Halmazállapotok

Folyadék, légnemű és szilárd halmazállapot. Hogyan viselkednek a részecskék az anyagi halmazokban?

A halmaz szó hasonló vagy azonos dolgok egy csoportját jelenti.
A kémiában ez annyit jelent, hogy nem egy részecskét vizsgálunk, hanem sok részecskét együtt. A részecskék között pedig különböző erősségű kölcsönhatások vannak, amik meghatározzák, hogy szabad szemmel milyennek látjuk az anyagot.

Környezetünkben az anyagok háromféle halmazállapotban fordulnak elő:

Az anyagok halmazállapota megváltozhat, ha a halmazt melegítjük vagy hűtjük, tehát a halmazállapot függ a hőmérséklettől. Amikor megadjuk egy anyag halmazállapotát, akkor általában 25 °C hőmérsékleten értjük.

Hőmérséklet-változás hatására a következő halmazállapot-változásokat tapasztalhatjuk!

Olvadás: Az a jelenség, amikor egy szilárd anyag folyékony halmazállapotúvá válik melegítés hatására. Például a jégkocka megolvad, ha tartós időre kivesszük a mélyhűtőből.

Párolgás: Ilyenkor az anyag folyékony halmazállapotból gáz halmazállapotba kerül.
A részecskék a folyadék felszínéről lépnek ki, és szabadon mozgó részecskékké válnak. Megtapasztalhatjuk ezt, ha pohárban egy kis csapvizet állni hagyunk néhány napig. A pohár tartalma eltűnik, a víz elpárolog belőle. A párolgáshoz nem szükséges egy adott hőfokot elérni, az bármilyen hőmérsékleten megtörténik.

Forrás: A forrás halmazállapot-változás tekintetében ugyanolyan, mint a párolgás, de csak bizonyos hőmérsékleten történik meg, és ilyenkor nemcsak a folyadék felszínéről, hanem a belsejéből is távoznak részecskék buborék formájában.

Fagyás: A fagyás folyamata az olvadással ellentétes. Tehát a hőmérséklet csökkentésével az anyag folyékony halmazállapotból szilárd halmazállapotúvá válik.

Lecsapódás: Ez a párolgással és a forrással ellentétes irányú halmazállapot-változás, vagyis a gáz halmazállapotú anyag folyadékká válik. Ez a hőmérséklet csökkentésével érhető el.
Ha télen rálehelünk az üvegablakra, akkor a leheletünkben lévő vízgőz folyékonnyá válik a hideg hatására.

Szublimáció: Ez egy olyan halmazállapot-változás, amivel valószínűleg még nem találkoztatok eddig. Szublimáció során az anyag melegítés hatására szilárd halmazállapotból közvetlenül gáz halmazállapotúvá alakul át, kihagyva a köztes folyékony állapotot.

A halmazállapot-változások során a halmaz szerkezete megváltozik, a halmazt alkotó részecskék azonban nem. Ezekben a folyamatokban nem keletkezik új anyag, vagyis a halmazállapot-változások fizikai változások.

Plazma halmazállapot

Plazma a negyedik állapot, ami a gáz halmazállapotból keletkezik az atomok ill. molekulák ionizációja révén. Természetes közegben talán csak a villámok, főleg a gömbvillámok esetében megfigyelhető. Nagyon nagy hőmérsékleten, sugárzás vagy elektromos kisülés hatására az atomokból elektronok szakadnak le. A plazma állapotban szabadon mozgó pozitív ionok és negatív elektronok vannak olyan arányban, hogy az egész rendszer elektromosan semleges. A szabadon mozgó részecskék miatt a plazma jól vezeti az elektromos áramot.

Kellően nagy hőmérsékleten minden anyag átvihető plazmaállapotba (termikus ionizáció), legkönnyebben az alkálifémek gázai. Teljes ionizációhoz – a hideg plazma kialakulásához – sok tízezer fokos hőmérséklet szükséges, a forró plazma hőmérséklete több millió fokos. A világegyetem látható anyagának 99%-a (csillagok, csillagközi és bolygóközi anyag) plazma állapotban van.

Földi viszonyok között plazma képződik például a villámban, elektromos szikrában, koronakisülésben, elektromos ívben, gázkisülési csövekben stb.