מצב צבירה – הבדלי גרסאות

הוסרו 12,464 בתים ,  לפני שנה
החלפת הדף בתוכן "קובץ:States of matter He.svg|ממוזער|250px|שלושת מצבי הצבירה של החומר, הנפוצים על פני כדור הארץ. מצבי צב..."
(שחזור עריכות של 2A00:A040:18A:F192:809D:B8A2:F9F8:E043 (שיחה) (HG) (3.4.10))
(החלפת הדף בתוכן "קובץ:States of matter He.svg|ממוזער|250px|שלושת מצבי הצבירה של החומר, הנפוצים על פני כדור הארץ. מצבי צב...")
תגיות: החלפה שוחזרה עריכה חזותית
[[קובץ:States of matter He.svg|ממוזער|250px|שלושת מצבי הצבירה של החומר, הנפוצים על פני כדור הארץ. מצבי צבירה נוספים קיימים, וחלקם נפוצים ביקום הרבה יותר.]]
'''מצב צבירה''' של [[חומר]] הוא אחד מה[[מצב (תרמודינמיקה)|מצב]]ים או ה[[פאזה (חומר)|פאזות]] הבסיסיים והעיקריים של החומר, שניתן להבדיל ביניהם באופן [[אינטואיציה|אינטואיטיבי]]. לחומר ארבעה מצבי צבירה הניתנים לצפייה בחיי היום-יום והם: [[מוצק]], [[נוזל]], [[גז]] ו[[פלזמה (מצב צבירה)|פלזמה]]. קיימות פאזות רבות נוספות לחומרים שונים, ולעיתים כדי להבדיל ביניהן נדרשים ידע וכלים מתאימים.
 
חומר יעבור ממצב צבירה אחד לשני בטמפרטורה מסוימת, הנקראת טמפרטורת מעבר. טמפרטורות המעבר שונות עבור כל חומר. עקב החשיבות הרבה של מצבי הצבירה והמעברים ביניהם בחיי היום-יום, לכל מעבר מצב צבירה שם ייחודי: מעבר ממוצק לנוזל נקרא [[התכה]] (ולא "המסה" כפי שנקרא בשפת היום-יום), מעבר מנוזל לגז נקרא [[התאיידות]]. מעבר מגז לפלזמה נקרא [[יינון]]. גם למעברים ההפוכים שם ייחודי: מעבר מפלזמה לגז נקרא [[רקומבינציה (חשמל)|רקומבינציה]], מעבר מגז לנוזל נקרא [[התעבות]], ומעבר מנוזל למוצק נקרא [[הקפאה]] או התמצקות.
 
טמפרטורת המעבר תלויה גם בסוג החומר אך גם ב[[לחץ]]. בדרך כלל לחץ גבוה יותר יעלה את טמפרטורת המעבר, אך לא תמיד. דוגמה בולטת למקרה ההפוך היא [[האנומליה של המים|התכה של מים]]. את הקשר בין מצבי הצבירה השונים, לחץ וטמפרטורה אפשר לצייר ב[[דיאגרמת פאזות]].
 
לא כל החומרים מופיעים בכל מצבי הצבירה, לדוגמה: פחמן-דו-חמצני, בלחץ אטמוספירי רגיל, עובר היישר ממצב מוצק למצב גז, ללא מעבר דרך חומר הנוזל.
[[מים]] כדוגמה, הם חומר המסוגל להיות בכל ארבעת מצבי הצבירה.
 
== תכונות מצבי צבירה ==
לכל אחד ממצבי הצבירה הנפוצים תכונות האופייניות לו:
 
:{{גודל|1|הערה: התכונות של ה[[מים]] במצבי הצבירה השונים שונה במקצת מיתר החומרים בטבע. לתכונות המים במצבי הצבירה השונים ראה ערך '''[[האנומליה של המים]]'''.}}
* '''[[מוצק]]:''' ה[[מולקולה|מולקולות]] של החומר מסודרות והרווחים ביניהן קטנים מאוד. לחומר במצב זה צורה מוגדרת (להבדיל מנוזל ומגז שלהם אין צורה מוגדרת - הם מקבלים את צורת הכלי שבו הם נמצאים) ו[[נפח]] מוגדר (בדומה לנוזל, אך להבדיל מגז).
* '''[[נוזל]]:''' מולקולות החומר אינן מסודרות אבל הרווח ביניהן קטן. תנועת המולקולות אינה רבה כמו בגז, אבל אינה מעטה כמו במוצק.
* '''[[גז]]:''' המולקולות אינן צמודות (ישנו ריק ביניהן) והן נעות בחופשיות. גז, בדומה לנוזל, מסוגל לזרום, ואינו מתנגד לשינוי בצורתו. בניגוד לנוזל, לגז אין נפח קבוע, והוא נוטה להתפשט כדי למלא את כל הנפח שהוקצב לו.
* '''[[פלזמה (מצב צבירה)|פלזמה]]:''' חלק או כל האלקטרונים שבחומר מתנתקים ממנו והמולקולות הופכות להיות [[מטען חשמלי|טעונות חשמלית]]. מבחינה מכנית, פלזמה מתנהגת כגז - אינה שומרת על נפח קבוע וממלאת את הכלי המכיל, אך מבחינה כימית וחשמלית תכונותיה שונות לחלוטין.
 
