La matière est le "truc" qui compose l'univers - tout ce qui prend de l'espace et a de la masse est de la matière.
Toute la matière est constituée d'atomes, eux-mêmes constitués de protons, de neutrons et d'électrons.
Les atomes se réunissent pour former des molécules, qui sont les éléments constitutifs de tous les types de matière, selon la Washington State University. Les atomes et les molécules sont maintenus ensemble par une forme d'énergie potentielle appelée énergie chimique. Contrairement à l'énergie cinétique, qui est l'énergie d'un objet en mouvement, l'énergie potentielle est l'énergie stockée dans un objet.
Les cinq phases de la matière
Il existe quatre états naturels de la matière: les solides, les liquides, les gaz et le plasma. Le cinquième état est celui des condensats de Bose-Einstein créés par l'homme.
Solides
Dans un solide, les particules sont étroitement liées les unes aux autres afin de ne pas bouger beaucoup. Les électrons de chaque atome sont constamment en mouvement, donc les atomes ont une petite vibration, mais ils sont fixes dans leur position. De ce fait, les particules d'un solide ont une énergie cinétique très faible.
Les solides ont une forme définie, ainsi que la masse et le volume, et ne sont pas conformes à la forme du récipient dans lequel ils sont placés. Les solides ont également une densité élevée, ce qui signifie que les particules sont étroitement liées les unes aux autres.
Liquides
Dans un liquide, les particules sont plus lâchement emballées que dans un solide et sont capables de circuler entre elles, donnant au liquide une forme indéfinie. Par conséquent, le liquide se conformera à la forme de son récipient.
Tout comme les solides, les liquides (dont la plupart ont une densité plus faible que les solides) sont incroyablement difficiles à comprimer.
Des gaz
Dans un gaz, les particules ont beaucoup d'espace entre elles et ont une énergie cinétique élevée. Un gaz n'a ni forme ni volume définis. S'il n'est pas confiné, les particules d'un gaz se répandront indéfiniment; s'il est confiné, le gaz se dilate pour remplir son récipient. Lorsqu'un gaz est mis sous pression en réduisant le volume du récipient, l'espace entre les particules est réduit et le gaz est comprimé.
Plasma
Le plasma n'est pas un état de matière commun ici sur Terre, mais il peut être l'état de matière le plus courant dans l'univers, selon le Jefferson Laboratory. Les étoiles sont essentiellement des boules de plasma surchauffées.
Le plasma est constitué de particules hautement chargées avec une énergie cinétique extrêmement élevée. Les gaz nobles (hélium, néon, argon, krypton, xénon et radon) sont souvent utilisés pour faire des signes lumineux en utilisant l'électricité pour les ioniser à l'état plasma.
Condensat de Bose-Einstein
Le condensat de Bose-Einstein (BEC) a été créé par des scientifiques en 1995. En utilisant une combinaison de lasers et d'aimants, Eric Cornell et Carl Weiman, scientifiques du Joint Institute for Lab Astrophysics (JILA) à Boulder, Colorado, ont refroidi un échantillon de rubidium à quelques degrés près du zéro absolu. À cette température extrêmement basse, le mouvement moléculaire est très proche de l'arrêt. Puisqu'il n'y a presque pas d'énergie cinétique transférée d'un atome à l'autre, les atomes commencent à s'agglutiner. Il n'y a plus de milliers d'atomes séparés, juste un "super-atome".
Un BEC est utilisé pour étudier la mécanique quantique à un niveau macroscopique. La lumière semble ralentir lorsqu'elle passe à travers un BEC, permettant aux scientifiques d'étudier le paradoxe particule / onde. Un BEC possède également de nombreuses propriétés d'un superfluide ou d'un fluide qui s'écoule sans frottement. Les BEC sont également utilisés pour simuler des conditions pouvant exister dans les trous noirs.
