Газоподібний агрегатний стан. Зміна агрегатних станів речовини

Визначення 1

Агрегатні стани речовини(від лат. "aggrego" означає "приєдную", "зв'язую") - це стани однієї і тієї ж речовини в твердому, рідкому і газоподібному вигляді.

При переході з одного стану в інший спостерігається стрибкоподібна зміна енергії, ентропії, густини та інших властивостей речовини.

Тверді та рідкі тіла

Тверді тіла– це тіла, які відрізняються сталістю своєї форми та обсягу.

У твердих тілах міжмолекулярні відстані малі, а потенційну енергію молекул можна порівняти з кінетичною.

Тверді тіла поділяються на 2 види:

1. Кристалічні;
2. Аморфні.

У стані термодинамічної рівноваги знаходяться лише кристалічні тіла. Аморфні ж тіла за фактом є метастабільні стану, які за будовою схожі з нерівноважними, повільно кристалізуються рідинами. В аморфному тілі відбувається надто повільний процес кристалізації, процес поступового перетворення речовини на кристалічну фазу. Різниця кристала від аморфного твердого тіла полягає, насамперед, в анізотропії його властивостей. Властивості кристалічного тіла визначаються залежно від напрямку простору. Різноманітні процеси (наприклад, теплопровідність, електропровідність, світло, звук) поширюються у різних напрямках твердого тіла по-різному. А ось аморфні тіла (наприклад, скло, смоли, пластмаси) ізотропні, як і рідини. Різниця аморфних тіл від рідин полягає лише в тому, що останні текучі, у них не відбуваються статичні деформації зсуву.

У кристалічних тілправильну молекулярну будову. Саме за рахунок правильної будови кристал має анізотропні властивості. Правильне розташування атомів кристала створює так звану кристалічну решітку. У різних напрямках місце розташування атомів у ґратах різне, як і призводить до анізотропії. Атоми (іони або цілі молекули) в кристалічній решітці роблять безладний коливальний рух біля середніх положень, які розглядаються як вузли кристалічних ґрат. Що температура, то вища енергія коливань, отже, і середня амплітуда коливань. Залежно від амплітуди коливань визначається розмір кристала. Збільшення амплітуди коливань призводить до збільшення розмірів тіла. Отже, пояснюється теплове розширення твердих тіл.

Визначення 3

Рідкі тіла- Це тіла, які мають певний об'єм, але не мають пружної форми.

Для речовини в рідкому стані характерна сильна міжмолекулярна взаємодія та мала стисливість. Рідина займає проміжне положення між твердим тілом та газом. Рідини, також як і гази, мають ізотpопні властивості. Крім цього, рідина має властивість плинності. У ній, як і газах, немає дотичного напруги (напруги на зсув) тел. Рідини важкі, тобто їх питома вага можна порівняти з питомою вагоютвердих тел. Поблизу температур кристалізації їхньої теплоємності та інші теплові властивості близькі до відповідних властивостей твердих тіл. У рідинах спостерігається до заданого ступеня правильне розташуванняатомів, але тільки в дрібних областях. Тут атоми також роблять коливальний рух біля вузлів квазікристалічного осередку, проте, на відміну від атомів твердого тіла, вони періодично перескакують від одного вузла до іншого. У результаті рух атомів буде дуже складний: коливальний, але водночас центр коливань переміщається у просторі.

Газ– це такий стан речовини, у якому відстані між молекулами величезні.

Сил взаємодії між молекулами при невеликих тисках можна знехтувати. Частинки газу заполонюють весь обсяг, наданий для газу. Гази розглядають як сильно перегріті чи ненасичені пари. Особливий вид газу - плазма (частково або повністю іонізований газ, в якому густини позитивних і негативних зарядів майже однакові). Тобто плазма – це газ із заряджених частинок, що взаємодіють між собою за допомогою електричних силна великій відстані, але не мають ближнього та далекого розташування частинок.

Як відомо, речовини здатні переходити з одного агрегатного стану до іншого.

Визначення 5

Випаровування– це процес зміни агрегатного стану речовини, у якому з поверхні рідини чи твердого тіла вилітають молекули, кінетична енергія яких перетворює потенційну енергію взаємодії молекул.

Випаровування є фазовим переходом. При випаровуванні частина рідини або твердого тіла перетворюється на пару.

Визначення 6

Речовина в газоподібному стані, що знаходиться в динамічній рівновазі з рідиною, називається насиченою пором. При цьому зміна внутрішньої енергіїтіла дорівнює:

∆ U = ± m r (1) ,

де m – це маса тіла, r – це питома теплотапароутворення (Д ж/к г).

Визначення 7

Конденсаціяє процес, зворотний пароутворення.

Зміна внутрішньої енергії розраховується за формулою (1).

Визначення 8

Плавлення- Це процес перетворення речовини з твердого стану в рідке, процес зміни агрегатного стану речовини.

При нагріванні речовини зростає внутрішня енергія, тому збільшується швидкість теплового руху молекул. При досягненні речовиною своєї температури плавлення кристалічні грати твердого тіла руйнується. Зв'язки між частинками також руйнуються, зростає енергія взаємодії між частинками. Теплота, яка передається тілу, йде збільшення внутрішньої енергії даного тіла, і частина енергії витрачається на виконання роботи зі зміни обсягу тіла при його плавленні. У багатьох кристалічних тіл обсяг збільшується при плавленні, проте є винятки (наприклад, лід, чавун). Аморфні тілане мають певної температури плавлення. Плавлення являє собою фазовий перехід, який характеризується стрибкоподібною зміною теплоємності при температурі плавлення. Температура плавлення залежить від речовини і залишається незмінною під час процесу. Тоді зміна внутрішньої енергії тіла дорівнює:

∆ U = ± m λ (2) ,

де λ – це питома теплота плавлення (Д ж/к г).

Визначення 9

Кристалізаціяє процес, зворотний плавленню.

Зміна внутрішньої енергії розраховується за такою формулою (2) .

Зміна внутрішньої енергії кожного тіла системи при нагріванні чи охолодженні обчислюється за такою формулою:

∆ U = m c ∆ T (3) ,

де c – це питома теплоємність речовини, Д ж к г К, Δ T – це зміна температури тіла.

Визначення 10

При розгляді перетворень речовин з одних агрегатних станів в інші не можна обійтися без так званого рівняння теплового балансу: сумарна кількість теплоти, що виділяється в теплоізольованій системі, дорівнює кількості теплоти (сумарному), яка в цій системі поглинається.

Q 1 + Q 2 + Q 3 +. . . + Q n = Q " 1 + Q " 2 + Q " 3 + ... + Q " k .

По суті, рівняння теплового балансу – це закон збереження енергії для теплообміну в термоізольованих системах.

Приклад 1

У теплоізольованій посудині знаходяться вода і лід з температурою t i = 0 °C. Маса води m υ і льоду m i відповідно дорівнює 0, 5 до г і 60 г. У воду впускають водяну пару масою m p = 10 г при температурі t p = 100 °C. Якою буде температура води у посудині після того, як встановиться теплова рівновага? При цьому теплоємність судини враховувати не потрібно.

Малюнок 1

Рішення

Визначимо, які процеси здійснюються в системі, які агрегатні стани речовини ми спостерігали та які отримали.

Водяна пара конденсується, віддаючи при цьому тепло.

Теплова енергія йде на плавлення льоду і, можливо, нагрівання наявної та отриманої з льоду води.

Насамперед, перевіримо, скільки теплоти виділяється при конденсації наявної маси пари:

Q p = - r m p; Q p = 2, 26 · 10 6 · 10 - 2 = 2, 26 · 10 4 (Д ж),

тут з довідкових матеріалівми маємо r = 2 , 26 · 10 6 Д ж к г – питома теплота пароутворення (застосовується й у конденсації).

Для плавлення льоду знадобиться така кількість тепла:

Q i = λ m i Q i = 6 · 10 - 2 · 3 , 3 · 10 5 ≈ 2 · 10 4 (Д ж) ,

тут із довідкових матеріалів ми маємо λ = 3 , 3 · 10 5 Д ж к г – питома теплота плавлення льоду.