== דיאגרמת פאזות ==
[[קובץ:דיאגרמת פאזות של מים.png|שמאל|ממוזער|300px|דיאגרמת פאזות של מים. קווי מעבר הפאזה (רציפים) הם הטמפרטורות והלחצים שבהם מתרחשים מעברי הפאזה. במיוחד מודגשים מעברי הפאזה בלחץ אטמוספירה אחת ב-0 ו-100 מעלות, שהם הקיפאון והתאדות של מים.]]
ב[[תרמודינמיקה]], נהוג לתאר את מצבי הצבירה של החומר בדיאגרמת פאזות T-P. זהו תרשים דו-ממדי שבו ציר x הוא ה[[טמפרטורה]] T ואילו ציר y הוא ה[[לחץ]] P. במערכת צירים זו מציירים את העקומות המפרידות בין מצבי הצבירה של הנוזל ובכך מחלקים את השטח לשלושה חלקים, כאשר בכל חלק החומר נמצא במצב צבירה אחר. בקווים המחברים בין שני אזורים החומר יכול להימצא ב[[שיווי משקל תרמודינמי|שיווי משקל]] בשתי הפאזות, מסיבה זו הם נקראים "קווי דו-קיום". [[נוסחת קלאוזיוס קלפרון]] מאפשרת לחשב את השיפוע של קווים אלה.
 
== מעברי פאזה ==
{{ערך מורחב|מעבר פאזה}}
[[קובץ:טמפצבירה.jpg|ממוזער|300px|השפעת טמפרטורה על מעבר בין מצבי צבירה]]
[[קובץ:גרףצבירה.jpg|ממוזער|300px|גרף מעברים בין מצבי צבירה]]
מעבר של חומר בין מצבי הצבירה השונים תלוי ב[[טמפרטורה]] וב[[לחץ]]. למעברים בין מצבי הצבירה יש שמות ייחודיים:
{| class="wikitable" style="text-align: center"
|-
|
| '''למוצק'''
| '''לנוזל'''
| '''לגז'''
| '''לפלזמה'''
|-
| '''ממוצק'''
| style="background: repeating-linear-gradient(-45deg, LightGray, LightGray 5px, #eeeeee 5px, #eeeeee 10px)" |
| [[התכה]] (או היתוך)
| [[המראה (פיזיקה)|המראה]] (סובלימציה)
|-
| '''מנוזל'''
| [[קפיאה]] (או קיפאון) וכן התמצקות
| style="background: repeating-linear-gradient(-45deg, LightGray, LightGray 5px, #eeeeee 5px, #eeeeee 10px)" |
| [[התאדות]] (נידוף) או [[רתיחה]]
|-
| '''מגז'''
| [[ריבוץ]] (דפוזיציה)
| [[עיבוי]]
| style="background: repeating-linear-gradient(-45deg, LightGray, LightGray 5px, #eeeeee 5px, #eeeeee 10px)" |
| [[יינון]]
|-
| '''מפלזמה'''
|
|
| [[רקומבינציה (חשמל)|רקומבינציה]]
|}
 
המושג [[המסה]] (מסיסות) אינו מעבר בין מצבי צבירה, אלא מתאר ערוב של שני חומרים ליצירת [[תמיסה]].
 
חומרים שונים נבדלים בתנאים בהם מתרחש מעבר מצב צבירה. במרבית המקרים, הגדלת ה[[לחץ]] בו נמצא החומר מעלה את טמפרטורות מעבר מצבי הצבירה שלו.
דוגמה של חומר הנפוץ על פני כדור הארץ בשלושת מצבי הצבירה שלו הוא ה[[מים]]: בלחץ של [[אטמוספירה]] אחת נקודת ההיתוך שלהם (שבה הם הופכים מקרח למים) היא 0 מעלות צלזיוס, ונקודת הרתיחה שלהם (שבה הם הופכים ממים לאדי מים שהם גז) היא 100 מעלות. חומרים אחרים ([[חנקן]] למשל) בעלי נקודת רתיחה נמוכה מאוד, ולכן הם נפוצים רק בצורת גז על פני כדור הארץ, בעוד לחומרים כמו [[ברזל]] נקודת היתוך גבוהה מאוד, ולכן הם נפוצים רק בצורת מוצק על פני כדור הארץ.
 
