Scientia

Materia poate exista în natură în 3 stări de agregare: solidă, lichidă şi gazoasă. O stare de agregare este o formă de organizare a materiei caracterizată prin uniformitate în consistenţă şi rezistenţă, proprietăţi care o diferenţiază de celelalte stări în care substanţa respectivă se poate găsi. O substanţă în stare solidă are o formă bine definită şi este rigidă, una în stare lichidă nu are o formă stabilă, dar are volum fix, iar în cazul stării gazoase nu putem vorbi nici de formă, nici de volum fixe, substanţa aflată în această stare de agregare luând forma şi dimensiunile containerului în care se găseşte.

Diagrama de mai sus prezintă diferenţele de proprietăţi fizice şi aranjament al particulelor între substanţele aflate în cele trei stări de agregare. Într-un solid, particulele sunt dispuse aglomerat într-o configuraţie rigidă, ceea ce conferă substanţei formă şi dimensiuni fixe. Într-un lichid, particulele sunt dispuse aproape unele de altele, dar au libertate de mişcare, ceea ce se traduce prin volum fix şi formă specifică fluidelor, deci forma containerului în care sunt aşezate. În cazul gazelor particulele pot ocupa întregul volum al containerului, astfel că atât forma, cât şi volumul lor sunt definite de container.

Una dintre diferenţele majore dintre cele trei stări de agregare, ilustrată în figura de mai sus, este dată de numărul de interacţiuni între moleculele din compoziţia substanţei. Particulele unui solid interacţionează cu toate particulele vecine, într-un lichid doar cu unii dintre vecini, iar într-un gaz, cel puţin în mod ideal, nu există interacţiuni între particule. Prin ruperea sau formarea legăturilor intermoleculare, o substanţă poate trece dintr-o stare de agregare în alta. De exemplu, moleculele din compoziţia unui gaz condensează dând naştere unui lichid datorită prezenţei forţelor de atracţie intermoleculare. Cu cât forţele de atracţie devin mai puternice, cu atât mai stabil este lichidul (fapt care se traduce în creşterea punctului de fierbere). Transformările între diversele stări de agregare ale unei substanţe sunt ilustrate în figura de mai jos. 

Diagrama de mai jos arată numele transformărilor de stare între lichide, solide şi gaze. Săgeata din dreapta indică faptul că cele trei stări de agregare sunt caracterizate prin valori diferite ale entalpiei sistemului. Entalpia dă măsura potenţialului termodinamic al unui sistem şi este calculată însumând energia internă a sistemului (o sumă a tuturor formelor microscopice de energie a unui sistem fizic sau chimic, oricare ar fi aceasta – mecanică, electrică, magnetică etc.) cu lucrul mecanic de dezlocuire a volumului substanţei efectuat la o presiune egală cu presiunea la care se găseşte respectiva substanţă. Gazele au cea mai mare entalpie, urmate de lichide şi de solide. De aici rezultă că fiecare transformare a stării de agregare este însoţită şi de o modificare a entalpiei substanţei care suferă trecerea dintr-o stare în alta.

Transformările de stare sunt un tip special de reacţii chimice. Reacţiile chimice, conform celor învăţate în liceu la orele de chimie, presupuneau de obicei ruperea unor legături în interiorul moleculelor, pe când în cazul transformărilor de fază avem de-a face cu ruperea sau formarea de legături intermoleculare (interacţii între moleculele aceleiaşi substanţe). Ca în cazul oricărei reacţii chimice trebuie studiat ce presupune transformarea de stare din punct de vedere energetic, ce cantitate de energie este absorbită sau cedată pe parcursul ruperii, respectiv formării legăturilor intermoleculare.

Trecerile dintr-o stare de agregare în alta care presupun ruperea unor legături între molecule (topirea, vaporizarea şi sublimarea) necesită un input energetic pentru învingerea atracţiilor intermoleculare între particulele substanţelor (reacţii endotermice). Celelalte transformări  (condensarea, solidificarea şi desublimarea) sunt însoţite de eliberarea de energie pentru că particulele adoptă o configuraţie cu o entalpie inferioară (reacţii exotermice).

Deşi cea mai rar întâlnită pe Terra, plasma, considerată de multe ori a patra stare de agregare a materie, este cel mai des întâlnită la scara Universului, fiind starea în care se găseşte materia care intră în compoziţia stelelor. Este de fapt un gaz ionizat, din care cauză nu toate textele o consacră ca fiind o stare separată de agregare a materiei.

Câteva detalii despre plasmă puteţi citi în acest articol.