Hoofdmenu openen

Wikipedia β

De aggregatietoestand is de fysische staat waarin een gegeven hoeveelheid materie zich bevindt. De overgang van de ene naar de andere aggregatietoestand van materie is een natuurkundig proces: er vinden geen chemische veranderingen plaats.

Inhoud

De verschillende aggregatietoestandenBewerken

De tot nu toe bekende aggregatietoestanden zijn:

Het begrip aggregatietoestand is nauw verwant aan het (bredere) begrip fase.

Traditionele aggregatietoestandenBewerken

Op aarde komt materie in de eerste vier aggregatietoestanden voor. Bij een lage temperatuur vormt materie een vaste stof, bij stijgende temperatuur een vloeistof en bij een nog hogere temperatuur een gas en mogelijk een plasma.

In de natuur kan materie in de vaste aggregatietoestand kristallijn, semikristallijn of amorf voorkomen.

 
De drie aggregatie toestanden van een stof en de benamingen van de overgangen

Bij de overgang van een aggregatietoestand naar een andere (smelten/stollen; verdampen/condenseren; sublimeren/rijpen) verandert er vanuit scheikundig standpunt niets. Water bijvoorbeeld gaat, bij dalende temperatuur, vanuit de vloeibare aggregatietoestand over in die van (de (vaste stof) ijs, en bij stijgende temperatuur in waterdamp. Scheikundig bezien blijft het water hierbij onveranderd: H2O. Voor de entropie (S) van deze aggregatietoestanden geldt er dat Sgas > Svloeibaar > Svast.

De gangbare definities van de eerste drie aggregatietoestanden zijn:

  • Een hoeveelheid vaste stof heeft bij een gegeven temperatuur een eigen volume en een eigen vorm.
  • Een hoeveelheid vloeistof heeft bij een gegeven temperatuur een eigen volume, maar neemt de vorm van het vat aan.
  • Een hoeveelheid gas past zowel zijn volume als zijn vorm aan die van het vat aan.

De overgang van vaste stof naar vloeistof noemt men smelten, die van vloeistof naar gas verdampen. Andersom wordt de overgang van gas naar vloeistof condenseren genoemd, en van vloeistof naar vaste stof stollen.

Het is voor sommige stoffen onder bepaalde condities mogelijk om de vloeistoffase over te slaan. Bij de directe overgang van vast naar gas spreekt men van sublimatie, van gas direct naar vaste stof spreekt men van rijpen (zoals rijp na nachtvorst), of van neerslaan (bijvoorbeeld het afzetten van metaal-damp als coatings op lenzen).

Boven een bepaalde hoogte van druk en temperatuur is er geen verschil meer tussen de vloeibare en de gasfase van een gegeven stof. De druk en temperatuur waarboven dit verschil wegvalt noemt men het kritische temperatuur van deze stof en de stof die voorbij dat punt is noemt men superkritisch.

Tussen vaste stof en vloeistof ligt de vloeibare kristalfase (liquid crystal, bekend van het lcd). Soms worden ook amorfe stoffen (zoals glas) als een tussenvorm beschouwd.

Nieuwe aggregatietoestandenBewerken

Vier andere en weinig bekende aggregatietoestanden zijn plasma, bose-einsteincondensaat ofwel BEC, het tripelpunt en waarschijnlijk quark-gluonplasma.

Plasma wordt vaak de vierde aggregatietoestand genoemd. Hierin zijn de deeltjes van een stof in meer of mindere mate geïoniseerd. Plasma is de fase waarin een stof zo sterk verhit wordt (in de orde van duizenden graden Celsius) dat ze elektrisch geleidend wordt. De elektronen van het atoom bewegen hierbij niet meer rond de kern, maar hebben zoveel energie dat ze als het ware tussen de kernen door bewegen. Dit plasma komt in de natuur voor in het binnenste van sterren, maar ook in gaswolken en het interstellair medium. Plasma wordt in de techniek gebruikt in bijvoorbeeld de elektrische lasboog en in de tl-lamp. Plasma kan onder controle gehouden worden door het in een elektromagnetisch veld te brengen.

Het "bose-einsteincondensaat", BEC, is de tegenhanger van plasma en wordt beschouwd als de vijfde aggregatietoestand. Het vormt zich als een stof wordt afgekoeld tot het absolute nulpunt (0 Kelvin of -273,15 °C). Als dit nulpunt zeer dicht is genaderd vallen de atomen van de stof allemaal in dezelfde kwantumfysische fase, waarbij ze één groot superatoom vormen. Iets soortgelijks gebeurt met licht in een laser. Net als plasma is BEC recent tot stand gebracht in een laboratorium. Deze aggregatietoestand komt in de natuur voor in het binnenste van neutronensterren.

Het tripelpunt is de fase waarin een stof zich in de gasvormige, vloeibare en vaste fasen tegelijk bevindt. Bij deze fase ligt voor iedere gegeven stof de druk en de temperatuur vast. De verhouding gas/vloeistof/vaste stof kan bij het tripelpunt van de gegeven stof wel variëren.

Quark-gluonplasma is een fase die bij hoge temperaturen en hoge dichtheid voorkomt. Hoogstwaarschijnlijk kwam deze fase voor tijdens de eerste 20 tot 30 microseconden na de big bang. In augustus 2012 is voor het eerst materie in deze aggregatietoestand gebracht, in het laboratorium ALICE aan het Europees agentschap voor nucleair onderzoek CERN in Zwitserland. De resultaten van dit experiment werden op 13 augustus 2012 voorgesteld op de internationale conferentie 'Quark Matter'[4], in Washington D.C..[5][6].

Zie ookBewerken