Materia - Starile materiei

Dar ar fi sa definim material prin prisma unui student boboc am defini-o drept orice are masa si ocupa un spatiu. In studiul chimiei fizice ne vom focaliza asupra materiei constituita din protoni, neutroni si electroni, mai rar cu forme exotice de manifestarea acesteia precum pozitronii sau mezonii si niciodata de manifestari tip quark.

Materia se manifesta in mai multe stari posibile, formele cele mai intalnite la nivelul cunoasterii planetare fiind starea solida, starea lichida si starea gazoasa. Exista totusi si alte forme de manifestare a materiei care sunt azi bine cunoscute precum plasma (gaze ionizate), materia nucleara (stelele neutronice), si nu in ultimul rand materia "gaurii negre".

In univers majoritatea materiei nu se manifesta doar intr-o singura stare din categoria solida, lichida, gazoasa ci si in stari exotice precum plasma. Daca luam spre exemplu sistemul nostru solar atunci vom observa ca pe langa predominanta manifestarilor solide, lichide, gazoase, la nivelul soarelui, cel care guverneaza sistemul, starea preponderenta este plasma.

1. Variabile care caracterizeaza materia

Pentru a descrie o proba de materie putem apela la diferite variabile precum masa, numarul de moli, volumul, temperatura, presiunea, densitatea si asa mai departe. Pentru a ne usura munca aceste variabile au o simbolistica proprie m, n, V, T, p, r, etc. Aceste variabile se numesc variabile de stare deoarece ele descriu starea unui sistem si deoarece depind doar de starea acestuia. In cele ce urmeaza vom definii din ce in ce mai multe astfel de variabile.

Variabilele care caracterizeaza material se pot clasifica in doua mari categorii:

variabile a caror valoare este proportionala cu cantitatea de materie a probei si definite drept variabile extensive;

variabile care sunt independente de cantitatea de materie a probei si definite drept variabile intensive.

Din lista anterioara putem observa ca masa, numarul de moli si volumul fac parte din categoria variabilelor extensive, pe cand temperatura, presiunea si densitatea fac parte din categoria variabilelor intensive.

Starea unui sistem este data prin specificarea valorilor tuturor variabilelor care caracterizeaza sistemul. Definit astfel, sistemul este presupus a exista intr-un echilibru. Definitia termodinamica a echilibrului va fi data ulterior, specificand acum doar faptul ca putem definii echilibrul prin faptul ca tot ceea ce trebuia sa se intample in sistem s-a intamplat deja. Altfel spuse cele anterioare ar fi ca sistemul are proprietatile care le-ar avea dupa un timp infinit, sau ca echilibrul este starea in care nici una din valorile variabilelor care il caracterizeaza nu se mai modifica in timp. Aceasta ultima definire trebuie sa excluda sistemele asa definite 'steady-state' (ca de exemplu sisteme in care unul din materiale paraseste sistemul iar altul patrunde in sistem dand senzatia ca sistemul nu se modifica.

Unitati si dimensiuni

De obicei utilizam sistemul international de unitati SI (Système International d'Unités), putinele exceptii vor fi amintite mai jos. Acest sistem international SI este definit drept standardul pentru intreaga comunitate a planetei, el practic derivand din vechiul sistem mks. Sistemul este metric, adica unitati mai mici sau mai mari se pot obtine prin multiplicarea sau divizarea unei unitati de baza cu puteri a lui zece

Uneori utilizam valori care nu fac parte din SI. Pentru volum utilizam litrul (L) si mililitrul (mL), 1000 L fiind egal cu 1 m³. In cazul energiei se utilizeaza uneori litri atmosfere (L atm) sau litri bari (L bar), unitati care ar trebui convertite la jouli

1 Latm = 101.325 J 1 Lbar = 100 J

Atentie la unitatea de energie caloria (cal) care nu trebuie confundata cu caloria utilizata drept unitate de alimentatie care este de fapt o kcal. Caloria se defineste astfel 1 cal = 4,184 J.

Unitatea SI pentru presiune este Pascal (Pa). Pa este o forta de 1 Newton per m alte unitati utilizate pentru presiune sunt atmosfera, barii si Torr. Conversia dintre aceste unitati este:

1 atm = 101325 Pa = 1.01325 bar = 760 Torr.

In vechea literatura Torr se scria drept mm Hg.