Виходить, що пара віддає тепла більше, ніж необхідно, тільки для розплавлення наявного льоду, отже, рівняння теплового балансу запишемо так:

r m p + c m p (T p - T) = λ m i + c (m υ + mi) (T - T i) .

Теплота виділяється при конденсації пари масою m p і охолодженні води, що утворюється з пари від температури T p до шуканої T . Теплота поглинається при плавленні льоду масою m i і нагріванні води масою m + + i від температури Ti до T . Позначимо T - T i = ∆ T для різниці T p - T отримуємо:

T p - T = T p - T i - ∆ T = 100 - ∆ T .

Рівняння теплового балансу матиме вигляд:

r m p + c m p (100 - ∆ T) = λ m i + c (m υ + mi) ∆ T ; c (m + m i + m p) ∆ T = r m p + c m p 100 - λ m i ; ∆ T = r m p + c m p 100 - λ m i c m υ + mi + m p .

Зробимо обчислення з огляду на те, що теплоємність води таблична

c = 4 , 2 · 10 3 Дж к К, T p = t p + 273 = 373 К, T i = t i + 273 = 273 К: ∆ T = 2 , 26 · 10 6 · 10 - 2 + 4 , 2 · 10 3 · 10 - 2 · 10 2 - 6 · 10 - 2 · 3 , 3 · 10 5 4 , 2 · 10 3 · 5 , 7 · 10 - 1 ≈ 3 (К) ,

тоді T = 273 + 3 = 276 К

Відповідь:Температура води в посудині після встановлення теплової рівноваги дорівнюватиме 276 К.

Приклад 2

На малюнку 2 зображено ділянку ізотерми, яка відповідає переходу речовини з кристалічного в рідкий стан. Що відповідає даній ділянці на діаграмі p, T?

Малюнок 2

Відповідь:Вся сукупність станів, які зображені на діаграмі p, V горизонтальним відрізком прямий на діаграмі p, T показано однією точкою, яка визначає значення p і T, при яких відбувається перетворення з одного агрегатного стану в інше.

Якщо ви помітили помилку в тексті, будь ласка, виділіть її та натисніть Ctrl+Enter

Для того щоб зрозуміти, що такий агрегатний стан речовини, згадайте чи уявіть себе влітку біля річки з морозивом у руках. Чудова картинка, правда?

Так ось, у цій ідилії, крім отримання задоволення, можна ще здійснити фізичне спостереження. Зверніть увагу на воду. У річці вона рідка, у складі морозива у вигляді льоду – тверда, а у небі у вигляді хмар – газоподібна. Тобто вона знаходиться одночасно у трьох різних станах. У фізиці це називається агрегатним станом речовини. Розрізняють три агрегатні стани - твердий, рідкий та газоподібний.

Зміна агрегатних станів речовини

Зміна агрегатних станів речовини ми можемо спостерігати на власні очі у природі. Вода з поверхні водойм випаровується, і утворюються хмари. Так рідина перетворюється на газ. Взимку вода у водоймах замерзає, переходячи у твердий стан, а навесні знову тане, переходячи назад у рідину. Що відбувається з молекулами речовини під час переходу його з одного стану в інший? Чи змінюються вони? Чи відрізняються, наприклад, молекули льоду від молекул пари? Відповідь однозначна: ні. Молекули залишаються абсолютно тими самими. Змінюється їхня кінетична енергія, а відповідно і властивості речовини.Енергія молекул пар досить велика, щоб розлітатися в різні сторони, а при охолодженні пар конденсується в рідину, і енергії у молекул все ще достатньо для майже вільного переміщення, але вже недостатньо, щоб відірватися від тяжіння інших молекул і полетіти. При подальшому охолодженні вода замерзає, стаючи твердим тілом, і енергії молекул недостатньо навіть для вільного переміщення всередині тіла. Вони коливаються близько місця, утримувані силами тяжіння інших молекул.

Характер руху та стану молекул у різних агрегатних станах речовини можна відобразити на наступній таблиці:

процесів, у яких відбувається зміна агрегатних станів речовин, лише шість.

Перехід речовини з твердого стану в рідке називається плавленням, зворотний процес - кристалізацією. Коли речовина переходить із рідини в газ, це називається пароутвореннямз газу в рідину - конденсацією. Перехід з твердого стану відразу в газ, минаючи рідкий, називають сублімацією, зворотний процес - десублімацією.

• 1. Плавлення
• 2. Кристалізація
• 3. Пароутворення
• 4. Конденсація
• 5. Сублімація
• 6. Десублімація

Приклади всіх цих переходівми з вами не раз спостерігали у житті. Лід плавиться, утворюючи воду, вода випаровується, утворюючи пару. У зворотний бік пара, конденсуючись, переходить знову у воду, а вода, замерзаючи, стає кригою. А якщо ви думаєте, що ви не знаєте процесів сублімації та десублімації, то не поспішайте з висновками. Запах будь-якого твердого тіла – це і є не що інше, як сублімація. Частина молекул виривається з тіла, утворюючи газ, який ми можемо внюхати. А приклад зворотного процесу - це візерунки на шибках взимку, коли пара в повітрі, замерзаючи, осідає на склі і утворює химерні візерунки.

Агрегатні стани. Рідини. Фази у термодинаміці. Фазові переходи.

Лекція 1.16

Усі речовини можуть існувати у трьох агрегатних станах - твердому, рідкомуі газоподібному. Переходи між ними супроводжуються стрибкоподібною зміною ряду фізичних властивостей(Щільності, теплопровідності та ін.).

Агрегатний стан залежить від фізичних умов, у яких перебуває речовина. Існування у речовини кількох агрегатних станів обумовлено відмінностями в тепловому русі його молекул (атомів) та їх взаємодії за різних умов.

Газ- агрегатний стан речовини, у якому частки не пов'язані чи дуже слабко пов'язані силами взаємодії; кінетична енергія теплового руху його частинок (молекул, атомів) значно перевершує потенційну енергію взаємодій між ними, тому частинки рухаються майже вільно, повністю заповнюючи посудину, в якій знаходяться, і набувають її форми. У газоподібному стані речовина не має власного обсягу, ні власної форми. Будь-яку речовину можна перевести в газоподібну, змінюючи тиск та температуру.

Рідина- агрегатний стан речовини, проміжний між твердим та газоподібним. Для неї характерна велика рухливість частинок та мале вільний простірміж ними. Це призводить до того, що рідини зберігають свій об'єм і набувають форми судини. У рідини молекули розміщуються дуже близько одна до одної. Тому щільність рідини набагато більша за щільність газів (при нормальному тиску). Властивості рідини в усіх напрямках однакові (ізотропні) крім рідких кристалів. При нагріванні чи зменшенні щільності властивості рідини, теплопровідність, в'язкість змінюються, зазвичай, у бік зближення з властивостями газів.

Тепловий рух молекул рідини складається з поєднання колективних коливальних рухів і відбуваються іноді стрибків молекул з одних положень рівноваги до інших.

Тверді (кристалічні) тіла- агрегатний стан речовини, що характеризується стабільністю форми та характером теплового руху атомів. Цей рух є коливаннями атомів (або іонів), з яких складається тверде тіло. Амплітуда коливань зазвичай мала порівняно з міжатомними відстанями.

Властивості рідин.

Молекули речовини в рідкому стані розташовані майже впритул один до одного. На відміну від твердих кристалічних тіл, в яких молекули утворюють упорядковані структури у всьому обсязі кристала і можуть здійснювати теплові коливання біля фіксованих центрів, молекули рідини мають більшу свободу. Кожна молекула рідини, так само як і в твердому тілі, «затиснута» з усіх боків сусідніми молекулами і здійснює теплові коливання біля певного положення рівноваги. Однак, іноді будь-яка молекула може переміститися в сусіднє вакантне місце. Такі перескоки у рідинах відбуваються досить часто; тому молекули не прив'язані до певних центрів, як у кристалах, і можуть переміщатися по всьому об'єму рідини. Цим пояснюється плинність рідин. Через сильної взаємодіїміж близько розташованими молекулами можуть утворювати локальні (нестійкі) упорядковані групи, містять кілька молекул. Це явище називається ближнім порядком.

