Gaas, vedelik, tahkis

Ained võivad olla tahked, vedelad või gaasilised. Aga mille järgi me aru saame, millises olekus aine on? Tavaliselt ütleb seda meile kogemus. Kui aine on kõva, hoiab oma kuju ning sellest ei saa sõrme läbi torgata, siis on see aine tahke. Kui ainet saab kallata ühest anumast teise ja seejuures võtab aine anuma kuju, siis on aine vedelas olekus. Kui aine on õhku auranud ja levib üle kogu ruumi, siis on tegu gaasilise ainega.

Aine olekut saab määrata ka täpsemalt. See on võimalik siis, kui me teame, millest ained koosnevad ja mida need koostisosad teevad.

Ainete koostisosad on aatomid ja molekulid. Need on väga väikesed aineosakesed, näiteks aatomi läbimõõt on umbes ${10}^{-10}m$. Molekul, mis koosneb mitmest aatomist, on mõnevõrra suurem, aga ikka nii pisike, et seda ei näe ei palja silma ega ka tavalise mikroskoobiga. Nende imepisikeste osakeste vahel mõjuvad elektrilised tõmbe- ja tõukejõud, mis avalduvad siis, kui osakesed on üksteisele piisavalt lähedal. Tahkes olekus, kui osakeste vahekaugus on just selline, nagu on antud ainele omane, on need jõud tasakaalus[mõiste: jõudude tasakaal – olukord, kus kehale mõjuvate jõudude summa on null]. Sellist kaugust nimetatakse tasakaaluliseks kauguseks ja see on mõnevõrra suurem molekuli läbimõõdust.

Kui soojusliikumise tõttu muutub osakestevaheline kaugus väiksemaks kui tasakaaluline kaugus, siis tõukuvad osakesed üksteisest eemale. Kui kaugus saab suuremaks kui tasakaaluline kaugus, hakkavad osakesed tõmbuma. Seda võib ette kujutada mudeli abil, mis koosneb kahest omavahel vedruga ühendatud kuulikesest. Kui kuule ei mõjuta välisjõud, siis asuvad need teineteisest tasakaalulisel kaugusel. Kui kuulid teineteisele lähemale nihutada, tõukab vedru neid teineteisest eemale. Kui kuulid teineteisest kaugemale viia, tõmbab vedru nad teineteisele lähemale.

Tahkes olekus on aine kas kristall[mõiste: kristall – tahkes olekus aine, millel on kindel struktuur; aineosakestel on kindel koht, mille ümber nad võnguvad ning kust nad ei saa ära liikuda] (tahkis) või amorfne aine[mõiste: amorfne aine – tahke aine, kus osakesed paiknevad juhuslikult, st puudub korrapära]. Tahkisel on kindel struktuur ehk kristallstruktuur, mida amorfsel ainel ei ole. Mida tähendab kristallstruktuur[mõiste: struktuur – koostisosade asetus]? See tähendab seda, et aineosakesed paiknevad korrapäraselt. Normaaltingimustel[joonealune: Tingimused, mille korral temperatuur on 0 °C ja õhurõhk 1 atm ehk 101 325 Pa.] on tahkised näiteks kõik metallid (v.a elavhõbe), vääriskivid, jää, keedusool. Amorfsed ained on normaaltingimustel näiteks kõik plastmassid, klaas, kummi, plastiliin. 

Kristallis on igal osakesel kindel koht, kust ta ei saa ära liikuda. Osakesed saavad ainult võnkuda oma asukoha ehk tasakaaluasendi[joonealune: koht, kus kõik kehale mõjuvad jõud on tasakaalus] ümber. Seetõttu tahkiste kuju ja ruumala säilibki. Amorfses aines paiknevad osakesed juhuslikult, st puudub korrapära. Ka amorfse aine osakesed võnguvad oma asukoha ümber, aga lisaks võivad nad aeg-ajalt ka teise kohta nihkuda. Amorfsete ainete kuju saab muuta üpris väikeste väliste jõudude toimel. Näiteks vajuvad amorfsed ained pikkamööda raskusjõu tõttu altpoolt laiemaks ehk voolavad. Näiteks on täheldatud, et vanade kirikute aknaklaasid on altpoolt paksemad kui ülevalt.

Vedelas olekus aine ehk vedelik on voolav, võtab anuma kuju ja pole kokkusurutav. Vedelikus nagu ka amorfses aines paiknevad osakesed juhuslikult, st puudub korrapära. Oma asukohas nad võbelevad[joonealune: võnguvad ebakorrapäraselt] ja aeg-ajalt hüppavad uude asukohta. See on võimalik, sest vedelikus on osakeste vahelised sidemed nõrgemad kui tahkes aines.

See, et vedeliku osakesed liiguvad, võimaldab eri vedelikel iseenesest seguneda. Teeme katse. Tilgutame veega täidetud klaasi natuke sinist tinti. Algul on sinise tindi piirkond selgelt näha. Mõne tunni pärast on tint kandunud palju suuremasse piirkonda ja järgmisel päeval on kogu vesi ühtlaselt sinine.

Gaasides asuvad aineosakesed üksteisest nii kaugel, et nende vahel pole vastastikmõju ja osakesed saavad seetõttu vabalt liikuda, kuigi nad põrkuvad omavahel sageli. Sellise vaba liikumise tõttu täidab gaas alati kogu ruumi. Osakeste vahemaa on palju kordi suurem osakeste läbimõõdust. Seepärast on osakeste vahel palju tühja ruumi ja gaasi on lihtne kokku suruda.