حالت های ماده
به نظر شما چه چیزی باعث میشود که ماده در حالتهای مختلفی وجود داشته باشد؟ اگر پاسختان تنها دما (درجه حرارت) است، باید بگوییم که عواملی بیش از دما در حالت های ماده تاثیر گذار هستند.
جامد
در مواد جامد (Solids)، اتم‌ها به طور نسبتاً محکمی با یکدیگر پیوند برقرار کرده‌اند. مواد جامد، حالت و موقعیت خود را حفظ کرده و برای نگه‌داری آنها نیازی به ظرف نیست. دقت داشته باشید که قدرت پیوند در مواد جامد مختلف نیز با یکدیگر متفاوت است. در اینجا منظور از پیوند محکم، این است که اتم‌ها به راحتی از یکدیگر جدا نمی‌شوند و یک ساختار منسجم را پدید می‌آورند. به طور مثال آهن و ژله (پاستیلی یا خمیری) هر دو جامد هستند، اما با اعمال نیرو به جسمی ژله‌ای می‌توان فرم آن را آسان‌تر از آهن تغییر داد. قدرت پیوند بین اتم‌ها یکی از مهم‌ترین پارامتر‌هایی است که حالت ماده را مشخص می‌کند.
جامد
شکل (1): شماتیک نمایش مواد حالت جامد. خط‌های اطراف شکل به معنی نوسان اتم‌ها است.
مایع
دادن حرارت به یک جسم جامد، باعث میشود که انرژی لازم جهت شکستن پیوند‌های بین اتم‌ها فراهم شود و در نتیجه از یکدیگر جدا شوند. در این صورت ماده جامد به مایع تبدیل میشود. توجه داشته باشید که میزان حرارت داده شده به جسم باید به حدی باشد که دمای جسم به دمای ذوب خود نزدیک شود. بدیهی است که دمای ذوب مواد جامد بر اساس ساختار اتمی‌ها با یکدیگر متفاوت است.
در مایعات (Liquids)، اتم‌ها به طور تصادفی کنار یکدیگر قرار گرفته‌اند، پیوند‌های بین اتمی ضعیف بوده و اتم‌ها به راحتی می‌توانند از کنار یکدیگر عبور کنند و با اتمی دیگر پیوند (ضعیف) برقرار کنند. دلیل اینکه مایعات شکل خاصی نداشته و منسجم نیستند، همین امر است. مایعات به راحتی شکل ظرفی که در آن قرار دارند را به خود می‌گیرند.
بدیهی است که گرفتن گرما از مایعات، یعنی کاهش دمای آنها باعث میشود که اتم‌ها آزادی عمل خود را از دست داده و پیوند‌های قوی‌تری با یکدیگر برقرار کنند. کاهش دمای مایعات تا نقطه انجماد، باعث تبدیل حالت آنها به جامد میشود.
مایع
شکل (2): شماتیک نمایش حالت مایع
گاز
حال اگر به مایعات گرما دهیم، یعنی دمای آنها را تا نقطه جوش بالا ببریم، انرژی لازم جهت جدا شدن کامل اتم‌ها از یکدیگر فراهم میشود. در این صورت حالت ماده از مایع به گاز (Gas) تبدیل میشود.
اتم‌ها و مولکول‌ها در حالت گازی، به صورت تصادفی قرار گرفته و نیروی بسیار ضعیفی بین آنها برقرار است. در واقع در یک گاز، اتم‌ها آزادانه به هر سمتی حرکت می‌کنند. به عبارت دیگر، اتم‌ها حرکتی کاتوره‌ای دارند. اگر گاز‌ها را تحت فشار خیلی زیاد نگه دارید یا بتوانید دمای آنها را یکباره پایین بیاورید، اتم‌های آنها می‌توانند دوباره با یکدیگر پیوند تشکیل دهند و در نتیجه تبدیل به مایع یا جامد شوند.
گاز
شکل (3): شماتیک حالت گاز که در آن مولکول‌ها آزادانه حرکت می‌کنند.
تبدیل حالت های ماده
همان‌طور که در بخش قبل اشاره کردیم، با تغییر فشار و دما می‌توان به حالت های مختلف ماده دست پیدا کرد. البته به طور طبیعی فشار هوا روی کره زمین تغییرات چشمگیری (البته نه برای موجودات زنده!) نداشته و در نتیجه نمی‌تواند همانند دما روی حالت های ماده اثر بگذارد. دما در اتمسفر کره زمین به طور گسترده‌ای تغییر می‌کند. بسیاری از مواد که مهم‌ترین آنها آب است، در این گسترده دمایی می‌توانند در سه حالت جامد، مایع و گاز وجود داشته باشند (با فرض فشار اتمسفر).
برای آنکه بتوانید حالتهای مختلف یک ماده را پدید بیاورید، نیاز است تا تغییرات شدید‌‌تری در دما و فشار ایجاد کنید. به عبارت دیگر به طور طبیعی در شرایط آب و هوایی کره زمین شما نمی‌توانید مواد نظیر آب را در 3 حالت گاز، مایع و یا جامد یکباره داشته باشید. مگر اینکه با صرف کار به آنها انرژی بدهید یا انرژی بگیرید.
به طور مثال اگر به ظرف حاوی آب گرما دهیم رفته رفته شروع به تبخیر شدن می‌کند. توجه داشته باشید که دمای جوش و انجماد مواد، دمای ثابتی نبوده و در فشارهای مختلف تغییر می‌کند. به طور مثال ممکن است که آب در مکانی که فشار هوا کم‌تر است، در دمای 98 درجه سانتی‌گراد به جوش آید. لازم به ذکر است که دمای 100 درجه سانتی‌گراد که عموماً آن را نقطه جوش استاندارد آب می‌دانند، در فشار هوای نزدیک سطح دریا (
10
5
P
a
) به عنوان یک استاندارد تعیین شده است.
