Aggregationstillstånd

Wikipedia

Aggregationstillstånd, eller fas är olika tillstånd som ett ämne kan befinna sig i. På jorden förekommer materia vanligtvis i de tre formerna gas, flytande och fast tillstånd.

En fas är en homogen del av ett system som begränsas av en yta vilken genom egenskaperna förändras diskontinuerligt. I det mest generella fallet kommer varje fas att innehålla flera komponenter, d.v.s. flera arter av atomer, molekyler och joner. Exempelvis kan en gas bestå av flera andra gaser.

Schematisk indelning av tillstånden vid olika temperaturer

Hett	plasma (joniserad gas)
Rumstemperatur	gas
	vätska eller flytande
	fast tillstånd.
Kallt	supraledning
Absoluta nollpunkten	Bose-Einstein-kondensat

För många ämnen existerar även Bose-Einstein-kondensat. Tillståndet supraledning är inte helt förstått, men i detta tillstånd upphör elektronernas friktionskrafter helt. Som bekant härrör denna friktion företrädesvis från atomkärnan och atomen med dess elektronskal.

Även fler ämnesspecifika onamngivna fastillstånd eller s.k. kristallina former kan existera. Ett vanligt exempel är två varianter på fasta tillståndet hos kol: grafit eller diamant. Detta beror på att kristallstrukturen ändras vid fasövergången.

Vilket av tillstånd eller fas som ett ämne befinner sig i beror på omgivningens temperatur och tryck. Vid tillräckligt låg temperatur och högt tryck är alla ämnen fasta, och vid tillräckligt hög temperatur och lågt tryck är alla ämnen gasformiga (plasma). Beroendet på temperaturen och trycken vid fasövergången kan bestämmas genom Clausius-Clapeyron ekvationen. För exempelvis fasövergången mellan vatten och is kan man bestämma smältpunktens beroende av trycket till -134 atm/°C; d.v.s för ett atmosfärtryck motsvarande 1 000 atm förskjuts smältpunkten till +7,5°C. Detta är orsaken att den tunga glaciärisen rör sig eftersom i de nedre delarna utövar isen så stort tryck att vätskeform etableras.

Innehåll 1 Tillståndsövergång 1.1 Smältning/frysning 1.2 Förångning 1.3 Trippelpunkten 1.4 Sublimering

[redigera] Tillståndsövergång

Skillanden mellan de olika tillstånden är intuitivt lätt att uppfatta, men svårare att definiera på ett precist sätt. Ett ämne i fast tillstånd kan inte lätt deformeras utan har mindre kompressibilitet och oftast högre densitet än i de andra tillstånden. Både vätskor och gaser däremot anpassar sin form efter det omgivande utrymmet, och gaser fyller det helt.

På mikroskopisk nivå har fasta ämnen en regelbunden kristallstruktur medan flytande och gasformiga ämnen har en obestämd oordnad struktur.

Den energi som måste tillföras eller den energi som utvecklas av tillståndsövergången brukar generelt benämnas (latent) ombildningsentalpi L (joule) eller specifik ombildningsentalpi l = L / m (joule per massenhet), där m är en massenhet.

Ett fasdiagram anger områdena där omvandling sker.

[redigera] Smältning/frysning

Fig. a) Molekylvibrationer i kristallstrukturer, där molekylerna svänger runt sina gitterplatser.	Fig. b) Molekylvibrationer i vätskor. De vibrerar omkring i kristallstrukturen och byter regelbundet gitterplatser med varandra.

Övergången från fast till flytande tillstånd utgör ämnets smältpunkt (eller omvänt fryspunkt) och från flytande till gasform dess kokpunkt. Materialkonstanten som bestämmer hur mycket energi som måste tillföras för att smälta materia (som har värmts upp till smältpunkten) kallas smältentalpi.

[redigera] Förångning

Fig. c) Molekyler i en gas med så pass hög energi att de är fria. I en s.k. perfekt klassisk gas förekommer inga växelverkningar dem emellan.

Den energimängd som behöver tillföras för att förånga flytande materia (som har temperatur = kokpunkten) kallas för förångningsentalpi. Förångningen sker tills ångan är "mättad", d.v.s. består av ren gas. Ju högre temperatur förångningen sker vid, desto större tryck hos den mättade ångan. Om en mättad ånga kyls ned så kan den bli övermättad, vilket är ett instabilt tillstånd. Minsta störning får då en del av ångan att kondensera, tills trycket sjunkit till en stabil nivå.

[redigera] Trippelpunkten

Kokpunkten varierar beroende på trycket, och ibland kan ett ämne vid en viss temperatur samtidigt förekomma i flera olika tillstånd. Ett värde på temperatur och tryck där ett ämne samtidigt kan existera i alla tre tillstånden kallas dess trippelpunkt.

[redigera] Sublimering

Övergång kan ibland också ske direkt mellan fast tillstånd och gas, s.k. sublimering. Till exempel så sublimerar koldioxid vid normalt tryck och en temperatur på −78°C.

Se även kritisk punkt.