Strona głównaPytania → Stany skupienia

Stany skupienia

Pytanie

Pyta Martyna

Jakie są różnice i podobieństwa pomiędzy budową ciał stałych, cieczy i gazów?

Odpowiedź

Odpowiada Jan Gaj

Pytanie dotyczy trzech podstawowych stanów skupienia materii. Najważniejsze ich podobieństwo to atomowa struktura: ciała stałe, ciecze, i gazy zbudowane są z atomów, które pozostają w ciągłym ruchu. Ruch ten jest tym szybszy im wyższa jest temperatura.

Różnice pochodzą stąd, że w każdym z trzech stanów skupienia atomy są inaczej rozmieszczone.

W gazie atomy albo zbudowane z nich cząsteczki poruszają się dość swobodnie, od czasu do czasu zderzając się ze sobą lub ze ściankami naczynia. Dlatego gaz umieszczony w naczyniu rozszerza się i wypełnia całkowicie jego objętość. Grad uderzeń atomów lub cząsteczek w ścianki naczynia wytwarza ciśnienie działające na te ścianki.

W ciele stałym atomy są ułożone w bezpośrednim kontakcie ze sobą, tworząc uporządkowaną strukturę. Porządek ten byłby idealny w temperaturze zera absolutnego, która jednak nie jest osiągalna. W rzeczywistości każdy atom wykonuje wokół swojego położenia równowagi ruch drgający, pozostając cały czas bardzo blisko tego położenia. Inaczej mówiąc, każdy atom ma w ciele stałym stale tych samych sąsiadów. Dlatego ciało stałe zachowuje swój kształt i nie rozszerza się tak, jak gaz. Żeby zmienić kształt ciała stałego (na przykład ugiąć sprężynę) trzeba przyłożyć do niego siłę. Bardzo trudno jednak zmniejszyć objętość ciała stałego – w odróżnieniu od gazu nie ma w nim wiele miejsca między atomami, dlatego po przyłożeniu nawet bardzo wielkich ciśnień objętość ciała stałego zmniejsza się nieznacznie.

W cieczy sytuacja jest pośrednia: atomy (lub cząsteczki) pozostają w bezpośrednim kontakcie ze sobą podobnie, jak w ciele stałym, ale nie są ułożone sztywno jeden względem drugiego. Mogą się względem siebie łatwo przesuwać, podobnie jak ziarnka suchego piasku w piaskownicy. Dlatego ciecz, podobnie jak piasek, przyjmuje kształt naczynia, w którym ją umieścimy. Nie dąży jednak do całkowitego jego wypełnienia, jakby to zrobił gaz. Niektóre cząsteczki (atomy) opuszczają jednak ciecz i poruszają się w pozostałej części naczynia, tworząc parę – substancję w stanie gazowym. Rozmieszczenie atomów w cieczy w bezpośrednim kontakcie ze sobą powoduje, że jest ona, podobnie jak ciało stałe, trudno ściśliwa.