Aine seisund vs ainefaas
Füüsikas võib asjaks pidada midagi, millel on puhkemass; see on aine universumis. Need võivad olla kas väikseimad massiga osakesed või universumi suurimad tähed. Aine, mille pärast me muretseme, koosneb ainult 4,6% universumist ja ülejäänud mass on veel tuvastamatul kujul.
Nagu energia, võib ka aine eksisteerida mitmel kujul. Neid vorme nimetatakse aine olekuteks. Aine olekus võivad aatomid ja molekulid olla erineva konfiguratsiooniga. Neid nimetatakse faasideks.
Mis on aine faas?
Heterogeense süsteemi homogeenset osa, mis on eraldatud eristatava piiriga, nimetatakse faasiks. Üldiselt viitab see ruumalale ruumis, kus aine kõik omadused on ühtlased ja füüsikalised omadused erinevad.
Mõelge näiteks veekeetja sisemusse, kui vesi keeb. Vesi (vedelik) asub veekeetja põhjas ning on eraldatud veekeetja seinte ja ülemise veepinnaga. Ja kogu selles piirkonnas on keemilised ja füüsikalised omadused ühtlased. Vahetult veepinna kohal on ala täidetud auru ja õhu seguga. Ka selles piirkonnas loovad veekeetja seinad ja veepind eristatava piiri ning omadusi võib kogu piirkonnas pidada ühtseks. Sel juhul on keev vesi üks faas ja auruõhu segu üks faas. Seega võib seda süsteemi pidada kahefaasiliseks süsteemiks. Mõelge läbipaistvasse pudelisse valatud vesi ja bensiin. See on ka kahefaasiline süsteem, kus kaks vedelikku on selgelt eraldatud marginaaliga.
Aine faaside uurimine on oluline aine füüsikaliste omaduste määramisel pärast teisendusi. Protsesside käigus võivad toimuda faasisiirded, mida saab kujutada faasidiagrammiga. Faasidiagramm on diagramm, mis näitab, kuidas erinevad faasid võivad erinevates tasakaalutingimustes esineda. Kui mitmefaasilise süsteemi koostis jääb muutumatuks, siis öeldakse, et see on faasitasakaalus.
Mis on asjade seis?
Erinevaid vorme, mida aine erinevates faasides võib võtta, käsitletakse aine olekuna. Kolm klassikalist aine olekut on tahke, vedel ja gaasiline.
Tahketes ja vedelikes on molekulidevahelised jõud tugevad ja neid peetakse kondenseerunud olekuteks. Tahketel ainetel on kõige tugevamad molekulidevahelised jõud; seetõttu hoiavad struktuuri need jõud tihed alt koos. Seetõttu on tahke keha kuju muutumatu.
Vedelates on molekulidevahelised jõud suhteliselt nõrgad; seetõttu hoitakse neid mõõduk alt koos. Ja molekulid võivad üksteisest mööda libiseda, kuid jõud on piisav alt tugevad, et mitte lasta neil põgeneda. Gaasides on molekulidevahelised jõud nõrgad sellisel tasemel, et neid hoitakse väga kergelt koos. Ja nad võivad üksteisest mööda libiseda ja hõivata täielikult helitugevuse, millesse nad sisestatakse.
Aine muudab olekut sõltuv alt sisemisest energiatasemest ja temperatuurist, mis on siseenergia näitaja. Kõrgemal temperatuuril on molekulide vibratsioon tugev, nii et nad konkureerivad sidemetest vabanemiseks molekulidevaheliste jõududega. Tahketes ainetes on siseenergia madalam ja kui siseenergiat teatud tasemel suurendatakse, lähevad sidemed lahti ja tahke jää muutub vedelaks. Siseenergia/temperatuuri edasisel tõusul muutub vedelik gaasiks.
Plasmat peetakse ka aine füüsikaliseks olekuks, kus gaasi elektronid on eemaldatud ja nii elektronid kui ka tuumad on väga kõrgel energiatasemel. Enamik universumi ainest on sellisel kujul; tähtede vahel suurtes pilvedes, mida nimetatakse tähtedevahelisteks pilvedeks, ja tähtedes, kus tekkiv soojus muudab need plasmaks.
Klaasi ja vedelkristalle käsitletakse füüsikas ka eraldi olekutena. Ja väga madalatel temperatuuridel moodustab aine supervedelike ja Bose-Einsteini kondensaatidena erinevaid olekuid. Äärmuslikel juhtudel peetakse musti auke ka teiseks aine olekuks, mille füüsikalisi omadusi me täpselt ei tea.
Mis vahe on aine oleku ja aine faasi vahel?
• Faas on ühtsete keemiliste ja füüsikaliste omadustega piirkond, mis on eraldatud eristatavate piiridega.
• Aine olekud on vormid, milles võivad eksisteerida erinevad faasid. Tahked, vedelad ja gaasilised olekud on kõige levinumad aine olekud Maal.
• Ühes aine olekus võib faaside vorme eksisteerida palju. Näiteks kaaluge pudelit bensiini ja veega. Mõlemad on vedelas olekus, kuid erinevates faasides. Sama kontseptsiooni saab rakendada ka tahkete ainete puhul, kuigi gaasid kipuvad seda rikkuma, kuid mitte otseselt.
