Madde, evreni oluşturan "şeyler" dir - yer kaplayan ve kütlesi olan her şey önemlidir.
Tüm maddeler, protonlardan, nötronlardan ve elektronlardan oluşan atomlardan oluşur.
Washington Eyalet Üniversitesi'ne göre, atomlar bir araya gelerek her türlü madde için yapı taşı olan moleküller oluştururlar. Hem atomlar hem de moleküller, kimyasal enerji adı verilen bir potansiyel enerji formuyla bir arada tutulur. Hareket halindeki bir nesnenin enerjisi olan kinetik enerjinin aksine, potansiyel enerji bir nesnede depolanan enerjidir.
Maddenin beş aşaması
Maddenin dört doğal hali vardır: Katılar, sıvılar, gazlar ve plazma. Beşinci devlet, insan yapımı Bose-Einstein kondensatlarıdır.
katı maddeler
Bir katı içinde, parçacıklar birbirine sıkıca sarılır, böylece fazla hareket etmezler. Her atomun elektronları sürekli hareket halindedir, bu nedenle atomların küçük bir titreşimi vardır, ancak konumlarına sabitlenirler. Bu nedenle, bir katıdaki parçacıkların çok düşük kinetik enerjisi vardır.
Katılar, kütle ve hacmin yanı sıra belirli bir şekle sahiptir ve yerleştirildikleri kabın şekline uymazlar. Katılar ayrıca yüksek bir yoğunluğa sahiptir, yani parçacıklar birbirine sıkıca paketlenir.
Sıvılar
Bir sıvı içinde, parçacıklar bir katıdan daha gevşek bir şekilde paketlenir ve birbirine akabilir ve bu sıvıya belirsiz bir şekil verir. Bu nedenle, sıvı kabının şekline uyacaktır.
Katılara çok benzer şekilde, sıvıların (çoğu katılardan daha düşük yoğunluğa sahip olan) sıkıştırılması inanılmaz derecede zordur.
Gazlar
Bir gazda, parçacıklar aralarında çok fazla boşluğa sahiptir ve yüksek kinetik enerjiye sahiptir. Bir gazın belirli bir şekli veya hacmi yoktur. Serbest bırakılırsa, bir gazın parçacıkları süresiz olarak yayılır; hapsedilirse, gaz kabını dolduracak şekilde genleşir. Bir gaz kabın hacmini azaltarak basınç altına alındığında, parçacıklar arasındaki boşluk azalır ve gaz sıkıştırılır.
Plazma
Plazma burada Dünya'da ortak bir madde durumu değildir, ancak Jefferson Laboratuvarı'na göre evrendeki en yaygın madde durumu olabilir. Yıldızlar esasen aşırı ısınmış plazma toplarıdır.
Plazma, son derece yüksek kinetik enerjiye sahip yüksek yüklü parçacıklardan oluşur. Asil gazlar (helyum, neon, argon, kripton, ksenon ve radon) genellikle plazma durumuna iyonize etmek için elektrik kullanarak parlayan işaretler yapmak için kullanılır.
Bose-Einstein kondensatı
Bose-Einstein kondensi (BEC) 1995 yılında bilim adamları tarafından oluşturuldu. Boulder, Colorado'daki Ortak Laboratuar Astrofizik Enstitüsü (JILA) bilim adamları Eric Cornell ve Carl Weiman, lazerler ve mıknatısların bir kombinasyonunu kullanarak bir rubidyum örneğini soğutdu mutlak sıfırın birkaç derece içinde. Bu son derece düşük sıcaklıkta, moleküler hareket durmaya çok yakındır. Bir atomdan diğerine neredeyse hiç kinetik enerji aktarılmadığından, atomlar birlikte kümelenmeye başlar. Artık binlerce ayrı atom yok, sadece bir "süper atom" var.
Bir BEC kuantum mekaniğini makroskopik düzeyde incelemek için kullanılır. Işığın bir BEC'den geçerken yavaşladığı ve bilim insanlarının parçacık / dalga paradoksunu incelemesine izin verdiği görülüyor. Bir BEC ayrıca bir süper akışkanın veya sürtünmesiz akan bir sıvının özelliklerinin çoğuna sahiptir. BEC'ler ayrıca kara deliklerde bulunabilecek koşulları simüle etmek için de kullanılır.
