Ανάλογα με τη θερμοκρασία και την πίεση, οποιαδήποτε ουσία είναι ικανή να λάβει διάφορες καταστάσεις συσσωμάτωσης. Κάθε τέτοια κατάσταση χαρακτηρίζεται από ορισμένες ποιοτικές ιδιότητες που παραμένουν αμετάβλητες στο πλαίσιο των θερμοκρασιών και των πιέσεων που απαιτούνται για μια δεδομένη κατάσταση συσσωμάτωσης.

Οι χαρακτηριστικές ιδιότητες των αθροιστικών καταστάσεων περιλαμβάνουν, για παράδειγμα, την ικανότητα ενός σώματος σε στερεή κατάσταση να διατηρεί το σχήμα του, ή αντίστροφα, την ικανότητα ενός υγρού σώματος να αλλάζει σχήμα. Ωστόσο, μερικές φορές τα όρια μεταξύ διαφορετικών καταστάσεων της ύλης είναι αρκετά θολά, όπως στην περίπτωση των υγρών κρυστάλλων ή των λεγόμενων «άμορφων σωμάτων», τα οποία μπορεί να είναι ελαστικά όπως τα στερεά και ρευστά όπως τα υγρά.

Η μετάβαση μεταξύ των καταστάσεων συσσωμάτωσης μπορεί να συμβεί με την απελευθέρωση ελεύθερης ενέργειας, μια αλλαγή στην πυκνότητα, την εντροπία ή άλλα φυσικές ποσότητες. Η μετάβαση από μια κατάσταση συνάθροισης σε μια άλλη ονομάζεται μετάβαση φάσης και τα φαινόμενα που συνοδεύουν τέτοιες μεταβάσεις ονομάζονται κρίσιμα φαινόμενα.

Κατάλογος γνωστών συγκεντρωτικών καταστάσεων

Στερεός
	Στερεά των οποίων τα άτομα ή τα μόρια δεν σχηματίζουν κρυσταλλικό πλέγμα.
	Στερεά των οποίων τα άτομα ή τα μόρια σχηματίζουν ένα κρυσταλλικό πλέγμα.
μεσόφαση
	Ένας υγρός κρύσταλλος είναι μια κατάσταση φάσης κατά την οποία μια ουσία έχει ταυτόχρονα και τις ιδιότητες των υγρών και τις ιδιότητες των κρυστάλλων.
Υγρό
	Η κατάσταση της ύλης σε θερμοκρασίες πάνω από το σημείο τήξης και κάτω από το σημείο βρασμού.
	Ένα υγρό του οποίου η θερμοκρασία υπερβαίνει το σημείο βρασμού του.
	Ένα υγρό του οποίου η θερμοκρασία είναι μικρότερη από τη θερμοκρασία κρυστάλλωσης.
	Η κατάσταση μιας υγρής ουσίας υπό αρνητική πίεση που προκαλείται από δυνάμεις van der Waals (δυνάμεις έλξης μεταξύ μορίων).
	Η κατάσταση ενός υγρού σε θερμοκρασία πάνω από το κρίσιμο σημείο.
	Ένα υγρό του οποίου οι ιδιότητες επηρεάζονται από κβαντικά φαινόμενα.
		Μια κατάσταση της ύλης που έχει πολύ ασθενείς δεσμούς μεταξύ μορίων ή ατόμων. Δεν προσφέρεται για τη μαθηματική περιγραφή ενός ιδανικού αερίου.
	Ένα αέριο του οποίου οι ιδιότητες επηρεάζονται από κβαντικά φαινόμενα.
		Αθροιστική κατάσταση, που αντιπροσωπεύεται από ένα σύνολο μεμονωμένων φορτισμένων σωματιδίων, το συνολικό φορτίο των οποίων σε οποιονδήποτε όγκο του συστήματος είναι ίσο με μηδέν.
	Μια κατάσταση της ύλης στην οποία είναι μια συλλογή από γκλουόνια, κουάρκ και αντικουάρκ.
	Μια στιγμιαία κατάσταση κατά την οποία τα πεδία δύναμης γλουονίου τεντώνονται μεταξύ των πυρήνων. Προηγείται το πλάσμα κουάρκ-γλουονίου.
κβαντικό αέριο
	Ένα αέριο που αποτελείται από φερμιόνια των οποίων οι ιδιότητες επηρεάζονται από κβαντικά φαινόμενα.
	Ένα αέριο που αποτελείται από μποζόνια των οποίων οι ιδιότητες επηρεάζονται από κβαντικά φαινόμενα.

Σε αυτή την ενότητα, θα εξετάσουμε συγκεντρωτικά κράτη, στο οποίο εδρεύει η ύλη γύρω μας και οι δυνάμεις αλληλεπίδρασης μεταξύ των σωματιδίων της ύλης, χαρακτηριστικές για κάθε μία από τις αθροιστικές καταστάσεις.

1. Στερεάς κατάστασης,

2. υγρή κατάστασηκαι

3. αέρια κατάσταση.

Συχνά διακρίνεται μια τέταρτη κατάσταση συσσωμάτωσης - πλάσμα αίματος.

Μερικές φορές, η κατάσταση πλάσματος θεωρείται ένας από τους τύπους αέριας κατάστασης.

Πλάσμα - μερικώς ή πλήρως ιονισμένο αέριο, συχνότερα εμφανίζεται σε υψηλές θερμοκρασίες.

Πλάσμα αίματοςείναι η πιο κοινή κατάσταση της ύλης στο σύμπαν, αφού η ύλη των άστρων βρίσκεται σε αυτή την κατάσταση.

Για όλους κατάσταση συνάθροισηςχαρακτηριστικά γνωρίσματα στη φύση της αλληλεπίδρασης μεταξύ των σωματιδίων μιας ουσίας, η οποία επηρεάζει τις φυσικές και χημικές της ιδιότητες.

Κάθε ουσία μπορεί να βρίσκεται σε διαφορετικές καταστάσεις συσσωμάτωσης. Σε αρκετά χαμηλές θερμοκρασίες, όλες οι ουσίες βρίσκονται μέσα Στερεάς κατάστασης. Αλλά καθώς ζεσταίνονται, γίνονται υγρά, έπειτα αέρια. Με περαιτέρω θέρμανση, ιονίζονται (τα άτομα χάνουν μερικά από τα ηλεκτρόνια τους) και περνούν στην κατάσταση πλάσμα αίματος.

Αέριο

αέρια κατάσταση(από ολλανδικά. gas, πηγαίνει πίσω σε άλλα ελληνικά. Χάος ) χαρακτηρίζεται από πολύ ασθενείς δεσμούς μεταξύ των συστατικών του σωματιδίων.

Τα μόρια ή τα άτομα που σχηματίζουν το αέριο κινούνται τυχαία και, ταυτόχρονα, βρίσκονται σε μεγάλες (σε σύγκριση με τα μεγέθη τους) αποστάσεις μεταξύ τους για την πλειονότητα του χρόνου. Εκ τούτου Οι δυνάμεις αλληλεπίδρασης μεταξύ των σωματιδίων αερίου είναι αμελητέες.

Το κύριο χαρακτηριστικό του αερίουείναι ότι γεμίζει όλο τον διαθέσιμο χώρο χωρίς να σχηματίζει επιφάνεια. Τα αέρια πάντα αναμειγνύονται. Το αέριο είναι μια ισότροπη ουσία, δηλαδή οι ιδιότητές του δεν εξαρτώνται από την κατεύθυνση.

Ελλείψει βαρύτητας πίεσητο ίδιο σε όλα τα σημεία του αερίου. Στο πεδίο των βαρυτικών δυνάμεων, η πυκνότητα και η πίεση δεν είναι ίδιες σε κάθε σημείο, μειώνονται με το ύψος. Αντίστοιχα, στο πεδίο της βαρύτητας, το μείγμα των αερίων γίνεται ανομοιογενές. βαριά αέριατείνουν να εγκαθίστανται χαμηλότερα και περισσότερο πνεύμονες- να πάω επάνω.

Το αέριο έχει υψηλή συμπιεστότητα- όταν η πίεση αυξάνεται, η πυκνότητά της αυξάνεται. Καθώς η θερμοκρασία ανεβαίνει, διαστέλλονται.

Όταν συμπιέζεται, ένα αέριο μπορεί να μετατραπεί σε υγρό., αλλά η συμπύκνωση δεν συμβαίνει σε καμία θερμοκρασία, αλλά σε θερμοκρασία κάτω από την κρίσιμη θερμοκρασία. Η κρίσιμη θερμοκρασία είναι χαρακτηριστικό ενός συγκεκριμένου αερίου και εξαρτάται από τις δυνάμεις αλληλεπίδρασης μεταξύ των μορίων του. Έτσι, για παράδειγμα, αέριο ήλιομπορεί να υγροποιηθεί μόνο σε θερμοκρασίες χαμηλότερες 4,2Κ.

Υπάρχουν αέρια που όταν ψύχονται περνούν σε ένα στερεό σώμα παρακάμπτοντας την υγρή φάση. Η μετατροπή ενός υγρού σε αέριο ονομάζεται εξάτμιση και η άμεση μετατροπή ενός στερεού σε αέριο ονομάζεται εξάχνιση.

Στερεός

Στερεάς κατάστασηςσε σύγκριση με άλλες καταστάσεις συσσώρευσης χαρακτηρίζεται από σταθερότητα σχήματος.

Διακρίνω κρυστάλλινοςκαι άμορφα στερεά.

Κρυσταλλική κατάσταση της ύλης

Η σταθερότητα του σχήματος των στερεών οφείλεται στο γεγονός ότι τα περισσότερα στερεά έχουν κρυσταλλική δομή.

Σε αυτή την περίπτωση, οι αποστάσεις μεταξύ των σωματιδίων της ουσίας είναι μικρές και οι δυνάμεις αλληλεπίδρασης μεταξύ τους είναι μεγάλες, γεγονός που καθορίζει τη σταθερότητα της μορφής.

Είναι εύκολο να επαληθευτεί η κρυσταλλική δομή πολλών στερεών διασπώντας ένα κομμάτι ύλης και εξετάζοντας το προκύπτον κάταγμα. Συνήθως, σε ένα διάλειμμα (για παράδειγμα, σε ζάχαρη, θείο, μέταλλα κ.λπ.), μικρές κρυστάλλινες όψεις που βρίσκονται σε διαφορετικές γωνίες είναι καθαρά ορατές, που αστράφτουν λόγω της διαφορετικής ανάκλασης του φωτός από αυτές.

Σε περιπτώσεις όπου οι κρύσταλλοι είναι πολύ μικροί, η κρυσταλλική δομή της ουσίας μπορεί να προσδιοριστεί χρησιμοποιώντας μικροσκόπιο.

Κρυσταλλικές μορφές

Κάθε ουσία σχηματίζεται κρυστάλλουςτέλεια καθορισμένη μορφή.

Η ποικιλία των κρυσταλλικών μορφών μπορεί να συνοψιστεί σε επτά ομάδες:

1. Τρικλινική(παραλληλεπίπεδο),

2.Μονοκλινική(πρίσμα με παραλληλόγραμμο στη βάση),

3. Ρομβικός(ορθογώνιο παραλληλεπίπεδο),

4. τετράγωνος(ορθογώνιο παραλληλεπίπεδο με τετράγωνο στη βάση),

5. Τριγωνικός,

6. Εξαγώνιος(πρίσμα με τη βάση της δεξιάς στο κέντρο
εξάγωνο),

7. κυβικός(κύβος).

