Состояния материи | Характеристики, сравнение и примеры

Каковы 4 состояния материи?

Лучший способ начать дискуссию о состояниях материи — это ответить на вопрос: «Что такое материя?» Материя – это материал, из которого состоят все вещи во Вселенной. В своей самой мельчайшей форме материю невидно, но по мере объединения она превращается в атомы, которые становятся молекулами, которые далее становятся другими существующими веществами.

Существует 4 состояния вещества, что означает, что материя может существовать (или присутствовать) во Вселенной четырьмя разными способами. Материя может существовать в следующих формах:

  • Твердая
  • Жидкая
  • Газ
  • Плазма

На Земле вещества в основном встречается в твердой, жидкой или газообразной форме, а плазма встречается гораздо реже. Разницу между этими формами можно увидеть на уровне энергии (сколько движения внутри атомов материи), и объеме и форме, которую принимает материя.

Твердое тело, жидкость, газ или плазма? Определение примеров состояний материи

Вот несколько общих примеров четырех состояний веществ:

Твердая
кирпич и лед.

Жидкая
вода и ртуть (при комнатной температуре).

Газ
водяной пар и гелий.

Плазма
солнце.

Рассматривая эти примеры, что общего можно найти в веществах из одной категории? Чем разные состояния отличаются друг от друга? Вот еще несколько примеров веществ. Какое состояние представляет каждый из них?

  • Молоко
  • Водород
  • Золото
  • Молния

Читайте дальше, чтобы узнать характеристики состояний и выяснить, к чему принадлежит каждое из вышеперечисленных.

Характеристики твердых тел, жидкостей и газов

Твердые тела, жидкости и газы в изобилии встречаются в природе на Земле. Их характеристики изменяются в зависимости от трех общих переменных: объема, формы и уровня энергии вещества.

Твердое состояние и примеры твердого вещества

Материя имеет наименьшее количество инертной энергии, когда находится в твердом виде. Это связано с тем, что в твердой форме атомы, составляющие объект, очень плотно упакованы вместе и практически не проявляют движения (молекулярный микроскоп иногда может обнаружить очень незначительное движение на атомном уровне твердого тела, которое не является видимым человеческому глазу). Это плотно упакованное образование твердого состояния вещества соответствует высокой плотности твердых тел.

Твердые тела имеют определенную форму и объем. Твердое вещество не имеет подвижных молекул, поэтому оно должно сохранять одну форму и размер до тех пор, пока на него не воздействует внешняя сила. Благодаря этому вынужденному покою молекул твердое тело всегда будет иметь определенный (измеримый) объем и сохранять свою собственную форму.

Представьте себе, если бы кирпичи могли произвольно менять форму и объем. Это было бы катастрофой. Какой из приведенных выше практических примеров имеет постоянную форму и объем? Золото. Оно является примером металлического твердого тела.

Жидкое состояние и примеры жидкого вещества

В то время как твердые тела практически не имеют энергии (движения), жидкие состояния вещества обладают умеренной энергией, а атомы/молекулы внутри жидкости движутся. Слово «жидкость» подразумевает движения, а жидкости, безусловно, являются текучими. Молекулы в жидкостях упакованы неплотно, что означает умеренную плотность.

Что касается объема, жидкости имеют определенный объем, а это означает, что объем жидкости можно измерить. Однако они не имеют определенной формы. Жидкости принимают форму того сосуда, в котором они находятся.

Например, вода имеет объем, например, чашку воды; однако этот же объем может растекаться очень тонким слоем, если налить ее на противень для выпечки.

Ртуть — пример жидкого вещества; в частности, это металлическая жидкость.

Молоко — еще один вид материи, которая является жидкой (показывает движение в своих молекулах), имеет измеримый (определенный) объем, но не имеет определенной формы.

Газовое состояние вещества с примерами

Газовые состояния вещества обладают большим количеством природной энергии и большим количеством движений внутри молекул вещества. Молекулы в газообразном виде вообще не упакованы вместе, при этом они быстро движутся вокруг других молекул. Газы имеют наименьшую плотность из трех основных состояний: твердого, жидкого и газообразного.

Из-за высоких уровней внутренней энергии и низкой плотности газообразное вещества не имеет ни определенного объема, ни определенной формы. Молекулы газа будут распространяться, чтобы соответствовать любому контейнеру, в котором они находятся. Таким образом, газы также являются текучими.

Гелий находится в газообразном состоянии. Гелий можно содержать (как в воздушном шаре), но если его не держать внутри, молекулы будут удаляться друг от друга так быстро, что весь объем газа почти сразу же рассеется. Воздух – еще один пример газообразного вещества.

Примером газа в приведенном выше списке загадочных веществ является водород. Он содержит много энергии (легко горюч) и не имеет определенного объема и формы.

Сравнение и противопоставление различных типов материи

Эта диаграмма поясняет, как различные состояния оценивают основные характеристики.

Твердый Жидкость Газ
Уровень энергии Низкий Умеренный Высокий
Плотность Высокий Умеренный Низкий
Определенный объем Да В некотором роде Нет
Определенная форма Да Нет Нет
Пример Лед Вода Водяной пар

Легко увидеть, что каждое из этих состояний представляет собой континуум схожих характеристик, связанных с энергией, объемом и формой.

Состояния вещества

Состояния материи различаются по уровню энергии, плотности, объему и форме.

