Aggregattilstand

Tilstanden et stoff er i, bestemmes av temperatur og tiltrekningskrefter (Van der Waals-krefter) mellom partiklene stoffet er bygd opp av. På jorden opptrer stoffer vanligvis i fast stoff, væske eller gass, mens plasma er sjeldnere og er mer utbredt i universet. Den sistnevnte tilstanden skilles fra gass ved at elektrisk ladning gir partiklene stoffet er sammensatt av helt unike egenskaper. Det finnes også andre uvanlige tilstander som kan være mellomformer mellom disse fire grunnleggende tilstandene, men disse opptrer sjelden, og bare under ekstreme forhold.

 

I fast form er både formen og volumet av stoffet bestemt når temperaturen er konstant. Molekylene ligger i bestemte posisjoner og utfører bare små bevegelser om en likevektsstilling. I en væske er volumet bestemt, men ikke formen. Enkeltmolekylene og ordnede grupper av molekyler og atomer er i uordnet bevegelse, men befinner seg i omtrent samme avstand fra hverandre som i et fast stoff. I en gass er både form og volum ubestemt. Det er en fullstendig uordnet bevegelse av stoffets molekyler eller atomer, og gassen fyller alltid det rom den har til rådighet. I plasma er også både form og volum ubestemt. Plasma består av enkeltatomer med eller uten elektrisk ladning og dessuten av frie elektroner som er revet vekk fra atomene. En vesentlig del av stoffet i universet er i plasmatilstand.

Ved at temperatur og trykk endres, kan de fleste stoffer overføres til de tre første aggregattilstandene. Fast stoff kan gå over til væske ved smelting, eller til damp ved sublimasjon; væske kan fordampe til damp eller fryse til fast stoff, og damp kan kondensere til væske eller fast stoff.

Vann (H₂O) er et kjent stoff og et passende eksempel på de tre vanligste tilstandene et stoff kan opptre i. Under normale forhold på jorden vil vannet fryse til is når temperaturen når frysepunktet ved 0°C. Det har da endret tilstand fra væske til fast form. Ved å heve temperaturen på vannet vil man gradvis øke fordampningen, slik at væsken går over til gass. Man kan se damp stige fra kokende vann idet gassen kondenseres tilbake til svevende væskedråper som knyttes til ørsmå partikler i luften.

De fire aggregattilstandene kan også beskrives nærmere i stoffenes forskjellige faser. Noen faste stoffer kan for eksempel opptre i krystaller slik som karbon. Ved høyt trykk i jordens mantel kan karbonet krystalliseres til diamanter, men ved lavere trykk kan det samme karbonet danne grafitt. Andre faste stoffer danner ikke krystaller og kalles amorfe.

Et eksempel på faser, eller tilstander, som flytende væske kan opptre i er superfluiditet. Det er observert hos helium i væskefasen som nås ved 4,2 Kelvin under normalt trykk. Superfluiditet vil si at væsken får så lav viskositet at den flyter tilsynelatende uten motstand.

Andre tilstander finnes og kalles: superfaste, degenererte, nøytronium, sterkt symmetrisk materie, svakt symmetrisk materie, kvark-gluon-plasma, fermionisk kondensat, Bose-Einstein-kondensat, sær materie og mye annet.