Καταστάσεις της Ύλης – Ιδιότητες – Φυσικά και Χημικά Φαινόμενα 🌡️
Καταστάσεις της ύλης
Η ύλη, ανάλογα με τις συνθήκες θερμοκρασίας και πίεσης, βρίσκεται σε τρεις φυσικές καταστάσεις: τη στερεά (s, solid), την υγρή (l, liquid) και την αέρια (g, gas).
- Στερεά κατάσταση: Τα δομικά σωματίδια (π.χ. μόρια) βρίσκονται σε μικρές αποστάσεις μεταξύ τους, είναι σχεδόν ακίνητα, και οι ελκτικές δυνάμεις που αναπτύσσονται μεταξύ τους είναι ισχυρές. Έτσι, το σχήμα και ο όγκος τους πρακτικά δεν αλλάζουν, εφόσον οι συνθήκες πίεσης και θερμοκρασίας δεν μεταβάλλονται.
- Υγρή κατάσταση: Τα δομικά σωματίδια βρίσκονται, συγκριτικά με τη στερεά κατάσταση, σε μεγαλύτερες αποστάσεις, ενώ οι ελκτικές δυνάμεις μεταξύ τους είναι ασθενέστερες, με αποτέλεσμα μεγαλύτερη κινητικότητα. Τα υγρά έχουν καθορισμένο όγκο, δεν έχουν όμως καθορισμένο σχήμα και παίρνουν κάθε φορά το σχήμα του δοχείου στο οποίο βρίσκονται.
- Αέρια κατάσταση: Τα δομικά σωματίδια κινούνται άτακτα προς όλες τις κατευθύνσεις, καθώς οι δυνάμεις συνοχής είναι αμελητέες. Έτσι, στα αέρια δεν έχουμε ούτε καθορισμένο σχήμα ούτε καθορισμένο όγκο. Στα αέρια προκύπτουν σημαντικές μεταβολές του όγκου, όταν μεταβάλλεται η θερμοκρασία ή η πίεση.
Το πλάσμα θεωρείται μια ειδική κατάσταση της ύλης, που συγκροτείται από φορτισμένα σωματίδια (ηλεκτρόνια, ιόντα) και ουδέτερα σωματίδια (άτομα, μόρια). Το πλάσμα είναι, στην πραγματικότητα, η πιο διαδεδομένη κατάσταση της ύλης στο σύμπαν.
Οι διάφορες ουσίες μπορούν να μεταπηδούν από τη μία φυσική κατάσταση στην άλλη, με μεταβολή των συνθηκών πίεσης και θερμοκρασίας:
- Με αύξηση της θερμοκρασίας: από στερεό σε υγρό (τήξη) και από υγρό σε αέριο (εξάτμιση)
- Με μείωση της θερμοκρασίας: από υγρό σε στερεό (πήξη) και από αέριο σε υγρό (υγροποίηση)
Η εξάχνωση είναι η μετάβαση απευθείας από τη στερεά στην αέρια φάση, χωρίς να περάσει από την υγρή κατάσταση. Αυτό συμβαίνει, για παράδειγμα, στο ιώδιο και στη ναφθαλίνη.
Ιδιότητες της ύλης
Κάθε υλικό έχει μία σειρά χαρακτηριστικών ιδιοτήτων, οι οποίες μας επιτρέπουν να διακρίνουμε μια ουσία από μια άλλη. Για παράδειγμα:
| Ουσία | Φυσική κατάσταση | Σημείο βρασμού / °C | Πυκνότητα / g L⁻¹ | Καύσιμο |
|---|---|---|---|---|
| Νερό | (l) | 100 | 1000 | όχι |
| Υδρογόνο | (g) | -253 | 0,084 | ναι |
| Οξυγόνο | (g) | -183 | 1,33 | όχι |
Οι ιδιότητες της ύλης διακρίνονται σε δύο κατηγορίες: τις φυσικές και τις χημικές.
Φυσικές ιδιότητες είναι εκείνες που καθορίζονται από την ίδια την ουσία, χωρίς να γίνεται αναφορά σε άλλες ουσίες. Το χρώμα, το σημείο τήξης, το σημείο βρασμού και η πυκνότητα αποτελούν φυσικές ιδιότητες μιας ουσίας. Για παράδειγμα, μπορούμε να μετρήσουμε το σημείο τήξης του πάγου, θερμαίνοντάς τον και μετρώντας τη θερμοκρασία στην οποία μετατρέπεται σε υγρό νερό — νερό και πάγος διαφέρουν μόνο ως προς τη μορφή της ύλης, όχι ως προς τη χημική τους σύσταση. Ο προσδιορισμός μιας φυσικής ιδιότητας δεν μεταβάλλει τη χημική σύσταση της ουσίας.
Χημικές ιδιότητες καθορίζουν τη συμπεριφορά μιας ουσίας σε σχέση με μια άλλη. Όταν λέμε, για παράδειγμα, ότι το υδρογόνο καίγεται με το οξυγόνο προς σχηματισμό νερού, περιγράφουμε μια χημική ιδιότητα του υδρογόνου — το υδρογόνο και το νερό δεν έχουν την ίδια χημική σύσταση. Ο προσδιορισμός μιας χημικής ιδιότητας προκαλεί, δηλαδή, μεταβολή στη χημική σύσταση της ουσίας.
Φυσικές σταθερές είναι το σημείο βρασμού και το σημείο τήξης (ή πήξης) μιας ουσίας. Οι σταθερές αυτές χρησιμεύουν για την ταυτοποίηση (διάκριση) μιας ουσίας και για την εξακρίβωση του αν η ουσία βρίσκεται σε καθαρή μορφή ή όχι.
Φυσικά και χημικά φαινόμενα
Κατ' αναλογία με τις ιδιότητες των ουσιών, τα φαινόμενα — δηλαδή οι μεταβολές της ύλης — διακρίνονται σε φυσικά και χημικά φαινόμενα.
Στα φυσικά φαινόμενα αλλάζουν ορισμένες μόνο από τις φυσικές ιδιότητες των ουσιών, ενώ η χημική τους σύσταση διατηρείται. Για παράδειγμα, η εξαέρωση του νερού είναι φυσικό φαινόμενο, καθώς η μόνη αλλαγή που συμβαίνει είναι η αλλαγή της φυσικής κατάστασης του νερού, από υγρό σε αέριο.
Στα χημικά φαινόμενα (χημικές αντιδράσεις) έχουμε ριζική αλλαγή στη σύσταση και τις ιδιότητες των ουσιών. Για παράδειγμα, όταν το υδρογόνο καίγεται στον αέρα, μετατρέπεται σε νερό, το οποίο έχει διαφορετική σύσταση και διαφορετικές ιδιότητες (φυσικές και χημικές) από το υδρογόνο.
- Φυσικά φαινόμενα: η πήξη του νερού, η διάλυση της ζάχαρης στο νερό, η εξάτμιση του οινοπνεύματος.
- Χημικά φαινόμενα: η μετατροπή του μούστου σε κρασί, η καύση του ξύλου, η μετατροπή του χαλκού στο άλας του.
Στις χημικές αντιδράσεις αλλάζει η μοριακή σύσταση: άλλα μόρια έχουμε στα αντιδρώντα και άλλα στα προϊόντα.