מצב צבירה
מתוך ויקיפדיה, האנציקלופדיה החופשית
לחומר ארבעה מצבי צבירה: מוצק, נוזל, גז ופלזמה, הטמפרטורה המשמשת חומרים שונים במעבר ממצב צבירה אחד לאחר מהווה נקודות זיהוי לחומרים אלו (לכל חומר טמפרטורה אופיינית למעבר).
לא כל החומרים מופיעים בכל מצבי הצבירה, לדוגמה: נייר לא יכול להיות גז, הוא נשרף, משנה את מבנהו הכימי והופך לפיח. דוגמה לחומר המסוגל להיות בכל שלשת מצבי הצבירה הם המים.
תוכן עניינים |
[עריכה] תכונות מצבי צבירה
לכל אחד ממצבי הצבירה תכונות האופייניות לו:
- מוצק: המולקולות של החומר מסודרות והרווחים ביניהן קטנים מאוד. לחומר במצב זה צורה מוגדרת (להבדיל מנוזל ומגז שלהם אין צורה מוגדרת - הם מקבלים את צורת הכלי שבו הם נמצאים) ונפח מוגדר (בדומה לנוזל, אך להבדיל מגז).
- נוזל: מולקולות החומר אינן מסודרות אבל הרווח ביניהן קטן. תנועת המולקולות אינה רבה כמו בגז, אבל אינה מעטה כמו במוצק.
- גז: המולקולות אינן צמודות (ישנו ריק ביניהן) והן נעות בחופשיות. גז, בדומה לנוזל, מסוגל לזרום, ואינו מתנגד לשינוי בצורתו. בניגוד לנוזל, לגז אין נפח קבוע, והוא נוטה להתפשט כדי למלא את כל הנפח שהוקצב לו.
- פלזמה: חלק או כל האלקטרונים שבחומר מתנתקים ממנו והמולקולות הופכות להיות טעונות חשמלית.
[עריכה] דיאגרמת פזות
בתרמודינמיקה, נהוג לתאר את מצבי הצבירה של החומר בדיאגרמת פאזות T-P. זהו תרשים דו-ממדי שבו ציר x הוא הטמפרטורה T ואילו ציר y הוא הלחץ P. במערכת צירים זו מציירים את העקומות המפרידות בין מצבי הצבירה של הנוזל ובכך מחלקים את השטח לשלושה חלקים, כאשר בכל חלק החומר נמצא במצב צבירה אחר. בקווים המחברים בין שני אזורים החומר יכול להימצא בשיווי משקל בשתי הפאזות, מסיבה זו הם נקראים "קווי דו-קיום". נוסחת קלאוזיוס קלפרון מאפשרת לחשב את השיפוע של קווים אלה.
[עריכה] מעברי פזה
מעבר של חומר בין מצבי הצבירה השונים תלוי בטמפרטורה ובלחץ. למעברים בין מצבי הצבירה יש שמות ייחודיים:
- מוצק לנוזל: התכה (או היתוך).
- נוזל למוצק: קפיאה (או קיפאון) וכן התמצקות.
- נוזל לגז: התאיידות (נידוף) או רתיחה.
- גז לנוזל: עיבוי.
- מוצק לגז: המראה (סובלימציה).
- גז למוצק: דפוזיציה.
- גז לפלזמה: יינון.
המושג המסה (מסיסות) אינו מעבר בין מצבי צבירה, אלא מתאר ערוב של שני חומרים ליצירת תמיסה.
חומרים שונים נבדלים בתנאים בהם מתרחש בהם מעבר מצב צבירה. הגדלת הלחץ בו נמצא החומר מורידה את טמפרטורות מעבר מצבי הצבירה שלו.
חומר הנפוץ בטמפרטורות טבעיות בשלושת מצבי הצבירה שלו הוא המים, שנקודת ההיתוך שלהם (שבה הם הופכים מקרח למים) היא 0 מעלות צלזיוס בלחץ של אטמוספירה אחת, ונקודת הרתיחה שלהם (שבה הם הופכים ממים לאדי מים שהם גז) היא 100 מעלות בלחץ אטמוספירי. לחומרים (כגון חנקן) נקודת רתיחה נמוכה מאוד, ולכן הם נפוצים רק בצורת גז, ולאחרים (כגון ברזל) נקודת היתוך גבוהה מאוד, ולכן הם נפוצים רק בצורת מוצק.
תהליך מעבר הפאזה מתחיל בדרך-כלל באופן מקומי סביב אתרי התגרענות. חוסר קיומם של אתרים כאלו יכול להביא למצב של קירור יתר או חימום יתר.
[עריכה] עקומת החימום
אם מחממים חומר הנמצא במצב מוצק, הטמפרטורה הפנימית שלו עולה, עד שהיא מגיעה לטמפרטורת ההיתוך של חומר זה, בשלב זה המשך חימום לא יגרום לעלייה בטמפרטורה, היות שנדרשת אנרגיה לשינוי מצב הצבירה ממוצק לנוזל (אנרגיה המשמשת לשבירת קשרים בין חלקיקי החומר). בשלב בו כל החומר שינה את מצב הצבירה והפך כולו לנוזל, המשך חימום יגרום לעליית טמפרטורת החומר, וזאת עד הגיע החומר לנקודת הרתיחה. בנקודה זו מושקעת אנרגיה בהפיכת מצב הצבירה מנוזל לגז, והמשך חימום לא יגרום לעליית טמפרטורה אלא לשינוי מצב הצבירה. כאשר החומר כולו הופך לגז המשך חימום יגרום לטמפרטורת אדי החומר לעלות, כלומר להגדלת תנועת החלקיקים.
[עריכה] פלזמה
הפלזמה שונה באופן מהותי ממצבי הצבירה האחרים. בעוד שההבדל בין מצבי הצבירה האחרים (גז, נוזל ומוצק) הוא רק באופי הקשרים החלשים אשר יוצרות מולקולות החומר בינן לבין עצמן ללא שינוי במבנה המולקולות והאטומים עצמם, בפלזמה משתנה מבנה האטום עצמו. במצב צבירה זה, הקרוי גם גז מיונן, אחדים מהאלקטרונים שבקליפה החיצונית (או כל האלקטרונים הללו) הופרדו מהאטום, והחומר הוא אוסף של יונים ואלקטרונים שאינם מחוברים זה לזה. מצב צבירה זה אופיין לראשונה על-ידי ויליאם קרוקס בשנת 1879. אף שמצב זה אינו נפוץ בכדור הארץ, הוא מצב הצבירה של 99% מהחומר ביקום. צורות נפוצות של פלזמה כוללות את השמש וכוכבים נוספים, ברק, רוח השמש ועוד.
[עריכה] מצבי צבירה מיוחדים
קיימים חומרים אשר יכולים להתקיים במצבי צבירה מורכבים יותר כגון גבישים נוזליים, סופר נוזלים, ננוחלקיקים ואחרים. חומרים שכאלה הינם בדרך כלל חומרים מלאכותיים, שאינם קיימים בטבע ובעלי תכונות ייחודיות המאפשרות שימושים טכנולוגים מתקדמים.
[עריכה] ראו גם
- נקודה משולשת
- חום כמוס
- נקודה קריטית