Внаслідок щільної упаковки молекул стисливість рідин, тобто зміна об'єму при зміні тиску, дуже мала; вона у десятки та сотні тисяч разів менша, ніж у газах. Наприклад, зміни об'єму води на 1 % потрібно збільшити тиск приблизно 200 раз. Таке збільшення тиску в порівнянні з атмосферним досягається на глибині близько 2 км.

Рідини, як і тверді тіла, змінюють об'єм при зміні температури. Для невеликих інтервалів температур відносна зміна об'єму Δ V / V 0 пропорційно до зміни температури Δ T:

Коефіцієнт β називають температурним коефіцієнтом об'ємного розширення. Цей коефіцієнт у рідин у десятки разів більший, ніж у твердих тіл. У води, наприклад, при температурі 20 °С ? 6 К -1.

Теплове розширення води має цікаву та важливу для життя на Землі аномалію. За температури нижче 4 °С вода розширюється при зниженні температури (β< 0). Максимум плотности ρ в = 10 3 кг/м 3 вода имеет при температуре 4 °С.

При замерзанні вода розширюється, тому лід залишається плавати на поверхні замерзаючої водойми. Температура води, що замерзає, під льодом дорівнює 0 °С. У більш щільних шарах води біля дна водоймища температура виявляється близько 4 °С. Завдяки цьому життя може існувати у воді замерзаючих водойм.

Найбільш цікавою особливістю рідин є наявність вільної поверхні. Рідина, на відміну від газів, не заповнює весь обсяг посудини, в яку вона налита. Між рідиною та газом (або парою) утворюється межа розділу, яка знаходиться в особливих умовах порівняно з рештою маси рідини. Молекули в прикордонному шарі рідини, на відміну молекул у її глибині, оточені іншими молекулами тієї ж рідини не з усіх боків. Сили міжмолекулярної взаємодії, що діють на одну з молекул усередині рідини з боку сусідніх молекул, у середньому взаємно компенсовані. Будь-яка молекула в прикордонному шарі притягується молекулами, що знаходяться всередині рідини (силами, що діють на цю молекулу рідини з боку молекул газу (або пари) можна знехтувати). В результаті з'являється деяка сила, що рівнодіє, спрямована вглиб рідини. Поверхневі молекули силами міжмолекулярного тяжіння втягуються усередину рідини. Але всі молекули, у тому числі й молекули прикордонного шару, мають бути в стані рівноваги. Ця рівновага досягається за рахунок деякого зменшення відстані між молекулами поверхневого шару та їх найближчими сусідами всередині рідини. При зменшенні відстані між молекулами з'являються сили відштовхування. Якщо середня відстань між молекулами всередині рідини дорівнює r 0 , то молекули поверхневого шару упаковані трохи щільніше, а тому вони мають додатковий запас потенційної енергії в порівнянні з внутрішніми молекулами. Слід мати на увазі, що внаслідок вкрай низької стисливості наявність більш щільно упакованого поверхневого шару не призводить до помітної зміни об'єму рідини. Якщо молекула переміститься із поверхні всередину рідини, сили міжмолекулярної взаємодії зроблять позитивну роботу. Навпаки, щоб витягнути деяку кількість молекул із глибини рідини на поверхню (тобто збільшити площу поверхні рідини), зовнішні сили повинні здійснити позитивну роботу Aзовніш, пропорційну зміні Δ Sплощі поверхні:

Коефіцієнт називається коефіцієнтом поверхневого натягу (σ > 0). Таким чином, коефіцієнт поверхневого натягу дорівнює роботі, необхідної збільшення площі поверхні рідини при постійній температурі на одиницю.

У СІ коефіцієнт поверхневого натягу вимірюється в джоулях на метрквадратний (Дж/м 2 ) чи ньютонах на метр(1 Н/м = 1 Дж/м 2).

Отже, молекули поверхневого шару рідини мають надмірну порівняно з молекулами всередині рідини. потенційною енергією. Потенційна енергія Eр поверхні рідини пропорційна її площі: (1.16.1)

Із механіки відомо, що рівноважним станам системи відповідає мінімальне значення її потенційної енергії. Звідси випливає, що вільна поверхня рідини прагне скоротити свою площу. З цієї причини вільна крапля рідини набуває кулястої форми. Рідина поводиться так, ніби по дотичній до її поверхні діють сили, що скорочують (стягують) цю поверхню. Ці сили називаються силами поверхневого натягу.

Наявність сил поверхневого натягу робить поверхню рідини схожою на пружну розтягнуту плівку, з тією різницею, що пружні сили в плівці залежать від площі її поверхні (тобто від того, як плівка деформована), а сили поверхневого натягу не залежать від площі поверхні рідини.

Сили поверхневого натягу прагнуть скоротити поверхню плівки. Тому можна записати: (1.16.2)

Таким чином, коефіцієнт поверхневого натягу σ може бути визначений як модуль сили поверхневого натягу, що діє наодинці довжини лінії, що обмежує поверхню ( l- Довжина цієї лінії).

Через дію сил поверхневого натягу в краплях рідини та всередині мильних бульбашок виникає надлишковий тиск Δ p. Якщо подумки розрізати сферичну краплю радіусу Rна дві половинки, кожна з них повинна перебувати в рівновазі під дією сил поверхневого натягу, прикладених до межі розрізу довжиною 2π Rі сил надлишкового тиску, що діють на площу R 2 перерізи (рис.1.16.1). Умова рівноваги записується як

Поблизу кордону між рідиною, твердим тілом і газом форма вільної поверхні рідини залежить від сил взаємодії молекул рідини з молекулами твердого тіла (взаємодія з молекулами газу (або пари) може бути знехтувана). Якщо ці сили більші за сили взаємодії між молекулами самої рідини, то рідина змочуєПоверхня твердого тіла. У цьому випадку рідина підходить до поверхні твердого тіла під деяким гострим кутом θ, характерним для цієї пари рідина – тверде тіло. Кут θ називається крайовим кутом. Якщо сили взаємодії між молекулами рідини перевершують сили їхньої взаємодії з молекулами твердого тіла, то крайовий кут θ виявляється тупим (рис.1.16.2(2)). У цьому випадку кажуть, що рідина не змочуєПоверхня твердого тіла. В іншому випадку (кут - гострий) рідина змочуєповерхню (рис.1.16.2 (1)). При повному змочуванніθ = 0, при повному незмочуванніθ = 180 °.

Капілярними явищаминазивають підйом чи опускання рідини в трубках малого діаметра – капілярах. Змочують рідини піднімаються по капілярах, незмочують - опускаються.

На рис.1.16.3 зображено капілярну трубку деякого радіуса r, опущена нижнім кінцем у змочуючу рідину щільності ρ. Верхній кінець капіляра відкрито. Підйом рідини в капілярі триває до тих пір, поки сила тяжіння, що діє на стовп рідини в капілярі, не стане рівною по модулю результуючої. Fн сил поверхневого натягу, що діють уздовж межі зіткнення рідини з поверхнею капіляра: Fт = Fн, де Fт = mg = ρ hπ r 2 g, Fн = σ2π r cos θ.

Звідси випливає:

При повному змочуванні θ = 0, cos θ = 1. У цьому випадку

При повному незмочуванні θ = 180 °, cos θ = -1 і, отже, h < 0. Уровень несмачивающей жидкости в капилляре опускается ниже уровня жидкости в сосуде, в которую опущен капилляр.

Вода майже повністю змочує чисту поверхню скла. Навпаки, ртуть не змочує скляну поверхню. Тому рівень ртуті у скляному капілярі опускається нижче рівня судини.

Найбільш поширене знання про три агрегатні стани: рідкий, твердий, газоподібний, іноді згадують про плазмовий, рідше рідкокристалічний. Останнім часомв інтернеті поширився перелік 17 фаз речовини, взятий із відомої () Стівена Фрая. Тому розповімо про них докладніше, т.к. про матерію слід знати трохи більше хоча б для того, щоб краще розуміти процеси, що відбуваються у Всесвіті.

