Aggregatietoestand

Uit Wikipedia, de vrije encyclopedie
Ga naar: navigatie, zoeken

De aggregatietoestand van een stof is de staat waarin een stof zich bevindt. Men gaat daarbij meestal uit van een chemische zuivere stof. Het begrip aggregatietoestand is nauw verwant aan het (bredere) begrip fase. De tot nu toe bekende aggregatietoestanden zijn:

Traditionele aggregatietoestanden[bewerken]

Veel zuivere stoffen komen in de eerste drie aggregatietoestanden voor. Bij een lage temperatuur vormen ze een vaste stof, bij wat hogere temperatuur een vloeistof en bij een nog hogere temperatuur een gas. Onder 'vast' verstaat men meestal een kristallijne vaste stof.

De overgangen tussen de traditionele aggregatietoestanden (S (solid) = vast, L (liquid) = vloeibaar, G = gasvormig)

Bij deze veranderingen is het niet nodig dat de chemische bindingen in de moleculen van de stof worden veranderd. Bijvoorbeeld de vloeistof water kan bij lagere temperatuur overgaan in ijs en bij hogere temperatuur in waterdamp, onder bepaalde omstandigheden stoom genaamd. Deze drie fasen zijn allemaal opgebouwd uit hetzelfde H2O molecuul, let op: waterdamp, vloeibaar water en ijs zijn dus één en dezelfde stof.

De gangbare definities van deze 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 de vaste stof in een vloeistof noemt men smelten, die van vloeistof in een 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. Voor de overgang tussen vast en gas spreekt men van sublimeren of vervluchtigen, bij de overgang van gas direct naar vaste stof spreekt men eveneens wel van depositie of van verrijpen (of rijpen).

Bij een hoge druk en hoge temperatuur is er geen verschil meer tussen de vloeistof en de gasfase. De druk en temperatuur waarbij dat gebeurt noemt men het kritische punt en de stof die voorbij dat punt is noemt men superkritisch.

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

Nieuwe aggregatietoestanden[bewerken]

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 de stof zo sterk verhit wordt (in de orde van duizenden graden Celsius) dat ze elektrisch geleidend wordt. De elektronen van het atoom draaien 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 de kernen 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 een elektromagnetisch veld.

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

Het tripelpunt is een fase waarin de stof zich in 3 fasen tegelijk bevindt. Bij deze fase ligt bij elke stof de druk en de temperatuur vast. De hoeveelheid van een bepaalde fase kan 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].

Bronnen, noten en/of referenties
  1. Quark Matter 2012 International Conference
  2. Nature nieuwsblog
  3. [1] VRT-nieuwsdienst 14/08/2012 21:26
  4. Nature news blog, 13/08/2012: 'Hot stuff: CERN physicists create record-breaking subatomic soup': "ALICE physicists, presenting on Monday at Quark Matter 2012 in Washington DC, say that they have achieved a quark–gluon plasma [...]"
  5. Quark Matter 2012 International Conference
  6. http://aliweb.cern.ch/node/21640
Zoek dit woord op in WikiWoordenboek