4 agreguotos materijos būsenos fizikoje. Įvairių agregacijos būsenų medžiagų savybės. Lyginamosios amorfinių ir kristalinių medžiagų charakteristikos
Suvestinės būsenos. Skysčiai. Termodinamikos fazės. Fazių perėjimai.
Paskaita 1.16
Visos medžiagos gali egzistuoti trijose agregacijos būsenose - kietas, skystas ir dujinis... Perėjimus tarp jų lydi staigus daugelio fizikinių savybių (tankio, šilumos laidumo ir kt.) pasikeitimas.
Agregacijos būsena priklauso nuo fizinių sąlygų, kuriose medžiaga yra. Kelių agregacijos būsenų buvimas medžiagoje atsiranda dėl jos molekulių (atomų) šiluminio judėjimo ir jų sąveikos skirtingomis sąlygomis skirtumų.
Dujos- medžiagos agregacijos būsena, kai dalelės nėra surištos arba labai silpnai surištos sąveikos jėgų; jo dalelių (molekulių, atomų) šiluminio judėjimo kinetinė energija gerokai viršija potencialią tarpusavio sąveikų energiją, todėl dalelės juda beveik laisvai, visiškai užpildydamos indą, kuriame jos yra, ir įgauna formą. Dujinėje būsenoje medžiaga neturi nei savo tūrio, nei savo formos. Bet kuri medžiaga gali būti paversta dujine keičiant slėgį ir temperatūrą.
Skystis- medžiagos agregacijos būsena, tarpinė tarp kietos ir dujinės. Jam būdingas didelis dalelių mobilumas ir maža laisva erdvė tarp jų. Tai lemia tai, kad skysčiai išlaiko savo tūrį ir įgauna indo formą. Skystyje molekulės yra labai arti viena kitos. Todėl skysčio tankis yra daug didesnis nei dujų tankis (esant normaliam slėgiui). Skysčių savybės visomis kryptimis yra vienodos (izotropinės), išskyrus skystuosius kristalus. Kaitinant ar mažėjant tankiui, skysčio savybės, šilumos laidumas ir klampumas, kaip taisyklė, kinta link dujų savybių.
Skysčių molekulių šiluminis judėjimas susideda iš kolektyvinių vibracinių judesių ir atsitiktinių molekulių šuolių iš vienos pusiausvyros padėties į kitą derinio.
Kietieji (kristaliniai) kūnai- medžiagos agregacijos būsena, kuriai būdingas formos stabilumas ir šiluminio atomų judėjimo pobūdis. Šis judėjimas yra kietą medžiagą sudarančių atomų (arba jonų) virpesiai. Virpesių amplitudė paprastai yra maža, palyginti su tarpatominiais atstumais.
Skysčių savybės.
Skystoje būsenoje esančios medžiagos molekulės yra beveik arti viena kitos. Skirtingai nuo kietų kristalinių kūnų, kuriuose molekulės sudaro tvarkingas struktūras visame kristalo tūryje ir gali atlikti šilumines vibracijas aplink fiksuotus centrus, skystos molekulės turi daugiau laisvės. Kiekviena skysčio molekulė, kaip ir kietoje medžiagoje, iš visų pusių yra „suspausta“ gretimų molekulių ir atlieka šilumines vibracijas apie tam tikrą pusiausvyros padėtį. Tačiau laikas nuo laiko bet kuri molekulė gali persikelti į gretimą laisvą vietą. Tokie šuoliai skysčiuose pasitaiko gana dažnai; todėl molekulės nėra prijungtos prie konkrečių centrų, kaip kristaluose, ir gali judėti per visą skysčio tūrį. Tai paaiškina skysčių sklandumą. Dėl stiprios sąveikos tarp glaudžiai išdėstytų molekulių jos gali sudaryti vietines (nestabilias) sutvarkytas grupes, turinčias kelias molekules. Šis reiškinys vadinamas trumpas užsakymas.
Dėl glaudaus molekulių pakavimo skysčių suspaudžiamumas, tai yra tūrio pokytis keičiantis slėgiui, yra labai mažas; jis yra dešimtis ir šimtus tūkstančių kartų mažesnis nei dujose. Pavyzdžiui, norint pakeisti vandens tūrį 1%, slėgį reikia padidinti maždaug 200 kartų. Toks slėgio padidėjimas, palyginti su atmosferos slėgiu, pasiekiamas maždaug 2 km gylyje.
Skysčiai, kaip ir kietos medžiagos, keičia savo tūrį, kai keičiasi temperatūra. Nelabai dideliems temperatūros intervalams santykinis tūrio pokytis Δ V / V 0 proporcingas temperatūros pokyčiui Δ T:
| |
Koeficientas β vadinamas tūrinio plėtimosi temperatūros koeficientas... Šis skysčių koeficientas yra dešimtis kartų didesnis nei kietųjų medžiagų. Vandeniui, pavyzdžiui, 20 ° C temperatūroje β ≈ 2 · 10 –4 K –1, plienui - β st ≈ 3,6 · 10 –5 K –1, kvarciniam stiklui - β q ≈ 9 · 10 - 6 K –1.
Šiluminis vandens plėtimasis turi įdomią ir svarbią gyvybei Žemėje anomaliją. Esant žemesnei nei 4 ° C temperatūrai, vanduo plečiasi mažėjant temperatūrai (β< 0). Максимум плотности ρ в = 10 3 кг/м 3 вода имеет при температуре 4 °С.
Užšalęs vanduo plečiasi, todėl ledas lieka plūduriuoti užšąlančio vandens telkinio paviršiuje. Užšąlančio vandens temperatūra po ledu yra 0 ° С. Tankesniuose vandens sluoksniuose rezervuaro apačioje temperatūra yra apie 4 °C. Dėl to užšąlančių rezervuarų vandenyje gali egzistuoti gyvybė.