Πολλές ουσίες, ιδίως ο σίδηρος, ο χαλκός, το διαμάντι, το χλωριούχο νάτριο, κρυσταλλώνονται σε κυβικό σύστημα. Οι απλούστερες μορφές αυτού του συστήματος είναι κύβος, οκτάεδρο, τετράεδρο.

Μαγνήσιο, ψευδάργυρος, πάγος, χαλαζίας κρυσταλλώνονται μέσα εξαγωνικό σύστημα. Οι κύριες μορφές αυτού του συστήματος είναι εξαγωνικά πρίσματα και διπυραμίδα.

Οι φυσικοί κρύσταλλοι, καθώς και οι κρύσταλλοι που λαμβάνονται τεχνητά, σπάνια αντιστοιχούν ακριβώς σε θεωρητικές μορφές. Συνήθως, όταν η λιωμένη ουσία στερεοποιείται, οι κρύσταλλοι αναπτύσσονται μαζί και επομένως το σχήμα καθενός από αυτά δεν είναι αρκετά σωστό.

Ωστόσο, ανεξάρτητα από το πόσο ανομοιόμορφα αναπτύσσεται ο κρύσταλλος, όσο παραμορφωμένο κι αν είναι το σχήμα του, οι γωνίες στις οποίες συγκλίνουν οι όψεις του κρυστάλλου στην ίδια ουσία παραμένουν σταθερές.

Ανισοτροπία

Τα χαρακτηριστικά των κρυσταλλικών σωμάτων δεν περιορίζονται στο σχήμα των κρυστάλλων. Αν και η ουσία σε έναν κρύσταλλο είναι απολύτως ομοιογενής, πολλές από αυτές φυσικές ιδιότητες- αντοχή, θερμική αγωγιμότητα, σχέση με το φως κ.λπ. - δεν είναι πάντα ίδιες σε διαφορετικές κατευθύνσεις μέσα στον κρύσταλλο. Αυτό το σημαντικό χαρακτηριστικό των κρυσταλλικών ουσιών ονομάζεται ανισοτροπία.

Εσωτερική δομή κρυστάλλων. Κρυσταλλικά πλέγματα.

Το εξωτερικό σχήμα ενός κρυστάλλου αντανακλά την εσωτερική του δομή και οφείλεται στη σωστή διάταξη των σωματιδίων που αποτελούν τον κρύσταλλο - μόρια, άτομα ή ιόντα.

Αυτή η διάταξη μπορεί να αναπαρασταθεί ως κρυσταλλικού πλέγματος- ένα χωρικό πλαίσιο που σχηματίζεται από τεμνόμενες ευθείες γραμμές. Στα σημεία τομής των γραμμών - κόμβοι πλέγματοςείναι τα κέντρα των σωματιδίων.

Ανάλογα με τη φύση των σωματιδίων που βρίσκονται στους κόμβους του κρυσταλλικού πλέγματος και με το ποιες δυνάμεις αλληλεπίδρασης μεταξύ τους επικρατούν σε έναν δεδομένο κρύσταλλο, διακρίνονται οι ακόλουθοι τύποι κρυσταλλικά πλέγματα:

1. μοριακός,

2. ατομικός,

3. ιοντικόκαι

4. μέταλλο.

Τα μοριακά και ατομικά πλέγματα είναι εγγενή σε ουσίες με ομοιοπολικό δεσμό, ιοντικά - σε ιοντικές ενώσεις, μεταλλικά - σε μέταλλα και τα κράματά τους.

Ατομικά κρυσταλλικά πλέγματα

Στους κόμβους των ατομικών δικτυωμάτων βρίσκονται άτομα. Συνδέονται μεταξύ τους ομοιοπολικό δεσμό.

Υπάρχουν σχετικά λίγες ουσίες που έχουν ατομικά πλέγματα. Ανήκουν σε διαμάντι, πυρίτιοκαι μερικές ανόργανες ενώσεις.

Αυτές οι ουσίες χαρακτηρίζονται από υψηλή σκληρότητα, είναι πυρίμαχες και πρακτικά αδιάλυτες σε οποιουσδήποτε διαλύτες. Αυτές οι ιδιότητες οφείλονται στην αντοχή τους. ομοιοπολικό δεσμό.

Μοριακά κρυσταλλικά πλέγματα

Τα μόρια βρίσκονται στους κόμβους των μοριακών πλεγμάτων. Συνδέονται μεταξύ τους διαμοριακές δυνάμεις.

Υπάρχουν πολλές ουσίες με μοριακό πλέγμα. Ανήκουν σε αμέταλλα, με εξαίρεση τον άνθρακα και το πυρίτιο, όλα ΟΡΓΑΝΙΚΕΣ ΕΝΩΣΕΙΣμε μη ιοντικό δεσμό και πολλές ανόργανες ενώσεις.

Οι δυνάμεις της διαμοριακής αλληλεπίδρασης είναι πολύ πιο αδύναμες από τις δυνάμεις των ομοιοπολικών δεσμών, επομένως οι μοριακοί κρύσταλλοι έχουν χαμηλή σκληρότητα, εύτηκτους και πτητικούς.

Ιωνικά κρυσταλλικά πλέγματα

Στους κόμβους των ιοντικών πλεγμάτων, εναλλάσσονται θετικά και αρνητικά φορτισμένα ιόντα. Συνδέονται μεταξύ τους με δυνάμεις ηλεκτροστατική έλξη.

Οι ιοντικές ενώσεις που σχηματίζουν ιοντικά πλέγματα περιλαμβάνουν τα περισσότερα άλατα και ένας μικρός αριθμός οξειδίων.

Με δύναμη ιοντικά πλέγματακατώτερο του ατομικού, αλλά υπερβαίνει το μοριακό.

Οι ιοντικές ενώσεις έχουν σχετικά υψηλά σημεία τήξης. Η μεταβλητότητά τους στις περισσότερες περιπτώσεις δεν είναι μεγάλη.

Μεταλλικά κρυσταλλικά πλέγματα

Στους κόμβους των μεταλλικών πλεγμάτων υπάρχουν άτομα μετάλλου, μεταξύ των οποίων τα κοινά ηλεκτρόνια αυτών των ατόμων κινούνται ελεύθερα.

Η παρουσία ελεύθερων ηλεκτρονίων στα κρυσταλλικά πλέγματα των μετάλλων μπορεί να εξηγήσει πολλές από τις ιδιότητές τους: πλαστικότητα, ελατότητα, μεταλλική λάμψη, υψηλή ηλεκτρική και θερμική αγωγιμότητα.

Υπάρχουν ουσίες στους κρυστάλλους των οποίων δύο είδη αλληλεπιδράσεων μεταξύ σωματιδίων παίζουν σημαντικό ρόλο. Έτσι, στον γραφίτη, τα άτομα άνθρακα συνδέονται μεταξύ τους στις ίδιες κατευθύνσεις. ομοιοπολικό δεσμό, και σε άλλα μεταλλικός. Επομένως, το πλέγμα γραφίτη μπορεί επίσης να θεωρηθεί ως πυρηνικός, Και πως μέταλλο.

Σε πολλές ανόργανες ενώσεις, για παράδειγμα, σε BeO, ZnS, CuCl, η σύνδεση μεταξύ των σωματιδίων που βρίσκονται στις θέσεις του πλέγματος είναι μερική ιωνικός, και εν μέρει ομοιοπολική. Επομένως, τα πλέγματα τέτοιων ενώσεων μπορούν να θεωρηθούν ως ενδιάμεσα μεταξύ τους ιωνικόςκαι ατομικός.

Άμορφη κατάσταση της ύλης

Ιδιότητες άμορφων ουσιών

Μεταξύ των στερεών σωμάτων υπάρχουν εκείνα στα οποία δεν μπορούν να βρεθούν σημάδια κρυστάλλων στο κάταγμα. Για παράδειγμα, εάν σπάσετε ένα κομμάτι συνηθισμένο γυαλί, τότε το σπάσιμό του θα είναι ομαλό και, σε αντίθεση με τα σπασίματα των κρυστάλλων, δεν περιορίζεται από επίπεδες, αλλά από οβάλ επιφάνειες.

Παρόμοια εικόνα παρατηρείται κατά το σχίσιμο τεμαχίων ρητίνης, κόλλας και κάποιων άλλων ουσιών. Αυτή η κατάσταση της ύλης ονομάζεται άμορφος.

Διαφορά μεταξύ κρυστάλλινοςκαι άμορφοςσώματα είναι ιδιαίτερα έντονα στη σχέση τους με τη θέρμανση.

Ενώ οι κρύσταλλοι κάθε ουσίας λιώνουν σε μια αυστηρά καθορισμένη θερμοκρασία και στην ίδια θερμοκρασία συμβαίνει μια μετάβαση από μια υγρή κατάσταση σε μια στερεή, τα άμορφα σώματα δεν έχουν σταθερό σημείο τήξης. Όταν θερμαίνεται, το άμορφο σώμα σταδιακά μαλακώνει, αρχίζει να απλώνεται και, τελικά, γίνεται εντελώς υγρό. Όταν κρυώσει, επίσης σταδιακά σκληραίνει.

Λόγω της έλλειψης συγκεκριμένου σημείου τήξης, τα άμορφα σώματα έχουν διαφορετική ικανότητα: πολλά από αυτά ρέουν σαν υγρά, δηλ. με παρατεταμένη δράση σχετικά μικρών δυνάμεων αλλάζουν σταδιακά το σχήμα τους. Για παράδειγμα, ένα κομμάτι ρητίνης τοποθετημένο σε μια επίπεδη επιφάνεια απλώνεται σε ένα ζεστό δωμάτιο για αρκετές εβδομάδες, παίρνοντας τη μορφή δίσκου.

Η δομή των άμορφων ουσιών

Διαφορά μεταξύ κρυσταλλική και άμορφηκατάσταση της ύλης έχει ως εξής.

Διατεταγμένη διάταξη σωματιδίων σε κρύσταλλο, που αντανακλάται από το μοναδιαίο κύτταρο, διατηρείται σε μεγάλες περιοχές κρυστάλλων και στην περίπτωση καλοσχηματισμένων κρυστάλλων - στο σύνολό τους.

Στα άμορφα σώματα παρατηρείται μόνο τάξη στη διάταξη των σωματιδίων σε πολύ μικρές περιοχές. Επιπλέον, σε έναν αριθμό άμορφων σωμάτων ακόμη και αυτή η τοπική διάταξη είναι μόνο κατά προσέγγιση.

Αυτή η διαφορά μπορεί να συνοψιστεί ως εξής:

• η κρυσταλλική δομή χαρακτηρίζεται από σειρά μεγάλης εμβέλειας,
• δομή άμορφων σωμάτων - κοντά.

Παραδείγματα άμορφων ουσιών.

Σταθερές άμορφες ουσίες περιλαμβάνουν ποτήρι(τεχνητό και ηφαιστειακό), φυσικό και τεχνητό ρητίνες, κόλλες, παραφίνη, κερίκαι τα λοιπά.

Μετάβαση από άμορφη κατάσταση σε κρυσταλλική.

Ορισμένες ουσίες μπορεί να είναι τόσο σε κρυσταλλική όσο και σε άμορφη κατάσταση. Διοξείδιο του πυριτίου SiO 2εμφανίζεται στη φύση με τη μορφή καλοσχηματισμένης κρύσταλλοι χαλαζία, καθώς και στην άμορφη κατάσταση ( ορυκτό πυριτόλιθο).

