Staat van de zaak versus fase van de zaak
In de natuurkunde kan iets dat een rustmassa heeft als een materie worden beschouwd; het is een substantie in het universum. Het kunnen de kleinste deeltjes met massa zijn of de grootste sterren in het heelal. De materie waar we ons zorgen over maken, bestaat uit slechts 4,6% van het universum, en de rest van de massa ligt in nog niet-detecteerbare vormen.
Net als energie kan ook materie in vele vormen bestaan. Deze vormen staan bekend als toestanden van materie. Binnen een toestand van materie kunnen atomen en moleculen verschillende configuraties aannemen. Deze staan bekend als fasen.
Wat is de fase van de materie?
Het homogene deel van een heterogeen systeem gescheiden door een onderscheidbare grens staat bekend als een fase. Het verwijst over het algemeen naar een volume in de ruimte, waar alle eigenschappen van de materie uniform zijn en fysieke eigenschappen verschillend zijn.
Beschouw bijvoorbeeld de binnenkant van een waterkoker wanneer water kookt. Water (de vloeistof) beslaat het onderste gedeelte van de waterkoker en wordt gescheiden door de wanden van de waterkoker en het bovenste wateroppervlak. En in deze regio zijn de chemische en fysische eigenschappen uniform. Net boven het wateroppervlak is het gebied gevuld met een mengsel van stoom en lucht. Ook in deze regio vormen de wanden van de ketel en het wateroppervlak een herkenbare grens en kunnen de eigenschappen in de hele regio als uniform worden beschouwd. In dit geval is kokend water één fase en is het stoom-luchtmengsel één fase. Dit systeem kan dus worden beschouwd als een tweefasensysteem. Denk aan water en benzine die in een doorzichtige fles worden gegoten. Dit is ook een tweefasensysteem, waarbij de twee vloeistoffen duidelijk van elkaar worden gescheiden door een marge.
Het onderzoeken van de fasen van materie is belangrijk bij het bepalen van de fysieke eigenschappen van een stof na transformaties. Tijdens de processen kunnen faseovergangen optreden, en de overgangen kunnen worden weergegeven door een fasediagram. Fasediagram is een grafiek die laat zien hoe verschillende fasen kunnen optreden in verschillende evenwichtsomstandigheden. Wanneer de samenstelling van een meerfasensysteem ongewijzigd blijft, is er sprake van fase-evenwicht.
Wat is de stand van zaken?
De verschillende vormen die de materie in verschillende fasen kan aannemen, worden beschouwd als een toestand van materie. Drie klassieke toestanden van materie zijn vast, vloeibaar en gas.
In vaste stoffen en vloeistoffen zijn de intermoleculaire krachten sterk en worden ze beschouwd als gecondenseerde toestanden. Vaste stoffen hebben de sterkste intermoleculaire krachten; daarom wordt de structuur stevig bij elkaar gehouden door deze krachten. Daarom is de vorm van een vaste stof onveranderlijk.
In vloeistoffen zijn de intermoleculaire krachten relatief zwak; daarom worden ze matig bij elkaar gehouden. En de moleculen kunnen langs elkaar glijden, maar de krachten zijn sterk genoeg om ze niet te laten ontsnappen. In gassen zijn de intermoleculaire krachten zo zwak dat ze heel licht bij elkaar worden gehouden. En ze kunnen langs elkaar schuiven en het volume waarin ze worden geplaatst volledig innemen.
Materie verandert van toestand afhankelijk van hun interne energieniveau en de temperatuur, wat een indicator is van de interne energie. Bij hogere temperaturen zijn de trillingen in de moleculen zo sterk dat ze concurreren met intermoleculaire krachten om uit de bindingen te komen. In vaste stoffen is de interne energie lager en wanneer de interne energie op een bepaald niveau wordt verhoogd, raken de bindingen los en wordt het vaste ijs vloeibaar. Bij een verdere toename van de interne energie/temperatuur zal vloeistof in een gas veranderen.
Plasma wordt ook beschouwd als een fysieke toestand van materie, waarbij de elektronen van het gas worden gestript en zowel het elektron als de kernen zich op zeer hoge energieniveaus bevinden. De meeste materie in het universum bevindt zich in deze vorm; in de uitgestrekte wolken tussen de sterren, interstellaire wolken genoemd, en in de sterren, waar de gegenereerde warmte ze in plasma verandert.
Glas en vloeibare kristallen worden in de natuurkunde ook als afzonderlijke toestanden beschouwd. En bij zeer lage temperaturen vormt materie verschillende toestanden als supervloeistoffen en Bose-Einstein-condensaten. In extreme gevallen worden de zwarte gaten ook beschouwd als een andere toestand van materie, waarvan we de exacte fysische eigenschappen niet kennen.
Wat is het verschil tussen de staat van de materie en de fase van de materie?
• Een fase is een gebied met uniforme chemische en fysische eigenschappen en wordt gescheiden door te onderscheiden grenzen.
• Toestanden van materie zijn de vormen waarin verschillende fasen kunnen bestaan. Vast, vloeibaar en gas zijn de meest voorkomende toestanden van materie op aarde.
• In één toestand van materie kunnen vele vormen van fasen bestaan. Denk bijvoorbeeld aan de fles met benzine en water. Beide zijn in vloeibare toestand, maar in verschillende fasen. Hetzelfde concept kan worden toegepast op vaste stoffen, hoewel de gassen de neiging hebben dit te schenden, maar niet expliciet.