Įdomiausia skysčių savybė yra buvimas laisvas paviršius... Skystis, skirtingai nei dujos, neužpildo viso indo, į kurį pilamas, tūrio. Tarp skysčio ir dujų (arba garų) susidaro sąsaja, kuri yra ypatingomis sąlygomis, palyginti su likusia skysčio mase. Skysčio ribiniame sluoksnyje esančios molekulės, skirtingai nei jo gylyje esančios molekulės, iš visų pusių nėra apsuptos kitų to paties skysčio molekulių. Tarpmolekulinės sąveikos jėgos, veikiančios vieną iš skysčio viduje esančių molekulių iš gretimų molekulių pusės, yra vidutiniškai kompensuojamos. Bet kurią ribinio sluoksnio molekulę traukia skysčio viduje esančios molekulės (gali būti nepaisoma jėgos, veikiančios tam tikrą skysčio molekulę iš dujų (arba garų) molekulių pusės). Dėl to atsiranda tam tikra rezultatyvi jėga, nukreipta giliai į skystį. Paviršiaus molekulės į skystį įtraukiamos veikiant tarpmolekulinės traukos jėgoms. Tačiau visos molekulės, įskaitant ribinio sluoksnio molekules, turi būti pusiausvyros būsenoje. Ši pusiausvyra pasiekiama dėl šiek tiek sumažėjusio atstumo tarp paviršinio sluoksnio molekulių ir artimiausių jų kaimynų skysčio viduje. Sumažėjus atstumui tarp molekulių, atsiranda atstumiančios jėgos. Jei vidutinis atstumas tarp molekulių skysčio viduje yra r 0, tada paviršinio sluoksnio molekulės yra supakuotos šiek tiek tankiau, todėl jos turi papildomą potencialios energijos saugyklą, palyginti su vidinėmis molekulėmis. Reikėtų nepamiršti, kad dėl itin mažo suspaudžiamumo tankiau supakuotas paviršinis sluoksnis nelemia jokių pastebimų skysčio tūrio pokyčių. Jei molekulė judės nuo paviršiaus į skysčio vidų, tarpmolekulinės sąveikos jėgos atliks teigiamą darbą. Priešingai, norint iš skysčio gelmės į paviršių ištraukti tam tikrą molekulių skaičių (t. y. padidinti skysčio paviršiaus plotą), išorinės jėgos turi daryti teigiamą darbą A ext, proporcingas Δ pokyčiui S paviršiaus plotas:
| A ext = σΔ S. |
Koeficientas σ vadinamas paviršiaus įtempimo koeficientu (σ> 0). Taigi paviršiaus įtempimo koeficientas yra lygus darbui, kurio reikia norint padidinti skysčio paviršiaus plotą pastovioje temperatūroje vienu vienetu.
SI, paviršiaus įtempis matuojamas džauliais vienam metras kvadratu (J / m 2) arba niutonais vienam metrui (1 N / m = 1 J / m 2).
Vadinasi, skysčio paviršinio sluoksnio molekulės turi perteklių, lyginant su skysčio viduje esančiomis molekulėmis. potencinė energija... Potencinė energija E Skysčio paviršiaus p yra proporcingas jo plotui: 
(1.16.1)
Iš mechanikos žinoma, kad sistemos pusiausvyros būsenos atitinka mažiausią jos potencialios energijos vertę. Vadinasi, laisvas skysčio paviršius linkęs sumažinti jo plotą. Dėl šios priežasties laisvas skysčio lašas įgauna sferinę formą. Skystis elgiasi taip, tarsi jėgos veiktų liestine jo paviršių, sumažindamos (traukdamos) šį paviršių. Šios jėgos vadinamos paviršiaus įtempimo jėgos.
Paviršiaus įtempimo jėgų buvimas daro skysčio paviršių panašų į elastingą ištemptą plėvelę, su vieninteliu skirtumu, kad plėvelės elastingumo jėgos priklauso nuo jos paviršiaus ploto (ty nuo plėvelės deformacijos) ir paviršiaus įtempimo jėgų. nepriklauso nuo skysčių paviršiaus ploto.
Paviršiaus įtempimo jėgos linkusios susitraukti plėvelės paviršių. Todėl galime rašyti: (1.16.2)
Taigi paviršiaus įtempimo koeficientą σ galima apibrėžti kaip paviršiaus įtempimo jėgos, veikiančios paviršių ribojančios linijos ilgio vienetą, modulį ( l yra šios linijos ilgis).
Dėl paviršiaus įtempimo jėgų skysčio lašeliuose ir muilo burbulų viduje susidaro perteklinis slėgis Δ p... Jei mintyse nupjaunate sferinį spindulio lašą Rį dvi dalis, tada kiekviena iš jų turi būti pusiausvyroje, veikiant paviršiaus įtempimo jėgoms, veikiančioms pjūvio ribą 2π R ir viršslėgio jėgos, veikiančios plotą π R 2 skyriai (1.16.1 pav.). Pusiausvyros sąlyga parašyta kaip
Netoli skysčio, kietosios medžiagos ir dujų ribos skysčio laisvojo paviršiaus forma priklauso nuo skysčio molekulių sąveikos su kietosiomis molekulėmis jėgų (sąveikos su dujų (arba garų) molekulėmis galima nepaisyti). Jei šios jėgos yra didesnės už sąveikos jėgas tarp paties skysčio molekulių, tada skysčio sušlapina kietos medžiagos paviršius. Šiuo atveju skystis artėja prie kietosios medžiagos paviršiaus tam tikru aštriu kampu θ, kuris būdingas duotai skysčių porai – kietas. Kampas θ vadinamas krašto kampas... Jeigu skysčio molekulių sąveikos jėgos viršija jų sąveikos su kietojo kūno molekulėmis jėgas, tai kontaktinis kampas θ pasirodo bukas (1.16.2 pav. (2)). Šiuo atveju jie sako, kad skystis nesušlapina kietos medžiagos paviršius. Priešingu atveju (kampas - aštrus) skystis sušlapina paviršius (1.16.2 pav. (1)). At pilnas drėkinimasθ = 0, už visiškas nedrėkimasθ = 180 °.
Kapiliariniai reiškiniai vadinamas skysčio pakilimu arba kritimu mažo skersmens vamzdeliuose - kapiliarai... Drėkinantys skysčiai per kapiliarus kyla aukštyn, o nedrėkę leidžiasi žemyn.
1.16.3 paveiksle pavaizduotas tam tikro spindulio kapiliarinis vamzdelis r apatiniu galu nuleidžiamas į drėkinamąjį skystį, kurio tankis ρ. Viršutinis kapiliaro galas yra atviras. Skysčio kilimas kapiliare tęsiasi tol, kol gravitacijos jėga, veikianti skysčio stulpelį kapiliare, tampa lygi dydžiui. F n paviršiaus įtempimo jėgos, veikiančios išilgai skysčio ir kapiliarinio paviršiaus sąsajos: F t = F n, kur F t = mg = ρ hπ r 2 g, F n = σ2π r cos θ.
Tai reiškia: 
Esant visiškam drėkinimui θ = 0, cos θ = 1. Šiuo atveju
Visiškai nesudrėkinus θ = 180 °, cos θ = –1 ir todėl h < 0. Уровень несмачивающей жидкости в капилляре опускается ниже уровня жидкости в сосуде, в которую опущен капилляр.
Vanduo beveik visiškai sušlapina švarų stiklo paviršių. Ir atvirkščiai, gyvsidabris visiškai nesudrėkina stiklo paviršiaus. Todėl gyvsidabrio lygis stikliniame kapiliare nukrenta žemiau lygio inde.
Dažniausios žinios apie tris agregacijos būsenas: skystą, kietą, dujinę, kartais prisimename apie plazmą, rečiau skystųjų kristalų. Neseniai internete paplito 17 medžiagos fazių sąrašas, paimtas iš garsiojo () Stepheno Fry. Todėl apie juos papasakosime plačiau, nes apie materiją turėtumėte žinoti šiek tiek daugiau, jei tik tam, kad geriau suprastumėte Visatoje vykstančius procesus.
