حالت فیزیکی و ماده
پیش از هر چیزی باید بدانیم که حالت فیزیکی چیست و چگونه تعریف می شود. اگر بخواهیم خیلی خیلی دقیق شویم می توانیم تعاریف سخت و عجیب غریب برگرفته از ترمودینامیک را معیار قرار دهیم و بر آن ها تاکید کنیم.
اما اگر بخواهیم ساده تر به مساله نگاه کنیم، می توان حالت های فیزیکی را با فاصله بین ذرات توصیف کرده و توضیح داد. همه ما می دانیم که در هر حالت فیزیکی که در نظر بگیریم، ذرات به میزان مشخصی از هم فاصله داشته و تعداد برخورد های آن ها در محدوده مشخصی قرار دارد.
در یک نگاه بسیار ساده و ابتدایی می توان گفت، حالت فیزیکی گاز، زمانی وجو دارد که ذرات در بیشترین فاصله ممکن از هم حرکت کرده و کمترین تعداد برخورد با یکدیگر را دارند. در حالت فیزیکی جامد، ذرات فاصله بسیار کمی دارند ولی برخوردی با یکدیگر ندارند و در یک مکان مشخص از توده ماده، صرفا ارتعاشات گرمایی نشان می دهند.
حالت فیزیکی مایع، چیزی بین حالت جامد و گازی است. یعنی، ذرات نه به قدری دور هستند که برهمکنش نداشته باشند؛ و نه به قدری به هم نزدیک اند که در یک توده مشخص و شکل یافته قرار بگیرند.
تغییر حالت فیزیکی چیست؟
تغییر حالت فیزیکی در یک نگاه بسیار کلی و بسیار کاربردی، صرفا تغییر فاصله بین ذرات است. مثلا، اگر یک تکه یخ را برداریم و به آن نگاه کنیم، فاصله هر مولکول آب با مولکول مجاورش مثلا n آنگستروم است. حالا اگر این فاصله را به kn آنگستروم (k یک عدد دلخواه) برسانیم، دیگر یخ نخواهیم داشت؛ در این موقعیت، به حالت فیزیکی مایع رسیده ایم و باز اگر این k را خیلی خیلی بزرگتر کنیم، به حالت فیزیکی گازی خواهیم رسید.
بنابراین، حالت های فیزیکی، در حقیقت از فاصله بین ذرات نشات می گیرند. به همین علت است که گاهی در متون علمی، ما در مورد یک توده جامد در حال مطالعه هستیم؛ اما برای یک ماده با غلظت جزئی که به صورت ناخالصی وارد توده شده است، کلمه عجیب حالت گازی را مشاهده می کنیم.
این حالت گازی، اشاره به همان مفهوم فاصله بین ذرات دارد. چون در آن توده جامد، غلظت این ناخالصی بسیار جزئی بوده است. بنابراین، فاصله بین ذرات آن ماده ناخالصی بسیار بسیار زیاد خواهد بود؛ و چنین می نماید که انگار همه توده ماده، یک اتمسفر بوده که ناخالصی ما، به صورت یک گاز با غلظت جزئی در آن پراکنده شده است.
پلاسما چیست؟
پلاسما یکی دیگر از حالت های فیزیکی است. حالت پلاسما، حالتی شبیه به حالت گازی است. با این تفاوت که ذرات موجود در حالت گازی تغییری نکرده اند؛ اما در حالت پلاسما، ذرات به اشکال مختلفی دچار تغییرات اساسی شده اند.
مثلا گاز هیدروژن را در نظر بگیرید. در این حالت، مولکول های هیدورژن به صورت کاملا آزاد و مستقل دیده می شوند که آزادانه در فضا حرکت می کنند. این ذرات به صورت دو اتم هیدروژن متصل به هم دیده می شوند که حول محور متصل کننده دو اتم در حال ارتعاش و چرخش هستند.
اما زمانی که به پلاسما تبدیل شوند؛ دیگر به صورت مولکولی نخواهند بود؛ بلکه مخلوطی از رادیکال های آزاد، یون های مثبت و منفی و مولکول های برانگیخته در خواهند آمد. در این حالت فیزیکی، ما یک نور خاص حال بسته به نوع ماده در یک طول موج معین و خاص مشاهده خواهیم کرد.
به عنوان مثال های ساده از پلاسما، جرقه و شعله، از جنس پلاسما هستند. در واقع، پلاسما یک شکل به شدت برانگیخته شده از حالت گازی است. در واقع ما با یونیزه کردن گاز به پلاسما می رسیم. در شکل زیر، انواع حالت های فیزیکی موجود در شیمی (حالت های فیزیکی خیلی بیشتر از این هاست اما ما در شیمی فقط با همین چهار حالت کار داریم) و روش های تبدیل آن ها به یکدیگر را مشاهده می کنید.
