Materia hiru agregazio-egoeratan aurkitu dezakegu eskuarki: solidoa, likidoa eta gasa. Agregazio-egoera horiei egoera fisiko edo fase esaten zaie. Agregazio-egoeren artean agertzen diren diferentzia makroskopikoak azaltzeko, materiaren egitura mikroskopikoa aztertu behar da ezinbestez. Materia atomoz, molekulaz edo ioiz osaturik dago, eta horien jokaera agregazio-egoeraren araberakoa da. Ikuspegi mikroskopikotik, bi faktore kontrajarriren lehia dago. Batetik, partikulen arteko kohesio-indarrak daude: hidrogeno-zubia, dipolo-dipolo indarra, Van der Waalsen indarra… Kohesio-indarrek oinarri elektromagnetikoa dute. Urrunetik erakarpen indarrak dira, eta hurbiletik, aldaratzaileak. Indar horien eraginez materiaren partikulek elkartzera jotzen dute, eta oso gertu daudenean urrundu egiten dira (talkak). Bestetik, kitzikapen termikoak partikulen agitazioa sortzen du, eta partikulen higidura eragiten du. Berez, zero absolutuan (0 K), partikulak erabat geldi leudeke; eta tenperatura handitzean partikulen agitazioa handitzen da. Horregatik, kohesio-indarrak eta kitzikapen termikoa “lehian” daudela esan dezakegu. Lehia horretan nagusitzen den faktorearen arabera, materia agregazio-egoera batean edo bestean egongo da.

Materiaren partikulen jokaera solido-, likido- eta gas-egoeran

• Solido-egoera: materia kondentsatuaren fisika arduratzen da solidoen azterketa egiteaz. Solido-egoeran kohesio-indarrak nagusitzen dira. Partikulen arteko erakarpena oso indartsua denez, partikulak oso gertu daude, eta haien higidura galarazten da. Kohesio-indarrek lotura bat eratzen dutela esan ohi da. Horrela, solidoetan partikulek kokapen finkoak dituzte. Hala ere, partikulak ez daude erabat geldi, beren kokapenen inguruan oszilazio txikiak egiten dituzte kitzikapen termikoagatik, eta gutxi batzuk desplazamendu oso txikiak izaten dituzte (difusioa). Partikulen kokapenak sare batean periodikoki antolatuta badaude, solido kristalinoa eratzen dute (adib., sukaldeko gatza —NaCl, sodio kloruroa—). Kokapenak desordenaturik badaude, ordea, solido amorfoa da (adib., beira). Solidoek itxurari eta bolumenari eusten diete denboran zehar. Berez, zurrunak dira, eta ez dira jariatzen. Horregatik, presioak eta ebakidura-tentsioak jaso ditzakete deformatu gabe. Solidoak konprimiezinak dira.

• Likido-egoera: materia likido-egoeran badago, kohesio-indarren eragina eta kitzikapen termikoarena neurrikoak dira. Hori dela eta, partikulak mugitu egiten dira higidura kaotikoan, eta talkak gertatzen dira. Likido-egoeran partikulen arteko distantziak solidoetan daudenak baino pixka bat handiagoak dira. Likidoek bolumena mantentzen dute, eta dauden gordailuaren forma hartzen dute, gordailuaren beheko aldean kokatuz. Solidoak bezala, presioak jasotzeko gai dira deformatu gabe, hau da, konprimiezinak dira. Baina, solidoak ez bezala, ebakidura-tentsioen aurrean etengabe deformatzen dira, fluidoak direlako.

• Gas-egoera: gas-egoeran, kitzikapen termikoa gailentzen da. Horregatik, partikulen arteko erakarpena txikitzen da, eta partikulak urrundu egiten dira bata bestearengandik; hala, talken arteko distantziak handitu egiten dira. Gasek gordailuaren forma eta bolumena hartzen dute, eta, gordailua itxia ez bada, hedatu egiten dira. Azken finean, gasek bolumen handiena hartzera jotzen dute hutsean. Gasak era nabarmenean konprimi eta deforma daitezke. Likidoak bezala, gasak fluidoak dira.

Materiaren presioan, bolumenean edo tenperaturan aldaketak eginez, materia fase batetik beste batera igaro daiteke, fase-trantsizioa deituriko prozesuaren bitartez. Fase-trantsizioa gertatzeko, beharrezkoa da bero-xurgapena edo bero-askapena gertatzea. Bero-kantitate horiek oso garrantzitsuak dira, fase-trantsizioaren inguruan tenperatura-diferentzia txikiekin bero asko askatu edo xurgatu daitekeelako. Adibidez, edariak edo bestelakoak hozteko, izotza erabiltzen da, urtzean bero asko xurgatzen duelako (uraren urtze-bero sorra 334 J/g da; hau da, izotz gramo bat urtzeko, 334 J xurgatu behar du). Txongilaren funtzionamendua ere fenomeno horretan oinarritzen da. Barruko ur pixka bat buztinaren poroetatik dario, eta lurruntzean txongila hozten du (uraren lurruntze-bero sorra: 2.257 J/g).

Presio konstanteko fase-trantsizioetan, tenperatura eta presioa konstante mantentzen dira, eta soilik bolumena aldatzen da. Horrela, solidotik likido-egoerara pasatzean, bolumena handitzen da; eta likidotik gas-egoerara pasatzean ere bai. Baina material gehienetarako balio duen arau horrek salbuespenak ditu. Ezaguna denez, ur likidoa izoztean bolumena handitzen da.

PVT diagrama eta horren proiekzioak

Faseak eta fase-trantsizioak adierazteko, diagrama bat erabili ohi da, PVT diagrama (ikus aurreko irudia), edo bestela horren proiekzioak: PV, PT eta VT diagramak. Uraren PT diagraman (ikus hurrengo irudia), hiru eskualde azaltzen dira (solidoa, likidoa eta gasa), eta horietan fase bakarra dago. Diagrama horretako T puntuan hiru faseak, solidoa, likidoa eta gasa, oreka termodinamikoan daude. Horri puntu hirukoitza esaten zaio, eta substantzia bakoitzaren ezaugarria da. Adibidez, uraren puntu hirukoitzean tenperatura 0,0098 °C da. Tenperatura horretan, ur likidoak eta izotzak lurrunaren presio partzial bera daukate, 611,73 Pa.

Uraren PT diagrama

Hala ere, materiaren agregazio-egoeren sailkapen hau ez da nahikoa naturan ageri diren materialak azaltzeko. Azken finean, natura askoz konplexuagoa da. Adibidez, hainbat materialek jokaera plastikoa dute (gelek, esaterako), eta hori ezin da azaldu goiko sailkapenaren bidez.

Bukatzeko, batzuetan, materiaren laugarren egoeratzat hartzen da plasma. Plasman atomoek kanpoko elektroiak galtzen dituzte. Karga negatibodun elektroiek eta karga positibodun ioiek gas bat eratzen dute. Unibertsoan materia gehiena plasma-egoeran dagoela uste da.