Toliau pateiktas suvestinių medžiagų būsenų sąrašas didėja nuo šalčiausios būsenos iki karščiausios ir pan. galima tęsti. Kartu reikia suprasti, kad medžiagos suspaudimo laipsnis ir jos slėgis (su tam tikromis išlygomis tokioms netirtoms hipotetinėms būsenoms, kaip kvantinė, radialinė ar silpnai simetriška) didėja nuo dujinės būsenos (Nr. 11), labiausiai „neatsirišę“, į abi sąrašo puses. parodytas vaizdinis materijos fazių virsmų grafikas.
1. Kvantinė- medžiagos agregacijos būsena, pasiekiama, kai temperatūra nukrenta iki absoliutus nulis, ko pasekoje išnyksta vidiniai ryšiai ir medžiaga suyra į laisvuosius kvarkus.
2. Bose-Einstein kondensatas- agreguota materijos būsena, pagrįsta bozonais, atšalusiais iki temperatūros, artimos absoliučiam nuliui (mažiau nei milijonąja laipsnio dalimi virš absoliutaus nulio). Tokioje stipriai atšalusioje būsenoje pakankamai daug atomų atsiduria minimaliose įmanomose kvantinėse būsenose ir kvantiniai efektai pradeda reikštis makroskopiniu lygmeniu. Bose-Einšteino kondensatas (dažnai vadinamas „Bose kondensatu“ arba tiesiog „atgal“) susidaro, kai atvėsinate cheminį elementą iki itin žemos temperatūros (dažniausiai iki temperatūros, šiek tiek aukštesnės už absoliutų nulį, minus 273 laipsniai Celsijaus). Ar teorinė temperatūra, kuriai esant viskas nustoja judėti).
Čia su medžiaga pradeda dėtis visiškai keisti dalykai. Procesai, kurie paprastai matomi tik atominiame lygmenyje, dabar vyksta pakankamai dideliu mastu, kad juos būtų galima stebėti plika akimi. Pavyzdžiui, jei „pagrindą“ įdėsite į stiklinę ir užtikrinsite reikiamą temperatūrą, medžiaga pradės ropoti siena ir galiausiai pati išeis.
Matyt, čia kalbama apie bergždžias medžiagos bandymą sumažinti savo energiją (kuri jau yra žemiausiame iš visų galimų lygių).
Lėtinant atomus naudojant aušinimo įrangą, susidaro išskirtinė kvantinė būsena, žinoma kaip Bose kondensatas arba Bose-Einšteino kondensatas. Šį reiškinį 1925 m. numatė A. Einšteinas, apibendrinus S. Bose'o darbą, kur buvo sukurta statistinė mechanika dalelėms nuo bemasių fotonų iki masę turinčių atomų (Einšteino rankraštis, kuris buvo laikomas prarastu atrasta Leideno universiteto bibliotekoje 2005 m.). Bose ir Einstein pastangų rezultatas buvo Bose dujų koncepcija, atitinkanti Bose-Einstein statistiką, kuri apibūdina statistinį identiškų dalelių su sveikuoju sukiniu, vadinamų bozonais, pasiskirstymą. Bozonai, kurie yra, pavyzdžiui, ir atskiros elementarios dalelės – fotonai ir ištisi atomai, gali būti vienas su kitu tose pačiose kvantinėse būsenose. Einšteinas pasiūlė, kad atomų – bozonų aušinimas iki labai žemos temperatūros priverstų juos pereiti (arba, kitaip tariant, kondensuotis) į žemiausią įmanomą kvantinę būseną. Tokios kondensacijos rezultatas bus naujos materijos formos atsiradimas.
Šis perėjimas įvyksta žemiau kritinės temperatūros, kuri yra vienalytėms trimačioms dujoms, susidedančioms iš nesąveikaujančių dalelių, neturinčių jokių vidinių laisvės laipsnių.
3. Fermiono kondensatas- medžiagos agregacijos būsena, panaši į pagrindą, bet skiriasi savo struktūra. Artėjant prie absoliutaus nulio, atomai elgiasi skirtingai, priklausomai nuo tinkamo kampinio momento (sukinio) dydžio. Bozonai turi sveikųjų skaičių, o fermionai turi 1/2 kartotinius (1/2, 3/2, 5/2). Fermionai paklūsta Pauli išskyrimo principui, pagal kurį du fermionai negali turėti tos pačios kvantinės būsenos. Bozonams tokio draudimo nėra, todėl jie turi galimybę egzistuoti vienoje kvantinėje būsenoje ir taip sudaryti vadinamąjį Bose-Einšteino kondensatą. Šio kondensato susidarymas yra atsakingas už perėjimą į superlaidžią būseną.
Elektronai turi 1/2 sukimosi, todėl yra fermionai. Jie susijungia į poras (vadinamas Cooper poromis), kurios vėliau sudaro Bose kondensatą.
Amerikiečių mokslininkai bandė gauti tam tikrą molekulę iš fermiono atomų su giliu aušinimu. Skirtumas nuo tikrų molekulių buvo tas, kad jų nebuvo cheminis ryšys- jie tiesiog persikėlė kartu, koreliuojančiu būdu. Ryšys tarp atomų pasirodė net stipresnis nei tarp elektronų Kuperio porose. Susidariusių fermionų porų bendras sukinys nebėra 1/2 kartotinis, todėl jie jau elgiasi kaip bozonai ir gali sudaryti Bose kondensatą su viena kvantine būsena. Eksperimento metu kalio-40 atomų dujos buvo atšaldomos iki 300 nanokelvinų, o dujos buvo laikomos vadinamajame optiniame gaudykle. Tada buvo įvestas išorinis magnetinis laukas, kurio pagalba buvo galima pakeisti atomų sąveikos pobūdį – vietoj stipraus atstūmimo buvo pradėta stebėti stipri trauka. Analizuojant magnetinio lauko įtaką, buvo galima rasti jo vertę, kuriai esant atomai pradėjo elgtis kaip Kuperio elektronų poros. Kitame eksperimento etape mokslininkai siūlo gauti superlaidumo poveikį fermiono kondensatui.
4. Superskysti medžiaga- būsena, kai medžiaga praktiškai neturi klampumo, o tekėjimo metu ji neturi trinties su kietu paviršiumi. To pasekmė yra, pavyzdžiui, toks įdomus efektas, kaip visiškas spontaniškas superskysčio helio „šliaužimas“ iš indo išilgai jo sienelių prieš gravitacijos jėgą. Žinoma, energijos tvermės dėsnis nepažeidžiamas. Nesant trinties jėgų, helį veikia tik gravitacija, helio ir indo sienelių bei helio atomų tarpatominės sąveikos jėgos. Taigi, tarpatominės sąveikos jėgos viršija visas kitas jėgas kartu. Dėl to helis yra linkęs kuo daugiau pasklisti po visus įmanomus paviršius, todėl „keliauja“ indo sienelėmis. 1938 metais sovietų mokslininkas Piotras Kapitsa įrodė, kad helis gali egzistuoti ir superskystoje būsenoje.
