Materi adalah "barang" yang membentuk alam semesta - segala sesuatu yang memakan ruang dan memiliki massa adalah materi.
Semua materi terdiri dari atom, yang pada gilirannya terdiri dari proton, neutron, dan elektron.
Atom-atom bergabung untuk membentuk molekul, yang merupakan blok bangunan untuk semua jenis materi, menurut Washington State University. Baik atom dan molekul disatukan oleh suatu bentuk energi potensial yang disebut energi kimia. Tidak seperti energi kinetik, yang merupakan energi dari suatu benda yang bergerak, energi potensial adalah energi yang disimpan dalam suatu benda.
Lima fase materi
Ada empat keadaan alami materi: Padatan, cairan, gas dan plasma. Negara kelima adalah kondensat Bose-Einstein buatan manusia.
Padatan
Dalam benda padat, partikel dikemas rapat sehingga mereka tidak banyak bergerak. Elektron dari masing-masing atom secara konstan bergerak, sehingga atom-atom memiliki getaran kecil, tetapi mereka tetap pada posisinya. Karena itu, partikel dalam padatan memiliki energi kinetik yang sangat rendah.
Padatan memiliki bentuk yang pasti, serta massa dan volume, dan tidak sesuai dengan bentuk wadah di mana mereka ditempatkan. Padatan juga memiliki kepadatan tinggi, yang berarti bahwa partikel-partikel tersebut dikemas rapat menjadi satu.
Cairan
Dalam suatu cairan, partikel-partikel itu lebih longgar dikemas daripada dalam suatu padatan dan mampu mengalir di sekitar satu sama lain, memberikan cairan itu suatu bentuk yang tidak terbatas. Oleh karena itu, cairan akan sesuai dengan bentuk wadahnya.
Sama seperti makanan padat, cairan (yang sebagian besar memiliki kepadatan lebih rendah dari padatan) sangat sulit untuk dikompres.
Gas
Dalam gas, partikel memiliki banyak ruang di antara mereka dan memiliki energi kinetik yang tinggi. Suatu gas tidak memiliki bentuk atau volume yang pasti. Jika tidak dikekang, partikel-partikel gas akan menyebar tanpa batas; jika terbatas, gas akan mengembang untuk mengisi wadahnya. Ketika gas diletakkan di bawah tekanan dengan mengurangi volume wadah, ruang antara partikel berkurang dan gas dikompresi.
Plasma
Plasma bukanlah kondisi materi yang umum di Bumi, tetapi mungkin merupakan kondisi materi yang paling umum di alam semesta, menurut Laboratorium Jefferson. Bintang pada dasarnya adalah bola plasma yang sangat panas.
Plasma terdiri dari partikel bermuatan tinggi dengan energi kinetik yang sangat tinggi. Gas mulia (helium, neon, argon, krypton, xenon dan radon) sering digunakan untuk membuat tanda-tanda bercahaya dengan menggunakan listrik untuk mengionisasi mereka menjadi plasma.
Kondensat Bose-Einstein
Kondensat Bose-Einstein (BEC) diciptakan oleh para ilmuwan pada tahun 1995. Menggunakan kombinasi laser dan magnet, Eric Cornell dan Carl Weiman, ilmuwan di Institut Gabungan untuk Astrofisika Lab (JILA) di Boulder, Colorado, mendinginkan sampel rubidium dalam beberapa derajat nol mutlak. Pada suhu yang sangat rendah ini, gerakan molekuler hampir berhenti. Karena hampir tidak ada energi kinetik yang ditransfer dari satu atom ke atom lainnya, atom-atom mulai menggumpal bersama. Tidak ada lagi ribuan atom yang terpisah, hanya satu "atom super".
BEC digunakan untuk mempelajari mekanika kuantum pada tingkat makroskopik. Cahaya tampak melambat saat melewati BEC, memungkinkan para ilmuwan untuk mempelajari paradoks partikel / gelombang. BEC juga memiliki banyak sifat superfluid, atau cairan yang mengalir tanpa gesekan. BEC juga digunakan untuk mensimulasikan kondisi yang mungkin ada di lubang hitam.
