10th Αύγουστος 2020

ScienceLab.Gr

Science Communication

Πόσες καταστάσεις της ύλης γνωρίζεις;

γράφει η Δρ. Άννα Β. Μπαριωτάκη

Η Χημεία είναι μια από τις δύο βασικές επιστήμες (μαζί με τη Φυσική) που μελετά την ύλη και τις ιδιότητές της. Η χημεία ως επιστήμη ενδιαφέρεται για τη σύνθεση και τη δομή της ύλης, ενώ έχοντας την πληροφορία για τα χαρακτηριστικά αυτά ενός υλικού, προσπαθεί να ερμηνεύσει τις ιδιότητές του και ιδιαίτερα τις μεταβολές της σύστασής του.

Από τις βασικές γνώσεις θεωρείται αυτή που αφορά τις καταστάσεις της ύλης. Πόσες λοιπόν καταστάσεις της ύλης γνωρίζεις;

Πριν ξεκινήσουμε τον διαχωρισμό των καταστάσεων της ύλης, καλό θα ήταν να εξηγήσουμε τι είναι η ύλη. Ως ύλη ορίζεται οτιδήποτε έχει μάζα και καταλαμβάνει χώρο σε κάποιον όγκο. Ουσιαστικά θα έλεγε κανείς, οτιδήποτε μπορούμε να αντιληφθούμε γύρω μας, με την βοήθεια των αισθήσεων μας. Ο Δημόκριτος ήταν από τους πρώτους που ασχολήθηκε με την ύλη και από τι αποτελείται, ονομάζοντας τα αδιάσπαστα αόρατα στοιχεία που αποτελούν την ύλη ως άτομα. Έκτοτε και όσον αφορά τον μακρόκοσμο, η ύλη με τα χρόνια χωρίστηκε σε κατηγορίες.

Υγρό: χαρακτηρίζεται ένα σώμα το οποίο ενώ έχει σταθερό όγκο, δεν συμπιέζεται, ρέει εύκολα και μπορεί να πάρει το σχήμα του δοχείου στο οποίο φυλάσσεται.

Στερεό: χαρακτηρίζεται ένα σώμα το οποίο έχει σταθερό όγκο, δεν συμπιέζεται, έχει σταθερό σχήμα και δεν συμπιέζεται.

Αέριο: χαρακτηρίζεται ένα σώμα το οποίο έχει σταθερό όγκο παρόλα αυτά συμπιέζεται και παίρνει το σχήμα του δοχείου στο οποίο περιέχεται.

Πλάσμα: μια πιο άγνωστη προς πολλούς, κατάσταση της ύλης. Ένα σώμα που χαρακτηρίζεται ως πλάσμα, δεν έχει σταθερό σχήμα ή όγκο και αποτελείται από πλήθος ιόντων και ελεύθερων ηλεκτρονίων. Το πλάσμα προέρχεται από την αέρια φάση μιας ουσίας, την οποία έχουμε ιοντίσει. Δηλαδή της έχουμε απομακρύνει πλήθος ηλεκτρονίων από την ατομική ακτίνα των πυρήνων, μέσω προσφερόμενης ενέργειας.

Πρόσφατα, διαπιστώθηκε η ύπαρξη και μιας πέμπτης κατηγορίας ύλης, του συμπυκνώματος Bose – Einstein. Το 1920 περίπου οι Bose και Einstein θεωρητικά πρότειναν αυτή την πέμπτη κατηγορία. Το 1995 οι Cornell, Wieman και Ketterle παρήγαγαν στο εργαστήριο ένα τέτοιο συμπύκνωμα, πράγμα που τους απέδωσε το Nobel Φυσικής το 2001. Φέτος διαπιστώθηκε και επιβεβαιώθηκε και μέσω του πειράματος που πραγματοποίησε η NASA, στον Διεθνή Διαστημικό Σταθμό. Το νέφος, όταν παγώσει σε θερμοκρασία μικρότερη από το απόλυτο μηδέν, θεωρητικά δεν κινείται, αλλά μέσω του πειράματος διαπιστώθηκε ότι αλλάζει μορφή και συμπεριφέρεται ως μια οντότητα, που λειτουργεί ως κύμα. Να επισημάνουμε ότι η κυματική φύση των ατόμων έχει παρατηρηθεί μέχρι πρότινος στον μικρόκοσμο. Πλέον το συμπύκνωμα θα μελετηθεί εκτενέστερα από ερευνητικές ομάδες και αναμένουμε με ενδιαφέρον περισσότερα για τις ιδιότητες του συμπυκνώματος Bose-Einstein.

Τα παραπάνω αποτελούν ένα απλό αλλά τρανταχτό παράδειγμα, ότι τόσο οι επιστήμες όσο και οι γνώσεις μας εξελίσσονται συνεχώς. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα, ως ανθρωπότητα και επιστημονική κοινότητα, να αναθεωρούμε συχνά αυτά που θεωρούμε ως δεδομένα, να εξελίσσουμε και να βελτιώνουμε την άποψή μας για το σύμπαν και φυσικά να μην χάνουμε την μεγαλύτερη επιστημονική ανάγκη του ανθρώπου: αυτή της απορίας και του πειραματισμού! Άλλωστε η γνώση κερδίζεται μέσα από πειράματα και θεμελιώνεται με εμπειρία!

Πηγές:

  1. Space Station Experiment Reaches Ultracold Milestone, Tony Greicius, 27 July 2018, NASA (Ηλεκτρονικά διαθέσιμο άρθρο: https://www.nasa.gov/feature/jpl/space-station-experiment-reaches-ultracold-milestone).
  2. Παιδαγωγικό Ινστιτούτο, Υπουργείο Εθνικής Παιδείας και Θρησκευμάτων, επιμ. (2002). «Πυρηνική Χημεία». Χημεία Θετικής Κατεύθυνσης Β΄Λυκείου (6η έκδοση). Οργανισμός Εκδόσεων Διδακτικών Βιβλίων. σελίδες 890–891.
  3. Gammon, General Chemistry, Copyright 1999 Houghton Mifflin Company, μετάφραση Νικόλαος Δ. Κλούρας, Copyright 2002 Εκδοτικός οίκος ΤΡΑΥΛΟΣ, ISBN 960-7990-66-8

 * Η Δρ. Άννα Β. Μπαριωτάκη είναι χημικός (MSc) (PhD) εκπαιδευτικός (Chemistry.edu.gr)