Наведений нижче список агрегатних станів речовини зростає від найхолодніших станів до гарячих і т.ч. може бути продовжено. Одночасно слід розуміти, що від газоподібного стану (№11), самого «розтисненого», в обидві сторони списку ступінь стиснення речовини та її тиск (з деякими застереженнями для таких невивчених гіпотетичних станів, як квантовий, променевий або слабосиметричний) зростають. наведено наочний графік фазових переходів матерії.

1. Квантове- Агрегатний стан речовини, що досягається при зниженні температури до абсолютного нуля, внаслідок чого зникають внутрішні зв'язки та матерія розсипається на вільні кварки.

2. Конденсат Бозе-Ейнштейна- Агрегатний стан матерії, основу якої становлять бозони, охолоджені до температур, близьких до абсолютного нуля (менше мільйонної частки градуса вище абсолютного нуля). У такому сильно охолодженому стані досить велика кількість атомів виявляється у своїх мінімально можливих квантових станах і квантові ефектипочинають виявлятися на макроскопічному рівні. Конденсат Бозе-Ейнштейна (який часто називають «бозе-конденсат», або просто «бек») виникає, коли ви охолоджуєте той чи інший хімічний елементдо надзвичайно низьких температур (як правило, до температури трохи вище за абсолютний нуль, мінус 273 градуси за Цельсієм, — теоретична температура, при якій усе перестає рухатися).
Ось тут із речовиною починають відбуватися зовсім дивні речі. Процеси, які зазвичай спостерігаються лише на рівні атомів, тепер протікають у масштабах, досить великих для спостереження неозброєним оком. Наприклад, якщо помістити «бек» у лабораторну склянку та забезпечити потрібну температурний режим, речовина почне повзти вгору стіною і зрештою саме собою вибереться назовні.
Зважаючи на все, тут ми маємо справу з марною спробою речовини знизити власну енергію (яка і так знаходиться на найнижчому з усіх можливих рівнів).
Уповільнення атомів з використанням охолоджувальної апаратури дозволяє отримати сингулярний квантовий стан, відомий як конденсат Бозе, або Бозе Ейнштейна. Це явище було передбачено в 1925 році А. Ейнштейном, як результат узагальнення роботи Ш. Бозе, де будувалася статистична механіка для частинок, починаючи від безмасових фотоно до володіють масою атомів (рукопис Ейнштейна, яка вважалася втраченою, була виявлена ​​в бібліотеці Лейденського університету) ). Результатом зусиль Бозе та Ейнштейна стала концепція Бозе газу, що підпорядковується статистиці Бозе – Ейнштейна, яка описує статистичний розподілтотожних частинок з цілим спином, які називають бозонами. Бозони, якими є, наприклад, окремі елементарні частинки — фотони, і цілі атоми, можуть бути один з одним в однакових квантових станах. Ейнштейн припустив, що охолодження атомів — бозонів до дуже низьких температур змусить їх перейти (чи інакше, сконденсуватися) в найнижчий можливий квантовий стан. Результатом такої конденсації стане поява нової форми речовини.
Цей перехід виникає нижче критичної температури, яка для однорідного тривимірного газу, що складається з частинок, що невзаємодіють, без будь-яких внутрішніх ступенів свободи.

3. Ферміонний конденсат- Агрегатний стан речовини, схоже з беком, але відрізняється за будовою. При наближенні до абсолютного нуля атоми поводяться по-різному залежно від величини моменту кількості руху (спина). У бозонів спини мають цілі значення, а у ферміонів - кратні 1/2 (1/2, 3/2, 5/2). Ферміони підпорядковуються принципу заборони Паулі, згідно з яким два ферміони не можуть мати один і той же квантовий стан. Для бозонів такої заборони немає, і тому у них є можливість існувати в одному квантовому стані і утворювати таким чином так званий конденсат Бозе-Ейнштейна. Процес утворення цього конденсату відповідає за перехід у надпровідний стан.
Електрони мають спін 1/2 і, отже, належать до ферміонів. Вони поєднуються в пари (так звані пари Купера), які потім утворюють Бозе-конденсат.
Американські вчені спробували отримати свого роду молекули з атомів-ферміонів при глибокому охолодженні. Відмінність від справжніх молекул полягала в тому, що між атомами не було хімічного зв'язку – просто вони рухалися разом, корелованим чином. Зв'язок між атомами виявився навіть міцнішим, ніж між електронами в куперівських парах. У утворених пар ферміонів сумарний спин вже не кратний 1/2, отже, вони поводяться як бозони і можуть утворювати бозе-конденсат з єдиним квантовим станом. В ході експерименту охолоджували газ з атомів калію-40 до 300 нанокельвінів, при цьому газ полягав у так звану оптичну пастку. Потім наклали зовнішнє магнітне поле, за допомогою якого вдалося змінити природу взаємодій між атомами – замість сильного відштовхування почало спостерігатися сильне тяжіння. При аналізі впливу магнітного поля вдалося знайти таке його значення, у якому атоми почали поводитися, як куперовские пари електронів. На наступному етапі експерименту вчені мають намір отримати ефекти надпровідності для ферміонного конденсату.

4. Надплинна речовина— стан, у якому у речовини фактично відсутня в'язкість, а при перебігу він не відчуває тертя з твердою поверхнею. Наслідком цього є, наприклад, такий цікавий ефект, як повне мимовільне «виповзання» надплинного гелію з судини на його стінках проти сили тяжіння. Порушення закону збереження енергії тут, звісно ж, немає. За відсутності сил тертя на гелій діють лише сили тяжіння, сили міжатомної взаємодії між гелієм та стінками судини та між атомами гелію. Так ось, сили міжатомної взаємодії перевищують решту всіх сил разом узятих. В результаті гелій прагне розтечитися якнайсильніше по всіх можливих поверхнях, тому і «мандрує» по стінках судини. У 1938 році радянський учений Петро Капіца довів, що гелій може існувати в надплинному стані.
Варто відзначити, що багато незвичайних властивостей гелію відомі вже досить давно. Однак і останніми роками цей хімічний елемент «балує» нас цікавими та несподіваними ефектами. Так, у 2004 році Мозес Чань та Еун-Сьонг Кім з Університету Пенсільванії заінтригували. науковий світзаявою про те, що їм вдалося отримати абсолютно новий стан гелію - надплинна тверда речовина. У цьому стані одні атоми гелію в кристалічній решітці можуть обтікати інші, і таким чином гелій може текти сам через себе. Ефект «надтвердості» теоретично було передбачено ще 1969 року. І ось 2004 року — начебто експериментальне підтвердження. Проте пізніші й дуже цікаві експерименти показали, що не так просто, і, можливо, така інтерпретація явища, яке до цього приймалося за надплинність твердого гелію, неправильна.
Експеримент вчених під керівництвом Хемфрі Маріса з Університету Брауна в США був простим і витонченим. Вчені поміщали перегорнуту вгору дном пробірку в замкнутий резервуар з рідким гелієм. Частину гелію в пробірці та в резервуарі вони заморожували таким чином, щоб межа між рідким і твердим усередині пробірки була вищою, ніж у резервуарі. Іншими словами, у верхній частині пробірки був рідкий гелій, у нижній - твердий, він плавно переходив у тверду фазу резервуара, над якою було налито трохи рідкого гелію - нижче, ніж рівень рідини в пробірці. Якби рідкий гелій став просочуватися через твердий, то різниця рівнів зменшилася б, і тоді можна говорити про тверду надплинну гелію. І в принципі, у трьох із 13 експериментів різниця рівнів справді зменшувалася.

