In fisica , uno stato della materia è una delle quattro forme ordinarie che qualsiasi sostanza in natura può assumere: solido , liquido , gas , plasma . Varie proprietà della materia differiscono a seconda dello stato: grado di coesione , densità , struttura cristallina , indice di rifrazione ... Queste proprietà determinano diversi "comportamenti", descritti dalle leggi della fisica: malleabilità , duttilità , viscosità , legge gas ideali ...
I quattro stati più noti che qualsiasi sostanza può assumere, a seconda delle condizioni di temperatura e pressione, sono:
Esistono altri stati della materia più esotici, realizzabili solo per determinati materiali a determinate condizioni:
I comportamenti della materia non sono sempre uniformi all'interno dello stesso stato. Esistono quindi stati intermedi in cui osserviamo un solido che si comporta come un fluido (materiale polveroso o granulare) o al contrario un liquido avente determinate proprietà specifiche dei solidi. Questi comportamenti possono derivare da miscele più o meno intime tra più fasi, chiamate stati multifase ( emulsioni , paste , schiume , polveri , gel , aerosol , ecc .).
Si può anche incontrare la materia in uno stato fuori equilibrio termodinamico; le proprietà del materiale dipendono poi dal tempo, perché il materiale si rilassa , senza mai raggiungere l'equilibrio termodinamico. Qualsiasi materiale spazialmente eterogeneo rientrerà in questa definizione nella misura in cui queste eterogeneità spaziali si tradurranno in sollecitazioni interne implicando così uno stato termodinamicamente instabile. Tuttavia, i tempi di rilassamento di tali sistemi possono raggiungere durate talmente lunghe da non essere osservabili sperimentalmente (fino a diverse decine di migliaia di anni).
Tra questi materiali esistono molti sistemi di materia soffice, né solidi né liquidi come vetri , gel o paste. Non è quindi più possibile parlare di diagramma di fase (riferito a uno stato della materia termodinamicamente stabile), il termine utilizzato è allora diagramma di stato. Diagrammi di stato che unificano i comportamenti dei sistemi congestionati sono stati stabiliti per molti sistemi con interazioni di tipo repellente (granulare, vetri con interazione esclusa dal volume, ecc.) Da Liu e Nagel nel 1998, così come per sistemi con interazione di tipo attraente da Trappe, Prasad, Cipelletti, Segre e Weitz, nel 2001.
Su scala macroscopica , un solido:
Allo stato solido, le particelle ( atomi , molecole o ioni ) sono collegate tra loro da legami chimici che fissano le loro posizioni relative.
Su scala macroscopica, un liquido:
Allo stato liquido, le particelle sono debolmente legate: a differenza dello stato solido, possono muoversi spontaneamente l'una rispetto all'altra (deformabilità) ma, a differenza dello stato gassoso, non sono indipendenti (incomprimibilità). Possiamo anche dire che la loro energia termica è sufficiente per permettere loro di muoversi ma non di scappare ...
Lo stato liquido è uno stato fluido , cioè perfettamente deformabile.
Su scala macroscopica, un gas:
Allo stato gassoso, le particelle sono molto debolmente legate, quasi indipendenti (sono considerate indipendenti nel modello del gas ideale , che descrive bene il comportamento dei gas a bassa pressione ).
Come lo stato liquido, lo stato gassoso è uno stato fluido.
Un corpo allo stato gassoso è costituito solo da atomi e molecole.
Su scala macroscopica , un plasma :
Nello stato plasma, le particelle si staccano dai loro elettroni, si chiama zuppa di quark quando lo stato plasma si estende su una lunga distanza.
stato | Stato condensato | Fluido | Modulo | Volume | Comprimibilità | Capacità di trasmissione |
---|---|---|---|---|---|---|
Solido | sì | No | Definito | Definito | Praticamente zero | Niente |
Liquido | sì | sì | Indeterminato | Definito | Molto debole | Lento |
Gas | No | sì | Indeterminato | Indeterminato | Molto alto | Molto veloce |
Plasma | No | sì | Indeterminato | Indeterminato | Estremo | Estremo |
Il passaggio da uno stato della materia a un altro è chiamato cambiamento di stato. Questo cambiamento avviene sotto l'effetto di un cambiamento di volume, temperatura e / o pressione.