De följande aktiviteterna riktar sig till elever på mellanstadiet och högstadiet, även om en del av innehållet kan nås av mer avancerade grundskoleelever. Sidan är också en utmärkt genomgång för elever på högre nivå. Alla övningar använder sig av javascript vilket ger en mer interaktiv miljö.

Allt på jorden kan förklaras i termer av fyra tillstånd (faser) av materia – fast, flytande, gas och plasma.

Vad är egenskaperna hos ett fast ämne?

Ett ämne i fast fas är relativt styvt, har en bestämd volym och form.

Atomer eller molekyler som utgör ett fast ämne är packade tätt intill varandra och är inte komprimerbara.

Då alla fasta ämnen har en viss värmeenergi vibrerar dess atomer. Denna rörelse är dock mycket liten och mycket snabb och kan inte observeras under vanliga förhållanden.

Vad är de olika typerna av fasta ämnen?

Det finns fyra typer av kristallina fasta ämnen —

	Joniska fasta ämnen– Dessa ämnen har en bestämd smältpunkt och innehåller joniska bindningar. Ett exempel är natriumklorid (NaCl). Visa 3D-strukturen för en saltkristall.
	Kovalenta fasta ämnen — Dessa ämnen uppträder som en enda jättemolekyl som består av ett nästan oändligt antal kovalenta bindningar. Ett exempel är grafit. Se 3D-strukturen för grafit.)
	Molekylära fasta ämnen framställs som upprepade enheter som består av molekyler. Ett exempel är is. Visa isens 3D-struktur.
	Metalliska fasta ämnen är repetitiva enheter som består av metallatomer. Valenceelektronerna i metaller kan hoppa från atom till atom.

Amorfa fasta ämnen
Amorfa fasta ämnen har ingen bestämd smältpunkt eller regelbundna repetitiva enheter. Ett amorft fast ämne är ett fast ämne där det inte finns någon långväga ordning av atomernas positioner till skillnad från de kristallina fasta ämnena. Ett exempel på ett amorft fast ämne är fönsterglas. Dessutom är många polymerer som polystyren amorfa.Amorfa fasta ämnen kan existera i två olika tillstånd, det ”gummiaktiga” tillståndet och det ”glasartade” tillståndet. Den temperatur vid vilken de övergår mellan det glasartade och det gummiartade tillståndet kallas deras glasövergångstemperatur eller Tg.

Interessant anmärkning om fasta ämnen: Att inte ha någon massa alls är en omöjlighet, men aerogeler verkar komma ganska nära. Aerogeler är de lättaste fasta ämnena och har en densitet på 1,9 mg per cm3 eller 1,9 kg/m3 (526,3 gånger lättare än vatten). Aerogeler, som ibland kallas frusen rök, är polymerer med öppna celler med porer med en diameter på mindre än 50 nanometer.

Vilka egenskaper har en vätska?

Vätskor har en bestämd volym, men kan ändra sin form genom att flyta.

Vätskor liknar fasta ämnen genom att partiklarna rör vid varandra. Partiklarna kan dock röra sig.

Då partiklarna kan beröra varandra kommer vätskans densitet att ligga nära densiteten hos en fast substans.

Då vätskemolekylerna kan röra sig kommer de att ta formen av sin behållare.

Vad är de specifika egenskaperna hos vätskor?

Viskositet -Vätskapens flödesmotstånd kallas viskositet.

Ytspänning av ytan -Resultatet av attraktion mellan vätskemolekylerna, vilket gör att vätskeytan fungerar som en tunn elastisk film som är spänd. Ytspänningen gör att vatten bildar sfäriska droppar.

Damptryck — Det tryck som ett fast ämne eller en vätska utövar när den är i jämvikt med sin ånga vid en given temperatur.

Kokpunkt — när ångtrycket är lika med det atmosfäriska trycket.

Vilka egenskaper har en gas?

Gaser har ingen bestämd volym eller form. Om gaserna inte begränsas kommer de att breda ut sig på obestämd tid. Om de är instängda kommer de att ta formen av sin behållare. Detta beror på att gaspartiklar har tillräckligt med energi för att övervinna attraktionskrafter. Varje partikel är väl separerad vilket resulterar i en mycket låg densitet.

Vad är det fjärde materiatillståndet?

Det fjärde materiatillståndet är plasma. Plasma är en joniserad gas, en gas i vilken tillräcklig energi tillförs för att frigöra elektroner från atomer eller molekyler och låta båda arterna, joner och elektroner, samexistera. I själva verket är en plasma ett moln av protoner, neutroner och elektroner där alla elektroner har lossnat från sina respektive molekyler och atomer, vilket ger plasmat förmågan att agera som en helhet snarare än som ett gäng atomer. Plasma är det vanligaste materiatillståndet i universum och utgör mer än 99 % av vårt synliga universum och större delen av det osynliga. Plasma förekommer naturligt och utgör vår sol, stjärnornas kärna och förekommer i kvasarer, pulsarer som avger röntgenstrålar och supernovor. På jorden förekommer plasma naturligt i lågor, blixtar och norrsken. De flesta plasmor i rymden har en mycket låg densitet, t.ex. solvinden som i genomsnitt bara innehåller 10 partiklar per kubikcentimeter. Kollisioner mellan partiklar är osannolika – därför kallas dessa plasmor för kollisionsfria.

Och nu ett femte tillstånd – Bose Einstein?

Atomer som kollapsar till ett enda kvanttillstånd kallas Bose-kondensering eller Bose-Einstein-kondensering och betraktas nu som ett femte tillstånd av materia.

Nyligen har forskarna upptäckt Bose-Einstein-kondensatet, som kan ses som motsatsen till en plasma. Det uppstår vid extremt låg temperatur, nära den punkt där atomerna inte rör sig alls. Ett Bose-Einstein-kondensat är en gasformig superfluid fas som bildas av atomer som kyls ned till temperaturer mycket nära den absoluta nollpunkten. Det första kondensatet av detta slag framställdes 1995 av Eric Cornell och Carl Wieman vid University of Colorado i Boulder med hjälp av en gas av rubidiumatomer som kylts ned till 170 nanokelvins (nK). –Under sådana förhållanden kollapsar en stor del av atomerna till det lägsta kvanttillståndet, vilket ger upphov till en superfluid. Detta fenomen förutspåddes på 1920-talet av Satyendra Nath Bose och Albert Einstein, baserat på Boreses arbete om fotonernas statistiska mekanik, som sedan formaliserades och generaliserades av Einstein.