תהליך מעבר הפאזה מתחיל בדרך-כלל באופן מקומי סביב אתרי [[התגרענות]]. חוסר קיומם של אתרים כאלו יכול להביא למצב של [[קירור יתר]] או [[חימום יתר]].
 
===עקומת החימום===
אם מחממים חומר הנמצא במצב צבירה מוצק, הטמפרטורה הפנימית שלו עולה, עד שהיא מגיעה לטמפרטורת ההיתוך של חומר זה, בשלב זה המשך חימום לא יגרום לעלייה בטמפרטורה, היות שנדרשת אנרגיה לשינוי מצב הצבירה ממוצק לנוזל (אנרגיה המשמשת לשבירת קשרים בין חלקיקי החומר).
בשלב בו כל החומר שינה את מצב הצבירה והפך כולו לנוזל, המשך חימום יגרום לעליית טמפרטורת החומר, וזאת עד הגיע החומר לנקודת הרתיחה.
בנקודה זו מושקעת אנרגיה בהפיכת מצב הצבירה מנוזל לגז, והמשך חימום לא יגרום לעליית טמפרטורה אלא לשינוי מצב הצבירה.
כאשר החומר כולו הופך לגז המשך חימום יגרום לטמפרטורת אדי החומר לעלות, כלומר להגדלת תנועת החלקיקים.
 
== פלזמה ==
{{הפניה לערך מורחב|פלזמה (מצב צבירה)}}
ה[[פלזמה (מצב צבירה)|פלזמה]] שונה באופן מהותי ממצבי הצבירה האחרים. בעוד שההבדל בין מצבי הצבירה האחרים (גז, נוזל ומוצק) הוא רק באופי הקשרים החלשים אשר יוצרות מולקולות החומר בינן לבין עצמן ללא שינוי במבנה המולקולות והאטומים עצמם, בפלזמה משתנה מבנה האטום עצמו. במצב צבירה זה, הקרוי גם גז מיונן, אחדים מה[[אלקטרון|אלקטרונים]] שבקליפה החיצונית (או כל האלקטרונים הללו) הופרדו מה[[אטום]], והחומר הוא אוסף של [[יון|יונים]] ואלקטרונים שאינם מחוברים זה לזה. מצב צבירה זה אופיין לראשונה על ידי [[ויליאם קרוקס]] בשנת 1879. אף שמצב זה אינו נפוץ ב[[כדור הארץ]], הוא מצב הצבירה של 99% מהחומר הרגיל ב[[היקום|יקום]] (כלומר, למעט [[חומר אפל|החומר האפל]] וה[[אנרגיה אפלה]]) . צורות נפוצות של פלזמה כוללות את [[השמש]] ו[[כוכב]]ים נוספים, [[ברק]], [[רוח השמש]], הגז בנורות ניאון ופלאורסנט ועוד.
 
== מצבי צבירה מיוחדים ==
 
קיימים חומרים אשר יכולים להתקיים במצבי צבירה מורכבים יותר כגון [[גביש נוזלי|גבישים נוזליים]], [[נוזל-על]], [[ננוטכנולוגיה|ננוחלקיקים]], [[עיבוי בוז-איינשטיין]], [[ננס לבן#חומר מנוון|חומר מנוון]], [[כוכב נייטרונים]], [[פלזמת קווארקים-גלואונים]] ואחרים. אלו מצבים שנדירים על פני כדור הארץ, וחלקם מלאכותיים ומתקיימים במעבדות בלבד. עם זאת חלקם נפוצים למדי ביקום: כל ה[[ננס לבן|ננסים הלבנים]] עשויים בעיקר חומר מנוון, וכל כוכבי הנייטרונים עשויים כמעט אך ורק מ[[נייטרון|נייטרונים]].
 
== ראו גם ==
* [[נקודה משולשת]]
* [[חום כמוס]]
* [[נקודה קריטית]]
 
== קישורים חיצוניים ==
{{מיזמים|ויקימילון=מצב צבירה}}
* [http://astroclub.tau.ac.il/video_h.html#physics הרצאת וידאו: 1001 מצבי צבירה בטבע], באתר [http://astroclub.tau.ac.il/ המועדון האסטרונומי של אוניברסיטת ת"א]
* דוגמה לדו"ח מעבדת חומרים, הטכניון 1995, דימה הופמן, דיאגרמת פאזות: [http://davidson.weizmann.ac.il/online/tikshuv/physics/מצבי-צבירה-0 מצבי צבירה].
 
[[קטגוריה:מצבי צבירה|*]]
[[קטגוריה:פיזיקה של חומר מעובה]]
[[קטגוריה:תרמודינמיקה]]
[[קטגוריה:תכונות כימיות]]
משתמש אלמוני