Состояние материи против фазы материи
В физике то, что имеет массу покоя, можно рассматривать как материю; это вещество во вселенной. Это могут быть как мельчайшие частицы с массой, так и самые большие звезды во Вселенной. Вещество, которое нас беспокоит, состоит всего лишь из 4,6% Вселенной, а остальная масса находится в еще не поддающихся обнаружению формах.
Как и энергия, материя также может существовать во многих формах. Эти формы известны как состояния материи. В состоянии материи атомы и молекулы могут принимать различные конфигурации. Они известны как фазы.
Что такое фаза материи?
Гомогенная часть гетерогенной системы, разделенная различимой границей, называется фазой. Обычно это относится к объему в пространстве, где все свойства материи однородны, а физические свойства различны.
Например, рассмотрим внутреннюю часть чайника, когда вода кипит. Вода (жидкость) занимает нижнюю часть чайника и отделена стенками чайника от верхней поверхности воды. И во всей этой области химические и физические свойства одинаковы. Непосредственно над поверхностью воды область заполнена паровоздушной смесью. И в этой области стенки котла и поверхность воды создают различимую границу, и свойства во всей области можно считать однородными. При этом кипящая вода является одной фазой, а паровоздушная смесь – одной фазой. Таким образом, эту систему можно рассматривать как двухфазную систему. Рассмотрим воду и бензин, налитые в прозрачную бутылку. Это также двухфазная система, в которой две жидкости четко разделены.
Исследование фаз вещества имеет важное значение при определении физических свойств вещества после превращений. В ходе процессов могут происходить фазовые переходы, которые могут быть представлены фазовой диаграммой. Фазовая диаграмма - это диаграмма, показывающая, как различные фазы могут возникать в различных условиях равновесия. Когда состав многофазной системы остается неизменным, говорят, что она находится в фазовом равновесии.
Что такое состояние материи?
Различные формы, которые может принимать вещество в различных фазах, рассматриваются как состояние вещества. Три классических состояния вещества: твердое, жидкое и газообразное.
В твердых телах и жидкостях межмолекулярные силы сильны и рассматриваются как конденсированные состояния. Твердые тела имеют самые сильные межмолекулярные силы; следовательно, конструкция прочно удерживается этими силами. Следовательно, форма твердого тела неизменна.
В жидкостях межмолекулярные силы относительно слабы; поэтому они умеренно держатся вместе. И молекулы могут скользить мимо друг друга, но силы достаточно сильны, чтобы не дать им разбежаться. В газах межмолекулярные силы слабы на таком уровне, что они очень слабо удерживаются вместе. И они могут скользить друг мимо друга, и полностью занимать объем, в который они вставлены.
Материя меняет свое состояние в зависимости от своего внутреннего энергетического уровня и температуры, которая является индикатором внутренней энергии. При более высокой температуре вибрации в молекулах настолько сильны, что конкурируют с межмолекулярными силами за освобождение от связей. В твердых телах внутренняя энергия ниже, и когда внутренняя энергия увеличивается на определенном уровне, связи ослабевают, и твердый лед становится жидким. При дальнейшем увеличении внутренней энергии/температуры жидкость превратится в газ.
Плазма также рассматривается как физическое состояние вещества, при котором электроны газа отделены, а электроны и ядра находятся на очень высоких энергетических уровнях. Большая часть материи во Вселенной находится в этой форме; в обширных облаках между звездами, называемых межзвездными облаками, и в звездах, где выделяемое тепло превращает их в плазму.
Стекло и жидкие кристаллы также рассматриваются в физике как отдельные состояния. А при очень низких температурах материя образует различные состояния в виде сверхтекучей жидкости и конденсата Бозе-Эйнштейна. В крайних случаях черные дыры также рассматриваются как другое состояние материи, точные физические свойства которого нам неизвестны.
В чем разница между состоянием материи и фазой материи?
• Фаза – это область с однородными химическими и физическими свойствами, разделенная различимыми границами.
• Состояния материи – это формы, в которых могут существовать различные фазы. Твердое, жидкое и газообразное – наиболее распространенные состояния материи на Земле.
• В одном состоянии вещества может существовать множество форм фаз. Для примера рассмотрим бутылку с бензином и водой. Оба находятся в жидком состоянии, но в разных фазах. Та же концепция может быть применена к твердым телам, хотя газы имеют тенденцию нарушать это, но не явно.