Εν η κρυσταλλική κατάσταση είναι πάντα πιο σταθερή. Επομένως, μια αυθόρμητη μετάβαση από μια κρυσταλλική σε μια άμορφη ουσία είναι αδύνατη και ο αντίστροφος μετασχηματισμός - μια αυθόρμητη μετάβαση από μια άμορφη κατάσταση σε μια κρυσταλλική - είναι δυνατή και μερικές φορές παρατηρείται.

Ένα παράδειγμα τέτοιου μετασχηματισμού είναι απουαλοποίηση- αυθόρμητη κρυστάλλωση γυαλιού σε υψηλές θερμοκρασίες, συνοδευόμενη από καταστροφή του.

άμορφη κατάστασηπολλές ουσίες λαμβάνονται με υψηλό ρυθμό στερεοποίησης (ψύξης) του υγρού τήγματος.

Για μέταλλα και κράματα άμορφη κατάστασησχηματίζεται, κατά κανόνα, εάν το τήγμα ψύχεται για ένα διάστημα της τάξης των κλασμάτων ή δεκάδων χιλιοστών του δευτερολέπτου. Για τα γυαλιά, αρκεί ένας πολύ χαμηλότερος ρυθμός ψύξης.

Χαλαζίας (SiO2) έχει επίσης χαμηλό ρυθμό κρυστάλλωσης. Επομένως, τα προϊόντα που ρίχνονται από αυτό είναι άμορφα. Ωστόσο, ο φυσικός χαλαζίας, ο οποίος είχε εκατοντάδες και χιλιάδες χρόνια για να κρυσταλλωθεί κατά τη διάρκεια της ψύξης του φλοιού της γης ή των βαθιών στρωμάτων ηφαιστείων, έχει μια χονδρόκοκκη δομή, σε αντίθεση με το ηφαιστειακό γυαλί, το οποίο έχει παγώσει στην επιφάνεια και επομένως είναι άμορφο .

Υγρά

Το υγρό είναι μια ενδιάμεση κατάσταση μεταξύ στερεού και αερίου.

υγρή κατάστασηείναι ενδιάμεσο μεταξύ αερίου και κρυσταλλικού. Σύμφωνα με ορισμένες ιδιότητες, τα υγρά είναι κοντά σε αέρια, σύμφωνα με άλλους - να στερεά σώματα.

Με τα αέρια, τα υγρά συγκεντρώνονται, πρώτα απ 'όλα, από αυτά ισοτροπίακαι ρευστότητα. Το τελευταίο καθορίζει την ικανότητα του υγρού να αλλάζει εύκολα το σχήμα του.

Ωστόσο υψηλής πυκνότηταςκαι χαμηλή συμπιεστότηταυγρά τα φέρνει πιο κοντά στερεά σώματα.

Η ικανότητα των υγρών να αλλάζουν εύκολα το σχήμα τους υποδηλώνει την απουσία σκληρών δυνάμεων διαμοριακής αλληλεπίδρασης σε αυτά.

Ταυτόχρονα, η χαμηλή συμπιεστότητα των υγρών, η οποία καθορίζει την ικανότητα διατήρησης σταθερού όγκου σε μια δεδομένη θερμοκρασία, υποδηλώνει την παρουσία, αν και όχι άκαμπτη, αλλά ακόμα σημαντική δύναμη αλληλεπίδρασης μεταξύ των σωματιδίων.

Ο λόγος δυναμικού και κινητικής ενέργειας.

Κάθε κατάσταση συσσωμάτωσης χαρακτηρίζεται από τη δική της αναλογία μεταξύ της δυναμικής και της κινητικής ενέργειας των σωματιδίων της ύλης.

Στα στερεά, η μέση δυναμική ενέργεια των σωματιδίων είναι μεγαλύτερη από τη μέση κινητική τους ενέργεια.Επομένως, στα στερεά, τα σωματίδια καταλαμβάνουν συγκεκριμένες θέσεις μεταξύ τους και ταλαντώνονται μόνο σε σχέση με αυτές τις θέσεις.

Για τα αέρια, η αναλογία ενέργειας αντιστρέφεται, με αποτέλεσμα τα μόρια του αερίου να βρίσκονται πάντα σε κατάσταση χαοτικής κίνησης και πρακτικά να μην υπάρχουν συνεκτικές δυνάμεις μεταξύ των μορίων, έτσι ώστε το αέριο να καταλαμβάνει πάντα όλο τον όγκο που του παρέχεται.

Στην περίπτωση των υγρών, η κινητική και η δυνητική ενέργεια των σωματιδίων είναι περίπου ίδιες, δηλ. τα σωματίδια συνδέονται μεταξύ τους, αλλά όχι άκαμπτα. Επομένως, τα υγρά είναι ρευστά, αλλά έχουν σταθερό όγκο σε μια δεδομένη θερμοκρασία.

Οι δομές των υγρών και των άμορφων σωμάτων είναι παρόμοιες.

Ως αποτέλεσμα της εφαρμογής μεθόδων δομικής ανάλυσης σε υγρά, διαπιστώθηκε ότι η δομή τα υγρά είναι σαν άμορφα σώματα. Τα περισσότερα υγρά έχουν παραγγελία μικρής εμβέλειας- ο αριθμός των πλησιέστερων γειτόνων για κάθε μόριο και η αμοιβαία διάταξη τους είναι περίπου ίδια σε όλο τον όγκο του υγρού.

Ο βαθμός ταξινόμησης των σωματιδίων σε διαφορετικά υγρά είναι διαφορετικός. Επιπλέον, αλλάζει με τη θερμοκρασία.

Σε χαμηλές θερμοκρασίες, που υπερβαίνουν ελαφρώς το σημείο τήξης μιας δεδομένης ουσίας, ο βαθμός τάξης στη διάταξη των σωματιδίων ενός δεδομένου υγρού είναι υψηλός.

Καθώς η θερμοκρασία ανεβαίνει, μειώνεται και καθώς το υγρό θερμαίνεται, οι ιδιότητες του υγρού πλησιάζουν όλο και περισσότερο τις ιδιότητες του αερίου. Όταν επιτευχθεί η κρίσιμη θερμοκρασία, η διάκριση μεταξύ υγρού και αερίου εξαφανίζεται.

Λόγω της ομοιότητας στην εσωτερική δομή των υγρών και των άμορφων σωμάτων, τα τελευταία θεωρούνται συχνά ως υγρά με πολύ υψηλό ιξώδες και μόνο ουσίες σε κρυσταλλική κατάσταση ταξινομούνται ως στερεά.

Παρομοίωση άμορφα σώματαυγρά, ωστόσο, θα πρέπει να θυμόμαστε ότι στα άμορφα σώματα, σε αντίθεση με τα συνηθισμένα υγρά, τα σωματίδια έχουν μια ελαφρά κινητικότητα - ίδια όπως και στους κρυστάλλους.

Η κατάσταση συσσωμάτωσης μιας ουσίας ονομάζεται συνήθως η ικανότητά της να διατηρεί το σχήμα και τον όγκο της. Ένα πρόσθετο χαρακτηριστικό είναι οι τρόποι με τους οποίους μια ουσία περνά από τη μια κατάσταση συσσωμάτωσης στην άλλη. Με βάση αυτό, διακρίνονται τρεις καταστάσεις συσσωμάτωσης: στερεά, υγρή και αέρια. Οι ορατές ιδιότητές τους είναι οι εξής:

Ένα συμπαγές σώμα διατηρεί τόσο σχήμα όσο και όγκο. Μπορεί να περάσει τόσο σε υγρό με τήξη όσο και απευθείας σε αέριο με εξάχνωση.
- Υγρό - διατηρεί όγκο, αλλά όχι σχήμα, έχει δηλαδή ρευστότητα. Το χυμένο υγρό τείνει να εξαπλώνεται απεριόριστα στην επιφάνεια στην οποία χύνεται. Ένα υγρό μπορεί να περάσει σε ένα στερεό με κρυστάλλωση και σε αέριο με εξάτμιση.
- Αέριο - δεν διατηρεί ούτε σχήμα ούτε όγκο. Το αέριο έξω από οποιοδήποτε δοχείο τείνει να διαστέλλεται απεριόριστα προς όλες τις κατευθύνσεις. Μόνο η βαρύτητα μπορεί να τον εμποδίσει να το κάνει αυτό, χάρη στην οποία η ατμόσφαιρα της γης δεν διαχέεται στο διάστημα. Ένα αέριο διέρχεται σε ένα υγρό με συμπύκνωση και απευθείας σε ένα στερεό μπορεί να περάσει μέσω της καθίζησης.

Μεταβάσεις φάσεων

Η μετάβαση μιας ουσίας από μια κατάσταση συσσωμάτωσης σε μια άλλη ονομάζεται μετάβαση φάσης, αφού η επιστημονική κατάσταση συσσωμάτωσης είναι μια φάση της ύλης. Για παράδειγμα, το νερό μπορεί να υπάρχει σε στερεή φάση (πάγος), υγρό (συνηθισμένο νερό) και αέριο (ατμός).

Το παράδειγμα του νερού είναι επίσης καλά αποδεδειγμένο. Ό,τι είναι κρεμασμένο στην αυλή για να στεγνώσει μια παγωμένη μέρα χωρίς αέρα παγώνει αμέσως, αλλά μετά από λίγο αποδεικνύεται στεγνό: ο πάγος εξαχνώνεται, μετατρέποντας απευθείας σε υδρατμούς.

Κατά κανόνα, η μετάβαση φάσης από στερεό σε υγρό και αέριο απαιτεί θέρμανση, αλλά η θερμοκρασία του μέσου δεν αυξάνεται: η θερμική ενέργεια δαπανάται για τη διάσπαση των εσωτερικών δεσμών στην ουσία. Αυτή είναι η λεγόμενη λανθάνουσα θερμότητα. Κατά τις αντίστροφες μεταβάσεις φάσης (συμπύκνωση, κρυστάλλωση), αυτή η θερμότητα απελευθερώνεται.

Γι' αυτό τα εγκαύματα με ατμό είναι τόσο επικίνδυνα. Όταν έρχεται σε επαφή με το δέρμα, συμπυκνώνεται. Η λανθάνουσα θερμότητα της εξάτμισης/συμπύκνωσης του νερού είναι πολύ υψηλή: από αυτή την άποψη, το νερό είναι μια ανώμαλη ουσία. Γι' αυτό είναι δυνατή η ζωή στη Γη. Κατά τη διάρκεια ενός εγκαύματος με ατμό, η λανθάνουσα θερμότητα της συμπύκνωσης του νερού "ζεματίζει" το καμένο μέρος πολύ βαθιά και οι συνέπειες ενός εγκαύματος με ατμό είναι πολύ πιο σοβαρές από ό, τι από μια φλόγα στην ίδια περιοχή του σώματος.

Ψευδοφάσες

Η ρευστότητα της υγρής φάσης μιας ουσίας καθορίζεται από το ιξώδες της και το ιξώδες καθορίζεται από τη φύση των εσωτερικών δεσμών, στους οποίους αφιερώνεται η επόμενη ενότητα. Το ιξώδες ενός υγρού μπορεί να είναι πολύ υψηλό και ένα τέτοιο υγρό μπορεί να ρέει ανεπαίσθητα στο μάτι.

Το κλασικό παράδειγμα είναι το γυαλί. Δεν είναι στερεό, αλλά πολύ παχύρρευστο υγρό. Σημειώστε ότι τα γυάλινα φύλλα στις αποθήκες δεν αποθηκεύονται ποτέ ακουμπώντας λοξά στον τοίχο. Μέσα σε λίγες μέρες θα κρεμάσουν κάτω από το βάρος τους και θα γίνουν άχρηστα.