Verta paminėti, kad daugelis neįprastų helio savybių buvo žinomos gana ilgą laiką. Tačiau pastaraisiais metais šis cheminis elementas mus „lepina“ įdomiais ir netikėtais efektais. Taigi 2004 m. Moses Chan ir Eun-Siong Kim iš Pensilvanijos universiteto suintrigavo mokslo pasaulį pareiškimu, kad jiems pavyko gauti visiškai naują helio būseną – superskysčią kietą medžiagą. Šioje būsenoje kai kurie helio atomai kristalinėje gardelėje gali tekėti aplink kitus, taigi helis gali tekėti per save. „Superkietumo“ efektas teoriškai buvo prognozuotas dar 1969 m. O dabar 2004-aisiais – tarsi eksperimentinis patvirtinimas. Tačiau vėlesni ir labai įdomūs eksperimentai parodė, kad ne viskas taip paprasta ir, ko gero, tokia reiškinio interpretacija, kuri anksčiau buvo imta vadinti kietojo helio supertakumu, yra neteisinga.
Mokslininkų eksperimentas, kuriam vadovavo Humphrey Maris iš Browno universiteto JAV, buvo paprastas ir elegantiškas. Mokslininkai apverstą mėgintuvėlį įdėjo į uždarą skysto helio rezervuarą. Dalis helio mėgintuvėlyje ir rezervuare buvo užšaldyti taip, kad riba tarp skysčio ir kietos medžiagos mėgintuvėlyje buvo aukštesnė nei rezervuare. Kitaip tariant, viršutinėje mėgintuvėlio dalyje buvo skystas helis, apatinėje - kietas, jis sklandžiai perėjo į kietą rezervuaro fazę, ant kurios buvo pilamas šiek tiek skysto helio - žemiau nei skysčio lygis. mėgintuvėlį. Jei skystas helis pradėtų prasiskverbti per kietą medžiagą, tada lygių skirtumas sumažėtų ir tada galime kalbėti apie kietą superskystį helią. Ir iš esmės trijuose iš 13 eksperimentų lygių skirtumas iš tikrųjų sumažėjo.
5. Itin kieta medžiaga- agregatinė būsena, kurioje medžiaga yra skaidri ir gali „tekėti“ kaip skystis, tačiau iš tikrųjų ji neturi klampumo. Tokie skysčiai žinomi daugelį metų ir vadinami superskysčiais. Faktas yra tas, kad jei superskystis bus maišomas, jis cirkuliuos beveik amžinai, o įprastas skystis ilgainiui nurims. Pirmuosius du superskysčius tyrėjai sukūrė naudodami helio-4 ir helio-3. Jie buvo atšaldyti beveik iki absoliutaus nulio – iki minus 273 laipsnių Celsijaus. O iš helio-4 amerikiečių mokslininkams pavyko gauti itin kietą kūną. Sustingusį helią jie suspaudė daugiau nei 60 kartų didesniu slėgiu, o tada medžiagos pripildytas stiklas buvo uždėtas ant besisukančio disko. Esant 0,175 laipsnių Celsijaus temperatūrai, diskas staiga pradėjo laisviau suktis, o tai, pasak mokslininkų, rodo, kad helis tapo superkūnu.
6. Kietas- agreguota materijos būsena, kuriai būdingas atomų, atliekančių nedideles vibracijas aplink pusiausvyros padėtį, formos stabilumas ir šiluminio judėjimo pobūdis. Stabili kietųjų medžiagų būsena yra kristalinė. Atskirkite kietąsias medžiagas su joniniais, kovalentiniais, metaliniais ir kitokio tipo ryšiais tarp atomų, o tai lemia jų fizikinių savybių įvairovę. Elektrines ir kai kurias kitas kietųjų kūnų savybes daugiausia lemia jos atomų išorinių elektronų judėjimo pobūdis. Pagal savo elektrines savybes kietosios medžiagos skirstomos į dielektrikus, puslaidininkius ir metalus, pagal magnetines savybes – į diamagnetus, paramagnetus ir tvarkingos magnetinės struktūros kūnus. Kietųjų kūnų savybių tyrimai susijungė į didelę sritį – kietojo kūno fiziką, kurios plėtrą skatina technologijų poreikiai.
7. Amorfinė kieta medžiaga- kondensuota agreguota medžiagos būsena, kuriai būdinga fizikinių savybių izotropija dėl netvarkingo atomų ir molekulių išsidėstymo. Amorfinėse kietosiose medžiagose atomai vibruoja aplink atsitiktinai išdėstytus taškus. Priešingai nei kristalinėje būsenoje, perėjimas iš kieto amorfinio į skystą vyksta palaipsniui. Įvairios medžiagos yra amorfinės būsenos: stiklai, dervos, plastikai ir kt.
8. Skystasis kristalas Tai konkreti agreguota medžiagos būsena, kurioje ji vienu metu pasižymi kristalo ir skysčio savybėmis. Nedelsiant reikia padaryti išlygą, kad ne visos medžiagos gali būti skystųjų kristalų būsenoje. Tačiau kai kurie organinės medžiagos Turėdami sudėtingas molekules, gali susidaryti specifinė agregatinė būsena – skystieji kristalai. Ši būsena susidaro ištirpus kai kurių medžiagų kristalams. Jiems tirpstant susidaro skystųjų kristalų fazė, kuri skiriasi nuo įprastų skysčių. Ši fazė egzistuoja intervale nuo kristalo lydymosi temperatūros iki aukštesnės temperatūros, iki kurios kaitinant skystasis kristalas virsta įprastu skysčiu.
Kuo skystasis kristalas skiriasi nuo skysto ir paprasto kristalo ir kuo jis panašus į juos? Kaip ir paprastas skystis, skystasis kristalas yra skystas ir įgauna indo, į kurį jis dedamas, formą. Tuo jis skiriasi nuo visiems žinomų kristalų. Tačiau nepaisant šios savybės, jungiančios jį su skysčiu, jis turi kristalams būdingą savybę. Tai yra kristalą sudarančių molekulių išdėstymas erdvėje. Tiesa, šis sutvarkymas nėra toks išsamus kaip įprastuose kristaluose, tačiau vis dėlto tai daro didelę įtaką skystųjų kristalų savybėms, kurios išskiria juos nuo įprastų skysčių. Nepilnas skystųjų kristalų molekulių erdvinis išdėstymas pasireiškia tuo, kad skystuosiuose kristaluose nėra visiškos molekulių svorio centrų erdvinės tvarkos, nors gali būti ir dalinė tvarka. Tai reiškia, kad jie neturi standžios kristalinės gardelės. Todėl skystieji kristalai, kaip ir įprasti skysčiai, turi sklandumo savybę.
Reikalingas turtas skystieji kristalai, priartinantys juos prie įprastų kristalų, yra molekulių erdvinės orientacijos tvarka. Tokia orientacijos tvarka gali pasireikšti, pavyzdžiui, tuo, kad visos ilgos molekulių ašys skystųjų kristalų mėginyje yra orientuotos vienodai. Šios molekulės turi turėti pailgos formos... Be paprasčiausio pavadinto molekulinių ašių išdėstymo, skystajame kristale galima realizuoti sudėtingesnę molekulių orientacinę tvarką.
