A legtobb kemiai anyag ? a h?merseklett?l es a nyomastol fugg?en ? negy halmazallapotban lehet stabil allapotu: szilard , folyekony , gaz (maskeppen legnem?) es plazmaallapot . Elmeletileg minden anyag mind a negy halmazallapotban el?fordulhat, a gyakorlatban viszont sok szilard anyag elbomlik vagy atalakul az olvadaspontjanal kisebb h?mersekleten, azaz inkongruens olvadaspontja van. Ugyanilyen okok miatt sok anyagnak nem letezik legnem? halmazallapota, vagyis mar a forraspontjanal kisebb h?mersekleten termikusan elbomlik. ^[1]

A legnem? halmazallapotban ugyanazon anyag lehet vagy gaz vagy g?z . Egyszer?en kifejezve: ha a legnem? anyag h?merseklete annak kritikus h?merseklete alatt van, akkor azt g?znek nevezik, ha a h?merseklete a kritikus felett van, akkor azt gaznak hivjak, a folyekony halmazallapotu anyag neve pedig folyadek . A folyadek es a szilard halmazallapotot gy?jt?neven kondenzalt halmazallapotnak nevezik, a legnem? es folyekony halmazallapotu anyagok gy?jt?neve pedig cseppfolyos kozeg vagy egyszer?en kozeg . ^[2] A kulonbseg a legnem? es a folyekony halmazallapot kozott az, hogy a legnem? halmazallapotu anyagokkal ellentetben a folyadekok szabad felszinnel rendelkezhetnek.

Ha egy g?zt osszenyomnak (komprimaljak), akkor az folyadekka valhat (cseppfolyosodhat), de egy gazt nem lehet nyomassal cseppfolyositani, csak ha el?bb azt az annak egyeni kritikus h?merseklete ala h?tik, hogy g?zze alakuljon. Azt a minimalis nyomast, ami a g?z cseppfolyositasahoz szukseges, kritikus nyomasnak nevezik, az anyag terfogatat kritikus h?mersekleten kritikus nyomasa alatt kritikus terfogat nak. Ilyen korulmenyek kozott az anyag kritikus allapotban van.

A kulonboz? halmazallapotok dinamikus folyamatokban atalakulhatnak egymassa. A szilard anyag folyadekka alakulasa h?kozles hatasara az olvadaspontjan tortenik. A forditott iranyu folyamat pedig (fagyas, dermedes vagy kristalyosodas ) ? amely mindig h?felszabadulassal jar ? a fagyasponton, dermedesponton vagy kristalyosodasi ponton kovetkezik be. A szilard anyagok is parolognak, g?zze alakulnak, ez a jelenseg a szublimacio .

A folyadekok atalakulasat legnem? halmazallapotu anyagga ? g?zze ? parolgas nak nevezik. Ha ez a folyamat a folyadek forraspontjan tortenik, a jelenseget forras nak nevezik. A forditott iranyu folyamat ? amikor a g?z cseppfolyos allapotba kerul ? a kondenzacio vagy kicsapodas . Ugyanigy nevezik a g?znek kozvetlenul szilard halmazallapotba jutasat is.

A folyadek es a szilard allapotot gy?jt?neven kondenzalt allapotnak, a legnem? es a cseppfolyos allapotot pedig fluid allapotnak nevezik.

Altalaban adott h?mersekleten es nyomason az adott anyag csak egy halmazallapotban lehet stabilisan jelen. Ugyanakkor az atalakulasok egyensulyi h?mersekleten es nyomasan ket vagy harom halmazallapota is stabilis lehet. Erre vonatkozik a Gibbs-fele fazistorveny . A kulonboz? halmazallapotu es kulon fazisban lev? anyagok egymasba torten? atalakulasat fazisdiagramokon abrazoljak.

Barmely anyagnak legnem? es folyekony halmazallapota csak egyfele letezik. Kivetelt kepeznek az un. kristalyos folyadekok vagy folyadekkristalyok , amelyek kuls? terer? hatasara valtoztatjak meg szerkezetuket. Szilard halmazallapotban sok anyagnak letezik tobbfele kristalyos es amorf allapota, amelyek szerkezetukben es fizikai tulajdonsagokban is lenyegesen elternek egymastol. Ez a jelenseg a polimorfia. Az egyes polimorf modosulatok meghatarozott h?merseklet- es nyomastartomanyban stabilisak, es egymasba atalakithatok ( allotrop atalakulas ).