Άλλα παραδείγματα ψευδο-στερεών σωμάτων είναι η πίσσα των παπουτσιών και η οικοδομική πίσσα. Αν ξεχάσετε το γωνιώδες κομμάτι πίσσας στη στέγη, το καλοκαίρι θα απλωθεί σε ένα κέικ και θα κολλήσει στη βάση. Τα ψευδο-στερεά σώματα μπορούν να διακριθούν από τα πραγματικά από τη φύση της τήξης: τα πραγματικά είτε διατηρούν το σχήμα τους μέχρι να απλωθούν αμέσως (συγκόλληση κατά τη συγκόλληση), είτε επιπλέουν, αφήνοντας λακκούβες και ρυάκια (πάγος). Και τα πολύ παχύρρευστα υγρά μαλακώνουν σταδιακά, όπως η ίδια πίσσα ή πίσσα.

Τα εξαιρετικά παχύρρευστα υγρά, των οποίων η ρευστότητα δεν είναι αισθητή για πολλά χρόνια και δεκαετίες, είναι πλαστικά. Η υψηλή τους ικανότητα να διατηρούν το σχήμα τους παρέχεται από το τεράστιο μοριακό βάρος των πολυμερών, πολλές χιλιάδες και εκατομμύρια άτομα υδρογόνου.

Η δομή των φάσεων της ύλης

Στην αέρια φάση, τα μόρια ή τα άτομα μιας ουσίας απέχουν πολύ μεταξύ τους, πολλές φορές μεγαλύτερη από την απόσταση μεταξύ τους. Αλληλεπιδρούν μεταξύ τους περιστασιακά και ακανόνιστα, μόνο κατά τη διάρκεια συγκρούσεων. Η ίδια η αλληλεπίδραση είναι ελαστική: συγκρούστηκαν σαν σκληρές μπάλες και αμέσως σκορπίστηκαν.

Σε ένα υγρό, τα μόρια/άτομα συνεχώς «αισθάνονται» το ένα το άλλο λόγω πολύ αδύναμων δεσμών χημικής φύσης. Αυτοί οι δεσμοί σπάνε συνεχώς και αποκαθίστανται αμέσως ξανά, τα μόρια του υγρού κινούνται συνεχώς μεταξύ τους και επομένως το υγρό ρέει. Αλλά για να το μετατρέψετε σε αέριο, πρέπει να σπάσετε όλους τους δεσμούς ταυτόχρονα, και αυτό απαιτεί πολλή ενέργεια, γι' αυτό και το υγρό διατηρεί τον όγκο του.

Από αυτή την άποψη, το νερό διαφέρει από άλλες ουσίες στο ότι τα μόριά του σε ένα υγρό συνδέονται με τους λεγόμενους δεσμούς υδρογόνου, οι οποίοι είναι αρκετά ισχυροί. Επομένως, το νερό μπορεί να είναι υγρό σε κανονική θερμοκρασία για όλη τη ζωή. Πολλές ουσίες με μοριακό βάρος δεκάδες και εκατοντάδες φορές μεγαλύτερο από αυτό του νερού, υπό κανονικές συνθήκες, είναι αέρια, όπως τουλάχιστον το συνηθισμένο οικιακό αέριο.

Σε ένα στερεό, όλα τα μόριά του είναι σταθερά στη θέση τους λόγω των ισχυρών χημικών δεσμών μεταξύ τους, σχηματίζοντας ένα κρυσταλλικό πλέγμα. Οι κρύσταλλοι της σωστής μορφής απαιτούν ειδικές συνθήκες για την ανάπτυξή τους και επομένως σπάνια βρίσκονται στη φύση. Τα περισσότερα στερεά είναι συσσωματώματα μικρών και μικροσκοπικών κρυστάλλων - κρυσταλλιτών, που συνδέονται σταθερά με δυνάμεις μηχανικής και ηλεκτρικής φύσης.

Εάν ο αναγνώστης έχει δει, για παράδειγμα, ένα ραγισμένο ημιάξονα αυτοκινήτου ή μια σχάρα από χυτοσίδηρο, τότε οι κόκκοι κρυσταλλίτη στο σκραπ είναι ορατοί με ένα απλό μάτι. Και σε θραύσματα σπασμένων πιάτων πορσελάνης ή φαγεντιανής, μπορούν να παρατηρηθούν κάτω από ένα μεγεθυντικό φακό.

Πλάσμα αίματος

Οι φυσικοί διακρίνουν επίσης την τέταρτη συνολική κατάσταση της ύλης - το πλάσμα. Στο πλάσμα, τα ηλεκτρόνια αποκόπτονται από τους ατομικούς πυρήνες και είναι ένα μείγμα ηλεκτρικά φορτισμένων σωματιδίων. Το πλάσμα μπορεί να είναι πολύ πυκνό. Για παράδειγμα, ένα κυβικό εκατοστό πλάσματος από το εσωτερικό των λευκών νάνων αστεριών ζυγίζει δεκάδες και εκατοντάδες τόνους.

Το πλάσμα απομονώνεται σε μια ξεχωριστή κατάσταση συσσωμάτωσης επειδή αλληλεπιδρά ενεργά με τα ηλεκτρομαγνητικά πεδία λόγω του γεγονότος ότι τα σωματίδια του είναι φορτισμένα. Στον ελεύθερο χώρο, το πλάσμα τείνει να διαστέλλεται, να κρυώνει και να μετατρέπεται σε αέριο. Αλλά υπό την επίδραση ηλεκτρομαγνητικών πεδίων, μπορεί να διατηρήσει το σχήμα και τον όγκο του έξω από το αγγείο, σαν ένα στερεό σώμα. Αυτή η ιδιότητα του πλάσματος χρησιμοποιείται σε αντιδραστήρες θερμοπυρηνικής ενέργειας - πρωτότυπα εργοστασίων ηλεκτροπαραγωγής του μέλλοντος.

Η πιο διαδεδομένη γνώση είναι για τρεις καταστάσεις συσσωμάτωσης: υγρό, στερεό, αέριο, μερικές φορές σκέφτονται για πλάσμα, λιγότερο συχνά υγρό κρύσταλλο. Πρόσφατα, μια λίστα με 17 φάσεις της ύλης, βγαλμένη από τον διάσημο () Stephen Fry, διαδόθηκε στο Διαδίκτυο. Ως εκ τούτου, θα μιλήσουμε για αυτούς με περισσότερες λεπτομέρειες, γιατί. θα πρέπει να γνωρίζει κανείς λίγο περισσότερα για την ύλη, έστω και μόνο για να κατανοήσει καλύτερα τις διαδικασίες που λαμβάνουν χώρα στο Σύμπαν.

Ο κατάλογος των αθροιστικών καταστάσεων της ύλης που δίνεται παρακάτω αυξάνεται από την ψυχρότερη κατάσταση στην πιο καυτή και ούτω καθεξής. μπορεί να συνεχιστεί. Ταυτόχρονα, θα πρέπει να γίνει κατανοητό ότι από την αέρια κατάσταση (Νο. 11), ο πιο «διογκωμένος», και στις δύο πλευρές της λίστας, ο βαθμός συμπίεσης της ύλης και η πίεσή της (με κάποιες επιφυλάξεις για τέτοιες ανεξερεύνητες υποθετικές καταστάσεις ως κβαντικές, ακτίνες ή ασθενώς συμμετρικές) αυξάνονται.Μετά το κείμενο δίνεται ένα οπτικό γράφημα των μεταπτώσεων φάσης της ύλης.

1. Κβαντική- η κατάσταση συσσωμάτωσης της ύλης, που επιτυγχάνεται όταν η θερμοκρασία πέσει στο απόλυτο μηδέν, με αποτέλεσμα να εξαφανίζονται οι εσωτερικοί δεσμοί και η ύλη να θρυμματίζεται σε ελεύθερα κουάρκ.

2. Συμπύκνωμα Bose-Einstein- η αθροιστική κατάσταση της ύλης, η οποία βασίζεται σε μποζόνια που ψύχονται σε θερμοκρασίες κοντά στο απόλυτο μηδέν (λιγότερο από ένα εκατομμυριοστό του βαθμού πάνω από το απόλυτο μηδέν). Σε μια τόσο έντονα ψυχρή κατάσταση, ένας αρκετά μεγάλος αριθμός ατόμων βρίσκονται στην ελάχιστη δυνατή κβαντική τους κατάσταση και τα κβαντικά φαινόμενα αρχίζουν να εκδηλώνονται σε μακροσκοπικό επίπεδο. Ένα συμπύκνωμα Bose-Einstein (συχνά αναφέρεται ως "συμπύκνωμα Bose" ή απλά "πίσω") εμφανίζεται όταν ψύχετε ένα χημικό στοιχείο σε εξαιρετικά χαμηλές θερμοκρασίες (συνήθως ακριβώς πάνω από το απόλυτο μηδέν, μείον 273 βαθμούς Κελσίου). , είναι η θεωρητική θερμοκρασία στο οποίο όλα σταματούν να κινούνται).
Εδώ αρχίζουν να συμβαίνουν περίεργα πράγματα. Διεργασίες που συνήθως παρατηρούνται μόνο σε ατομικό επίπεδο συμβαίνουν τώρα σε κλίμακες αρκετά μεγάλες ώστε να παρατηρούνται με γυμνό μάτι. Για παράδειγμα, εάν βάλετε μια "πλάτη" σε ένα ποτήρι ζέσεως και παρέχετε την επιθυμητή θερμοκρασία, η ουσία θα αρχίσει να σέρνεται στον τοίχο και τελικά να βγει μόνη της.
Προφανώς, εδώ έχουμε να κάνουμε με μια μάταιη προσπάθεια της ύλης να μειώσει τη δική της ενέργεια (η οποία βρίσκεται ήδη στο χαμηλότερο από όλα τα δυνατά επίπεδα).
Η επιβράδυνση των ατόμων χρησιμοποιώντας ψυκτικό εξοπλισμό παράγει μια μοναδική κβαντική κατάσταση γνωστή ως συμπύκνωμα Bose ή Bose-Einstein. Αυτό το φαινόμενο είχε προβλεφθεί το 1925 από τον A. Einstein, ως αποτέλεσμα της γενίκευσης του έργου του S. Bose, όπου κατασκευάστηκε στατιστική μηχανική για σωματίδια, που κυμαίνονταν από φωτόνια χωρίς μάζα έως άτομα με μάζα (χειρόγραφο του Einstein, το οποίο θεωρήθηκε χαμένο, βρέθηκε στη βιβλιοθήκη του Πανεπιστημίου του Leiden το 2005 ). Το αποτέλεσμα των προσπαθειών του Bose και του Einstein ήταν η έννοια του Bose για ένα αέριο, το οποίο υπακούει στις στατιστικές Bose-Einstein, που περιγράφει τη στατιστική κατανομή πανομοιότυπων σωματιδίων με ακέραιο σπιν, που ονομάζονται μποζόνια. Τα μποζόνια, τα οποία είναι, για παράδειγμα, και μεμονωμένα στοιχειώδη σωματίδια - φωτόνια και ολόκληρα άτομα, μπορούν να βρίσκονται μεταξύ τους στις ίδιες κβαντικές καταστάσεις. Ο Αϊνστάιν πρότεινε ότι η ψύξη των ατόμων - μποζονίων σε πολύ χαμηλές θερμοκρασίες, θα τα έκανε να πάνε (ή, με άλλα λόγια, να συμπυκνωθούν) στη χαμηλότερη δυνατή κβαντική κατάσταση. Το αποτέλεσμα μιας τέτοιας συμπύκνωσης θα είναι η εμφάνιση μιας νέας μορφής ύλης.
Αυτή η μετάβαση συμβαίνει κάτω από την κρίσιμη θερμοκρασία, η οποία είναι για ένα ομοιογενές τρισδιάστατο αέριο που αποτελείται από μη αλληλεπιδρώντα σωματίδια χωρίς εσωτερικούς βαθμούς ελευθερίας.