Priklausomai nuo molekulinių ašių išdėstymo tipo, skystieji kristalai skirstomi į tris tipus: nematinius, smektinius ir cholesterinius.
Šiuo metu visose labiausiai išsivysčiusiose pasaulio šalyse plačiu frontu vykdomi skystųjų kristalų fizikos ir jų pritaikymo tyrimai. Vidaus tyrimai yra sutelkti tiek akademinėse, tiek pramoninėse tyrimų institucijose ir turi senas tradicijas. V. K. darbai. Frederickas V.N. Cvetkova. Pastaraisiais metais intensyviai tirdami skystuosius kristalus, Rusijos mokslininkai taip pat svariai prisidėjo prie skystųjų kristalų teorijos apskritai ir ypač skystųjų kristalų optikos kūrimo. Taigi, I.G. Chistyakova, A.P. Kapustina, S.A. Brazovskis, S.A. Pikina, L.M. Blinovas ir daugelis kitų sovietų tyrinėtojų yra plačiai žinomi mokslo bendruomenei ir yra daugelio veiksmingų skystųjų kristalų techninių pritaikymų pagrindas.
Skystųjų kristalų egzistavimas buvo nustatytas labai seniai, būtent 1888 m., tai yra beveik prieš šimtmetį. Nors mokslininkai su tokia materijos būsena susidūrė iki 1888 m., oficialiai ji buvo atrasta vėliau.
Pirmasis skystuosius kristalus atrado austrų botanikas Reinitzeris. Tyrinėdamas jo susintetintą naują medžiagą – cholesterilbenzoatą, jis nustatė, kad 145 °C temperatūroje šios medžiagos kristalai išsilydo ir susidaro drumstas skystis, stipriai išsklaidantis šviesą. Tęsiant kaitinimą, pasiekus 179 °C temperatūrą, skystis nuskaidrėja, tai yra, pradeda elgtis optiškai kaip paprastas skystis, pavyzdžiui, vanduo. Drumstoje fazėje cholesterolio benzoatas pasižymėjo netikėtomis savybėmis. Ištyręs šią fazę poliarizaciniu mikroskopu, Rey-nitzeris atrado, kad ji turi dvigubą laužimą. Tai reiškia, kad šviesos lūžio rodiklis, tai yra šviesos greitis šioje fazėje, priklauso nuo poliarizacijos.
9. Skystis- medžiagos agregacijos būsena, jungianti kietosios būsenos (tūrio išlaikymas, tam tikras tempiamasis stipris) ir dujinės (formos kintamumas) ypatybes. Skystis pasižymi mažo nuotolio dalelių (molekulių, atomų) išsidėstymo tvarka ir nedideliu molekulių šiluminio judėjimo kinetinės energijos ir jų potencialios sąveikos energijos skirtumu. Skysčių molekulių šiluminis judėjimas susideda iš svyravimų apie pusiausvyros padėtis ir santykinai retų šuolių iš vienos pusiausvyros padėties į kitą, kurie yra susiję su skysčio sklandumu.
10. Superkritinis skystis(SCF) – medžiagos agregacijos būsena, kai išnyksta skirtumas tarp skystos ir dujinės fazės. Bet kuri medžiaga, kurios temperatūra ir slėgis viršija kritinį tašką, yra superkritinis skystis. Superkritinės būsenos medžiagos savybės yra tarpinės tarp jos savybių dujų ir skysčio fazėse. Taigi, SCF yra didelio tankio, artimo skysčiui ir mažo klampumo, kaip ir dujos. Šiuo atveju difuzijos koeficientas turi tarpinę reikšmę tarp skysčio ir dujų. Superkritinės medžiagos gali būti naudojamos kaip organinių tirpiklių pakaitalai laboratoriniuose ir pramoniniuose procesuose. Dėl tam tikrų savybių didžiausio susidomėjimo ir pasiskirstymo sulaukė superkritinis vanduo ir superkritinis anglies dioksidas.
Viena iš svarbiausių superkritinės būsenos savybių yra gebėjimas ištirpinti medžiagas. Keisdami skysčio temperatūrą ar slėgį, galite keisti jo savybes plačiu diapazonu. Taigi, galite gauti skysčio, kuris savo savybėmis yra artimas skysčiui arba dujoms. Taigi, skysčio tirpimo gebėjimas didėja didėjant tankiui (esant pastoviai temperatūrai). Kadangi tankis didėja didėjant slėgiui, slėgio keitimas gali paveikti skysčio tirpimo gebėjimą (esant pastoviai temperatūrai). Temperatūros atveju skysčio savybių pavydas yra šiek tiek sudėtingesnis - esant pastoviam tankiui, padidėja ir skysčio tirpimo gebėjimas, tačiau netoli kritinio taško šiek tiek pakilusi temperatūra gali sukelti staigų tankio sumažėjimas ir, atitinkamai, tirpimo gebėjimas. Superkritiniai skysčiai neribotai maišosi tarpusavyje, todėl pasiekus kritinį mišinio tašką, sistema visada bus vienfazė. Apytikslė dvinarės mišinio kritinė temperatūra gali būti apskaičiuojama kaip medžiagų kritinių parametrų aritmetinis vidurkis Tc (mišinys) = (A molinė dalis) x TcA + (B molinė dalis) x TcB.
11. Dujinis- (pranc. gaz, iš graikų chaosas - chaosas), materijos agregacijos būsena, kai jos dalelių (molekulių, atomų, jonų) šiluminio judėjimo kinetinė energija žymiai viršija potencialią jų tarpusavio sąveikos energiją ir todėl dalelės juda laisvai, tolygiai užpildydamos visą joms suteiktą tūrį nesant išorinių laukų.
12. Plazma- (iš graik. Plazma – išdrožta, suformuota), materijos būsena, kuri yra jonizuotos dujos, kuriose teigiamų ir neigiamų krūvių koncentracijos yra lygios (kvazineutralumas). Didžioji dalis Visatos substancijos yra plazmos būsenoje: žvaigždės, galaktikos ūkai ir tarpžvaigždinė terpė. Plazma egzistuoja šalia Žemės saulės vėjo, magnetosferos ir jonosferos pavidalu. Kontroliuojamos termobranduolinės sintezės tikslu tiriama aukštos temperatūros plazma (T ~ 106-108K) iš deuterio ir tričio mišinio. Žemos temperatūros plazma (T Ј 105K) naudojama įvairiuose dujų išlydžio įrenginiuose (dujų lazeriuose, jonų įrenginiuose, MHD generatoriuose, plazmatronuose, plazminiuose varikliuose ir kt.), taip pat technologijose (žr. Plazminė metalurgija, Plazminis gręžimas, Plazma). technologija)...