Melewati fase
Menambah atau menghilangkan energi dari materi menyebabkan perubahan fisik ketika materi bergerak dari satu kondisi ke kondisi lainnya. Misalnya, menambahkan energi panas (panas) ke air cair menyebabkannya menjadi uap atau uap (gas). Dan menghilangkan energi dari air cair menyebabkannya menjadi es (padatan). Perubahan fisik juga bisa disebabkan oleh gerakan dan tekanan.
Mencair dan membeku
Ketika panas diterapkan ke padatan, partikel-partikelnya mulai bergetar lebih cepat dan bergerak lebih jauh. Ketika zat mencapai kombinasi suhu dan tekanan tertentu, titik lelehnya, zat padat akan mulai meleleh dan berubah menjadi cairan.
Ketika dua keadaan materi, seperti padat dan cair, berada pada suhu dan tekanan kesetimbangan, panas tambahan yang ditambahkan ke dalam sistem tidak akan menyebabkan suhu keseluruhan zat meningkat hingga seluruh sampel mencapai kondisi fisik yang sama. Misalnya, ketika Anda memasukkan es ke dalam segelas air dan membiarkannya pada suhu kamar, es dan air pada akhirnya akan mencapai suhu yang sama. Saat es mencair dari panas yang berasal dari air, es akan tetap pada nol derajat Celcius sampai seluruh es batu mencair sebelum terus menghangat.
Ketika panas dikeluarkan dari cairan, partikelnya melambat dan mulai mengendap di satu lokasi di dalam zat tersebut. Ketika zat mencapai suhu yang cukup dingin pada tekanan tertentu, titik beku, cairan menjadi padat.
Sebagian besar cairan berkontraksi saat membeku. Air, bagaimanapun, mengembang ketika membeku menjadi es, menyebabkan molekul-molekul terdorong lebih jauh dan mengurangi kepadatan, itulah sebabnya es mengapung di atas air.
Menambahkan zat tambahan, seperti garam dalam air, dapat mengubah titik leleh dan titik beku. Misalnya, menambahkan garam ke salju akan menurunkan suhu yang membeku di jalan, sehingga lebih aman bagi pengemudi.
Ada juga titik, yang dikenal sebagai titik tiga, di mana padatan, cairan dan gas semuanya ada secara bersamaan. Air, misalnya, ada di ketiga negara bagian pada suhu 273,16 Kelvin dan tekanan 611,2 pascals.
Sublimasi
Ketika padatan dikonversi langsung menjadi gas tanpa melalui fase cair, prosesnya dikenal sebagai sublimasi. Ini dapat terjadi baik ketika suhu sampel meningkat dengan cepat di luar titik didih (penguapan cepat) atau ketika suatu zat "beku-kering" dengan mendinginkannya dalam kondisi vakum sehingga air dalam zat mengalami sublimasi dan dikeluarkan dari contoh. Beberapa zat yang mudah menguap akan mengalami sublimasi pada suhu dan tekanan ruangan, seperti karbon dioksida beku, atau es kering.
Penguapan
Penguapan adalah konversi cairan menjadi gas dan dapat terjadi melalui penguapan atau pendidihan.
Karena partikel-partikel cairan bergerak konstan, mereka sering bertabrakan satu sama lain. Setiap tabrakan juga menyebabkan energi ditransfer, dan ketika energi yang cukup ditransfer ke partikel di dekat permukaan, mereka mungkin terlempar sepenuhnya dari sampel sebagai partikel gas bebas. Cairan dingin ketika mereka menguap karena energi yang ditransfer ke molekul permukaan, yang menyebabkan mereka melarikan diri, terbawa bersama mereka.
Cairan mendidih ketika cukup panas ditambahkan ke cairan untuk menyebabkan gelembung uap terbentuk di bawah permukaan. Titik didih ini adalah suhu dan tekanan di mana cairan menjadi gas.
Kondensasi dan pengendapan
Kondensasi terjadi ketika gas kehilangan energi dan bersatu membentuk cairan. Misalnya, uap air mengembun menjadi air cair.
Endapan terjadi ketika gas mentransformasikan langsung menjadi padatan, tanpa melalui fase cair. Uap air menjadi es atau es ketika udara menyentuh benda padat, seperti bilah rumput, lebih dingin daripada sisa udara lainnya.
