| Skok do witryny lub strony tytułowej serwisu | Z serwisu korzystało już | osób |
Ponieważ to "Chemia fizyczna - inaczej", zacznijmy też inaczej niż większość podręczników. Zastanówmy się nad samym sformułowaniem - stan skupienia. Po pierwsze, należy sobie uświadomić, że mówić będziemy o stanach skupienia cząsteczek i atomów a nie np. cząstek elementarnych - zatem nasze rozważania dotyczyć będą stanów skupienia w skali makro. Po drugie - ponieważ dość często mamy skojarzenia wiążące konkretną substancję z konkretnym stanem skupienia (np. woda to ciecz a żelazo to ciało stałe) - powiedzmy sobie wyraźnie, że stan skupienia to nie immanentna cecha danej substancji, a jedynie stan w jakim występuje ona w danej chwili, wynikający z cech budowy jej cząsteczek oraz z aktualnych parametrów stanu (temperatury, ciśnienie i objętości). A po trzecie, klasyfikacja stanów skupienia, to rzecz dość dowolna i umowna. Historycznie wyróżniamy zazwyczaj trzy stany (gazowy, ciekły i stały = ogień, woda, ziemia), ale w miarę postępu poznania coraz trudniej zakwalifikować nowoodkryte stany do tej triady (ciecz w stanie nadkrytycznym? ciekłe kryształy? plazma? ciała szkliste?). Zatem omawiając cechy podstawowych, najczęściej spotykanych stanów skupienia, różniących się od innych charakterystycznymi dla siebie cechami i parametrami, pamiętajmy, że to podział nieco sztuczny, "organizacyjny" i zawsze musimy liczyć się z tym, że napotkamy na stan materii, który nie daje się zakwalifikować do żadnego znanego stanu skupienia (jeśli będziemy podchodzić ortodoksyjnie do zagadnienia) lub daje się zakwalifikować jednocześnie do kilku stanów (jeśli "nagniemy" nieco parametry klasyfikacyjne).
Zgodnie z zasadami, których staram się przestrzegać w tej witrynie, nie będę agitował za "wyprowadzeniem" stanu metalicznego ze stanu stałego czy plazmy ze stanu gazowego, a jedynie postaram się zwrócić uwagę na kilka spraw, dość pobieżnie (a czasem wcale) omawianych w związku z tematem - "stany skupienia". Jak zwykle, nie chodzi tu o podanie ścisłych informacji (te są w podręcznikach i na wykładach) a raczej o inspirację do głębszych, "filozoficznych" przemyśleń, o impuls pobudzający do samodzielnego myślenia.
Na początek, tak jak w większości
"klasycznych" podręczników bywa, załóżmy, że mamy
hipotetyczną substancję w warunkach standardowych. Wybieramy 25°C
i 1 atmosferę, bo takie warunki towarzyszą naszemu pierwotnemu
poznawaniu Świata i do takich warunków odnosimy zazwyczaj
poznawane później inne stany. Określenia: nadciśnienie, podciśnienie,
wysoka temperatura, niska temperatura, automatycznie i czasem wręcz
podświadomie, odnosimy właśnie do takich warunków.
Załóżmy na początek, że nasza substancja składa się z atomów
bądź cząsteczek o tak nikłej masie, że siły grawitacji możemy
zaniedbać w porównaniu z energią translacyjną obserwowanych cząsteczek.
Jeśli założymy dodatkowo, że oddziaływania między cząsteczkami
są również co do wielkości nieistotne, w zestawieniu z energią
translacji, to dla nikogo nie będzie zaskoczeniem, że taka
substancja będzie gazem i będzie podlegać znanym nam z fizyki
prawom gazu doskonałego. Tak więc możemy przyjąć, że stan
gazowy jest "pierwotnym" stanem wszystkich
substancji.
Jeśli jednak będziemy brać substancje składające się cząsteczek
o coraz większej masie cząsteczkowej, to w pewnej chwili siły
grawitacji spowodują, że ciężar cząsteczek na tyle wzrośnie,
że zacznie być porównywalny, a nawet przewyższy wartość
energii translacji i cząsteczki zaczną gromadzić się na dnie
naczynia - powstanie ciecz. Taki wzrost masy może też nastąpić
poprzez łączenie się pojedynczych cząsteczek w większe
agregaty, np. wiązaniami wodorowymi, jak to ma miejsce w przypadku wody.
Jeśli masa obserwowanych cząsteczek substancji będzie coraz większa,
a dodatkowo struktura cząsteczek będzie sprzyjać regularnemu ułożeniu
się ich w przestrzeni i względem siebie - otrzymamy ciało stałe
krystaliczne (np. lód z wody). Jeśli jednak apolarność cząsteczek
nie będzie sprzyjać ich regularnemu układowi, substancja będzie
wykazywać podstawową cechę ciała stałego - kształt
niezależny od naczynia - jednak pozostałe cechy (dla
fizykochemika - ważniejsze) będą takie jak dla cieczy (np. stała
parafina).
Już z tych wstępnych rozważań dość
jasno wynika, że stan skupienia w jakim występuje dana substancja
zależy od wielu, powiązanych ze sobą czynników, jest parametrem
jedynie w skali makro (określanie stanu skupienia w stosunku do
pojedynczej cząsteczki nie ma sensu) i nie wynika z jakichś szczególnych
praw przyrody, lecz jest trochę sztucznym parametrem wprowadzonym na
drodze umowy - stąd nie należy mówić, że materia występuje w iluś-tam
stanach skupienia, lecz, że wyróżniamy (my, na drodze umowy)
pięć, siedem czy dziesięć stanów skupienia. A wyróżniać możemy
tyle, ile nam w danej chwili będzie wygodnie, bo pamiętajmy, że
wszelkie podziały mają służyć naszej wygodzie - wygodzie zapamiętywania
cech ogólnych w celu zrozumienia złożonych zjawisk.
I na zakończenie przypomnienie, które ukazuje się na zakończenie każdej strony.
Powyższe rozważania ani nie wyczerpują tematu, ani nie są informacjami do przyswojenia. To dość luźne dywagacje, podpowiedzi, sugestie, abyś miała (miał) nad czym rozmyślać. A jeśli dzięki tym podpowiedziom, a przede wszystkim swoim własnym przemyśleniom, zaczniesz czuć, że rozumiesz - to o to właśnie tu chodzi. A jeśli przyjdzie Ci do głowy jakiś szczególnie "sprytny" sposób na wyjaśnienie rzeczy trudnej i zechcesz się nim podzielić z innymi - prześlij go na adres podany niżej. Umieszczę go na podstronie "Aktualności"