5. Надтверда речовина- Агрегатний стан при якому матерія прозора і може "текти", як рідина, але фактично вона позбавлена ​​в'язкості. Такі рідини відомі багато років, їх називають суперфлюїдами. Справа в тому, що якщо суперрідина розмішати, вона циркулюватиме чи не вічно, тоді як нормальна рідина в кінцевому рахунку заспокоїться. Перші два суперфлюїди були створені дослідниками з використанням гелію-4 та гелію-3. Вони були охолоджені майже до абсолютного нуля — мінус 273 градусів Цельсія. А з гелію-4 американським вченим вдалося отримати надтверде тіло. Заморожений гелій вони стиснули тиском більш ніж у 60 разів, а потім заповнений речовиною склянку встановили на диск, що обертається. За температури 0,175 градусів Цельсія диск раптово почав обертатися вільніше, що, на думку вчених, свідчить про те, що гелій став супертілом.

6. Тверде- Агрегатний стан речовини, що відрізняється стабільністю форми і характером теплового руху атомів, які здійснюють малі коливання навколо положень рівноваги. Стійким станом твердих тіл є кристалічний. Розрізняють тверді тіла з іонною, ковалентною, металевою та ін. типами зв'язку між атомами, що зумовлює різноманітність їх фізичних властивостей. Електричні та деякі інші властивості твердих тіл в основному визначаються характером руху зовнішніх електронів його атомів. За електричними властивостями тверді тіла поділяються на діелектрики, напівпровідники та метали, за магнітними - на діамагнетики, парамагнетики та тіла з упорядкованою магнітною структурою. Дослідження властивостей твердих тіл об'єдналися у велику галузь - фізику твердого тіла, розвиток якої стимулюється потребами техніки.

7. Аморфне тверде- Конденсований агрегатний стан речовини, що характеризується ізотропією фізичних властивостей, обумовленої невпорядкованим розташуванням атомів і молекул. У аморфних твердих тілах атоми коливаються біля хаотично розташованих точок. На відміну від кристалічного стану перехід з твердого аморфного рідке відбувається поступово. В аморфному стані знаходяться різні речовини: скла, смоли, пластмаси і т.д.

8. Рідкокристалічний- Це специфічне агрегатне стан речовини, в якому воно виявляє одночасно властивості кристала і рідини. Відразу треба зазначити, що далеко не всі речовини можуть перебувати в рідкокристалічному стані. Однак, деякі органічні речовини, що володіють складними молекулами, можуть утворювати специфічний агрегатний стан - рідкокристалічний. Цей стан здійснюється при плавленні кристалів деяких речовин. При їх плавленні утворюється рідкокристалічна фаза, що відрізняється від звичайних рідин. Ця фаза існує в інтервалі від температури плавлення кристала до деякої вищої температури, при нагріванні до якої рідкий кристал переходить у звичайну рідину.
Чим же рідкий кристал відрізняється від рідини та звичайного кристала і чим схожий на них? Подібно до звичайної рідини, рідкий кристал має плинність і набуває форми судини, в яку він поміщений. Цим він відрізняється від відомих усім кристалів. Однак, незважаючи на цю властивість, що поєднує його з рідкістю, він має властивість, характерну для кристалів. Це - впорядкування у просторі молекул, що утворюють кристал. Правда, це впорядкування не таке повне, як у звичайних кристалах, але, проте, воно істотно впливає на властивості рідких кристалів, чим і відрізняє їх від звичайних рідин. Неповне просторове впорядкування молекул, що утворюють рідкий кристал, проявляється в тому, що в рідких кристалах немає повного порядку в просторовому розташуванні центрів тяжіння молекул, хоча частковий порядок може бути. Це означає, що у них немає жорсткої кристалічної решітки. Тому рідкі кристали, подібно до звичайних рідин, мають властивість плинності.
Обов'язковою властивістю рідких кристалів, що зближує їх із звичайними кристалами, є наявність порядку просторової орієнтації молекул. Такий порядок в орієнтації може виявлятися, наприклад, у тому, що всі довгі осі молекул в рідкокристалічному зразку орієнтовані однаково. Ці молекули повинні мати витягнуту форму. Крім найпростішого названого впорядкування осей молекул, в рідкому кристалі може здійснюватися складніший орієнтаційний порядок молекул.
Залежно від виду впорядкування осей молекул рідкі кристали поділяються на три різновиди: нематичні, смектичні та холестеричні.
Дослідження з фізики рідких кристалів та їх застосуванням в даний час ведуться широким фронтом у всіх найбільш розвинених країнах світу. Вітчизняні дослідження зосереджені як в академічних, так і галузевих науково-дослідних установах і мають давні традиції. Широку популярність і визнання здобули виконані ще в тридцяті роки в Ленінграді роботи В.К. Фредерікса до В.М. Цвєткова. В останні роки бурхливого вивчення рідких кристалів вітчизняні дослідники також роблять вагомий внесок у розвиток вчення про рідкі кристали в цілому і, зокрема, оптику рідких кристалів. Так, роботи І.Г. Чистякова, А.П. Капустіна, С.А. Бразовського, С.А. Пікіна, Л.М. Блінова та багатьох інших радянських дослідників широко відомі наукової громадськості і є фундаментом низки ефективних технічних додатків рідких кристалів.
Існування рідких кристалів було встановлено дуже давно, а саме у 1888 році, тобто майже сторіччя тому. Хоча вчені і до 1888 року стикалися з цим станом речовини, але офіційно його відкрили пізніше.
Першим, хто виявив рідкі кристали, був австрійський вчений-ботанік Рейнітцер. Досліджуючи нову синтезовану ним речовину холестерилбензоат, він виявив, що при температурі 145 ° С кристали цієї речовини плавляться, утворюючи каламутну сильно розсіює світло рідина. При продовженні нагріву після досягнення температури 179°С рідина просвітлюється, т. е. починає поводитися в оптичному відношенні, як звичайна рідина, наприклад вода. Несподівані властивості холестерилбензоат виявляв у каламутній фазі. Розглядаючи цю фазу під поляризаційним мікроскопом, Рей-нітцер виявив, що вона має двозаломлення. Це означає, що показник заломлення світла, тобто швидкість світла в цій фазі, залежить від поляризації.

9. Рідке- Агрегатний стан речовини, що поєднує в собі риси твердого стану (збереження обсягу, певна міцність на розрив) і газоподібного (мінливість форми). Для рідини характерні ближній порядок у розташуванні частинок (молекул, атомів) та мале відмінність у кінетичній енергії теплового руху молекул та його потенційної енергії взаємодії. Тепловий рух молекул рідини складається з коливань біля положень рівноваги та порівняно рідкісних перескоків з одного рівноважного положення до іншого, з цим пов'язана плинність рідини.

10. Надкритичний флюїд(СКФ) - агрегатний стан речовини, при якому зникає відмінність між рідкою та газовою фазою. Будь-яка речовина, що знаходиться при температурі та тиску вище критичної точки є надкритичним флюїдом. Властивості речовини у надкритичному стані проміжні між його властивостями в газовій та рідкій фазі. Так, СКФ має високу щільність, близьку до рідини, і низьку в'язкість, як і гази. Коефіцієнт дифузії при цьому має проміжне між рідиною та газом значення. Речовини у надкритичному стані можуть застосовуватися як замінники органічних розчинників у лабораторних та промислових процесах. Найбільший інтерес та поширення у зв'язку з певними властивостями отримали надкритична вода та надкритичний діоксид вуглецю.
Одна з найважливіших властивостей надкритичного стану - це здатність до розчинення речовин. Змінюючи температуру або тиск флюїду, можна змінювати його властивості в широкому діапазоні. Так, можна отримати флюїд, за властивостями близький до рідини, або до газу. Так, розчинна здатність флюїду збільшується зі збільшенням густини (при постійній температурі). Оскільки щільність зростає при збільшенні тиску, змінюючи тиск можна впливати на розчинну здатність флюїду (при постійній температурі). У випадку з температурою заздрість властивостей флюїду дещо складніша - при постійній щільності розчинна здатність флюїду також зростає, проте поблизу критичної точки незначне збільшення температури може призвести до різкого падіння щільності, і, відповідно, розчинної здатності. Надкритичні флюїди необмежено поєднуються один з одним, тому при досягненні критичної точки суміші система завжди буде однофазною. Приблизна критична температура бінарної суміші може бути розрахована як середня арифмітична від критичних параметрів речовин Tc(mix) = (мольна частка A) x TcA + (мольна частка B) x TcB.