13. Išsigimusi medžiaga– yra tarpinė stadija tarp plazmos ir neutronio. Jis stebimas baltuosiuose nykštukuose ir vaidina svarbų vaidmenį žvaigždžių evoliucijoje. Kai atomai yra labai aukštoje temperatūroje ir slėgyje, jie praranda savo elektronus (jie patenka į elektronų dujas). Kitaip tariant, jie yra visiškai jonizuoti (plazma). Tokių dujų (plazmos) slėgį lemia elektronų slėgis. Jei tankis labai didelis, visos dalelės priverstos artėti viena prie kitos. Elektronai gali būti tam tikros energijos būsenose, o du elektronai negali turėti vienodos energijos (nebent jų sukiniai yra priešingi). Taigi tankiose dujose visi žemesni energijos lygiai yra užpildyti elektronais. Tokios dujos vadinamos išsigimusiomis. Šioje būsenoje elektronai demonstruoja išsigimusią elektronų slėgį, kuris priešinasi gravitacijos jėgoms.
14. Neutronis- agregacijos būsena, į kurią medžiaga pereina esant itin aukštam slėgiui, kuris nepasiekiamas laboratorijoje, bet egzistuoja neutroninių žvaigždžių viduje. Pereinant į neutroninę būseną, medžiagos elektronai sąveikauja su protonais ir virsta neutronais. Dėl to neutroninėje būsenoje esanti medžiaga susideda tik iš neutronų ir jos tankis yra panašus į branduolio tankį. Šiuo atveju medžiagos temperatūra neturi būti per aukšta (energijos ekvivalentu ne daugiau kaip šimtas MeV).
Smarkiai kylant temperatūrai (šimtais MeV ir daugiau), neutroninėje būsenoje pradeda gamintis ir anihiliuoti įvairūs mezonai. Toliau kylant temperatūrai, įvyksta uždarymas ir medžiaga pereina į kvarko-gliuono plazmos būseną. Jį sudaro nebe hadronai, o kvarkai ir gliuonai, kurie nuolat gimsta ir nyksta.
15. Kvarko-gliuono plazma(chromoplazma) – didelės energijos fizikos ir elementariųjų dalelių fizikos visuminė medžiagos būsena, kai hadroninė medžiaga pereina į būseną, panašią į būseną, kurioje elektronai ir jonai yra įprastoje plazmoje.
Paprastai medžiaga hadronuose yra vadinamosios bespalvės („baltos“) būsenos. Tai yra, skirtingų spalvų kvarkai vienas kitą panaikina. Paprastoji medžiaga turi panašią būseną - kai visi atomai yra elektriškai neutralūs, tai yra,
teigiami krūviai juose kompensuojami neigiamais. Esant aukštai temperatūrai, gali įvykti atomų jonizacija, o krūviai atsiskiria ir medžiaga tampa, kaip sakoma, „kvazineutrali“. Tai yra, visas materijos debesis kaip visuma išlieka neutralus, o atskiros jo dalelės nustoja būti neutralios. Lygiai taip pat, matyt, gali nutikti ir su hadronine medžiaga – esant labai didelėms energijoms, išsiskiria spalva ir medžiaga tampa „kvazibespalvė“.
Manoma, kad pirmosiomis akimirkomis po Didžiojo sprogimo Visatos medžiaga buvo kvarko-gliuono plazmos būsenoje. Dabar kvarko-gliuono plazma gali susidaryti trumpą laiką susidūrus labai didelės energijos dalelėms.
Kvarko gliuono plazma buvo eksperimentiškai gauta RHIC greitintuve Brookhaven nacionalinėje laboratorijoje 2005 m. Didžiausia 4 trilijonų laipsnių Celsijaus plazmos temperatūra ten buvo gauta 2010 m. vasario mėn.
16. Keista medžiaga- agregacijos būsena, kai medžiaga suspausta iki ribinių tankio verčių, ji gali egzistuoti „varškinės sriubos“ pavidalu. Tokios būsenos medžiagos kubinis centimetras svers milijardus tonų; be to, bet kurią normalią medžiagą, su kuria ji liečiasi, pavers tokia pačia „keista“ forma, išskirdama nemažą energijos kiekį.
Energija, kuri gali išsiskirti transformuojant žvaigždės šerdies materiją į „keistą materiją“, sukels itin galingą „kvarko novos“ sprogimą – ir, pasak Leahy ir Wyedo, tai pastebėjo jo astronomai. 2006 metų rugsėjo mėnesį.
Šios medžiagos susidarymo procesas prasidėjo nuo paprastos supernovos, į kurią pavirto didžiulė žvaigždė. Po pirmojo sprogimo susidarė neutroninė žvaigždė. Tačiau, pasak Leahy ir Uyed, jis truko neilgai – atrodė, kad jo sukimąsi sulėtino jo paties magnetinis laukas, jis ėmė dar labiau trauktis, susidarius „keistos materijos“ krešuliui, dėl kurio dar galingesnis nei įprasto supernovos sprogimo metu, energijos išskyrimas – ir išoriniai buvusios neutroninės žvaigždės substancijos sluoksniai, artimu šviesos greičiui išsisklaidantys į supančią erdvę.
17. Stipriai simetriška substancija Ar medžiaga suspausta tiek, kad jos viduje esančios mikrodalelės sluoksniuojasi viena ant kitos, o pats kūnas subyra į Juodoji skylė... Sąvoka „simetrija“ paaiškinama taip: Paimkime visiems iš mokyklos laikų žinomas agreguotas materijos būsenas – kietą, skystą, dujinę. Tikslumo dėlei idealų begalinį kristalą laikykite kietu. Ji turi tam tikrą vadinamąją diskrečiąją simetriją perdavimo atžvilgiu. Tai reiškia, kad pajudinus kristalinę gardelę atstumu, lygiu intervalui tarp dviejų atomų, niekas joje nepasikeis – kristalas sutaps su pačiu savimi. Jei kristalas ištirps, tada susidariusio skysčio simetrija bus kitokia: padidės. Kristale lygiaverčiai buvo tik taškai, nutolę vienas nuo kito tam tikrais atstumais, vadinamieji kristalinės gardelės mazgai, kuriuose buvo identiški atomai.
Skystis yra vienalytis visame tūryje, visi jo taškai nesiskiria vienas nuo kito. Tai reiškia, kad skystį galima išstumti bet kokiu savavališku atstumu (ir ne tik kokiu nors atskiru, kaip kristale) arba pasukti bet kokiu savavališku kampu (ko kristaluose išvis negalima padaryti) ir jis sutaps su pačiu savimi. Jo simetrijos laipsnis yra didesnis. Dujos dar simetriškesnės: skystis inde užima tam tikrą tūrį ir indo viduje, kur yra skysčio, stebima asimetrija, o taškai, kur jo nėra. Dujos užima visą joms suteiktą tūrį, ir šia prasme visi jų taškai nesiskiria vienas nuo kito. Tačiau čia teisingiau būtų kalbėti ne apie taškus, o apie mažus, bet makroskopinius elementus, nes mikroskopiniame lygmenyje vis dar yra skirtumų. Tam tikru metu tam tikru momentu yra atomų ar molekulių, o kituose jų nėra. Simetrija stebima tik vidutiniškai, kai kuriems makroskopiniams tūrio parametrams arba laikui bėgant.
