Wat zijn toestanden van materie?
De toestanden van materie zijn de verschillende fysieke vormen die materie kan bereiken afhankelijk van de moleculaire configuratie. De drie klassieke toestanden - vast, vloeibaar en gas - zijn gemakkelijk waarneembaar op aarde en kunnen van de ene naar de andere overgangen. Onder niet-klassieke toestanden van materie is plasma de meest voorkomende, goed voor een groot percentage van de baryonische materie in het bekende universum. Andere niet-klassieke toestanden kunnen sterke overeenkomsten vertonen met klassieke, vereisen specifieke omgevingscondities of bestaan voornamelijk in theorie. Het Bose-Einstein-condensaat, een van de vroegst bevestigde theoretische toestanden, wordt algemeen aanvaard als de vijfde primaire toestand van materie, na de drie klassieke en plasma.
De materietoestand van een object hangt grotendeels af van de sterkte en het karakter van zijn intermoleculaire krachten. In vaste stoffen, bijvoorbeeld, zijn de krachten sterk genoeg om deeltjes dicht bij elkaar te pakken, waardoor trillingen hun enige vorm van beweging zijn. Hierdoor kunnen vaste stoffen bepaalde vormen en volumes bereiken. Vloeistoffen hebben daarentegen zwakkere intermoleculaire krachten die de deeltjes bij elkaar trekken. Vloeistoffen hebben geen definitieve vorm; ze volgen de vorm van hun containers en vullen zoveel ruimte in als hun volumes toelaten. De intermoleculaire krachten van gassen zijn zelfs zwakker dan vloeistoffen, wat resulteert in een vorm die de neiging heeft om door de hele container uit te zetten, ongeacht het volume van de gassen.
De drie klassieke toestanden van materie kunnen van de ene naar de andere overgaan met behulp van warmte en druk. Het proces waardoor vaste stoffen vloeistoffen worden, wordt smelten genoemd, terwijl het omgekeerde bekend staat als bevriezen of stollen. Dit wordt vaak geïllustreerd met water - in vloeibare toestand kan water worden ingevroren tot ijs, een vaste stof, die vervolgens weer in vloeibaar water kan worden gesmolten. Met voldoende warmte en druk kunnen vloeistoffen gassen worden via een proces dat bekend staat als verdamping; het omgekeerde daarvan staat bekend als condensatie. Vaste stoffen kunnen via sublimatie rechtstreeks in gassen overgaan, terwijl gassen door afzetting vaste stoffen kunnen worden.
Hoewel de klassieke toestanden van materie gewoonlijk op aarde worden waargenomen, vormt plasma de meeste materie in sterren. Plasma is een geïoniseerd gas dat, in tegenstelling tot de klassieke toestand, elektromagnetische stromen genereert. Bose-Einstein-condensaten, genoemd naar Satyendra Nath Bose en Albert Einstein, zijn gassen die worden gekoeld tot een punt waar de deeltjes niet meer onafhankelijk werken, wat resulteert in een enkelvoudige, wrijvingsloze kwantumtoestand. Buiten deze vijf belangrijkste toestanden van materie, theoretiseren wetenschappers over talloze andere, zoals vreemde en donkere materie. Onder andere glazen en vloeibare kristallen worden als verschillend genoeg beschouwd van de vijf om te worden aangemerkt als niet-klassieke materietoestanden.