Passer par une phase
Ajouter ou retirer de l'énergie de la matière provoque un changement physique lorsque la matière passe d'un état à un autre. Par exemple, l'ajout d'énergie thermique (chaleur) à l'eau liquide la transforme en vapeur ou en vapeur (un gaz). Et retirer l'énergie de l'eau liquide la transforme en glace (un solide). Les changements physiques peuvent également être causés par le mouvement et la pression.
Fusion et congélation
Lorsque de la chaleur est appliquée à un solide, ses particules commencent à vibrer plus rapidement et à s'éloigner. Lorsque la substance atteint une certaine combinaison de température et de pression, son point de fusion, le solide commence à fondre et à se transformer en liquide.
Lorsque deux états de la matière, tels que solide et liquide, sont à la température et à la pression d'équilibre, la chaleur supplémentaire ajoutée au système n'entraînera pas d'augmentation de la température globale de la substance jusqu'à ce que l'échantillon entier atteigne le même état physique. Par exemple, lorsque vous mettez de la glace dans un verre d'eau et que vous la laissez à température ambiante, la glace et l'eau finiront par atteindre la même température. Au fur et à mesure que la glace fond de la chaleur provenant de l'eau, elle restera à zéro degré Celsius jusqu'à ce que le glaçon entier fond avant de continuer à se réchauffer.
Lorsque la chaleur est retirée d'un liquide, ses particules ralentissent et commencent à se déposer à un endroit de la substance. Lorsque la substance atteint une température suffisamment froide à une certaine pression, le point de congélation, le liquide devient solide.
La plupart des liquides se contractent lorsqu'ils gèlent. L'eau, cependant, se dilate lorsqu'elle gèle en glace, ce qui fait que les molécules s'éloignent et réduisent la densité, c'est pourquoi la glace flotte au-dessus de l'eau.
L'ajout de substances supplémentaires, telles que du sel dans l'eau, peut modifier les points de fusion et de congélation. Par exemple, l'ajout de sel à la neige fera baisser la température que l'eau gèle sur les routes, ce qui la rendra plus sécuritaire pour les conducteurs.
Il existe également un point, appelé point triple, où les solides, les liquides et les gaz existent tous simultanément. L'eau, par exemple, existe dans les trois états à une température de 273,16 Kelvin et une pression de 611,2 pascals.
Sublimation
Lorsqu'un solide est converti directement en gaz sans passer par une phase liquide, le processus est connu sous le nom de sublimation. Cela peut se produire soit lorsque la température de l'échantillon augmente rapidement au-delà du point d'ébullition (vaporisation éclair) ou lorsqu'une substance est "lyophilisée" en la refroidissant sous vide de sorte que l'eau dans la substance subit une sublimation et soit éliminée de l'échantillon. Quelques substances volatiles subiront une sublimation à température et pression ambiantes, comme le dioxyde de carbone gelé ou la glace carbonique.
Vaporisation
La vaporisation est la conversion d'un liquide en gaz et peut se produire par évaporation ou par ébullition.
Parce que les particules d'un liquide sont en mouvement constant, elles entrent fréquemment en collision les unes avec les autres. Chaque collision entraîne également le transfert d'énergie et lorsque suffisamment d'énergie est transférée aux particules près de la surface, elles peuvent être complètement éloignées de l'échantillon sous forme de particules de gaz libres. Les liquides se refroidissent lorsqu'ils s'évaporent, car l'énergie transférée aux molécules de surface, qui provoque leur fuite, s'emporte avec eux.
Le liquide bout lorsque suffisamment de chaleur est ajoutée à un liquide pour provoquer la formation de bulles de vapeur sous la surface. Ce point d'ébullition est la température et la pression auxquelles un liquide devient un gaz.
Condensation et dépôt
La condensation se produit lorsqu'un gaz perd de l'énergie et se rassemble pour former un liquide. Par exemple, la vapeur d'eau se condense en eau liquide.
Le dépôt se produit lorsqu'un gaz se transforme directement en solide, sans passer par la phase liquide. La vapeur d'eau devient de la glace ou du givre lorsque l'air touchant un solide, comme un brin d'herbe, est plus frais que le reste de l'air.