3. Φερμιονικό συμπύκνωμα- η κατάσταση συσσωμάτωσης μιας ουσίας, παρόμοια με την υποστήριξη, αλλά διαφορετική στη δομή. Όταν πλησιάζουν το απόλυτο μηδέν, τα άτομα συμπεριφέρονται διαφορετικά ανάλογα με το μέγεθος της δικής τους γωνιακής ορμής (σπιν). Τα μποζόνια έχουν σπιν ακέραιου αριθμού, ενώ τα φερμιόνια έχουν σπιν πολλαπλάσια του 1/2 (1/2, 3/2, 5/2). Τα φερμιόνια υπακούουν στην αρχή αποκλεισμού Pauli, η οποία δηλώνει ότι δύο φερμιόνια δεν μπορούν να έχουν την ίδια κβαντική κατάσταση. Για τα μποζόνια, δεν υπάρχει τέτοια απαγόρευση, και επομένως έχουν την ευκαιρία να υπάρχουν σε μια κβαντική κατάσταση και έτσι να σχηματίσουν το λεγόμενο συμπύκνωμα Bose-Einstein. Η διαδικασία σχηματισμού αυτού του συμπυκνώματος είναι υπεύθυνη για τη μετάβαση στην υπεραγώγιμη κατάσταση.
Τα ηλεκτρόνια έχουν σπιν 1/2 και επομένως είναι φερμιόνια. Συνδυάζονται σε ζεύγη (τα λεγόμενα ζεύγη Cooper), τα οποία στη συνέχεια σχηματίζουν ένα συμπύκνωμα Bose.
Αμερικανοί επιστήμονες προσπάθησαν να αποκτήσουν ένα είδος μορίου από άτομα φερμιονίων με βαθιά ψύξη. Η διαφορά από τα πραγματικά μόρια ήταν ότι δεν υπήρχε χημικός δεσμός μεταξύ των ατόμων - απλώς κινούνταν μαζί με συσχετισμένο τρόπο. Ο δεσμός μεταξύ των ατόμων αποδείχθηκε ακόμη ισχυρότερος από ό,τι μεταξύ ηλεκτρονίων στα ζεύγη Cooper. Για τα ζεύγη φερμιονίων που σχηματίζονται, το συνολικό σπιν δεν είναι πλέον πολλαπλάσιο του 1/2, επομένως, συμπεριφέρονται ήδη σαν μποζόνια και μπορούν να σχηματίσουν ένα συμπύκνωμα Bose με μία μόνο κβαντική κατάσταση. Κατά τη διάρκεια του πειράματος, ένα αέριο ατόμων καλίου-40 ψύχθηκε στα 300 νανοκελβίνια, ενώ το αέριο ήταν εγκλεισμένο σε μια λεγόμενη οπτική παγίδα. Στη συνέχεια εφαρμόστηκε ένα εξωτερικό μαγνητικό πεδίο, με τη βοήθεια του οποίου ήταν δυνατή η αλλαγή της φύσης των αλληλεπιδράσεων μεταξύ των ατόμων - αντί για ισχυρή απώθηση, άρχισε να παρατηρείται ισχυρή έλξη. Κατά την ανάλυση της επίδρασης του μαγνητικού πεδίου, ήταν δυνατό να βρεθεί μια τέτοια τιμή στην οποία τα άτομα άρχισαν να συμπεριφέρονται σαν ζεύγη ηλεκτρονίων Cooper. Στο επόμενο στάδιο του πειράματος, οι επιστήμονες προτείνουν να ληφθούν τα αποτελέσματα της υπεραγωγιμότητας για το φερμιονικό συμπύκνωμα.

4. Υπερρευστή ύλη- μια κατάσταση στην οποία η ουσία δεν έχει ουσιαστικά ιξώδες και όταν ρέει, δεν υφίσταται τριβή με μια στερεή επιφάνεια. Συνέπεια αυτού είναι, για παράδειγμα, ένα τόσο ενδιαφέρον αποτέλεσμα όπως η πλήρης αυθόρμητη «έρπουσα» υπερρευστού ηλίου από το σκάφος κατά μήκος των τοιχωμάτων του ενάντια στη βαρύτητα. Φυσικά, δεν υπάρχει παραβίαση του νόμου της διατήρησης της ενέργειας εδώ. Ελλείψει δυνάμεων τριβής, μόνο δυνάμεις βαρύτητας δρουν στο ήλιο, δυνάμεις διατομικής αλληλεπίδρασης μεταξύ του ηλίου και των τοιχωμάτων του δοχείου και μεταξύ των ατόμων ηλίου. Έτσι, οι δυνάμεις της διατομικής αλληλεπίδρασης υπερβαίνουν όλες τις άλλες δυνάμεις μαζί. Ως αποτέλεσμα, το ήλιο τείνει να εξαπλώνεται όσο το δυνατόν περισσότερο σε όλες τις πιθανές επιφάνειες, και επομένως «ταξιδεύει» κατά μήκος των τοιχωμάτων του αγγείου. Το 1938, ο Σοβιετικός επιστήμονας Pyotr Kapitsa απέδειξε ότι το ήλιο μπορεί να υπάρχει σε υπερρευστή κατάσταση.
Αξίζει να σημειωθεί ότι πολλές από τις ασυνήθιστες ιδιότητες του ηλίου είναι γνωστές εδώ και αρκετό καιρό. Ωστόσο, τα τελευταία χρόνια, αυτό το χημικό στοιχείο μας «χαλάζει» με ενδιαφέροντα και απροσδόκητα αποτελέσματα. Έτσι, το 2004, ο Moses Chan και η Eun-Syong Kim από το Πανεπιστήμιο της Πενσυλβάνια ενδιαφέρθηκαν από επιστημονικό κόσμουποστηρίζοντας ότι είχαν καταφέρει να αποκτήσουν μια εντελώς νέα κατάσταση ηλίου - ένα υπερρευστό στερεό. Σε αυτή την κατάσταση, μερικά άτομα ηλίου στο κρυσταλλικό πλέγμα μπορούν να ρέουν γύρω από άλλα και έτσι το ήλιο μπορεί να ρέει μέσα από τον εαυτό του. Η επίδραση της «υπερσκληρότητας» είχε προβλεφθεί θεωρητικά το 1969. Και το 2004 - σαν πειραματική επιβεβαίωση. Ωστόσο, μεταγενέστερα και πολύ περίεργα πειράματα έδειξαν ότι όλα δεν είναι τόσο απλά και, ίσως, μια τέτοια ερμηνεία του φαινομένου, που προηγουμένως είχε ληφθεί για την υπερρευστότητα του στερεού ηλίου, είναι εσφαλμένη.
Το πείραμα των επιστημόνων με επικεφαλής τον Humphrey Maris από το Brown University των ΗΠΑ ήταν απλό και κομψό. Οι επιστήμονες τοποθέτησαν έναν δοκιμαστικό σωλήνα αναποδογυρισμένο σε μια κλειστή δεξαμενή υγρού ηλίου. Μέρος του ηλίου στον δοκιμαστικό σωλήνα και στη δεξαμενή ήταν παγωμένο με τέτοιο τρόπο ώστε το όριο μεταξύ υγρού και στερεού μέσα στον δοκιμαστικό σωλήνα ήταν υψηλότερο από ό,τι στη δεξαμενή. Υπήρχε δηλαδή υγρό ήλιο στο πάνω μέρος του σωλήνα, στερεό ήλιο στο κάτω μέρος, περνούσε ομαλά στη στερεά φάση της δεξαμενής, πάνω από την οποία χύθηκε λίγο υγρό ήλιο - χαμηλότερα από τη στάθμη του υγρού στο δοκιμαστικός σωλήνας. Εάν το υγρό ήλιο άρχιζε να διαρρέει στερεό, τότε η διαφορά στάθμης θα μειωνόταν και τότε μπορούμε να μιλάμε για στερεό υπερρευστό ήλιο. Και καταρχήν, σε τρία από τα 13 πειράματα, η διαφορά επιπέδου πράγματι μειώθηκε.

5. Υπερσκληρή ύλη- μια κατάσταση συσσωμάτωσης στην οποία η ύλη είναι διαφανής και μπορεί να «ρέει» σαν υγρό, αλλά στην πραγματικότητα στερείται ιξώδους. Τέτοια υγρά είναι γνωστά εδώ και πολλά χρόνια και ονομάζονται υπερρευστά. Το γεγονός είναι ότι αν το υπερρευστό αναδευτεί, θα κυκλοφορεί σχεδόν για πάντα, ενώ το κανονικό υγρό τελικά θα ηρεμήσει. Τα δύο πρώτα υπερρευστά δημιουργήθηκαν από ερευνητές χρησιμοποιώντας ήλιο-4 και ήλιο-3. Ψύχθηκαν σχεδόν στο απόλυτο μηδέν - στους μείον 273 βαθμούς Κελσίου. Και από το ήλιο-4, Αμερικανοί επιστήμονες κατάφεραν να αποκτήσουν ένα υπερσκληρό σώμα. Συμπίεσαν το παγωμένο ήλιο με πίεση περισσότερες από 60 φορές και στη συνέχεια το γυαλί γεμάτο με την ουσία τοποθετήθηκε σε έναν περιστρεφόμενο δίσκο. Σε θερμοκρασία 0,175 βαθμών Κελσίου, ο δίσκος άρχισε ξαφνικά να περιστρέφεται πιο ελεύθερα, κάτι που, σύμφωνα με τους επιστήμονες, δείχνει ότι το ήλιο έχει γίνει υπερσώμα.

6. Στερεά- η κατάσταση συσσωμάτωσης της ύλης, που χαρακτηρίζεται από τη σταθερότητα της μορφής και τη φύση της θερμικής κίνησης των ατόμων, που κάνουν μικρές δονήσεις γύρω από τις θέσεις ισορροπίας. Η σταθερή κατάσταση των στερεών είναι κρυσταλλική. Διακρίνετε τα στερεά με ιοντικούς, ομοιοπολικούς, μεταλλικούς και άλλους τύπους δεσμών μεταξύ ατόμων, γεγονός που καθορίζει την ποικιλία των φυσικών τους ιδιοτήτων. Οι ηλεκτρικές και ορισμένες άλλες ιδιότητες των στερεών καθορίζονται κυρίως από τη φύση της κίνησης των εξωτερικών ηλεκτρονίων των ατόμων τους. Σύμφωνα με τις ηλεκτρικές τους ιδιότητες, τα στερεά χωρίζονται σε διηλεκτρικά, ημιαγωγούς και μέταλλα· ανάλογα με τις μαγνητικές τους ιδιότητες, χωρίζονται σε διαμαγνήτες, παραμαγνήτες και σώματα με διατεταγμένη μαγνητική δομή. Οι έρευνες των ιδιοτήτων των στερεών έχουν ενωθεί σε ένα μεγάλο πεδίο - τη φυσική στερεάς κατάστασης, η ανάπτυξη του οποίου διεγείρεται από τις ανάγκες της τεχνολογίας.

