Trạng Thái Vật Chất – Wikipedia Tiếng Việt

 

Chất rắn

sửa Bài chi tiết: Chất rắn

Trong chất rắn, các hạt cấu thành (ion, nguyên tử hoặc phân tử) được đóng gói chặt chẽ với nhau. Lực giữa các hạt mạnh đến mức các hạt không thể di chuyển tự do được mà chỉ có thể rung, cho nên một vật rắn sẽ có hình dạng cụ thể và thể tích xác định. Chất rắn chỉ có thể thay đổi hình dạng của nó khi bị ngoại lực tác động, như khi bị vỡ hoặc cắt.

Trong chất rắn kết tinh, các hạt (nguyên tử, phân tử hoặc ion) được nén theo mô hình lặp lại xuyên suốt. Có nhiều cấu trúc tinh thể khác nhau và cùng một chất có thể có nhiều hơn một cấu trúc (hoặc pha rắn). Ví dụ, sắt có cấu trúc lập phương tập trung vào cơ thể ở nhiệt độ dưới 912 °C (1.674 °F) và cấu trúc hình khối đặt chính giữa mặt giữa 912 và 1.394 °C (2.541 °F). Băng có mười lăm cấu trúc tinh thể, hoặc mười lăm pha rắn tồn tại ở các nhiệt độ và áp suất khác nhau.[1]

Thủy tinh và các chất rắn vô định hình, vô định hình khác mà không có trật tự tầm xa không phải là trạng thái cân bằng nhiệt; do đó chúng được mô tả dưới đây là trạng thái vật chất không phân lớp.

Chất rắn có thể chuyển hóa thành chất lỏng khi nóng chảy và chất lỏng có thể chuyển hóa chất rắn bằng cách đông đặc. Chất rắn cũng có thể chuyển hóa trực tiếp thành chất khí qua quá trình thăng hoa, còn chất khí có thể chuyển hóa trực tiếp thành chất rắn bằng cách lắng đọng.

Chất lỏng

sửa Bài chi tiết: Chất lỏng

 

Chất lỏng là một chất lưu gần như không nén có hình dạng phù hợp với những hình dạng của vật chứa nó nhưng vẫn giữ một thể tích xác định nếu nhiệt độ và áp suất không đổi. Khi một chất rắn được nung nóng trên điểm nóng chảy của nó, nó sẽ trở thành chất lỏng, với áp suất cao hơn điểm ba của chất đó. Các lực liên phân tử (hoặc interatomic hoặc interionic) vẫn rất quan trọng, nhưng các phân tử có đủ năng lượng để di chuyển tương đối với nhau và cấu trúc là di động. Điều này có nghĩa là hình dạng của chất lỏng không xác định mà được xác định bởi vật chứa của nó. Thể tích của một chất lỏng thường lớn hơn chất rắn tương ứng với nó. Tuy nhiên nước là ngoại lệ phổ biến nhất. Nhiệt độ cao nhất mà tại đó một chất lỏng nhất định có thể tồn tại là nhiệt độ tới hạn.[2]

Chất khí

sửa Bài chi tiết: Chất khí

 

Một chất khí là một chất lưu có thể nén, không những có hình dạng của vật chứa của nó mà còn có thể phân tán để lấp đầy vật chứa.

Trong một chất khí, các phân tử có đủ động năng do đó ảnh hưởng của các lực liên phân tử là nhỏ (hoặc bằng 0 đối với khí lý tưởng) và khoảng cách điển hình giữa các phân tử lân cận lớn hơn nhiều so với kích thước phân tử. Một chất khí không có hình dạng hoặc thể tích xác định, nhưng chiếm toàn bộ bình chứa trong đó nó bị giới hạn. Một chất lỏng có thể được chuyển đổi thành khí bằng cách đun nóng ở áp suất không đổi đến điểm sôi, hoặc cách khác bằng cách giảm áp suất ở nhiệt độ không đổi.

Ở nhiệt độ dưới nhiệt độ tới hạn, một chất khí còn được gọi là hơi và chỉ được hóa lỏng bằng cách nén mà không làm mát. Một chất khí có thể tồn tại ở trạng thái cân bằng với chất lỏng (hoặc chất rắn), trong trường hợp đó áp suất khí bằng với áp suất hơi của chất lỏng (hoặc chất rắn).

Một chất lỏng siêu tới hạn (SCF) là một loại khí có nhiệt độ và áp suất cao hơn nhiệt độ tới hạn và áp suất tới hạn tương ứng. Ở trạng thái này, sự phân biệt giữa chất lỏng và khí biến mất. Một chất lỏng siêu tới hạn có các tính chất vật lý của chất khí, nhưng mật độ cao của nó làm giảm tính chất dung môi trong một số trường hợp, dẫn đến các ứng dụng hữu ích. Ví dụ, carbon dioxide siêu tới hạn được sử dụng để chiết xuất caffeine trong sản xuất cà phê khử caffein.[3]

Plasma

sửa Bài chi tiết: Plasma

 

Giống như một chất khí, plasma không có hình dạng hoặc khối lượng xác định. Không giống như khí, plasma có tính dẫn điện, tạo ra từ trường và dòng điện, phản ứng mạnh với lực điện từ. Các hạt nhân tích điện dương bơi trong một "biển" các electron tách rời tự do, tương tự như cách các điện tích đó tồn tại trong kim loại dẫn điện, nơi "biển" điện tử này cho phép vật chất ở trạng thái plasma dẫn điện.

Một chất khí thường được chuyển đổi thành plasma theo một trong hai cách, ví dụ, từ sự chênh lệch điện áp rất lớn giữa hai điểm, hoặc bằng cách để nó tiếp xúc với nhiệt độ cực cao. Vật chất nóng đến nhiệt độ cao làm cho các electron rời khỏi các nguyên tử, dẫn đến sự hiện diện của các electron tự do. Điều này tạo ra cái gọi là plasma bị ion hóa một phần. Ở nhiệt độ rất cao, chẳng hạn như những ngôi sao có mặt trong các ngôi sao, người ta cho rằng về cơ bản tất cả các electron đều "tự do" và một plasma năng lượng rất cao về cơ bản là các hạt nhân trần trụi đang bơi trong một biển electron. Điều này tạo thành cái gọi là plasma ion hóa hoàn toàn.

Trạng thái plasma thường bị hiểu lầm và mặc dù không tồn tại tự do trong điều kiện bình thường trên Trái Đất, nhưng nó thường được tạo ra bởi sét, tia lửa điện, đèn huỳnh quang, đèn neon hoặc trong TV plasma. Vành nhật hoa của Mặt trời, một số loại ngọn lửa và ngôi sao là tất cả các ví dụ về vật chất được chiếu sáng ở trạng thái plasma.