11. Газоподібне- (франц. gaz, від грец. chaos - хаос), агрегатний стан речовини, в якому кінетична енергія теплового руху його частинок (молекул, атомів, іонів) значно перевершує потенційну енергію взаємодій між ними, у зв'язку з чим частки рухаються вільно, рівномірно заповнюючи відсутність зовнішніх полів весь наданий їм обсяг.

12. Плазма- (Від грец. Plasma - виліплений, оформлений), стан речовини, що являє собою іонізований газ, в якому концентрації позитивних і негативних зарядів рівні (квазінейтральність). У стані плазми знаходиться переважна частина речовини Всесвіту: зірки, галактичні туманності та міжзоряне середовище. Біля Землі плазма існує у вигляді сонячного вітру, магнітосфери та іоносфери. Високотемпературна плазма (Т ~ 106 - 108К) із суміші дейтерію та тритію досліджується з метою здійснення керованого термоядерного синтезу. Низькотемпературна плазма (Т ? .

13. Вироджена речовина- є проміжною стадією між плазмою та нейтроніумом. Воно спостерігається у білих карликах, відіграє важливу роль в еволюції зірок. Коли атоми перебувають в умовах надзвичайно високих температур та тисків, вони втрачають свої електрони (вони переходять у електронний газ). Іншими словами, вони повністю іонізовані (плазма). Тиск такого газу (плазми) визначається тиском електронів. Якщо щільність дуже висока, то всі частинки змушені наближатися один до одного. Електрони можуть бути в станах з певними енергіями, причому два електрони не можуть мати однакову енергію (якщо тільки їх спини не протилежні). Таким чином, у щільному газі усі нижні рівні енергії виявляються заповненими електронами. Такий газ називається виродженим. У цьому стані електрони виявляють вироджене електронний тиск, що протидіє силам гравітації

14. Нейтроніум- Агрегатний стан, в який речовина переходить при надвисокому тиску, недосяжному поки в лабораторії, але існуючому всередині нейтронних зірок. При переході в нейтронний стан електрони речовини взаємодіють із протонами і перетворюються на нейтрони. В результаті речовина в нейтронному стані повністю складається з нейтронів і має щільність порядку ядерної. Температура речовини при цьому не повинна бути надто високою (в енергетичному еквіваленті не більше сотні МеВ).
При сильному підвищенні температури (сотні МеВ і вище) у нейтронному стані починають народжуватися та анігілювати різноманітні мезони. При подальшому підвищенні температури відбувається деконфайнмент, і речовина перетворюється на стан кварк-глюонної плазми. Воно складається вже не з адронів, а з кварків і глюонів, що постійно народжуються і зникають.

15. Кварк-глюонна плазма(хромоплазма) - агрегатний стан речовини у фізиці високих енергій та фізиці елементарних частинок, при якому адронна речовина переходить у стан, аналогічний стану, в якому знаходяться електрони та іони у звичайній плазмі.
Зазвичай речовина в адронах знаходиться у так званому безбарвному (білому) стані. Тобто кварки різних кольорівкомпенсують одне одного. Аналогічний стан є і у звичайної речовини — коли всі атоми є електрично нейтральними, тобто,
позитивні заряди у яких компенсовані негативними. За високих температур може відбуватися іонізація атомів, при цьому заряди поділяються, і речовина стає, як кажуть, «квазінейтральною». Тобто, нейтральною залишається вся хмара речовини в цілому, а окремі її частинки нейтральними перестають. Так само, мабуть, може відбуватися і з адронною речовиною — за дуже високих енергій, колір виходить на волю і робить речовину «квазібезбарвною».
Імовірно, речовина Всесвіту знаходилася в стані кварк-глюонної плазми в перші миті після Великого Вибуху. Зараз кварк-глюонна плазма може на короткий час утворюватися при зіткненнях часток дуже високих енергій.
Кварк-глюонну плазму було отримано експериментально на прискорювачі RHIC Брукхейвенської національної лабораторії у 2005 році. Максимальна температура плазми 4 трильйони градусів Цельсія була отримана там же в лютому 2010 року.

16. Дивна речовина- Агрегатний стан, при якому матерія стискається до граничних значень щільності, воно може існувати у вигляді "кваркового супу". Кубічний сантиметр речовини у цьому стані важитиме мільярди тонн; до того ж він буде перетворювати будь-яку нормальну речовину, з якою стикнеться, на ту ж "дивну" форму з викидом значної кількості енергії.
Енергія, яка може виділитися при перетворенні речовини ядра зірки на "дивну речовину", призведе до надпотужного вибуху "кваркової нової", - і, на думку Ліхи та Уйєда, саме його астрономи у вересні 2006 року і спостерігали.
Процес утворення цієї речовини почався із звичайною надновою, до якої звернулася масивна зірка. Внаслідок першого вибуху утворилася нейтронна зірка. Але, на думку Лихи і Уйеда, проіснувала вона дуже недовго, - у міру того, як її обертання здавалося загальмувалося її власним магнітним полем, вона почала стискатися ще сильніше, з утворенням згустку "дивної речовини", що призвело до ще потужнішого, ніж при звичайному вибуху наднової, викиду енергії - і зовнішніх шарів речовини колишньої нейтронної зірки, що розліталися в навколишній простір зі швидкістю, близькою до швидкості світла .

17. Сильно симетрична речовина— це речовина, стиснута настільки, коли мікрочастинки всередині нього нашаровуються одна на одну, а саме тіло колапсує в чорну діру. Термін «симетрія» пояснюється наступним: Візьмемо відомі всім зі шкільної лави агрегатні стани речовини – тверді, рідкі, газоподібні. Для певності як тверду речовину розглянемо ідеальний нескінченний кристал. У ньому існує певна так звана дискретна симетрія щодо перенесення. Це означає, що, якщо зрушити кристалічну решітку на відстань, що дорівнює інтервалу між двома атомами, в ній нічого не зміниться – кристал збігатиметься сам із собою. Якщо ж кристал розплавити, то симетрія рідини, що вийшла з нього, буде іншою: вона зросте. У кристалі рівноцінними були лише точки, віддалені друг від друга певні відстані, звані вузли кристалічної решітки, у яких знаходилися однакові атоми.
Рідина ж однорідна по всьому обсягу, всі її точки не відрізняються одна від одної. Це означає, що рідини можна зміщуватися на будь-які довільні відстані (а не лише на якісь дискретні, як у кристалі) або повертатися на будь-які довільні кути (чого в кристалах робити не можна взагалі) і вона співпадатиме сама з собою. Ступінь її симетрії вищий. Газ ще симетричніший: рідина займає певний обсяг у посудині і спостерігається асиметрія всередині судини, де рідина є, і точки, де її немає. Газ займає весь наданий йому обсяг, і в цьому сенсі всі її точки не відрізняються одна від одної. Все ж тут було б правильніше говорити не про точки, а про малі, але макроскопічні елементи, тому що на мікроскопічному рівні відмінності все-таки є. В одних точках у Наразічасу є атоми чи молекули, а інших немає. Симетрія спостерігається тільки в середньому, або за деякими макроскопічними параметрами об'єму, або за часом.
Але миттєвої симетрії на мікроскопічному рівні тут, як і раніше, ще немає. Якщо ж речовину стискати дуже сильно, до тисків які в побуті неприпустимі, стискати так, що атоми були розчавлені, їх оболонки проникли один в одного, а ядра почали стикатися, виникає симетрія і на мікроскопічному рівні. Всі ядра однакові і притиснуті один до одного, немає не тільки міжатомних, а й міжядерних відстаней і речовина стає однорідною (дивна речовина).
Але є ще субмікроскопічний рівень. Ядра складаються з протонів та нейтронів, які рухаються всередині ядра. Між ними також є якийсь простір. Якщо продовжувати стискати так, що будуть розчавлені ядра, нуклони щільно притиснуться один до одного. Тоді і на субмікроскопічному рівні з'явиться симетрія, якої немає навіть усередині звичайних ядер.
Зі сказаного можна побачити цілком певну тенденцію: чим вища температура і більший тиск, тим більш симетричною стає речовина. Виходячи з цих міркувань стисло до максимуму речовина називається сильно симетричним.