7. Άμορφο στερεό- μια συμπυκνωμένη κατάσταση συσσωμάτωσης μιας ουσίας, που χαρακτηρίζεται από την ισοτροπία των φυσικών ιδιοτήτων λόγω της διαταραγμένης διάταξης των ατόμων και των μορίων. Στα άμορφα στερεά, τα άτομα δονούνται γύρω από τυχαία σημεία. Σε αντίθεση με την κρυσταλλική κατάσταση, η μετάβαση από ένα στερεό άμορφο σε υγρό συμβαίνει σταδιακά. Διάφορες ουσίες βρίσκονται σε άμορφη κατάσταση: γυαλιά, ρητίνες, πλαστικά κ.λπ.

8. Υγρός κρύσταλλος- αυτή είναι μια συγκεκριμένη κατάσταση συσσωμάτωσης μιας ουσίας στην οποία εμφανίζει ταυτόχρονα τις ιδιότητες ενός κρυστάλλου και ενός υγρού. Πρέπει να κάνουμε αμέσως επιφύλαξη ότι δεν μπορούν όλες οι ουσίες να βρίσκονται σε κατάσταση υγρών κρυστάλλων. Ωστόσο, ορισμένες οργανικές ουσίες με πολύπλοκα μόρια μπορούν να σχηματίσουν μια συγκεκριμένη κατάσταση συσσωμάτωσης - υγρό κρύσταλλο. Αυτή η κατάσταση πραγματοποιείται κατά την τήξη κρυστάλλων ορισμένων ουσιών. Όταν λιώνουν, σχηματίζεται μια υγροκρυσταλλική φάση, η οποία διαφέρει από τα συνηθισμένα υγρά. Αυτή η φάση υπάρχει στην περιοχή από τη θερμοκρασία τήξης του κρυστάλλου έως κάποια υψηλότερη θερμοκρασία, όταν θερμαίνεται στην οποία ο υγρός κρύσταλλος μετατρέπεται σε ένα συνηθισμένο υγρό.
Σε τι διαφέρει ένας υγρός κρύσταλλος από έναν υγρό και έναν συνηθισμένο κρύσταλλο και σε τι μοιάζει με αυτούς; Όπως ένα συνηθισμένο υγρό, ένας υγρός κρύσταλλος έχει ρευστότητα και παίρνει τη μορφή δοχείου στο οποίο τοποθετείται. Σε αυτό διαφέρει από τους γνωστούς σε όλους κρυστάλλους. Ωστόσο, παρά την ιδιότητα αυτή, που το ενώνει με ένα υγρό, έχει μια ιδιότητα χαρακτηριστική των κρυστάλλων. Αυτή είναι η διάταξη στο χώρο των μορίων που σχηματίζουν τον κρύσταλλο. Είναι αλήθεια ότι αυτή η παραγγελία δεν είναι τόσο πλήρης όσο στους συνηθισμένους κρυστάλλους, αλλά, ωστόσο, επηρεάζει σημαντικά τις ιδιότητες των υγρών κρυστάλλων, γεγονός που τους διακρίνει από τα συνηθισμένα υγρά. Η ατελής χωρική διάταξη των μορίων που σχηματίζουν έναν υγρό κρύσταλλο εκδηλώνεται στο γεγονός ότι στους υγρούς κρυστάλλους δεν υπάρχει πλήρης τάξη στη χωρική διάταξη των κέντρων βάρους των μορίων, αν και μπορεί να υπάρχει μερική τάξη. Αυτό σημαίνει ότι δεν έχουν άκαμπτο κρυσταλλικό πλέγμα. Επομένως, οι υγροί κρύσταλλοι, όπως και τα συνηθισμένα υγρά, έχουν την ιδιότητα της ρευστότητας.
Μια υποχρεωτική ιδιότητα των υγρών κρυστάλλων, που τους φέρνει πιο κοντά στους συνηθισμένους κρυστάλλους, είναι η παρουσία μιας τάξης στον χωρικό προσανατολισμό των μορίων. Μια τέτοια σειρά προσανατολισμού μπορεί να εκδηλωθεί, για παράδειγμα, στο γεγονός ότι όλοι οι μεγάλοι άξονες μορίων σε ένα δείγμα υγρών κρυστάλλων είναι προσανατολισμένοι με τον ίδιο τρόπο. Αυτά τα μόρια πρέπει να έχουν επίμηκες σχήμα. Εκτός από την απλούστερη ονομαστική διάταξη των αξόνων των μορίων, μπορεί να πραγματοποιηθεί μια πιο περίπλοκη προσανατολιστική σειρά μορίων σε έναν υγρό κρύσταλλο.
Ανάλογα με τον τύπο της διάταξης των μοριακών αξόνων, οι υγροί κρύσταλλοι χωρίζονται σε τρεις τύπους: νηματικούς, σμηκτικούς και χοληστερικούς.
Η έρευνα για τη φυσική των υγρών κρυστάλλων και τις εφαρμογές τους διεξάγεται αυτή τη στιγμή σε ευρύ μέτωπο σε όλες τις πιο ανεπτυγμένες χώρες του κόσμου. Η εγχώρια έρευνα συγκεντρώνεται τόσο σε ακαδημαϊκά όσο και σε βιομηχανικά ερευνητικά ιδρύματα και έχει μακρά παράδοση. Τα έργα του Β.Κ. Frederiks προς V.N. Τσβέτκοφ. Τα τελευταία χρόνια, η ταχεία μελέτη των υγρών κρυστάλλων, Ρώσοι ερευνητές συμβάλλουν επίσης σημαντικά στην ανάπτυξη της θεωρίας των υγρών κρυστάλλων γενικά και, ειδικότερα, της οπτικής των υγρών κρυστάλλων. Έτσι, τα έργα του Ι.Γ. Chistyakova, A.P. Kapustina, Α.Ε. Brazovsky, S.A. Pikin, L.M. Ο Blinov και πολλοί άλλοι Σοβιετικοί ερευνητές είναι ευρέως γνωστοί στην επιστημονική κοινότητα και χρησιμεύουν ως το θεμέλιο για μια σειρά αποτελεσματικών τεχνικών εφαρμογών υγρών κρυστάλλων.
Η ύπαρξη υγρών κρυστάλλων διαπιστώθηκε πολύ καιρό πριν, δηλαδή το 1888, δηλαδή σχεδόν πριν από έναν αιώνα. Αν και οι επιστήμονες είχαν αντιμετωπίσει αυτή την κατάσταση της ύλης πριν από το 1888, ανακαλύφθηκε επίσημα αργότερα.
Ο πρώτος που ανακάλυψε υγρούς κρυστάλλους ήταν ο Αυστριακός βοτανολόγος Reinitzer. Ερευνώντας τη νέα ουσία βενζοϊκή χοληστερίνη που συνέθεσε, διαπίστωσε ότι σε θερμοκρασία 145 ° C, οι κρύσταλλοι αυτής της ουσίας λιώνουν, σχηματίζοντας ένα θολό υγρό που διαχέει έντονα το φως. Με τη συνεχή θέρμανση, όταν φτάσει σε θερμοκρασία 179 ° C, το υγρό γίνεται διαυγές, δηλαδή αρχίζει να συμπεριφέρεται οπτικά σαν ένα συνηθισμένο υγρό, όπως το νερό. Το βενζοϊκό χοληστερύλιο έδειξε απροσδόκητες ιδιότητες στη θολή φάση. Εξετάζοντας αυτή τη φάση κάτω από ένα πολωτικό μικροσκόπιο, ο Reinitzer διαπίστωσε ότι έχει διπλή διάθλαση. Αυτό σημαίνει ότι ο δείκτης διάθλασης του φωτός, δηλαδή η ταχύτητα του φωτός σε αυτή τη φάση, εξαρτάται από την πόλωση.

9. Υγρό- η κατάσταση συσσωμάτωσης μιας ουσίας, που συνδυάζει τα χαρακτηριστικά μιας στερεής κατάστασης (διατήρηση όγκου, μια ορισμένη αντοχή εφελκυσμού) και μια αέρια κατάσταση (μεταβλητότητα σχήματος). Ένα υγρό χαρακτηρίζεται από μια σειρά μικρής εμβέλειας στη διάταξη των σωματιδίων (μόρια, άτομα) και μια μικρή διαφορά στην κινητική ενέργεια της θερμικής κίνησης των μορίων και τη δυναμική ενέργεια αλληλεπίδρασής τους. Η θερμική κίνηση των μορίων του υγρού αποτελείται από ταλαντώσεις γύρω από θέσεις ισορροπίας και σχετικά σπάνια άλματα από τη μια θέση ισορροπίας στην άλλη, γεγονός που σχετίζεται με τη ρευστότητα του υγρού.

10. Υπερκρίσιμο ρευστό(GFR) είναι η κατάσταση συσσωμάτωσης μιας ουσίας, στην οποία η διαφορά μεταξύ της υγρής και της αέριας φάσης εξαφανίζεται. Οποιαδήποτε ουσία σε θερμοκρασία και πίεση πάνω από το κρίσιμο σημείο είναι υπερκρίσιμο ρευστό. Οι ιδιότητες μιας ουσίας στην υπερκρίσιμη κατάσταση είναι ενδιάμεσες μεταξύ των ιδιοτήτων της στην αέρια και την υγρή φάση. Έτσι, το SCF έχει υψηλή πυκνότητα, κοντά στο υγρό, και χαμηλό ιξώδες, όπως τα αέρια. Ο συντελεστής διάχυσης σε αυτή την περίπτωση έχει μια ενδιάμεση τιμή μεταξύ υγρού και αερίου. Ουσίες σε υπερκρίσιμη κατάσταση μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως υποκατάστατα οργανικών διαλυτών σε εργαστηριακές και βιομηχανικές διεργασίες. Το υπερκρίσιμο νερό και το υπερκρίσιμο διοξείδιο του άνθρακα έχουν λάβει το μεγαλύτερο ενδιαφέρον και κατανομή σε σχέση με ορισμένες ιδιότητες.
Μία από τις πιο σημαντικές ιδιότητες της υπερκρίσιμης κατάστασης είναι η ικανότητα διάλυσης ουσιών. Αλλάζοντας τη θερμοκρασία ή την πίεση του ρευστού, μπορεί κανείς να αλλάξει τις ιδιότητές του σε ένα ευρύ φάσμα. Έτσι, είναι δυνατό να ληφθεί ένα ρευστό του οποίου οι ιδιότητες είναι κοντά είτε σε υγρό είτε με αέριο. Έτσι, η διαλυτική ισχύς ενός ρευστού αυξάνεται με την αύξηση της πυκνότητας (σε σταθερή θερμοκρασία). Δεδομένου ότι η πυκνότητα αυξάνεται με την αύξηση της πίεσης, η αλλαγή της πίεσης μπορεί να επηρεάσει τη διαλυτική ισχύ του ρευστού (σε σταθερή θερμοκρασία). Στην περίπτωση της θερμοκρασίας, η εξάρτηση των ιδιοτήτων του ρευστού είναι κάπως πιο περίπλοκη - σε σταθερή πυκνότητα, η ισχύς διάλυσης του ρευστού αυξάνεται επίσης, ωστόσο, κοντά στο κρίσιμο σημείο, μια ελαφρά αύξηση της θερμοκρασίας μπορεί να οδηγήσει σε απότομη πτώση της πυκνότητας , και, κατά συνέπεια, διαλυτική δύναμη. Τα υπερκρίσιμα ρευστά αναμειγνύονται μεταξύ τους επ' αόριστον, οπότε όταν επιτευχθεί το κρίσιμο σημείο του μείγματος, το σύστημα θα είναι πάντα μονοφασικό. Η κατά προσέγγιση κρίσιμη θερμοκρασία ενός δυαδικού μείγματος μπορεί να υπολογιστεί ως ο αριθμητικός μέσος όρος των κρίσιμων παραμέτρων των ουσιών Tc(mix) = (μοριακό κλάσμα του Α) x TcA + (μοριακό κλάσμα του Β) x TcB.