Tačiau mikroskopiniame lygmenyje vis dar nėra momentinės simetrijos. Jei medžiaga suspaudžiama labai stipriai, iki kasdieniame gyvenime nepriimtinų slėgių, suspauskite taip, kad atomai būtų susmulkinti, jų apvalkalai prasiskverbtų vienas į kitą, o branduoliai pradėjo liestis, mikroskopiniame lygmenyje atsiranda simetrija. Visi branduoliai yra vienodi ir prispausti vienas prie kito, nėra ne tik tarpatominių, bet ir tarpbranduolinių atstumų, medžiaga tampa vienalytė (keista medžiaga).
Tačiau yra ir submikroskopinis lygis. Branduolys susideda iš protonų ir neutronų, kurie juda branduolio viduje. Tarp jų taip pat yra šiek tiek tarpo. Jei ir toliau spausite taip, kad ir branduoliai būtų sutraiškyti, nukleonai bus tvirtai prispausti vienas prie kito. Tada submikroskopiniame lygmenyje atsiras simetrija, kurios net nėra įprastų branduolių viduje.
Iš to, kas pasakyta, galima pastebėti gana aiškią tendenciją: kuo aukštesnė temperatūra ir didesnis slėgis, tuo medžiaga tampa simetriškesnė. Remiantis šiais samprotavimais, medžiaga, suspausta iki maksimumo, vadinama stipriai simetriška.
18. Silpnai simetriška medžiaga- būsena, priešinga savo savybėmis stipriai simetriškai medžiagai, kuri buvo labai ankstyvoje Visatoje esant temperatūrai, artimai Planko temperatūrai, galbūt praėjus 10-12 sekundžių po Didžiojo sprogimo, kai stiprios, silpnos ir elektromagnetinės jėgos buvo viena. supergalia. Šioje būsenoje medžiaga yra suspausta tiek, kad jos masė paverčiama energija, kuri pradeda daryti įtaką, tai yra neribotai plėstis. Dar neįmanoma pasiekti energijos eksperimentiniam supergalios gavimui ir medžiagos perkėlimui į šią fazę antžeminėmis sąlygomis, nors tokie bandymai buvo atlikti Didžiajame hadronų greitintuve, siekiant ištirti ankstyvąją visatą. Dėl to, kad superjėgos, kuri sudaro šią medžiagą, sudėtyje nėra gravitacinės sąveikos, superjėga nėra pakankamai simetriška, palyginti su supersimetrine jėga, kurioje yra visos 4 sąveikos rūšys. Todėl ši agregavimo būsena gavo tokį pavadinimą.
19. Sijos materija- tai iš tikrųjų nėra medžiaga, o gryna energija. Tačiau būtent šią hipotetinę agregacijos būseną kūnas prisiims pasiekęs šviesos greitį. Jį taip pat galima gauti kaitinant kūną iki Planko temperatūros (1032K), tai yra pagreitinant medžiagos molekules iki šviesos greičio. Kaip išplaukia iš reliatyvumo teorijos, kai pasiekiamas didesnis nei 0,99 s greitis, kūno masė pradeda augti daug greičiau nei „normalaus“ pagreičio metu, be to, kūnas ilgėja, įkaista, tai yra prasideda. spinduliuoti infraraudonųjų spindulių spektru. Peržengus 0,999 s slenkstį, kūnas dramatiškai pasikeičia ir pradeda greitą fazės perėjimą į spindulių būseną. Kaip matyti iš Einšteino formulės, paimtos visa forma, augančią galutinės medžiagos masę sudaro masės, kurios yra atskirtos nuo kūno terminės, rentgeno, optinės ir kitos spinduliuotės pavidalu, kurių kiekvienos energija yra aprašyta. kitu formulės nariu. Taigi kūnas, artėjantis prie šviesos greičio, pradės skleisti visuose spektruose, ilgėti ir laikui bėgant lėtėti, suplonėdamas iki Planko ilgio, tai yra pasiekęs greitį c, kūnas virs be galo ilgu ir plonas spindulys, judantis šviesos greičiu ir susidedantis iš fotonų, kurie neturi ilgio, o jo begalinė masė visiškai virsta energija. Todėl tokia medžiaga vadinama spinduliu.
Medžiagos būsena
Medžiaga- tikrai egzistuojantis dalelių rinkinys, sujungtas viena su kita cheminiais ryšiais ir tam tikromis sąlygomis vienoje iš agregatų būsenų. Bet kuri medžiaga susideda iš labai daug dalelių: atomų, molekulių, jonų, kurios gali jungtis tarpusavyje į asocijuotas medžiagas, dar vadinamas agregatais arba klasteriais. Priklausomai nuo dalelių temperatūros ir elgesio asocijuotuose junginiuose (dalelių tarpusavio išsidėstymas, jų skaičius ir sąveika asocijuotoje medžiagoje, taip pat asocijuotųjų dalelių pasiskirstymas erdvėje ir sąveika tarpusavyje), medžiaga gali būti dviejų pagrindinių būsenų. agregacija - kristalinis (kietas) arba dujinis, ir pereinamomis agregacijos būsenomis - amorfinis (kietas), skystas kristalas, skystis ir garai. Kietosios, skystųjų kristalų ir skystos agregacijos būsenos yra kondensuotos, o garų ir dujinės būsenos yra labai išsikrovusios.
Fazė Tai vienarūšių mikroregionų rinkinys, kuriam būdinga ta pati dalelių tvarka ir koncentracija ir kurie yra įtraukti į makroskopinį medžiagos tūrį, kurį riboja sąsaja. Šiuo požiūriu fazė būdinga tik kristalinės ir dujinės būsenos medžiagoms, nes tai vienarūšės agregacijos būsenos.
Metafazė Yra skirtingų mikroregionų, kurie skiriasi vienas nuo kito dalelių išdėstymo laipsniu arba jų koncentracija, rinkinys ir yra uždengtas makroskopiniame medžiagos tūryje, kurį riboja sąsaja. Pagal šį supratimą metafazė būdinga tik medžiagoms, kurios yra heterogeniškose pereinamosiose agregacijos būsenose. Skirtingos fazės ir metafazės gali maišytis viena su kita, sudarydamos vieną bendrą būseną, ir tada tarp jų nėra sąsajos.
Paprastai sąvokos „pagrindinės“ ir „pereinamosios“ agregatinės būsenos nėra atskirtos. Sąvokos „sujungimo būsena“, „fazė“ ir „mezofazė“ dažnai vartojamos pakaitomis. Patartina apsvarstyti penkias galimas suvestines medžiagų būsenos būsenas: kietas, skystas kristalas, skystis, garai, dujinis. Perėjimas iš vienos fazės į kitą vadinamas pirmos ir antros eilės fazių perėjimu. Pirmojo tipo fazių perėjimai pasižymi:
Staigus fizinės didybės pokytis, apibūdinantis medžiagos būseną (tūrį, tankį, klampumą ir kt.);
Tam tikra temperatūra, kurioje vyksta šis fazinis perėjimas
Tam tikra šiluma, kuri apibūdina šį perėjimą, nes tarpmolekuliniai ryšiai nutrūksta.
