مسابقه 249
یکی از سوالات المپیاد شمیی 2012 آمریکا در مورد حالتهای ماده و دلیل آن‌ها که امیدواریم همه شما دوستان عزیز با توجه به توضیحات مختصر و دانش خود به آن جواب بدهید.
حالتهای ماده در فیزیک فرمهای مجزایی هستند که فازهای مختلف ماده به خود می‌گیرند. چهار حالت از ماده در زندگی روزمره قابل مشاهده است: جامد، مایع، گاز و پلاسما. حالتهای دیگر با عنوانهایی نظیر چگالش بوز-اینشتین و ماده‌ی نوترونی تبهگن شناخته می‌شوند ولی این حالت‌ها در شرایط ویژه مانند فوق سرد یا ماده فوق چگال اتفاق می‌افتد. حالتهای دیگر، مانند پلاسماهای کوارک-گلون، فعلا بصورت تئوری هستند.
از نظر تاریخی، این تمایز بر اساس تفاوت‌های کیفی در خواص بوجود می‌آید. ماده در حالت جامد حجم و شکل ثابتی دارد، که به این دلیل است که ذرات تشکیل دهنده (اتم‌ها، مولکول‌ها یا یون‌ها) به یکدگیر با فاصله نزدیک قرار می‌گیرند. ماده در حالت مایع دارای حجم مشخصی است، اما شکل ظرف را به خود می‌گیرد که در این حالت ذرات به هم نزدیک هستند ولی می‌توانند روی هم حرکت کنند یا به اصطلاح سر بخورند. ماده در حالت گاز می‌تواند هر حجم و شکلی به خود بگیرد زیرا ذرات بصورت کاملا آزادانه می‌توانند حرکت کنند. ماده در حالت پلاسما نیز هر شکل و حجمی می‌تواند به خود بگیرد، اما در این حالت علاوه بر اتم‌های آزاد، مقدار مشخصی از یون‌ها و الکترون‌ها نیز به صورت آزاد وجود دارند. پلاسما متداول‌ترین شکل حالت مرئی مایع در جهان است.
سوال امروز نیز در مورد حالت ماده است که با توجه به توضیحات بالا و اطلاعات خودتان به راحتی می‌توانید به این سوال جوال دهید.
در سطح مولکولی، پارامتری که مشخص می‌کند که یک ماده جامد، مایع یا گاز باشد تعادل میان کدامیک از موارد زیر است؟
1. انرژی‌های جنبشی مولکول‌ها و نیروهای بین مولکولی
2. انرژی‌های پتانسیل مولکول‌ها و نیروهای بین مولکولی
3. انرژی‌های جنبشی مولکول‌های و نیروهای درون مولکولی
4. انرژی‌های پتانسیل مولکول‌ها و نیروهای درون مولکولی