11. Αέριο- (Γαλλικό gaz, από το ελληνικό χάος - χάος), η αθροιστική κατάσταση της ύλης, στην οποία η κινητική ενέργεια της θερμικής κίνησης των σωματιδίων της (μόρια, άτομα, ιόντα) υπερβαίνει σημαντικά τη δυναμική ενέργεια των αλληλεπιδράσεων μεταξύ τους, και επομένως η τα σωματίδια κινούνται ελεύθερα, γεμίζοντας ομοιόμορφα, ελλείψει εξωτερικών πεδίων, ολόκληρο τον όγκο που τους παρέχεται.

12. Πλάσμα- (από το ελληνικό πλάσμα - μορφοποιημένο, διαμορφωμένο), κατάσταση της ύλης, που είναι ιονισμένο αέριο, στην οποία οι συγκεντρώσεις θετικών και αρνητικών φορτίων είναι ίσες (οιονεί ουδετερότητα). Η συντριπτική πλειοψηφία της ύλης στο Σύμπαν βρίσκεται σε κατάσταση πλάσματος: αστέρια, γαλαξιακά νεφελώματα και το διαστρικό μέσο. Κοντά στη Γη, το πλάσμα υπάρχει με τη μορφή του ηλιακού ανέμου, της μαγνητόσφαιρας και της ιονόσφαιρας. Το πλάσμα υψηλής θερμοκρασίας (T ~ 106 - 108 K) από ένα μείγμα δευτερίου και τριτίου διερευνάται με στόχο την εφαρμογή ελεγχόμενης θερμοπυρηνικής σύντηξης. Το πλάσμα χαμηλής θερμοκρασίας (T Ј 105K) χρησιμοποιείται σε διάφορες συσκευές εκκένωσης αερίου (λέιζερ αερίου, συσκευές ιόντων, γεννήτριες MHD, φακοί πλάσματος, κινητήρες πλάσματος, κ.λπ.), καθώς και στην τεχνολογία (βλέπε Μεταλλουργία πλάσματος, Διάτρηση πλάσματος, Τεχνολογία πλάσματος).

13. Εκφυλισμένη ύλη- είναι ένα ενδιάμεσο στάδιο μεταξύ πλάσματος και νετρονίου. Παρατηρείται σε λευκούς νάνους και παίζει σημαντικό ρόλο στην εξέλιξη των άστρων. Όταν τα άτομα βρίσκονται σε συνθήκες εξαιρετικά υψηλών θερμοκρασιών και πιέσεων, χάνουν τα ηλεκτρόνια τους (πηγαίνουν σε αέριο ηλεκτρονίων). Με άλλα λόγια, ιονίζονται πλήρως (πλάσμα). Η πίεση ενός τέτοιου αερίου (πλάσμα) καθορίζεται από την πίεση του ηλεκτρονίου. Εάν η πυκνότητα είναι πολύ υψηλή, όλα τα σωματίδια αναγκάζονται να πλησιάσουν το ένα το άλλο. Τα ηλεκτρόνια μπορεί να βρίσκονται σε καταστάσεις με συγκεκριμένες ενέργειες και δύο ηλεκτρόνια δεν μπορούν να έχουν την ίδια ενέργεια (εκτός αν τα σπιν τους είναι αντίθετα). Έτσι, σε ένα πυκνό αέριο, όλα τα χαμηλότερα επίπεδα ενέργειας αποδεικνύονται γεμάτα με ηλεκτρόνια. Ένα τέτοιο αέριο ονομάζεται εκφυλισμένο. Σε αυτή την κατάσταση, τα ηλεκτρόνια παρουσιάζουν μια εκφυλισμένη πίεση ηλεκτρονίων που αντιτίθεται στις δυνάμεις της βαρύτητας.

14. Νετρόνιο— κατάσταση συσσωμάτωσης στην οποία η ύλη διέρχεται υπό υπερυψηλή πίεση, η οποία δεν είναι εφικτή ακόμη στο εργαστήριο, αλλά υπάρχει μέσα σε αστέρια νετρονίων. Κατά τη μετάβαση στην κατάσταση νετρονίων, τα ηλεκτρόνια της ύλης αλληλεπιδρούν με πρωτόνια και μετατρέπονται σε νετρόνια. Ως αποτέλεσμα, η ύλη στην κατάσταση νετρονίων αποτελείται εξ ολοκλήρου από νετρόνια και έχει πυκνότητα της τάξης των πυρηνικών. Η θερμοκρασία της ουσίας σε αυτή την περίπτωση δεν πρέπει να είναι πολύ υψηλή (σε ισοδύναμο ενέργειας, όχι περισσότερο από εκατό MeV).
Με έντονη αύξηση της θερμοκρασίας (εκατοντάδες MeV και άνω), στην κατάσταση νετρονίων, αρχίζουν να γεννιούνται και να εκμηδενίζονται διάφορα μεσόνια. Με μια περαιτέρω αύξηση της θερμοκρασίας, εμφανίζεται αποσύνθεση και η ύλη περνά στην κατάσταση πλάσματος κουάρκ-γλουονίου. Δεν αποτελείται πλέον από αδρόνια, αλλά από κουάρκ και γκλουόνια που γεννιούνται και εξαφανίζονται συνεχώς.

15. Πλάσμα κουάρκ-γλουονίου(χρωμόπλασμα) - αθροιστική κατάσταση της ύλης στη φυσική υψηλής ενέργειας και στη φυσική στοιχειωδών σωματιδίων, στην οποία η αδρονική ύλη περνά σε κατάσταση παρόμοια με την κατάσταση στην οποία τα ηλεκτρόνια και τα ιόντα βρίσκονται στο συνηθισμένο πλάσμα.
Συνήθως η ύλη στα αδρόνια βρίσκεται στη λεγόμενη άχρωμη («λευκή») κατάσταση. Δηλαδή, τα κουάρκ διαφορετικών χρωμάτων αντισταθμίζουν το ένα το άλλο. Μια παρόμοια κατάσταση υπάρχει στη συνηθισμένη ύλη - όταν όλα τα άτομα είναι ηλεκτρικά ουδέτερα, δηλαδή
τα θετικά φορτία σε αυτά αντισταθμίζονται με αρνητικά. Σε υψηλές θερμοκρασίες μπορεί να συμβεί ιονισμός ατόμων, ενώ τα φορτία διαχωρίζονται και η ουσία γίνεται, όπως λένε, «οιονεί ουδέτερη». Δηλαδή, ολόκληρο το νέφος της ύλης στο σύνολό του παραμένει ουδέτερο και τα επιμέρους σωματίδια του παύουν να είναι ουδέτερα. Πιθανώς, το ίδιο πράγμα μπορεί να συμβεί με την αδρονική ύλη - σε πολύ υψηλές ενέργειες, το χρώμα απελευθερώνεται και καθιστά την ουσία «οιονεί άχρωμη».
Πιθανώς, η ύλη του Σύμπαντος βρισκόταν σε κατάσταση πλάσματος κουάρκ-γκλουονίων τις πρώτες στιγμές μετά τη Μεγάλη Έκρηξη. Τώρα το πλάσμα κουάρκ-γλουονίου μπορεί να σχηματιστεί για μικρό χρονικό διάστημα σε συγκρούσεις σωματιδίων πολύ υψηλών ενεργειών.
Το πλάσμα κουάρκ-γλουονίου ελήφθη πειραματικά στον επιταχυντή RHIC στο Εθνικό Εργαστήριο Brookhaven το 2005. Η μέγιστη θερμοκρασία πλάσματος των 4 τρισεκατομμυρίων βαθμών Κελσίου επιτεύχθηκε εκεί τον Φεβρουάριο του 2010.

16. Παράξενη ουσία- κατάσταση συσσωμάτωσης, στην οποία η ύλη συμπιέζεται στις οριακές τιμές της πυκνότητας, μπορεί να υπάρχει με τη μορφή "σούπας κουάρκ". Ένα κυβικό εκατοστό ύλης σε αυτή την κατάσταση θα ζύγιζε δισεκατομμύρια τόνους. εξάλλου θα μετατρέψει οποιαδήποτε κανονική ουσία με την οποία έρχεται σε επαφή στην ίδια «περίεργη» μορφή με την απελευθέρωση σημαντικής ποσότητας ενέργειας.
Η ενέργεια που μπορεί να απελευθερωθεί κατά τη μετατροπή της ουσίας του πυρήνα ενός άστρου σε μια «παράξενη ουσία» θα οδηγήσει σε μια υπερ-ισχυρή έκρηξη ενός «κουάρκ nova» - και, σύμφωνα με τους Leahy και Wyed, ήταν ακριβώς αυτή την έκρηξη που παρατήρησαν οι αστρονόμοι τον Σεπτέμβριο του 2006.
Η διαδικασία σχηματισμού αυτής της ουσίας ξεκίνησε με μια συνηθισμένη σουπερνόβα, στην οποία μετατράπηκε ένα τεράστιο αστέρι. Ως αποτέλεσμα της πρώτης έκρηξης, σχηματίστηκε ένα αστέρι νετρονίων. Όμως, σύμφωνα με τους Leahy και Wyed, δεν κράτησε πολύ - καθώς η περιστροφή του φαινόταν να επιβραδύνεται από το δικό του μαγνητικό πεδίο, άρχισε να συρρικνώνεται ακόμη περισσότερο, με το σχηματισμό ενός θρόμβου από «παράξενα πράγματα», που οδήγησε σε μια ακόμη πιο ισχυρή από ό,τι σε μια κανονική έκρηξη σουπερνόβα, η απελευθέρωση ενέργειας - και τα εξωτερικά στρώματα της ουσίας του πρώην αστέρα νετρονίων, που πετούν στον περιβάλλοντα χώρο με ταχύτητα κοντά στην ταχύτητα του φωτός.

17. Έντονα συμμετρική ύλη- αυτή είναι μια ουσία συμπιεσμένη σε τέτοιο βαθμό που τα μικροσωματίδια στο εσωτερικό της τοποθετούνται το ένα πάνω στο άλλο και το ίδιο το σώμα καταρρέει σε μια μαύρη τρύπα. Ο όρος «συμμετρία» εξηγείται ως εξής: Ας πάρουμε τις αθροιστικές καταστάσεις της ύλης που είναι γνωστές σε όλους από το σχολικό παγκάκι - στερεό, υγρό, αέριο. Για βεβαιότητα, θεωρήστε έναν ιδανικό άπειρο κρύσταλλο ως στερεό. Έχει μια ορισμένη, τη λεγόμενη διακριτή συμμετρία ως προς τη μετάφραση. Αυτό σημαίνει ότι εάν το κρυσταλλικό πλέγμα μετατοπιστεί κατά μια απόσταση ίση με το διάστημα μεταξύ δύο ατόμων, τίποτα δεν θα αλλάξει σε αυτό - ο κρύσταλλος θα συμπέσει με τον εαυτό του. Εάν ο κρύσταλλος λιώσει, τότε η συμμετρία του υγρού που προκύπτει θα είναι διαφορετική: θα αυξηθεί. Σε έναν κρύσταλλο, ισοδύναμα ήταν μόνο τα σημεία που απείχαν το ένα από το άλλο σε ορισμένες αποστάσεις, οι λεγόμενοι κόμβοι του κρυσταλλικού πλέγματος, στους οποίους βρίσκονταν πανομοιότυπα άτομα.
Το υγρό είναι ομοιογενές σε όλο τον όγκο του, όλα τα σημεία του δεν διακρίνονται μεταξύ τους. Αυτό σημαίνει ότι τα υγρά μπορούν να μετατοπιστούν από οποιεσδήποτε αυθαίρετες αποστάσεις (και όχι μόνο κάποιες διακριτές, όπως σε έναν κρύσταλλο) ή να περιστραφούν από οποιεσδήποτε αυθαίρετες γωνίες (που δεν μπορούν να γίνουν καθόλου στους κρυστάλλους) και θα συμπίπτουν με τον εαυτό τους. Ο βαθμός συμμετρίας του είναι υψηλότερος. Το αέριο είναι ακόμα πιο συμμετρικό: το υγρό καταλαμβάνει έναν ορισμένο όγκο στο δοχείο και υπάρχει μια ασυμμετρία μέσα στο δοχείο, όπου υπάρχει υγρό, και σημεία όπου δεν υπάρχει. Το αέριο, από την άλλη πλευρά, καταλαμβάνει ολόκληρο τον όγκο που του παρέχεται και με αυτή την έννοια όλα τα σημεία του δεν διακρίνονται μεταξύ τους. Ωστόσο, θα ήταν πιο σωστό να μιλήσουμε εδώ όχι για σημεία, αλλά για μικρά, αλλά μακροσκοπικά στοιχεία, γιατί σε μικροσκοπικό επίπεδο εξακολουθούν να υπάρχουν διαφορές. Σε ορισμένα χρονικά σημεία υπάρχουν άτομα ή μόρια, ενώ άλλα όχι. Η συμμετρία παρατηρείται μόνο κατά μέσο όρο, είτε σε ορισμένες μακροσκοπικές παραμέτρους όγκου, είτε στο χρόνο.
Αλλά δεν υπάρχει ακόμα στιγμιαία συμμετρία σε μικροσκοπικό επίπεδο. Εάν η ουσία συμπιέζεται πολύ έντονα, σε πιέσεις που είναι απαράδεκτες στην καθημερινή ζωή, συμπιέζεται έτσι ώστε τα άτομα να συνθλίβονται, τα κελύφη τους να διαπερνούν το ένα το άλλο και οι πυρήνες άρχισαν να αγγίζουν, εμφανίζεται συμμετρία σε μικροσκοπικό επίπεδο. Όλοι οι πυρήνες είναι ίδιοι και πιέζονται μεταξύ τους, δεν υπάρχουν μόνο διατομικές, αλλά και διαπυρηνικές αποστάσεις και η ουσία γίνεται ομοιογενής (περίεργη ουσία).
Υπάρχει όμως και ένα υπομικροσκοπικό επίπεδο. Οι πυρήνες αποτελούνται από πρωτόνια και νετρόνια που κινούνται μέσα στον πυρήνα. Υπάρχει επίσης λίγος χώρος μεταξύ τους. Εάν συνεχίσετε να συμπιέζετε έτσι ώστε να συνθλίβονται και οι πυρήνες, τα νουκλεόνια θα πιεστούν σφιχτά το ένα πάνω στο άλλο. Στη συνέχεια, στο υπομικροσκοπικό επίπεδο, θα εμφανιστεί συμμετρία, η οποία δεν βρίσκεται καν μέσα σε συνηθισμένους πυρήνες.
Από όσα ειπώθηκαν, μπορεί κανείς να δει μια αρκετά σαφή τάση: όσο υψηλότερη είναι η θερμοκρασία και όσο υψηλότερη είναι η πίεση, τόσο πιο συμμετρική γίνεται η ουσία. Με βάση αυτές τις εκτιμήσεις, η ουσία που συμπιέζεται στο μέγιστο ονομάζεται έντονα συμμετρική.

18. Ασθενώς συμμετρική ύλη- μια κατάσταση αντίθετη από την έντονα συμμετρική ύλη στις ιδιότητές της, η οποία ήταν παρούσα στο πολύ πρώιμο Σύμπαν σε θερμοκρασία κοντά στη θερμοκρασία Planck, ίσως 10-12 δευτερόλεπτα μετά τη Μεγάλη Έκρηξη, όταν ισχυρές, αδύναμες και ηλεκτρομαγνητικές δυνάμεις ήταν μια ενιαία υπερδύναμη . Σε αυτή την κατάσταση, η ύλη συμπιέζεται σε τέτοιο βαθμό που η μάζα της μετατρέπεται σε ενέργεια, η οποία αρχίζει να φουσκώνει, δηλαδή να διαστέλλεται απεριόριστα. Δεν είναι ακόμη δυνατό να επιτευχθούν ενέργειες για την πειραματική παραγωγή υπερδύναμης και τη μεταφορά της ύλης σε αυτή τη φάση κάτω από γήινες συνθήκες, αν και τέτοιες προσπάθειες έγιναν στον Μεγάλο Επιταχυντή Αδρονίων προκειμένου να μελετηθεί το πρώιμο σύμπαν. Λόγω της απουσίας βαρυτικής αλληλεπίδρασης στη σύνθεση της υπερδύναμης που σχηματίζει αυτή την ουσία, η υπερδύναμη δεν είναι επαρκώς συμμετρική σε σύγκριση με την υπερσυμμετρική δύναμη, η οποία περιέχει και τους 4 τύπους αλληλεπιδράσεων. Επομένως, αυτή η κατάσταση συγκέντρωσης έλαβε ένα τέτοιο όνομα.

19. Ακτινοβολική ύλη- αυτό, στην πραγματικότητα, δεν είναι πλέον ουσία, αλλά ενέργεια στην πιο αγνή της μορφή. Ωστόσο, είναι αυτή η υποθετική κατάσταση συσσωμάτωσης που θα λάβει ένα σώμα που έχει φτάσει την ταχύτητα του φωτός. Μπορεί επίσης να επιτευχθεί με θέρμανση του σώματος στη θερμοκρασία Planck (1032K), δηλαδή με διασπορά των μορίων της ουσίας στην ταχύτητα του φωτός. Όπως προκύπτει από τη θεωρία της σχετικότητας, όταν η ταχύτητα φτάσει πάνω από 0,99 s, η μάζα του σώματος αρχίζει να αυξάνεται πολύ πιο γρήγορα από ό, τι με την "κανονική" επιτάχυνση, επιπλέον, το σώμα επιμηκύνεται, θερμαίνεται, δηλαδή αρχίζει να ακτινοβολούν στο υπέρυθρο φάσμα. Όταν ξεπερνά το όριο των 0,999 s, το σώμα αλλάζει δραματικά και ξεκινά μια γρήγορη μετάβαση φάσης μέχρι την κατάσταση δέσμης. Όπως προκύπτει από τον τύπο του Αϊνστάιν, λαμβανόμενος πλήρως, η αυξανόμενη μάζα της τελικής ουσίας αποτελείται από μάζες που διαχωρίζονται από το σώμα με τη μορφή θερμικής, ακτίνων Χ, οπτικής και άλλης ακτινοβολίας, η ενέργεια καθεμιάς από τις οποίες είναι περιγράφεται από τον επόμενο όρο στον τύπο. Έτσι, ένα σώμα που πλησιάζει την ταχύτητα του φωτός θα αρχίσει να ακτινοβολεί σε όλα τα φάσματα, θα μεγαλώνει σε μήκος και θα επιβραδύνεται στο χρόνο, λεπτύνοντας στο μήκος Planck, δηλαδή όταν φτάσει στην ταχύτητα c, το σώμα θα μετατραπεί σε ένα απείρως μακρύ και λεπτό δέσμη που κινείται με την ταχύτητα του φωτός και αποτελείται από φωτόνια που δεν έχουν μήκος και η άπειρη μάζα της θα μετατραπεί εντελώς σε ενέργεια. Επομένως, μια τέτοια ουσία ονομάζεται ακτινοβολία.

Εισαγωγή

1. Αθροιστική κατάσταση ύλης - αέριο

2. Αθροιστική κατάσταση ύλης - υγρό

3. Αθροιστική κατάσταση ύλης - στερεά

4. Η τέταρτη κατάσταση της ύλης είναι το πλάσμα

συμπέρασμα

Κατάλογος χρησιμοποιημένης βιβλιογραφίας

Εισαγωγή

Όπως γνωρίζετε, πολλές ουσίες στη φύση μπορεί να είναι σε τρεις καταστάσεις: στερεές, υγρές και αέριες.

Η αλληλεπίδραση των σωματιδίων της ύλης σε στερεά κατάσταση είναι πιο έντονη. Η απόσταση μεταξύ των μορίων είναι περίπου ίση με τα δικά τους μεγέθη. Αυτό οδηγεί σε μια αρκετά ισχυρή αλληλεπίδραση, η οποία πρακτικά στερεί από τα σωματίδια την ευκαιρία να κινηθούν: ταλαντώνονται γύρω από μια ορισμένη θέση ισορροπίας. Διατηρούν το σχήμα και τον όγκο τους.

Οι ιδιότητες των υγρών εξηγούνται και από τη δομή τους. Τα σωματίδια ύλης στα υγρά αλληλεπιδρούν λιγότερο έντονα από ότι στα στερεά, και ως εκ τούτου μπορούν να αλλάξουν τη θέση τους αλματωδώς - τα υγρά δεν διατηρούν το σχήμα τους - είναι ρευστά.

Ένα αέριο είναι μια συλλογή μορίων που κινούνται τυχαία προς όλες τις κατευθύνσεις ανεξάρτητα το ένα από το άλλο. Τα αέρια δεν έχουν το δικό τους σχήμα, καταλαμβάνουν όλο τον όγκο που τους παρέχεται και συμπιέζονται εύκολα.

Υπάρχει μια άλλη κατάσταση της ύλης - το πλάσμα.

Ο σκοπός αυτής της εργασίας είναι να εξετάσει τις υπάρχουσες συγκεντρωτικές καταστάσεις της ύλης, να εντοπίσει όλα τα πλεονεκτήματα και τα μειονεκτήματά τους.

Για να γίνει αυτό, είναι απαραίτητο να εκτελέσετε και να λάβετε υπόψη τις ακόλουθες συγκεντρωτικές καταστάσεις:

2. υγρά

3. στερεά

3. Αθροιστική κατάσταση ύλης - στερεά

Στερεός,μία από τις τέσσερις καταστάσεις συσσωμάτωσης της ύλης, η οποία διαφέρει από άλλες καταστάσεις συσσωμάτωσης (υγρά, αέρια, πλάσματα) τη σταθερότητα της μορφής και τη φύση της θερμικής κίνησης των ατόμων που κάνουν μικρές δονήσεις γύρω από τις θέσεις ισορροπίας. Μαζί με την κρυσταλλική κατάσταση του T. t., υπάρχει μια άμορφη κατάσταση, συμπεριλαμβανομένης της υαλώδους κατάστασης. Οι κρύσταλλοι χαρακτηρίζονται από σειρά μεγάλης εμβέλειας στη διάταξη των ατόμων. Δεν υπάρχει τάξη μεγάλης εμβέλειας στα άμορφα σώματα.