Następujące zadania są skierowane do uczniów gimnazjum i liceum, chociaż niektóre treści są przystępne dla bardziej zaawansowanych uczniów szkoły podstawowej. Strona jest również doskonałym przeglądem dla studentów wyższych poziomów. Wszystkie ćwiczenia wykorzystują javascript’s co zapewnia bardziej interaktywne środowisko.

Wszystko na Ziemi może być wyjaśnione w kategoriach 4 stanów (faz) materii– ciało stałe, ciecz, gaz i plazma.

Jakie są właściwości ciała stałego?

Substancja w fazie stałej jest stosunkowo sztywna, ma określoną objętość i kształt.

Atomy lub cząsteczki, które składają się na ciało stałe są upakowane blisko siebie i nie są ściśliwe.

Ponieważ wszystkie ciała stałe mają pewną energię cieplną, ich atomy drgają. Jednak ten ruch jest bardzo mały i bardzo szybki, i nie może być obserwowany w zwykłych warunkach.

Jakie są różne rodzaje ciał stałych?

Istnieją cztery rodzaje krystalicznych ciał stałych —

	Ciała stałe jonowe — Substancje te mają określoną temperaturę topnienia i zawierają wiązania jonowe. Przykładem może być chlorek sodu (NaCl). Zobacz strukturę 3-D kryształu soli.
	Ciała stałe kowalencyjne — Substancje te występują jako pojedyncza gigantyczna cząsteczka złożona z niemal nieskończonej liczby wiązań kowalencyjnych. Przykładem może być grafit. Zobacz strukturę 3-D grafitu).
	Molekularne ciała stałe są reprezentowane jako powtarzające się jednostki składające się z cząsteczek. Przykładem może być lód. Zobacz strukturę 3-D lodu.
	Stałe metaliczne to powtarzające się jednostki składające się z atomów metali. Elektrony walencyjne w metalach są zdolne do przeskakiwania z atomu do atomu.

Ciała stałe amorficzne
Ciała stałe amorficzne nie mają określonej temperatury topnienia ani regularnych jednostek powtarzających się. Amorficzne ciało stałe jest ciałem stałym, w którym nie ma długiego zakresu porządku pozycji atomów w przeciwieństwie do tych w krystalicznych ciał stałych. Przykładem ciała stałego amorficznego jest szkło okienne. Ponadto wiele polimerów, takich jak polistyren, jest amorficznych.Amorficzne ciała stałe mogą istnieć w dwóch różnych stanach, stanie „gumowym” i stanie „szklistym”. Temperatura, w której przechodzą one między stanem szklistym i gumowym, nazywana jest temperaturą zeszklenia lub Tg.

Interesująca uwaga na temat ciał stałych: Podczas gdy brak masy w ogóle jest niemożliwością, aerożele wydają się przychodzić całkiem blisko. Aerożele są najlżejszymi ciałami stałymi i mają gęstość 1,9 mg na cm3 lub 1,9 kg/m3 (526,3 razy lżejsze od wody). Czasami nazywane zamrożonym dymem, aerożele są polimerami otwartokomórkowymi z porami o średnicy mniejszej niż 50 nanometrów.

Jakie są właściwości cieczy?

Ciecze mają określoną objętość, ale są w stanie zmienić swój kształt poprzez przepływ.

Płyny są podobne do ciał stałych w tym, że cząstki dotykają. Jednak cząsteczki są w stanie poruszać się.

Ponieważ cząsteczki są w stanie dotknąć, gęstości cieczy będzie zbliżona do gęstości ciała stałego.

Ponieważ cząsteczki cieczy mogą się poruszać, będą przyjmować kształt swojego pojemnika.

Jakie są specyficzne właściwości cieczy?

Lepkość -Opór cieczy do przepływu nazywa się jej lepkość

Napięcie powierzchniowe — Wynik przyciągania między cząsteczkami cieczy, która powoduje, że powierzchnia cieczy działa jak cienka elastyczna warstwa pod napięciem. Napięcie powierzchniowe powoduje, że woda tworzy kuliste krople.

Ciśnienie pary — Ciśnienie, które wywiera ciało stałe lub ciecz, gdy jest w równowadze ze swoją parą w danej temperaturze.

Punkt wrzenia — gdy ciśnienie pary = ciśnienie atmosferyczne.

Jakie są właściwości gazu?

Gazy nie mają określonej objętości ani kształtu. W przypadku braku ograniczeń gazy będą rozprzestrzeniać się w nieskończoność. Jeśli są ograniczone, przyjmą kształt swojego pojemnika. Dzieje się tak dlatego, że cząsteczki gazu mają wystarczająco dużo energii, aby pokonać siły przyciągania. Każda z cząstek jest dobrze oddzielona, co skutkuje bardzo małą gęstością.

Jaki jest czwarty stan materii?

Czwartym stanem materii jest plazma. Plazma jest gazem zjonizowanym, gazem, do którego dostarczona jest wystarczająca ilość energii, aby uwolnić elektrony z atomów lub cząsteczek i umożliwić współistnienie obu gatunków, jonów i elektronów. W efekcie plazma jest chmurą protonów, neutronów i elektronów, w której wszystkie elektrony zostały uwolnione z odpowiednich cząsteczek i atomów, co daje plazmie zdolność do działania jako całość, a nie jako wiązka atomów. Plazma jest najbardziej rozpowszechnionym stanem materii we wszechświecie, obejmującym ponad 99% naszego widzialnego wszechświata i większość tego, co niewidoczne. Plazma występuje naturalnie i tworzy materię naszego Słońca, jądra gwiazd, występuje w kwazarach, pulsarach emitujących wiązki promieniowania rentgenowskiego i supernowych. Na Ziemi plazma występuje naturalnie w płomieniach, błyskawicach i zorzach polarnych. Większość plazmy kosmicznej ma bardzo małą gęstość, na przykład wiatr słoneczny, który ma średnio tylko 10 cząstek na cm3. Zderzenia międzycząsteczkowe są mało prawdopodobne – stąd plazmy te są określane jako bezkolizyjne.

A teraz piąty stan — Bose Einsteina?

Załamanie się atomów w pojedynczy stan kwantowy jest znane jako kondensacja Bosego lub kondensacja Bosego-Einsteina jest obecnie uważana za piąty stan materii.

Ostatnio naukowcy odkryli kondensat Bosego-Einsteina, o którym można myśleć jako o przeciwieństwie do plazmy. Występuje on w bardzo niskiej temperaturze, blisko punktu, w którym atomy w ogóle się nie poruszają. Kondensat Bosego-Einsteina to gazowa faza nadciekła utworzona przez atomy schłodzone do temperatury bardzo bliskiej zeru bezwzględnemu. Pierwszy taki kondensat został wyprodukowany przez Erica Cornella i Carla Wiemana w 1995 roku na Uniwersytecie Kolorado w Boulder, przy użyciu gazu atomów rubidu schłodzonego do temperatury 170 nanokelwinów (nK). –W takich warunkach duża część atomów zapada się w najniższy stan kwantowy, tworząc superpłyn. Zjawisko to zostało przewidziane w latach 20. przez Satyendrę Natha Bose i Alberta Einsteina, w oparciu o pracę Bose’a nad mechaniką statystyczną fotonów, która została następnie sformalizowana i uogólniona przez Einsteina.