18. Слабо симетрична речовина— стан, протилежний сильно симетричній речовині за своїми властивостями, що був у дуже ранньому Всесвіті при температурі близької до планківської, можливо, через 10-12 секунд після Великого Вибуху, коли сильні, слабкі та електромагнітні сили являли собою єдину суперсилу. У цьому стані речовина стиснута настільки, що його маса переходить в енергію, яка починає інфлуювати, тобто необмежено розширюватися. Досягти енергій для експериментального отримання суперсили та переведення речовини в цю фазу в земних умовах поки що неможливо, хоча такі спроби робилися на Великому Адронному Колайдері з метою вивчення раннього всесвіту. Зважаючи на відсутність у складі суперсили, що утворює цю речовину, гравітаційної взаємодії, суперсила є мало симетричною в порівнянні з суперсиметричною силою, що містить всі 4 види взаємодій. Тому цей агрегатний стан і отримав таку назву.

19. Променева речовина— це, по суті, вже зовсім не речовина, а в чистому виглядіЕнергія. Однак саме цей гіпотетичний агрегатний стан прийме тіло, яке досягло швидкості світла. Також його можна отримати, розігрівши тіло до планківської температури (1032К), тобто розігнавши молекули речовини до швидкості світла. Як випливає з теорії відносності, при досягненні швидкості більше 0,99 с, маса тіла починає зростати набагато швидше, ніж при "звичайному" прискоренні, крім того, тіло подовжується, розігрівається, тобто починає випромінювати в інфрачервоному спектрі. При перетині порога 0,999, тіло кардинально видозмінюється і починає стрімкий фазовий перехід аж до променевого стану. Як випливає з формули Ейнштейна, взятої в повному вигляді, маса підсумкової речовини, що росте, складається з мас, що відокремлюються від тіла у вигляді теплового, рентгенівського, оптичного та інших випромінювань, енергія кожного з яких описується наступним членом у формулі. Таким чином, тіло, що наблизилося до швидкості світла, почне випромінювати у всіх спектрах, рости в довжину і сповільнюватися в часі, потоншуючи до планківської довжини, тобто після досягнення швидкості с, тіло перетвориться на нескінченно довгий і тонкий промінь, що рухається зі швидкістю світла і складається з фотонів, які мають довжини, яке нескінченна маса повністю перейде в енергію. Тому така речовина і називається променевою.

Майже всі відомі речовини, залежно від умов, знаходяться в газоподібному, рідкому, твердому або плазмовому стані. Це і називається агрегатним станом речовини . Агрегатний стан не впливає на Хімічні властивостіі хімічна будоваречовини, а впливає на фізичний стан (щільність, в'язкість, температуру тощо) та швидкість хімічних процесів. Наприклад, вода у газоподібному стані – пара, у рідкому – рідина, у твердому – лід, сніг, іній. Хімічний склад той самий, а фізичні властивості різні. Відмінність фізичних властивостей пов'язані з різними відстанями між молекулами речовини і силами тяжіння з-поміж них.

Для газів характерновеликі відстані між молекулами та малі сили тяжіння. Молекули газів перебувають у хаотичному русі. Це пояснює те, що густина газів мала, вони не мають власної форми, займають весь наданий їм обсяг, при зміні тиску гази змінюють свій обсяг.

У рідкому станімолекули більш зближені, сили міжмолекулярного тяжіння зростають, молекули перебувають у хаотично-поступальному русі. Тому щільність рідин набагато більша за щільність газів, об'єм певний, майже не залежить від тиску, але рідини не мають власної форми, а набувають форми наданої судини. Їх характерний «ближній порядок», тобто зачатки кристалічної структури (розглянуто далі).

У твердих тілах частинки (молекули, атоми, іони) зближені настільки один з одним, що сили тяжіння врівноважуються силами відштовхування, тобто, у частинок спостерігаються коливальні рухи, і немає поступальних. Тому частки твердих тіл розташовуються у певних точках простору, для них характерний «далекий порядок» (розглянуто далі), тверді тіла мають певну форму, об'єм.

Плазма– це будь-який об'єкт, у якому хаотично рухаються електрично заряджені частинки (електрони, ядра чи іони). Плазмовий стан у природі є панівним і виникає під дією іонізуючих факторів: високої температури, електричного розряду, електромагнітних випромінюваньвисоких енергій та ін. Розрізняють два види плазми: ізотермічнуі газорозрядну . Перша виникає під дією високої температури, досить стійка, існує довго, наприклад, сонце, зірки, кульова блискавка. Друга виникає під дією електричного розряду та стійка лише за наявності електричного поля, наприклад, у газоосвітлювальних трубках. Плазму можна як іонізований газ, який підпорядковується законам ідеального газу.

Що робитимемо з отриманим матеріалом:

Якщо цей матеріал виявився корисним для Вас, Ви можете зберегти його на свою сторінку в соціальних мережах:

Всі теми цього розділу:

Воронеж 2011
Лекція №1 (2год) Вступ Запитання: 1. Предмет хімії. Значення хімії у вивченні природи та розвитку техніки. 2. Основа

Основні кількісні закони хімії
До основних кількісних законів хімії відносяться: закон сталості складу, закон кратних відносин та закон еквівалентів. Ці закони відкрили наприкінці XIII – початку XIXстоліть, і

Сучасна модель будови атома
В основі сучасної теоріїбудови атома лежать роботи Дж. Томсона (який у 1897 р. відкрив електрон, а 1904 р. запропонував модель будови атома, за якою атом – це заряджена сфера з

Орбітальне квантове число 0 1 2 3 4
Кожному значенню відповідає орбіталь особливої ​​форми, наприклад s-орбіталь має сферичну форму, р-орбіталь - гантель. В одній і тій же оболонці енергія підрівнів зростає у ряді E

Будова багатоелектронних атомів
Подібно до будь-якої системи, атоми прагнуть до мінімуму енергії. Це досягається за певного стану електронів, тобто. при певному розподілі електронів за орбіталями. Запис

Періодичні властивості елементів
Оскільки електронна будова елементів змінюється періодично, то, відповідно, періодично змінюються і властивості елементів, що визначаються їх електронною будовою, такі як енергія іонізації,

Періодична система елементів Д.І.Менделєєва
У 1869 р. Д. І. Менделєєв повідомив про відкриття періодичного закону, сучасне формулювання якого таке: властивість елементів, а також форми та властивості їх сполук

Загальна характеристика хімічного зв'язку
Вчення про будову речовини пояснює причини різноманіття структури речовин у різних агрегатних станах. Сучасні фізичні та фізико-хімічні методи дозволяють експериментально визначати

Типи хімічного зв'язку
До основних типів хімічного зв'язку відносять ковалентний (полярний і неполярний), іонний і металевий зв'язок. Ковалентним зв'язком називають хімічний зв'язок, утворений

Типи міжмолекулярних взаємодій
Зв'язки, при утворенні яких перебудова електронних оболонок немає, називаються взаємодією між молекулами. До основних видів взаємодії молекул слід про

Просторова структура молекул
Просторова структура молекул залежить від просторової спрямованості перекриття електронних хмар числом атомів у молекулі та числом електронних пар зв'язків за рахунок непод

Газоподібний стан речовини. Закони бездоганних газів. Реальні гази
Гази поширені у природі та знаходять широке застосування у техніці. Їх використовують як паливо, теплоносії, сировину для хімічної промисловості, робочого тіла для виконання механічно

Характеристика рідкого стану речовини
Рідини за своїми властивостями займають проміжне положення між газоподібними та твердими тілами. Поблизу точки кипіння вони виявляють схожість з газами: текучи, не мають певної форми, аморфні

Характеристики деяких речовин
Речовина Вид кристала Енергія кристалічних грат, кДж/моль Темпер

