir atom ve serbest elektronlardan oluşur) plazma olarak bilinir. Neon işaretleri, bir plazmanın yaygın bir örneğidir. Evrendeki maddenin %99’u plazma halindedir. Plazma bazı benzersiz niteliklere sahiptir. Plazma, sıvı veya gaz gibi bir sıvıdır, ancak plazmada bulunan yüklü parçacıklar (iyonlar) nedeniyle etkileşime girer ve elektromanyetik kuvvetler üretir. NASA şu anda bir iyon tahrik sistemi için plazma kullanmayı araştırıyor.
Bose-Einstein yoğunlaşması
1995 yılında bilim adamları tarafından bir Bose-Einstein kondensatı oluşturuldu. ABD, Colorado, Boulder’daki “Joint Institute for Astrophysics” JILA’daki iki bilim insanı (Carl Wyman ve Eric Cornell), mıknatıslar ve lazerler kullanarak rubidyum elementini mutlak sıfıra soğuttu. Aşırı düşük sıcaklıkta, moleküler hareket durma noktasına gelir. Bir atomdan diğerine neredeyse hiç enerji aktarılmadığından, elementlerin atomları bir araya toplanır. Birçok ayrı atom yerine artık bir “süper atom” var. Bose-Einstein yoğunlaşması, kuantum mekaniğini makroskopik düzeyde incelemek için kullanılır. Işık, bir Bose-Einstein yoğuşmasından geçerken yavaşlıyor gibi görünür ve parçacık/dalga paradoksu kolayca incelenebilir. Bir Bose-Einstein yoğuşması, süperakışkan veya sürtünmesiz bir sıvının birçok özelliğine sahiptir. Maddenin bu hali, kara deliklerde var olabilecek koşulları simüle etmek için de kullanılır.
faz geçişleri
Herhangi bir madde herhangi bir fazda bulunabilir. Maddenin hali veya fazı, basınç ve sıcaklık şartlarına bağlı olarak değişebilmekte ve bu şartlar değiştikçe diğer fazlara dönüşerek varlığını sürdürebilmektedir. Örneğin, artan sıcaklıkla katı bir sıvıya dönüşür. Mutlak sıfıra yakın madde katı halde bulunur. Bu maddeye ısı eklendiğinde erime noktasında sıvı olarak erir, kaynama noktasında gaz olarak kaynar ve yeterince ısıtılırsa elektronların ana atomları terk edecek kadar enerjilendiği plazma durumuna girer. Bir gaz kaynama noktasının altına soğutulduğunda, yoğuşma adı verilen bir işlemle sıvı hale dönüşür. Sıvı bir numuneyi erime noktasının altına soğutmak, onu kristalleştirme veya dondurma olarak bilinen bir süreçte katı fazına geri döndürür. Belirli benzersiz koşullar altında, bazı bileşikler sıvı hali atlayabilir ve hal veya faz değişimlerinde katıdan gaz haline veya gazdan katı hale geçebilir. Örneğin, çok düşük erime/donma noktalarına sahip olan karbondioksit (kuru buz) gibi bileşikler ısıtıldıktan sonra süblimleşir ve katı halden doğrudan gaz haline dönüşür. Başka bir örnek, bulutlarda kar oluşum sürecidir. Donma noktasının altındaki hava sıcaklıklarında, bulutları oluşturan gaz halindeki su buharı çökelmeye başlar ve bulut içinde gaz kristallerinden buz kristallerine dönüşür. Bu kristaller çok ağırlaştıklarında kar tanesi şeklinde yere düşerler.
Sıvı, gaz ve katı haller arasındaki geçişler en iyi suda gözlenir. Standart atmosferik koşullar altında, su sıvı halde bulunur. Ancak sıcaklık 0°C veya 32°F’nin altına düşürülürse, su sıvı halden buz adı verilen katı hale geçer. Benzer şekilde, bir su hacmi 100°C veya 212°F’nin üzerine ısıtılırsa, su sıvı halden su buharı adı verilen gaz haline geçer. Maddenin hal değişimleri kimyasal değişimler değil, fiziksel değişimlerdir. Bir su buharı molekülü, bir sıvı su molekülü veya bir buz molekülü ile aynı kimyasal bileşime (H2O) sahiptir.
klasik olmayan durumlar
Cam (amorf katı), biraz düzensiz kristaller, sıvı kristal durumlar, manyetik olarak düzenlenmiş durumlar, mikrofaz ayrılmış durum, kuantum spin sıvısı gibi bazı klasik olmayan haller de vardır. Cam, sıvı hale doğru ısıtıldığında cam vitrifikasyon sergileyen amorf veya amorf (amorf) bir katıdır. Camlar, inorganik ağlar (silikat artı katkı maddelerinden yapılmış pencere camı gibi), sulu çözeltiler, erimiş iyonlar, moleküler sıvılar, metal alaşımları ve polimerler gibi tamamen farklı malzeme sınıflarından yapılabilir. Termodinamik olarak konuşursak, cam, kristal muadiline göre kararlı bir durumdadır. Ancak, dönüşüm oranı pratik olarak sıfırdır. Bir plastik kristal, uzun menzilli konum düzenine sahip, ancak serbest dönüşü koruyan kurucu moleküllere sahip moleküler bir katıdır; Kılavuz bir camda, bu serbestlik derecesi çalkantılı bir söndürülmüş durumda dondurulur. Benzer şekilde, manyetik bozulma bir cam dönüşünde donar. Sıvı kristal haller, hareketli sıvılar ile sıralı veya sıralı katılar arasında ara özelliklere sahiptir. Genellikle bir sıvı gibi akabilir ancak uzun menzilli bir diziliş gösterir. Likit kristaller, sıvı kristal ekran teknolojisinde (Sıvı Kristal Ekranlar) kullanılır. Geçiş metalleri manyetik bir düzene sahiptir. Manyetik sıradaki materyaller, ferromanyetler ve antimanyetler dışında manyetik durumlara sahiptir. Ayrı bir mikro duruma sahip kopolimerlerde görülebilir. Etkileşen kuantum spinleri, kuantum sıvı durumu olarak adlandırılan düzensiz durumu oluşturur. Düzensizlik son derece düşük sıcaklıklarda bile korunur.
yukarıdaki hallerin dışında çok düşük sıcaklık hallerine dahil olan kuantum salonu, egzotik madde ve hafif madde halleri; Yüksek enerjili bir durum olan renkli amorf ayrışma ve yoğunlaşma maddesi; Çok yüksek enerji durumları gibi durumlar vardır. Bunların dışında teorik olarak süper katı, süperamorf, kafes sıvı, kararlı jel ve karanlık madde olarak adlandırılan haller de bekleniyor.
kaynak:
https://courses.lumenlearning.com/earthscience/chapter/states-of-matter/
https://www.livescience.com/46506-states-of-matter.html
https://www.matematiksel.org/maddenin-3-degil-simdilik-5-hali-vardir/
yazar: Özdaş süpervizörü
Diğer gönderilerimize göz at
[wpcin-random-posts]
İlk Yorumu Siz Yapın