Плазма: самое распространенное состояние материи во Вселенной

Хотя плазма не популярна на Земле, на самом деле она является наиболее распространенным состоянием материи во Вселенной. На Земле ее нечасто можно увидеть в естественной форме, но существует множество искусственных примеров плазмы.

Плазма — это газообразное состояние вещества с очень высокой энергией из-за высокого уровня свободно плавающих электронов и положительно заряженных ионов. Очень жарко. Это создает сильно заряженную атмосферу, которая очень хорошо проводит электричество. Как и газовое состояние вещества, плазма не имеет ни определенного объема, ни определенной формы.

Солнце представляет собой гигантский плазменный шар, как и все звезды во Вселенной. Другими примерами плазмы во Вселенной являются солнечные ветры и межзвездные туманности. Вселенная массивна, и наличие такого большого количества плазмы в этих звездных объектах делает ее наиболее часто встречающимся состоянием веществ во Вселенной.

Молния является примером естественной плазмы на Земле.

Искусственные примеры плазмы включают вещество, необходимое для неоновых вывесок, люминесцентных ламп и плазменных телевизоров.

Фазовые переходы

Материя может переходить в различные состояния. Например, молекулы, состоящие из двух атомов водорода и одного атома кислорода (т. е. воды), могут легко переходить из твердого (лед) в жидкость (вода), в газ (водяной пар) и обратно.

Вот известные общие переходы твердого, жидкого и газообразного веществ при отводе тепла:

  • Конденсация: газовая фаза переходит в жидкую (капли воды образуются на крышке кастрюли после закипания воды).
  • Замерзание: жидкая фаза переходит в твердую (вода превращается в лед).

Эти переходы происходят при приложении тепла к твердым телам, жидкостям и газам:

  • Таяние: твердая фаза переходит в жидкую (лед превращается в воду).
  • Испарение: жидкая фаза переходит в газовую (вода при кипении превращается в водяной пар).

Состояния переходов материи

Фазовые переходы между состояниями вещества.

Иногда вещество может перейти прямо из твердой фазы в газовую и наоборот:

  • Сублимация: твердая фаза переходит в газовую (сухой лед превращается в газообразный туман).
  • Отложение: Газовая фаза переходит в твердую (при минусовой температуре воздуха водяной пар превращается непосредственно в лед).

Плазма – это состояние вещества, которое проявляется в виде заряженного газообразного вещества. Этот заряд может перейти из ионизированной плазмы (полной электрического заряда) в деионизированный газ посредством высвобождения заряда.

Менее распространенные состояния

Хотя существует четыре хорошо известных состояния материи (твердое, жидкое, газообразное и плазма), существует также множество других форм веществ, которые менее распространены. Некоторые из них:

  • Аморфные твердые тела: на полпути между твердым телом и жидкостью (примером является стекло).
  • Сверхкритические жидкости: вещество, которое обладает свойствами как жидкости, так и газа, может проходить сквозь твердые тела, будучи при этом растворителем.
  • Вырожденная материя: существует в некоторых звездах и представляет собой вещество, позволяющее внешнему давлению оставаться постоянным независимо от температуры.
  • Конденсат Бозе-Эйнштейна: переохлажденные газы, которые сливаются в суператом.
  • Фотонная материя: теоретический материал, из которого создаются световые мечи.

Эти редкие состояния не часто встречаются в природе на Земле, но они по-прежнему являются действительными состояниями материи во Вселенной.

Краткие итоги урока

Материя составляет все сущее на Земле и во Вселенной. Она переходит во множество различных состояний. Состояние материи относится к характеристикам, которыми объект обладает на момент наблюдения. Существует четыре общих состояния веществ:

  • Твердое тело: низкая энергия, высокая плотность, определенный объем и определенная форма (например, лед).
  • Жидкость: умеренная энергия, умеренная плотность, определенный объем и неопределенная форма (например, вода).
  • Газ: высокая энергия, низкая плотность, неопределенный объем и неопределенная форма (например, водяной пар).
  • Плазма: чрезвычайно высокая энергия, низкая плотность, неопределенный объем и неопределенная форма (например, молния).

Материя может переходить между фазами. Эти фазы известны как плавление, замораживание, конденсация, испарение, сублимация, осаждение, ионизация и деионизация. Кроме того, во Вселенной и на Земле существуют другие, более редкие формы веществ.

Часто задаваемые вопросы

Сколько состояний вещества существует?

Во Вселенной и на Земле обычно встречаются четыре вида. Однако, существует гораздо больше состояний веществ, которые либо созданы человеком, либо очень редко встречаются ни на Земле, ни во Вселенной.

Существует ли 5 ​​состояний материи?

Да, существует пять (и более) состояний. Однако на Земле и во Вселенной обычно встречаются только четыре. Наиболее распространенными являются твердое, жидкое, газообразное и плазма. Существует множество других состояний (например, вырожденная материя, аморфные твердые тела и сверхкритические жидкости), но они редко встречаются в природе.

Каковы три состояния материи и каковы примеры каждого?

Три основных, обычно встречающиеся в природе на Земле:

  • твердые — кирпичи, лед, дерево, бумага
  • жидкость – молоко, вода, мед
  • газ – гелий, водород, кислород, воздух
Поделитесь материалом
Автор статьи: Сергей Попов
Сергей Попов
Автор научных трудов на тему социологии, психологии. Преподаватель литературы и истории. Доктор исторических наук.
Сергей Попов опубликовал статей: 13

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *