Vast, vloeibaar, gas ... dat zijn de toestanden van materie die we grondig kennen, maar wat zorgt voor een toestand van materie? En zijn er andere toestanden?
Sinds mensen voor het eerst onderscheid tussen hen maakten, werden de toestanden van materie bepaald door hoe de materie zich gedroeg, in bulk; dus een vaste stof had een vaste vorm (en volume), een vloeistof een vast volume (maar veranderde van vorm om te passen in de container waarin hij zich bevond), en een gas zette uit om de container te vullen. Toen we eenmaal beseften dat materie uit atomen (en moleculen) bestaat, werden de toestanden van materie onderscheiden door hoe de moleculen (of atomen in een element) zich gedroegen: in vaste stoffen zijn ze zowel dichtbij als in een vaste opstelling (bijv. In kristallen), in vloeistoffen dichtbij maar de opstelling is niet vast, en in gassen niet dichtbij (dus geen specifieke opstelling).
Maar hoe zit het met plasma? Het lijkt op een gas - dus als het elke container vult waarin het zich bevindt, is het een gas - maar niet (de ionen en elektronen werken op totaal verschillende manieren samen, in een plasma, dan moleculen (of atomen) doen in een vaste stof, vloeistof of gas) ). Daarom is plasma de vierde toestand van materie.
Het werd een beetje ingewikkelder naarmate wetenschappers de materie nauwkeuriger bestudeerden.
Als je bijvoorbeeld water verwarmt in een sterke, maar transparante container, boven een bepaalde temperatuur (en druk) - de kritische temperatuur (kritische druk) genoemd - worden de vloeistof- en gastoestanden één ... het water is nu een superkritische vloeistof ( je hebt dit misschien gezien, in een scheikundeles misschien, hoewel waarschijnlijk niet met water!).
Dan is er het onderscheid tussen kristallen (kristallijne toestand) en glazen (glazige toestand); beide lijken erg solide, maar de rangschikking van moleculen in een glas lijkt meer op die van moleculen in een vloeistof dan die in een kristal ... en glazen kunnen stromen, net als vloeistoffen, als ze lang genoeg worden gelaten.
Is er een 'vijfde toestand van de stof'? Ja! Een Bose-Einstein-condensaat (BEC) ... dat is als een gas, behalve dat de samenstellende atomen zich allemaal (of meestal) in de laagst mogelijke kwantumtoestand bevinden ... dus een BEC heeft bulkeigenschappen die heel anders zijn dan die van enige andere materie (quantum) gedrag macroscopisch worden).
In de astrofysica zijn er nogal wat exotische toestanden van materie; Zo wordt in witte dwergsterren voorkomen dat materie verder (gravitatie) instort door elektrodegeneratiedruk; hetzelfde gebeurt in neutronensterren, behalve dat de neutronen-degeneratiedruk ervan (er kan ook een nog extremere toestand van de materie zijn, tegengehouden door quark-degeneratiedruk!). Er is ook een tegenhanger van gewone plasma's: quark-gluon-plasma (in een gewoon plasma gemaakt van waterstof worden de atomen afgebroken in elektronen en protonen; in een quark-gluon plasma protonen en neutronen 'smelten' in hun samenstellende quarks en gluonen).
Zijn er gerelateerde Space Magazine-verhalen? Zeker! Bijvoorbeeld: vergeet neutronensterren, Quark-sterren kunnen de dichtste lichamen in het universum zijn, Schwarzschild-straal en de volgende generatie Magnetoplasma-raket kunnen worden getest op ruimtestation.
Materiële toestanden, waaronder enkele exotische, zul je vinden in Astronomy Cast; bijvoorbeeld deze Vragen Show.
Bronnen:
Wikipedia
Purdue universiteit
New York Universiteit
Wikipedia: Bose-Einstein-condensaat