Bir aşamadan geçmek
Maddeden enerji eklenmesi veya çıkarılması, madde bir durumdan diğerine geçerken fiziksel bir değişikliğe neden olur. Örneğin, sıvı suya termal enerji (ısı) eklenmesi, suyun buhar veya buhar haline gelmesine (gaz) neden olur. Ve sıvı sudan enerjiyi çıkarmak onun buz haline gelmesine neden olur (katı). Fiziksel değişikliklere hareket ve basınç da neden olabilir.
Erime ve dondurma
Bir katıya ısı uygulandığında, parçacıkları daha hızlı titremeye ve daha uzaklaşmaya başlar. Madde belirli bir sıcaklık ve basınç kombinasyonuna, erime noktasına ulaştığında, katı erimeye başlar ve bir sıvıya dönüşür.
Katı ve sıvı gibi iki madde durumu denge sıcaklığında ve basıncında olduğunda, sisteme eklenen ilave ısı, tüm numune aynı fiziksel duruma ulaşana kadar maddenin toplam sıcaklığının artmasına neden olmaz. Örneğin, bir bardak suya buz koyduğunuzda ve oda sıcaklığında bıraktığınızda, buz ve su sonunda aynı sıcaklığa gelecektir. Buz sudan gelen ısıdan eridiğinde, ısınmaya devam etmeden önce tüm buz küpü eriyene kadar sıfır santigrat derecede kalacaktır.
Bir sıvıdan ısı uzaklaştırıldığında, parçacıkları yavaşlar ve madde içindeki bir yere yerleşmeye başlar. Madde belirli bir basınçta, donma noktasında yeterince soğuk bir sıcaklığa ulaştığında, sıvı bir katı haline gelir.
Çoğu sıvı donurken büzülür. Bununla birlikte, su, buzun içine donduğunda genişleyerek moleküllerin daha fazla uzaklaşmasına ve yoğunluğunu azaltmasına neden olur, bu yüzden buz suyun üstünde yüzer.
Suda tuz gibi ilave maddelerin eklenmesi hem erime hem de donma noktalarını değiştirebilir. Örneğin, karda tuz eklemek suyun yollarda donma sıcaklığını azaltarak sürücüler için daha güvenli hale getirir.
Üçlü nokta olarak bilinen, katıların, sıvıların ve gazların aynı anda var olduğu bir nokta da vardır. Örneğin su, her üç durumda da 273.16 Kelvin sıcaklıkta ve 611.2 paskal basınçta bulunur.
yüceltme
Bir katı, bir sıvı fazdan geçmeden doğrudan bir gaza dönüştürüldüğünde, işlem süblimasyon olarak bilinir. Bu, örneğin sıcaklığı kaynama noktasının ötesine hızla yükseldiğinde (parlama buharlaşması) veya bir madde vakum koşullarında soğutularak "dondurularak kurutulduğunda", böylece madde içindeki suyun süblimasyona uğraması ve örnek. Birkaç uçucu madde, donmuş karbondioksit veya kuru buz gibi oda sıcaklığında ve basıncında süblimasyona uğrayacaktır.
buharlaştırma
Buharlaşma, bir sıvının gaza dönüşümüdür ve buharlaşma veya kaynatma yoluyla meydana gelebilir.
Bir sıvının parçacıkları sürekli hareket halinde olduğundan, sık sık birbirleriyle çarpışırlar. Her çarpışma ayrıca enerjinin aktarılmasına neden olur ve yüzeye yakın parçacıklara yeterli enerji aktarıldığında, bunlar serbest gaz parçacıkları olarak numuneden tamamen uzaklaştırılabilir. Sıvılar buharlaştıkça soğurlar çünkü yüzey moleküllerine aktarılan enerji, kaçmasına neden olur, onlarla birlikte taşınır.
Sıvı, buhar kabarcıklarının yüzeyin altında oluşmasına neden olmak için bir sıvıya yeterli ısı eklendiğinde kaynar. Bu kaynama noktası, bir sıvının gaz haline geldiği sıcaklık ve basınçtır.
Yoğuşma ve biriktirme
Yoğuşma, bir gaz enerji kaybettiğinde ve bir sıvı oluşturmak için bir araya geldiğinde meydana gelir. Örneğin, su buharı sıvı suya yoğunlaşır.
Bir gaz, sıvı fazdan geçmeden doğrudan bir katıya dönüştüğünde oluşur. Çimen gibi bir katıya temas eden hava, havanın geri kalanından daha soğuk olduğunda, su buharı buz veya don olur.
