Toestand van materie

Hierdie artikel is deel van 'n reeks oor
Termodinamika
Die kalssieke Carnot-hitte-enjin
Takke {{{1}}} Klasieke Statistiese Chemiese Kwantumtermodinamika Ewewig / Nie-ewewig
Wette {{{1}}} Nulste Eerste Tweede Derde
Stelsels Gesolte stelsel Geïsoleerde stelsel Toestand Vergelyking van toestand Idealegas Regte gas Toestand van materie Fase (materie) Ewewig Control volume Instrumente Prosese Isobariese Isochoriese Isotermiese Adiabatiese Isentropiese IIsentalpiese Kwasisatiese Politropiese Vrye uitbreiding Omkeerbaarheid Onomkeerbaarheid Endo-omkeerbarheid Siklusse Hitte-enjin Hitte-pomp Termiese doeltreffendheid
Eienskappe van stelsels Property diagrams Intensive and extensive properties Process functions {{{1}}} Werk Hitte Functions of state Temperature / Entropie Pressure / Volume Chemical potential / Particle number Vapor quality Reduced properties
Eienskappe van materiale Property databases Sjabloon:Material properties equations (thermodynamics)
Vergelykings {{{1}}} Carnot's theorem Clausius theorem Fundamental relation Idealegaswet Maxwell relations Onsager reciprocal relations Bridgman's equations Table of thermodynamic equations
Potensiale {{{1}}} Free energy Free entropy Internal energy ${\displaystyle U(S,V)}$ Entalpie ${\displaystyle H(S,p)=U+pV}$ Helmholtz free energy ${\displaystyle A(T,V)=U-TS}$ Gibbs free energy ${\displaystyle G(T,p)=H-TS}$
Geskiedenis History {{{1}}} General Entropy Gaswette "Perpetual motion" machines Philosophy {{{1}}} Entropy and time Entropy and life Brownian ratchet Maxwell's demon Heat death paradox Loschmidt's paradox Synergetics Theories {{{1}}} Caloric theory Theory of heat Vis viva ("living force") Mechanical equivalent of heat Motive power Key publications Sjabloon:Longlink Sjabloon:Longlink Sjabloon:Longlink Timelines {{{1}}} Thermodynamics Heat engines Art Education Maxwell's thermodynamic surface Entropy as energy dispersal
Wetenskaplikes {{{1}}} Daniel Bernoulli Ludwig Boltzmann Nicolas Léonard Sadi Carnot Benoît Paul Émile Clapeyron Rudolf Clausius Constantin Carathéodory Pierre Duhem Josiah Willard Gibbs James Prescott Joule James Clerk Maxwell Lars Onsager William John Macquorn Rankine John Smeaton Georg Ernst Stahl Benjamin Thompson William Thomson, 1st Baron Kelvin Johannes Diderik van der Waals Hermann von Helmholtz Julius von Mayer John James Waterston
ander Nucleation Self-assembly Self-organization Order and disorder
s • b • w

Die toestand van materie is die toestand waarin 'n stof hom bevind. Die begrip van toestand van materie is nou verwant aan die begrip van die fase van 'n stof. Die tradisioneel bekende toestande van materie is:

• vastestoftoestand
• vloeistoftoestand
• gastoestand

Daar word dikwels na plasma as die vierde toestand van materie verwys. In 'n plasma is die deeltjies van 'n stof in 'n mindere of meerdere mate geïoniseerd.

Baie suiwere stowwe kom in die eerste drie toestande voor. By 'n lae temperatuur word normaalweg 'n vastestof gevorm, by 'n hoër temperatuur 'n vloeistof en by nog hoër temperature 'n gas. Onder vastestof word normaalweg 'n kristallyne vastestof bedoel.

Tydens die veranderinge in toestand word die chemiese verbindings in die molekule van die stof nie noodwendig verander nie. Water in vloeistofvorm kan by laer temperature oorgaan tot ys en by hoër temperature na waterdamp oorskakel, wat onder bepaalde omstandighede stoom genoem word. Hierdie drie fases is almal opgebou uit dieselfde H₂O molekule.

Die oorgang van die vastestoftoestand na 'n vloeistoftoestand noem 'n mens smelt, dié van vloeistoftoestand na 'n gas word verdamping genoem. Andersom word die oorgang van 'n gas na 'n vloeistof kondensasie genoem en van 'n vloeistof na 'n vastestof stol genoem.

Dit is vir sommige stowwe moontlik om onder bepaalde toestande direk van die gastoestand na die vastestoftoestand oor te slaan. Hierdie oorgang word sublimasie genoem.

By baie hoë druk en temperatuur kan daar nie meer tussen die vloeistof- en die gasfase onderskei word nie. Die druk en temperatuur waarby dit gebeur noem 'n mens die kritiese punt; en 'n stof wat dié punt verbygesteek het, word superkrities genoem.

Twee ander minder bekende toestande van materie is plasma en Bose-Einsteinkondensaat (BEK). Plasma is die fase waar 'n stof so kwaai verhit word (in die orde van duisende grade Celsius) dat dit elektries geleidend word. Die elektrone van die atoom wentel op hierdie stadium nie meer om die atoom se kern nie. Plasma kom in die natuur voor in die kerne van sterre. Wetenskaplikes het reeds daarin geslaag om plasma in die laboratorium te vorm, waar dit onder beheer gehou word deur 'n elektromagnetiese veld.

BEK is die teenoorgestelde van 'n plasma. Dit word gevorm wanneer 'n stof tot die absolute nulpunt (0 Kelvin of –273.15°C) afgekoel word. As die nulpunt benader word, val die atome van die stof almal in dieselfde kwantumfisiese fase, waar hulle een groot superatoom vorm. Iets soortgelyks gebeur ook in die lig van 'n laser. Hierdie toestand kan slegs in die laboratorium verkry word, en sover bekend kom dit nêrens in die natuur voor nie.