A halmazallapot-valtozasokat es a polimorf atalakulasokat mindig h?effektus kiseri. Termodinamikailag kimutathato, hogy egy adott nyomas eseten nagyobb h?mersekleten az a modosulat stabilis, amely h?felvetel ? tehat endoterm folyamat ? kozben kepz?dik a masik modosulatbol. Vagyis peldaul konstans nyomasnal nagyobb h?mersekleten a folyadek stabilisabb, mint a szilard halmazallapot, es a g?z stabilisabb, mint a folyadek.

Szilard halmazallapot [ szerkesztes ]

A szilard halmazallapotnak ket formaja ismeretes: kristalyos es alaktalan, vagy amorf . Ebben az allapotban a molekulak ill. az atomok energiaszintje olyan alacsony, hogy adott helyzetukb?l nem tudnak kiszabadulni. Kristalyos anyag eseten azok a kristalyracs altal meghatarozott egyensulyi helyzetben vannak rogzitve, es ekorul vegeznek rezg?mozgast. A szilard anyagoknak (vagy testeknek) meghatarozott alakjuk es terfogatuk van, de a terfogat altalaban a h?merseklet emelesevel kiterjed. A kiterjedes merteket a h?tagulasi egyutthato fejezi ki, ami az anyagok jellemz? tulajdonsaga. A szilard anyagok ellenallast fejtenek ki az alak- es terfogatvaltoztatassal szemben, ennek megfelel?en tobb tulajdonsaguk osszefugg ezzel az ellenallassal: kemenyseg , szilardsag , rugalmassag , h?tagulas . Melegites hatasara altalaban csokken a szilardsaguk es az olvadaspontjukon (altalanosabban a likvidusz h?mersekleten) folyekonnya valnak.

Uvegesedes [ szerkesztes ]

Az uvegesedesi atmenet ( glass transition , vitrification ) ^[3] azt jelenti, hogy az anyag termodinamikailag metastabil, amorf kristalyszerkezet? allapotba megy at. ^[4] Az uvegek viszkozitasa rendkivul nagy (10 ¹⁰ ?10 ¹⁴  Pa s). ^[5] A repacukor vizes oldatanak uvegesedesi hatara peldaul:

0% cukortartalomnal -134 °C

60% cukortartalomnal -60 °C

70% cukortartalomnal -50 °C

85% cukortartalomnal -9,5 °C (az eutektikus pont h?merseklete)

90% cukortartalomnal 0 °C

100% cukortartalomnal +52 °C (elmeleti kozelites)

Folyekony halmazallapot [ szerkesztes ]

A folyekony anyagok, vagyis folyadekok terfogata allando, am alakjuk valtozo. A nehezsegi er? hatasara kepesek felvenni a tarolo edeny alakjat. Er?termentes kornyezetben viszont gomb alakuak a feluleti feszultseg kovetkezteben. A folyadekokban a molekulak kozotti osszetarto er? lenyegesen kisebb, mint a szilard anyagoknal, es noha az anyaghalmazt osszetartja, lehet?ve teszi a molekulak egymashoz kepest torten? mikroszkopikus, szabad mozgasat. Ennek kovetkezteben a viszkozitasuk a szilard testek viszkozitasahoz kepest kicsi, es az osszenyomhatosaguk (kompresszibilitasuk) is kis ertek?. Mas szoval egy folyadek nehezen osszenyomhato.

Az anyag feluleti feszultsege a kritikus h?mersekletehez kozeledve nullara csokken, azt elerve, illetve nagyobb h?mersekleten a folyadek gazza valtozik. Zart terben a folyadekok s?r?sege csokken, a legterben pedig novekszik. A kritikus h?mersekleten a ket fazis s?r?sege egyenl?ve valik. Az anyagok a kritikus h?merseklet alatt g?z , afelett gaz halmazallapotuak. A kritikus h?mersekletnel nagyobb h?mersekleten a legnem? anyag semmilyen nagy nyomason sem cseppfolyosithato, mert ilyen korulmenyek kozott mar nem g?zkent, hanem gazkent viselkedik. Igen nagy nyomason az anyagok ett?l elter? tulajdonsagokat mutathatnak. A kritikus h?merseklet? viz kb. 140 000 bar nyomason megszilardul. A hidrogen eseteben peldaul femes tulajdonsagokat tapasztaltak rendkivul nagy nyomason. Wigner Jen? es Huntington mar 1935-ben megjosolta, hogy a hidrogen az abszolut nulla fokon es kb. 25 GPa nyomason femes allapotba megy at, ^[6] ketatomosbol egyatomos allotrop modosulatba. A femes hidrogen jo h?vezet? , es a villamos aramot jol vezeti, de kristalyszerkezet nem rendelhet? hozza.

