Missä kiteisiä aineita esiintyy?

Lyhyesti vastaus kuuluu: joka puolella. Pidempi ja tarkempi vastaus saadaan alla. Tämä teksti kertaa lukio-tason asiaa aineen olomuodoista. Tämä on tärkeää pohjatietoa jatkossa.

Aineen olomuotoja ovat kaasumainen, nestemäinen ja kiinteä, jolloin aine voi olla kiteistä tai nestemäisamorfista. Kiinteässä olomuodossa kiteinen olomuoto on yleinen. Lähes kaikki kivet koostuvat mineraalikiteistä.

• Aine voi siis olla:
• Kaasumaista, kuten vesihöyry
• Nestemäistä, kuten juokseva vesi
• Kiinteää, jolloin se on joko
  • kiteistä, kuten jää tai sokeri
  • nestemäisamorfista, kuten ikkunalasi

Kaasumaisessa olomuodossa aine täyttää kulloinkin käytettävissä olevan tilan, ts. aineella ei ole määrättyä tilavuutta eikä muotoa. Paineen, lämpötilan ja tilavuuden suhde noudattaa kaasun tilanyhtälöä (pV=RT).

Ainesosaset ts. atomit ja molekyylit ovat suoraviivaisessa lämpöliikkeessä, johon törmäysten seurauksena tapahtuvat kimmoamiset aiheuttavat muutoksia. Esimerkiksi vesihöyry on vettä kaasumaisessa olomuodossa.

Tavallinen juokseva vesi on nestemäisessä olomuodossa. Nestemäisessä olomuodossa aineella on tietty tilavuus mutta ei muotoa, joka riippuu esimerkiksi astiasta. Tilavuuden muutos paineen muutoksen vaikutuksesta on hyvin vähäinen; vesi ei ole kokoonpuristettavissa.

Ainesosaset toisin sanoen atomit ja molekyylit muodostavat ryhmiä, joiden sisällä yksityiset hiukkaset suorittavat värähtelevää lämpöliikettä. Ryhmät pääsevät liikkumaan toistensa suhteen ja yksittäiset hiukkaset voivat siirtyä ryhmästä toiseen.

Kiinteässä olomuodossa aineella on tietty tilavuus ja muoto. Paineen muutosten vaikutus tilavuuteen on vielä vähäisempi kuin edellisessä tapauksessa. Kiinteä olomuoto jakaantuu kahteen tyyppiin: se on joko kiteistä tai nestemäisamorfista.

Esimerkiksi jää on kiinteää ainetta, joka koostuu kiteistä. Kiteisessä olomuodossa aineihiukkaset (molekyylit) ovat tiukasti järjestäytyneet aivan tiettyihin paikkoihin. Ne ovat värähtelevässä lämpöliikkeessä tiety kiinteän keskipisteen ympärillä.

Kiteet ovat rakenteeltaan homogeenisia mutta anisotrooppisia, ts. niiden rakennepiirteet, esim. ainehiukastiheys on eri suuntiin erilainen, mutta samaan suuntaan läpi koko kiteen sama. Säännöllinen rakenne kuvastuu myös kiteisen aineen muodossa.

Kiteisellä aineella on tietty sulamispiste. Kidettä kuumennettaessa lämpötila kohoaa sulamispisteeseen, jolloin lämpötila pysyy samana kunnes koko kide on sulanut. Tarvitaan siis energiaa kiteisen aieen muuttamiseksi nesteeksi. Nesteen kiteytyessä vapautuu sama määrä energiaa. Kiteisessä olomuodossa aineen energiasisältö on pienimmillään, kaasumaisessa suurimmillaan.

Kipsi on huoneen lämpötilassa kiinteää ja kiteistä.

Esimerkiksi ikkunalasi on kiinteässä olomuodossa, mutta sillä ei ole kiderakennetta. Nestemäisamorfisen aineen rakenne muistuttaakin nesteen rakennetta. Ainehiukkaset muodostavat rakenteeltaan ja koostumukseltaan vaihtelevia ryhmiä, joissa ne suorittavat tietyn keskipisteen ympärillä värähtelevää lämpöliikettä. Ryhmät ovat sitoutuneet toisiinsa, eivätkä ne pääse liikkumaan toistensa suhteen.

Aine on tilastollisesti homogeeninen, mutta yksityiskohdissaan epähomogeeninen. Nestemäis-amorfista ainetta kuumennettaessa se vähitelleen pehmenee ja muuttuu juoksevaksi. Tällaista ainetta voidaan pitää nesteenä, jonka viskositeetti on erittäin suuri. Olomuoto on metastabiili eli epäpysyvä ja pyrkii muuttumaan kiteiseksi. Esimerkkeinä piki ja lasi (vanha ikkunalasi). Ei kiteytymis- tai sulamispistettä.