Ba Thể Của Chất


Trong vật lý, thể của vật chất (hay trạng thái của vật chất) là một trong những dạng mà vật chất có thể tồn tại. Bốn trạng thái của vật chất có thể quan sát được trong cuộc sống hàng ngày là rắn, lỏng, khí và plasma. Trong đó, ba trạng thái cơ bản là rắn, lỏng và khí.

Người ta phân biệt các trạng thái dựa trên sự khác biệt về các tính chất:

  • Vật chất ở trạng thái rắn duy trì một thể tích và hình dạng cố định.
  • Vật chất ở trạng thái lỏng duy trì một thể tích cố định, nhưng có hình dạng thay đổi để phù hợp với vật chứa của nó.
  • Thể tích và hình dạng của vật chất ở trạng thái khí có thể thay đổi và thích ứng tùy theo vật chứa của nó.
  • Vật chất ở trạng thái plasma có thể tích và hình dạng thay đổi, và chứa các nguyên tử trung tính cũng như một số lượng đáng kể các ion và electron, cả hai đều có thể di chuyển tự do.
Bốn trạng thái phổ biến của vật chất. Theo chiều kim đồng hồ từ trên cùng bên trái, các trạng thái này là chất rắn, chất lỏng, plasma và chất khí, được biểu thị bằng một tác phẩm điêu khắc băng, một giọt nước, điện từ một cuộn dây tesla và không khí xung quanh các đám mây.

Chất rắn

Trong chất rắn, các hạt cấu thành (các i-on, nguyên tử hoặc phân tử) được kết nối chặt chẽ với nhau. Lực giữa các hạt mạnh đến mức các hạt không thể di chuyển tự do được, cho nên một vật rắn sẽ có hình dạng cụ thể và thể tích xác định. Chất rắn chỉ có thể thay đổi hình dạng của nó khi bị ngoại lực tác động, như khi bị vỡ hoặc cắt.

Chất rắn có thể chuyển hóa thành chất lỏng khi nóng chảy và chất lỏng có thể chuyển hóa chất rắn bằng cách đông đặc. Chất rắn cũng có thể chuyển hóa trực tiếp thành chất khí qua quá trình thăng hoa, còn chất khí có thể chuyển hóa trực tiếp thành chất rắn bằng cách lắng đọng.

Hình ảnh của một chất rắn kết tinh. Các nguyên tử sáng hơn là strontium và các nguyên tử tối hơn là titan.

Chất lỏng

Chất lỏng là một chất không nén, có hình dạng phù hợp với những hình dạng của vật chứa nó nhưng vẫn giữ một thể tích xác định nếu nhiệt độ và áp suất không đổi.

Khi một chất rắn được nung nóng trên nhiệt độ nóng chảy của nó, nó sẽ trở thành chất lỏng. Các phân tử có đủ năng lượng để di chuyển tương đối với nhau. Do đó hình dạng của chất lỏng không xác định mà được xác định bởi vật chứa của nó.

Thể tích của một chất lỏng thường lớn hơn chất rắn tương ứng với nó. Tuy nhiên nước là ngoại lệ phổ biến nhất. Nhiệt độ cao nhất mà tại đó một chất lỏng nhất định có thể tồn tại là nhiệt độ sôi.

Cấu trúc của một chất lỏng. Các nguyên tử gần nhau, nhưng không có cấu trúc cố định.

Chất khí

Một chất khí là một chất có thể nén, không những có hình dạng của vật chứa của nó mà còn có thể phân tán để lấp đầy vật chứa.

Trong một chất khí, các phân tử có đủ động năng và khoảng cách giữa các phân tử lân cận lớn hơn nhiều so với kích thước phân tử. Một chất khí không có hình dạng hoặc thể tích xác định, nhưng chiếm toàn bộ bình chứa nó.

Một chất lỏng có thể được chuyển đổi thành khí bằng cách đun nóng ở áp suất không đổi đến nhiệt độ sôi, hoặc bằng cách giảm áp suất ở nhiệt độ không đổi.

Khoảng cách giữa các phân tử khí rất lớn. Các phân tử khí gần như không có liên kết nào cả. Các phân tử trong “khí” có thể di chuyển tự do và nhanh chóng.

Plasma

Giống như một chất khí, plasma không có hình dạng xác định. Không giống như khí, plasma có tính dẫn điện, tạo ra từ trường và dòng điện, phản ứng mạnh với lực điện từ. Các hạt nhân tích điện dương bơi trong một “biển” các electron tách rời tự do, tương tự như cách các điện tích đó tồn tại trong kim loại dẫn điện, nơi “biển” điện tử này cho phép vật chất ở trạng thái plasma dẫn điện.

Một chất khí thường được chuyển đổi thành plasma theo một trong hai cách, ví dụ, từ sự chênh lệch điện áp rất lớn giữa hai điểm, hoặc bằng cách để nó tiếp xúc với nhiệt độ cực cao. Vật chất nóng đến nhiệt độ cao làm cho các electron rời khỏi các nguyên tử, dẫn đến sự hiện diện của các electron tự do, từ đó tạo ra plasma bị ion hóa một phần.

Trạng thái plasma mặc dù không tồn tại trong điều kiện bình thường trên Trái Đất, nhưng nó thường được tạo ra bởi sét, tia lửa điện, đèn huỳnh quang, đèn neon hoặc trong TV plasma.

Trong một plasma, các electron bị tách ra khỏi hạt nhân của chúng, tạo thành một “biển” electron. Điều này mang lại cho nó khả năng dẫn điện.

Sự chuyển thể của chất (chuyển pha)

Chuyển thể cho thấy sự thay đổi trong cấu trúc và có thể được nhận ra bởi sự thay đổi đột ngột về tính chất. Thể của một vật chất nhất định có thể thay đổi tùy thuộc vào điều kiện áp suất và nhiệt độ, chuyển sang các thể khác khi các điều kiện này thay đổi.

Biểu đồ cho thấy sự chuyển hóa của các pha khác nhau.

Nguồn: Wiki