Szerkesztő:LouisBB/Halmazállapot

Az anyagot fizikai illetve kémiai szemszögből tekintve annak részecskéi minden körülmények között (az elméleti, abszolút nulla hőmérsékletet figyelmen kívül hagyva) állandó mozgásban vannak. Lásd az animációt a német Wikipédia egyik hívatkozásából itt: Ennek a mozgásnak a mértéke, ami az anyag hőmérsékletétől és nyomásától függ befolyásolhatja az anyag megjelenési formáját. A megjelenési formát ami a felhalmozódás módját karakterizálja az anyag halmazállapotának nevezzük.

A legalacsonyabb hőmérsékleten az anyag szilárd megjelenési formában, vagyis halmazállapotban van. Az animáció egyik ábrája a szilárd anyag részecskéinek, molekuláinak, atomjainak, vagy ionjainak adott hőmérsékleten és adott nyomás alatti mozgását mutatja amikor a részecskék közötti vonzóerők következtében azok megtartják a szomszédos részecskékkel való kapcsolatukat.

Hőközlés a szilárd anyag részecskéinek kinetikus energiáját emeli, vagyis a részecskék egyre hevesebb kilengéssel mozoghatnak ami hőmérsékletemelkedésben nyilvánul meg. Annak a hőmennyiségnek a neve ami a szilárd anyag egységnyi tömegében egységnyi hőmérsékletemelkedést okoz a szilárd anyag fajhőjének nevezzük, ami nemcsak az anyag kémiai összetételétől, hanem annak hőmérsékletétől is függ.

A hőmérsékletemelkedés a részecskék mozgását élénkíti, azok kilengésével együtt az egymástól való viszonylagos távolságot is növeli, az anyag kiterjed. A kiterjedés mértékét az anyag kémiai összetételére jellemző hőtágulási együttható, vagy hőtágulási tényező fejezi ki ami értéke a kémiai felépítés mellett a hőmérsékletnek is a függvénye. A tágulással a szilárd anyag fajsúlya és relatív sűrűsége folyamatosan csökken.

Folyamatos hőközlés eredményeképpen a szilárd anyag hőmérsékletemelkedése megakad egy hőmérsékletponton. Ezen a ponton a hőközlés halmazállapotváltozást, olvadást eredményez. A halmazállapotváltozás fázisátmenetet is jelent. Az olvadáshő az a hőmennyiség ami az anyag egységnyi tömegének szilárd halmazállapotból cseppfolyós halmazállapotba való hozását eredményezi hőmérsékletváltozás nélkül. Ez a hőmennyiség az anyag kémiai összetételétől függ.

Olyan eset is előfordul amikor a szilárd anyag kristályszerkezete megváltozik anélkül, hogy megolvadna ami a fázisátmenetnek speciális formája. Olvadékok fázisdiagramja.

A cseppfolyós állapot annyiban különbözik a szilárd állapottól, hogy cseppfolyós, (folyadék vagy folyékony) halmazállapotban az anyag részecskéi azok nagyobb energiája és hevesebb mozgása következtében összekeveredhetnek, a nehézségi erő hatására tartóedényükben vízszintesen teljesen kiterjedhetnek. Függőleges irányú kiterjedésüket azonban az anyag jellegzetes, kémiai összetételétől függő felületi feszültség gátolja, vagyis a folyadéknak egy gátolatlan, az edény alakjától független felső, szabad felszíne van.

Folyamatos hőközlés a folyadék hőmérsékletét emeli miáltal a folyadék molekulák energianövekedése gyorsabb mozgást, hőtágulást és fajsúly illetve sűrűségcsökkenést eredményez. A hő okozta sűrűségcsökkenésre fontos kivétel a víz, ami egységnyi térfogata 4°C-on a legnehezebb. Így a jég olvadáspontjától a víz sűrűsége 4°C-g nő, majd folyamatosan csökken. Azt a hőmennyiséget ami egységnyi felmelegedést okoz a folyadék molekulasúlynyi mennyiségében (egy móljában) a szakirodalom a folyadékok moláris hőkapacitása néven sorolja fel.

A hőközlés folyamán a folyadék felmelegedése egy hőmérsékleti ponton megakad, amikor a folyadék forrásba jön. Ebben az állapotban a szolgáltatott hőmennyiség a további felmelegedés helyett halmazállapotváltozást okoz, amikor a folyadék légnemű halmazállapba kerül. Azt a hőmenyiséget ami egységnyi tömegű folyadék légnemű halmazállapotba hozására szükséges párolgási hőnek nevezzük.

A légnemű halmazállapot annyiban különbözik a cseppfolyóstól, hogy az előbbi részecskéinek a kinetikus energiája elegendő a felületi feszültség leküzdésére. Igy a légnemű anyagot egy szabad felszín nem korlátozza, a mozgásban levő molekulák minden irányban szabadon mozoghatnak és a tartályt egyenletesen ki tudják tölteni.

Légnemű halmazállapotban az anyag térfogata, nyomása és hőmérséklete kölcsönösen egymás függvénye. Az ideális egyetemes gáztörvény, amely szerint molekulasúlynyi mennyiségre vonatkoztatva: pV=RT (ahol p=nyomás, V=térfogat, R=egyetemes gázállandó, és T=abszolút hőmérséklet) csak olyan esetekre érvényes amikor a légnemű anyag molekulái elég nagy távolságban vannak egymástól ahhoz, hogy azt a hátást amit azok egymásba ütközése okoz elhanyagolhassuk.

Az a hőmennyiség ami légnemű halmazállapotban molekulasúlynyi mennyiség egységnyi hőmérsékletemelkedését okozza a légnemű anyag moláris hőkapacitása néven ismeretes, ami mérhető állandó térfogatra vonatkoztatva, vagy állandó nyomásra vonatkoztatva is, a kettő nem egyenértékű.

A légnemű anyag további hőközlésre egy igen magas hőmérsékleten olyan a többitől élesen különböző erősen ionizált állapotba lép amit egy új halmazállapotnak tekintünk. Ennek a halmazállapotnak a neve plazma.

Mind az olvadás, mind a forrás/párolgás, mind az ionizáció reverzibilis, vagyis megfordítható folyamat és hűtés útján az anyag a hidegebb halmazállapotába kerül, de nem minden légnemű anyag cseppfolyósítható hűtés kizárólagos alkalmazásával. Amikor a légnemű anyag magas hőmérsékleten alacsony nyomáson van hűtés magában nem elegendő, és cseppfolyósításhoz a nyomást is növelni kell. Az a nyomásminimum, ami egy légnemű anyag cseppfolyósítására feltétlenül szükséges az anyagra jellegzetes kritikus nyomásnak nevezzük. A légnemű anyagot kritikus nyomása felett gáznak, kritikus nyomása alatt gőznek nevezzük.

Az egyik halmazállapotból egy másikba való átmenet nem történik kizárólagosan az átmeneti pontokon. Ez az átmenet egy az anyag kémiai összetételére jellemző egyensúlyi folyamat ami a hőmérséklet és a nyomás függvénye.