Legnem? halmazallapot [ szerkesztes ]

A legnem? anyagoknak nincs sem meghatarozott alakjuk, sem meghatarozott terfogatuk, a rendelkezesre allo terfogat egyenletes kitoltesere torekszenek. Az elemi allapotu anyagok nagy tobbsege legnem? allapotban ? tehat g?z es gaz allapotban ? szintelenek, aminek az az oka, hogy a lathato szinkeptartomanyban nincs fenyabszorpcio. Ez alol kivetelt a ken es a halogen elemek g?zei kepeznek.

A realis gazok eseteben a molekulak kozott viszonylag kicsi az osszetarto er?, a forgo, rezg? es az egyenes vonalu, egyenletes mozgas miatt egymassal utkoznek es tavolodni igyekszenek egymastol, ezert toltenek be minden rendelkezesre allo teret. Ez csak akkor igaz, ha a gazra nem hatnak kuls? er?k. A foldi nehezsegi er?ter hatasara peldaul a legkor s?r?sege felfele exponencialis fuggveny szerint csokken. Kis magassagkulonbseg eseten azonban az elteres figyelmen kivul hagyhato.

A legnem? anyagok alakja es terfogata viszonylag kis er?vel megvaltoztathato, mert kicsi a viszkozitasuk es nagy a kompresszibilitasuk a folyadekokehoz vagy a szilard testekehez kepest.

Plazma halmazallapot [ szerkesztes ]

Plazma a gaz halmazallapotbol keletkezik az atomok ill. molekulak ionizacioja reven. Nagyon nagy h?mersekleten, sugarzas vagy elektromos kisules hatasara az atomokbol elektronok szakadnak le. A plazma allapotban szabadon mozgo pozitiv ionok es negativ elektronok vannak olyan aranyban, hogy az egesz rendszer elektromosan semleges. A szabadon mozgo reszecskek miatt a plazma jol vezeti az elektromos aramot .

Kell?en nagy h?mersekleten minden anyag atvihet? plazmaallapotba (termikus ionizacio ), legkonnyebben az alkalifemek gazai. Teljes ionizaciohoz ? a hideg plazma kialakulasahoz ? sok tizezer fokos h?merseklet szukseges, a forro plazma h?merseklete tobb millio fokos. A vilagegyetem lathato anyaganak 99%-a ( csillagok , csillagkozi es bolygokozi anyag) plazma allapotban van.

Foldi viszonyok kozott plazma kepz?dik peldaul a villamban , elektromos szikraban, koronakisulesben , elektromos ivben , gazkisulesi csovekben stb.

Halmazallapot-valtozas [ szerkesztes ]

Az anyagok h?mersekletenek valamint nyomasanak bizonyos foku valtozasa halmazallapot-valtozast idez el?. Ez a valtozas mindig visszafordithato (reverzibilis) folyamat, ha kozben termikus bomlasi folyamat nem megy vegbe.

A halmazallapot-valtozas melegites soran peldaul akkor kovetkezik be, ha a h?mersekletnoveles olyan mertek? rezg?mozgasra keszteti az atomokat, melyet a kohezios er?k nem tudnak kompenzalni, igy az atomok az el?z? allapotukhoz kepest szabadabba valnak. Els? lepesben a racsponti kot?er?k sz?nnek meg ( szilard - folyadek fazisatalakulas ), majd azok a kohezios er?k, amelyek a folyadek reszecskei kozott m?kodnek ( folyadek - g?z fazisatmenet), vegul pedig az atomokon beluli elektrosztatikus vonzoer?k ellenere az elektronok egy resze vagy teljes mennyisege leszakad az atommagrol ( gaz - plazma fazisatmenet).

Osszefoglalva a h?merseklet es a nyomas szerepet: h?merseklet noveles vagy nyomas csokkenes hatasara a lejatszodo folyamatok:

szilard → olvadas → folyadek → parolgas → g?z → ionizalas → plazma

szilard → szublimacio → g?z .

H?merseklet csokkenes, vagy nyomas novekedes hatasara lejatszodo folyamatok:

g?z → kicsapodas vagy kondenzacio → folyadek → fagyas vagy dermedes → szilard ;

g?z → kicsapodas vagy kondenzacio → szilard .

Jegyzetek [ szerkesztes ]

Kapcsolodo szocikkek [ szerkesztes ]

• Harmaspont