Загальні поняття термодинаміки
Термодинаміка - наука, що вивчає перетворення різних форм енергії один в одного і встановлює закони цих перетворень. Як самостійна дисциплін

Термохімія. Теплові ефекти хімічних реакцій
Будь-які хімічні процеси, а також ряд фізичних перетворень речовин (випаровування, конденсація, плавлення, поліморфні перетворення та ін) завжди супроводжуються зміною запасу внут

Закон Геса та наслідки з нього
На основі численних експериментальних дослідженьросійським академіком Г. І. Гессом був відкритий основний закон термохімії (1840 р.) – закон сталості сум теплотереа

Принцип роботи теплової машини ККД системи
Тепловою машиною називається такий пристрій, який перетворює теплоту в роботу. Перша теплова машинабула винайдена наприкінці XVIII століття (парова). Зараз існують дві

Вільна та пов'язана енергії. Ентропія системи
Відомо, що будь-яка форма енергії може повністю перетворюватися на теплоту, але теплота перетворюється на інші види енергії лише частково, умовно запас внутрішньої енергії системи

Вплив температури на напрямок хімічних реакцій
DH DS DG Напрямок реакції DH< 0 DS >0 DG< 0

Поняття про хімічну кінетику
Хімічною кінетикою називається вчення про швидкість хімічних реакцій та її залежність від різних факторів – природи та концентрації реагуючих речовин, тиску,

Чинники, що впливають швидкість хімічних реакцій. Закон чинних мас
На швидкість хімічних реакцій впливають такі фактори: природа та концентрації реагуючих речовин; температура, природа розчинника, наявність каталізатора і т.д.

Теорія активізації молекул. Рівняння Арреніуса
Швидкість будь-якої хімічної реакції залежить від числа зіткнень молекул, що реагують, так як число зіткнення пропорційно концентраціям реагуючих речовин. Однак не все стіл

Особливості каталітичних реакцій. Теорії каталізу
Швидкість хімічної реакції можна регулювати каталізатором. Речовини, які беруть участь у реакціях та змінюють (найчастіше збільшують) її швидкість, залишаючись до кінця реак

Зворотні та необоротні реакції. Ознаки хімічної рівноваги
Усі реакції можна розділити на дві групи: оборотні та незворотні. Необоротні реакції супроводжуються випаданням осаду, утворенням малодисоціюючої речовини або виділенням газу. Оборотні реа

Константа хімічної рівноваги
Розглянемо оборотну хімічну реакцію загального виду, в якій усі речовини знаходяться в одному агрегатному стані, наприклад, рідкому: аA + вB D сC + dD, де

Правило фаз Гіббса. Діаграма стану води
Якісна характеристика гетерогенних рівноважних систем, у яких немає хімічної взаємодії, а спостерігається лише перехід складових частинсистеми з одного агрегатного стану

Правило фаз для води має вигляд
С = 1+ 2 - Ф = 3 - Ф якщо Ф = 1, то С = 2 (система біваріантна) Ф = 2, то С = 1 (система одноваріантна) Ф = 3, то С = 0 (система безваріантна) Ф = 4, то С = -1 (

Поняття про хімічну спорідненість речовин. Рівняння ізотерми, ізобари та ізохори хімічних реакцій
Під терміном "хімічна спорідненість" розуміють здатність речовин вступати в хімічну взаємодію один з одним. У різних речовинвоно залежить від природи реагуючих ве

Сольватна (гідратна) теорія розчинення
Розчинами називаються гомогенні системи, що складаються з двох або більше речовин, склад яких може змінюватися в досить широких межах, допустимих зрост.

Загальні властивості розчинів
Наприкінці XIX століття Рауль, Вант-Гофф, Арреніус встановили дуже важливі закономірності, що пов'язують концентрацію розчину з тиском насиченої пари розчинника над розчином

Типи рідких розчинів. Розчинність
Здатність до освіти рідких розчиніввиражена різною мірою у різних індивідуальних речовин. Одні речовини здатні розчинятися необмежено (вода та спирт), інші – лише в обмежують

Властивості слабких електролітів
При розчиненні у питній воді чи інших розчинниках, які з полярних молекул, електроліти піддаються дисоциации, тобто. більшою чи меншою мірою розпадаються на позитивно і негативно

Властивості сильних електролітів
Електроліти, що практично повністю дисоціюють у водних розчинахназиваються сильними електролітами. До сильних електролітів належать більшість солей, які вже в кр.

За дотримання цих умов колоїдні частинки набувають електричного заряду і гідратної оболонки, що перешкоджає випаданню їх в осад.
До дисперсійних методів отримання колоїдних систем відносяться: механічні – дроблення, розтирання, розмелювання тощо; електричний – одержання золів металів під дією

Стійкість колоїдних розчинів. Коагуляція. Пептизація
p align="justify"> Під стійкістю колоїдного розчину розуміють сталість основних властивостей цього розчину: збереження розмірів частинок (агрегативна стійкість

Властивості колоїдно-дисперсних систем
Усі властивості колоїдно-дисперсних систем можна поділити на три основні групи: молекулярно-кінетичні, оптичні та електрокінетичні. Розглянемо молекулярно-кінетичні

Особливості обмінних процесів
Хімічні реакціїподіляються на обмінні та окислювально-відновні (Ox-Red). Якщо реакції немає зміна ступеня окислення, то такі реакції називаються обмінними. Вони можливі

Особливості окисно-відновних процесів
При окислювально-відновних реакціях відбувається зміна ступеня окиснення речовини. Реакції можна розділити на ті, що проходять в одному реакційному обсязі (наприклад,

Загальні концепції електрохімії. Провідники першого та другого роду
Електрохімія - це розділ хімії, що займається вивченням закономірностей взаємних перетворень електричної та хімічної енергії. Електрохімічні процеси можна розділити

Поняття про електродний потенціал
Розглянемо процеси, що протікають у гальванічних елементах, тобто процеси перетворення хімічної енергії на електричну. Гальванічним елементом називають електрохім

Гальванічний елемент Даніеля-Якобі
Розглянемо систему, у якій два електроди перебувають у розчинах власних іонів, наприклад, гальванічний елемент Даніеля-Якобі. Він складається з двох напівелементів: із цинкової пластини, занурений

Електрорушійна сила гальванічного елемента
Максимальна різниця потенціалів електродів, яка може бути отримана під час роботи гальванічного елемента, називається електрорушійною силою (ЕРС) елемента.

Поляризація та перенапруга
При мимовільних процесах встановлюється рівноважний потенціал електродів. При проходженні електричного струмупотенціал електродів змінюється Зміна потенціалу електрода

Електроліз. Закони Фарадея
Електроліз називають процеси, що протікають на електродах під дією електричного струму, що подається від зовнішнього джерела струму через електроліти. При елект

Корозія металів
Корозія – це руйнування металу внаслідок його фізико-хімічної взаємодії з довкіллям. Це процес мимовільний, що йде зі зменшенням енергії Гіббса сист

Методи одержання полімерів
Полімери – високомолекулярні сполуки, що характеризуються молекулярною масою від кількох тисяч до багатьох мільйонів. Молекули полімерів, називають

Будова полімерів
Макромолекули полімерів можуть бути лінійними, розгалуженими та сітчастими. Лінійні полімери – це полімери, побудовані з довгих ланцюгів одновимірних елементів, т.е.

Властивості полімерів
Властивості полімерів умовно можна поділити на хімічні та фізичні. І ті, й інші властивості пов'язані з особливостями будови полімерів, способом їх отримання, природою, що вводяться в

Застосування полімерів
На основі полімерів одержують волокна, плівки, гуми, лаки, клеї, пластмаси та композиційні матеріали (композити). Волокна отримують шляхом продавлювання розчинів або

Деякі реагенти для ідентифікації катіонів
Реагент Формула Катіон Продукт реакції Алізарін C14H6O

Інструментальні методи аналізу
В останні роки все більш широке застосування отримують інструментальні методи аналізу, що володіють багатьма перевагами: швидкістю, високою чутливістю, можливістю одночасного визначення.