Materia reprezinta ceva care are masa si ocupa spatiu. Termenul se refera la toate obiectele reale din lumea naturala, cum ar fi pietre, roci, cristale de gheata, gaze, apa, varza, par etc. Starile materiei se refera la cele patru forme fizice in care poate exista materia, si anume: solida, lichida, gazoasa si plasma. Intelegerea noastra a naturii se bazeaza pe anumite presupuneri legate de particulele din care este compusa materia si de proprietatile acestor particule. Aceasta intelegere este rezumata in teoria cinetica a materiei. Conform teoriei cinetice a materiei, toata materia este compusa din particule minuscule. Aceste particule pot fi atomi, molecule, ioni sau o combinatie a acestor particule de baza.
Prin urmare, daca ar fi posibil sa ne uitam la cele mai mici unitati din care este compusa o bucata de aluminiu, am putea observa atomii de aluminiu. In mod similar, cea mai mica unitate a unui cristal de zahar este considerata a fi o molecula de zahar. Particulele fundamentale din care este compusa materia se afla mereu in miscare. Aceste particule se pot roti pe axele lor, pot vibra inainte si inapoi in jurul unui anumit punct dat, pot calatori prin spatiu ca niste gloante sau pot afisa toate acele tipuri de miscare. Diversele stari ale materiei difera intre ele in functie de miscarea lor. In general, particulele din care sunt alcatuite solidele se misca foarte incet, particulele lichide se misca mai rapid, iar particulele gazoase se misca mult mai rapid decat particulele lichide sau solide. Particulele din care este facuta plasma au proprietati speciale.
Cristalele lichide si proprietatile lor bizare
Solida, lichida si gazoasa – acestea sunt cele trei cele mai comune forme ale materiei. Insa, unele materiale nu se incadreaza perfect intr-una din aceste categorii. Cristalele lichide sunt o asemenea forma de materie. Cristalele lichide sunt materiale care au proprietati atat ale solidelor, cat si ale lichidelor. Acestea exista intr-un interval relativ ingust de temperaturi. La temperaturi aflate sub acest interval, cristalele lichide se comporta ca niste solide. La temperaturi aflate deasupra intervalului, cristalele lichide se comporta ca niste lichide.
Comportamentul cristalelor lichide se datoreaza formei moleculelor din care sunt compuse. Va puteti gandi la aceste molecule ca avand aspectul unor trabucuri sau creioane – au tendint sa fie lungi si subtiri. Acestea pot fi aranjate intr-un material intr-una din trei forme. In cristalele nematice, moleculele sunt paralele intre ele, dar sunt libere sa se miste inainte si inapoi in raport unele cu altele. Moleculele din cristalele smectice sunt deasemenea paralele intre ele, dar nu se misca inainte si inapoi – acestea sunt totusi aranjate in straturi care trec unele peste altele. Moleculele din cristalele colesterice apar in straturi foarte structurate, care sunt setate la unghiuri usor diferite de cele de mai sus si de cele de mai jos.
Proprietatea interesanta a cristalelor lichide este modul in care acestea transmit lumina. Lumina poate trece printr-un cristal lichid cu mai multa usurinta intr-o directie, decat in alta. Daca privesti unul din cristale dintr-o anumita directie, ai putea vedea toata lumina care trece prin acesta. Insa, daca privesti dintr-o alta directie, nicio lumina nu ar fi vizibila. Aranjamentul moleculelor dintr-un cristal lichid poate fi modificat prin adaugarea energiei. De exemplu, daca incalzim cristalul, moleculele isi pot schimba pozitia in raport unele cu altele. Acest lucru este utilizat in noi tipuri de termometre medicale, care isi schimba culoarea odata cu temperatura. Pe masura ce caldura corpului se schimba, moleculele din cristalul lichid se schimba si ele, la fel si lumina pe care o transmit, si apar diverse culori.
Cristalele lichide sunt folosite, de asemenea, pentru afisajele din calculatoarele electronice. Cand apesi un buton pe calculator, trimiti un curent electric prin afisaj. Curentul electric determina moleculele din cristalul lichid sa-si schimbe pozitia. Prin cristal trece mai multa sau mai putina lumina, iar numerele se aprind sau se sting. Miscarea particulelor de materie este o functie a energiei pe care o contin. Sa presupunem ca adaugam caldura, o forma de energie, unui solid. Aceasta caldura este folosita pentru a creste viteza cu care se misca particulele solide. Daca este adaugata suficienta caldura, in cele din urma, particulele se vor misca indeajuns de rapid pentru ca substanta sa se transforme intr-un lichid (se topeste).
Diferentele dintre starile materiei
Se poate face distinctia intre solide, lichide si gazoase pe doua nivele: macroscopic si submicroscopic. Termenul “macroscopic” se refera la proprietati care pot fi observate de cele cinci simturi ale omului, fie ca beneficiaza de ajutor sau nu. Termenul “submicroscopic” se refera la proprietati care sunt prea mici pentru a fi vazute chiar si cu cele mai bune microscoape.
La nivel macroscopic, solidele, lichidele si gazoasele pot fi distinse unele de altele pe baza formei si volumului. De exemplu, solidele au forma si volum constant – un cub de zahar intotdeauna arata exact la fel, atata timp cat nu este topit, dizolvat sau schimbat in vreun fel. Lichidele au un volum constant, dar o forma nedefinita. Daca torni 100 ml de apa dintr-un recipient inalt si subtire intr-o tigaie lata, vei obtine acelasi volum, insa forma lichidului se schimba. In cele din urma, gazoasele nu au nici forma si nici volum constant. Acestea iau dimensiunea si forma containerului in care sunt plasate.
Aceste diferente macroscopice intre solide, lichide si gazoase reflecta proprietatile particulelor din care sunt compuse. In cazul solidelor, aceste particule se misca foarte incet si au tendinta sa exercite forte de atractie puternice unele asupra celorlalte. Deoarece au o tendinta scazuta de a se distanta unele de altele, particulele raman in aceeasi forma si cu acelasi volum. Particulele unui lichid se misca mai rapid, insa tot mai exercita o forta semnificativa unele asupra celorlalte. Aceste particule au capacitatea de a circula unele pe langa altele, insa nu pot scapa de atractia reciproca. Particulele unui gaz se misca foarte rapid si au foarte putina atractie unele pentru altele. Acestea zboara in toate directiile, impiedicand gazul sa ia o forma sau un volum determinat.
Plasma este considerata a fi cea de-a patra stare a materiei. Plasma a fost foarte bine studiata doar in ultimele cateva decenii. Aceasta rareori exista pe Pamant, desi apar frecvent in stele si alte parti ale universului. O plasma este un amestec asemanator cu un gaz, care are o temperatura foarte ridicata. Temperatura plasmei este atat de ridicata, incat atomii din care este facuta sunt complet ionizati. Acest lucru inseamna ca electronii care apar in mod normal intr-un atom au fost smulsi de temperatura ridicata, iar acum exista in mod independent de atomii de la care provin. Prin urmare, o plasma este un amestec foarte fierbinte de electroni si ioni pozitivi, atomii care au ramas dupa ce li s-au indepartat electronii.