Pirmojo tipo fazių perėjimai stebimi pereinant iš vienos agregacijos būsenos į kitą agregacijos būseną. Antrojo tipo fazių perėjimai stebimi pasikeitus dalelių išdėstymui vienoje agregato būsenoje, kuriai būdinga:
Laipsniškas fizikinių medžiagos savybių pasikeitimas;
Medžiagos dalelių rikiuotės pokyčiai veikiant išorinių laukų gradientui arba esant tam tikrai temperatūrai, vadinama fazinio virsmo temperatūra;
Antros eilės fazių virsmų šiluma yra lygi ir artima nuliui.
Pagrindinis skirtumas tarp pirmos ir antros eilės fazių perėjimų yra tas, kad pirmos eilės perėjimų metu pirmiausia keičiasi sistemos dalelių energija, o antros eilės perėjimų atveju – dalelių eilės tvarka. sistemos.
Medžiagos perėjimas iš kietos būsenos į skystį vadinamas tirpstantis ir pasižymi lydymosi temperatūra. Medžiagos perėjimas iš skysčio į garų būseną vadinamas garinimas ir jam būdinga virimo temperatūra. Kai kurioms medžiagoms, turinčioms mažą molekulinę masę ir silpną tarpmolekulinę sąveiką, galimas tiesioginis perėjimas iš kietos būsenos į garų būseną, apeinant skystąją būseną. Šis perėjimas vadinamas sublimacija. Visi šie procesai gali vykti ir priešinga kryptimi: tada jie vadinami užšalimas, kondensacija, desublimacija.
Lydymosi ir virimo metu nesuyrančios medžiagos, priklausomai nuo temperatūros ir slėgio, gali būti visose keturiose agregacijos būsenose.
Kietojo
Esant pakankamai žemai temperatūrai, beveik visos medžiagos yra kietos būsenos. Šioje būsenoje atstumas tarp medžiagos dalelių yra lyginamas su pačių dalelių dydžiu, o tai užtikrina stiprią jų sąveiką ir didelį potencialios energijos perteklių, palyginti su kinetine energija. Kietosios medžiagos dalelių judėjimas yra ribojamas tik dėl nedidelių virpesių ir pasukimų, palyginti su jų užimama padėtimi, ir jie neturi judesio... Tai lemia vidinę dalelių išdėstymo tvarką. Todėl kietosioms medžiagoms būdinga sava forma, mechaninis stiprumas, pastovus tūris (jos praktiškai nesuspaudžiamos). Atsižvelgiant į dalelių eilės laipsnį, kietosios medžiagos skirstomos į kristalinės ir amorfinės.
Kristalinėms medžiagoms būdingas tvarkos buvimas visų dalelių išdėstyme. Kietoji kristalinių medžiagų fazė susideda iš dalelių, kurios sudaro vienalytę struktūrą, kuriai būdingas griežtas tos pačios vienetinės ląstelės pakartojimas visomis kryptimis. Kristalo vienetinė ląstelė apibūdina dalelių išsidėstymo trimatį periodiškumą, t.y. jo kristalinė gardelė. Kristalinės gardelės skirstomos pagal kristalą sudarančių dalelių tipą ir tarp jų esančių traukos jėgų pobūdį.
Daugelis kristalinių medžiagų, priklausomai nuo sąlygų (temperatūros, slėgio), gali turėti skirtingą kristalinę struktūrą. Šis reiškinys vadinamas polimorfizmas. Gerai žinomos polimorfinės anglies modifikacijos: grafitas, fullerenas, deimantas, karbinas.
Amorfinės (beformės) medžiagos.Ši sąlyga būdinga polimerams. Ilgos molekulės lengvai išlinksta ir susipina su kitomis molekulėmis, todėl dalelės išsidėsto netaisyklingai.
Skirtumas tarp amorfinių ir kristalinių dalelių:
izotropija – tos pačios kūno ar aplinkos fizikinės ir cheminės savybės visomis kryptimis, t.y. savybių nepriklausomumas nuo krypties;
nėra nustatytos lydymosi temperatūros.
Stiklas, lydytas silicio dioksidas ir daugelis polimerų turi amorfinę struktūrą. Amorfinės medžiagos yra mažiau stabilios nei kristalinės, todėl bet kuris amorfinis kūnas ilgainiui gali pereiti į energetiškai stabilesnę būseną – kristalinę.
Skysta būsena
Kylant temperatūrai, didėja dalelių šiluminių virpesių energija, o kiekvienai medžiagai yra temperatūra, nuo kurios šiluminių virpesių energija viršija ryšių energiją. Dalelės gali atlikti skirtingus judesius, pasislinkusios viena kitos atžvilgiu. Jie vis dar liečiasi, nors pažeidžiama teisinga dalelių geometrinė struktūra - medžiaga egzistuoja skystoje būsenoje. Dėl dalelių mobilumo skystai būsenai būdingas Brauno judėjimas, dalelių difuzija ir lakumas. Svarbi skysčio savybė yra klampumas, apibūdinantis tarpasociacines jėgas, trukdančias laisvai tekėti skysčiui.
Skysčiai užima tarpinę padėtį tarp dujinės ir kietos medžiagų būsenos. Tvarkingesnė struktūra nei dujinė, bet mažiau nei kieta.
Garų ir dujų būsena
Garų-dujinė būsena dažniausiai neišskiriama.
Dujos - tai labai išsikrovusi vienalytė sistema, susidedanti iš atskirų, toli viena nuo kitos nutolusių molekulių, kurią galima laikyti viena dinamine faze.
Garai - tai labai išsikrovusi nehomogeninė sistema, kuri yra molekulių ir nestabilių mažų junginių, susidedančių iš šių molekulių, mišinys.
Molekulinė kinetinė teorija paaiškina idealių dujų savybes, remdamasi šiomis nuostatomis: molekulės atlieka nuolatinį atsitiktinį judėjimą; dujų molekulių tūris yra nereikšmingas, palyginti su tarpmolekuliniais atstumais; traukos ar atstūmimo jėgos neveikia tarp dujų molekulių; vidutinė dujų molekulių kinetinė energija yra proporcinga jų absoliučiai temperatūrai. Dėl tarpmolekulinės sąveikos jėgų nereikšmingumo ir didelio laisvo tūrio, dujoms būdingas didelis šiluminio judėjimo ir molekulinės difuzijos greitis, molekulių noras užimti kuo didesnį tūrį, taip pat didelis suspaudžiamumas.
Izoliuota dujų fazės sistema apibūdinama keturiais parametrais: slėgiu, temperatūra, tūriu, medžiagos kiekiu. Ryšys tarp šių parametrų apibūdinamas idealiųjų dujų būsenos lygtimi:
R = 8,31 kJ / mol - universali dujų konstanta.
Šiame skyriuje apžvelgsime agregatinės būsenos, kurioje yra aplinkinė medžiaga ir medžiagos dalelių sąveikos jėgos, būdingos kiekvienai agregatinei būsenai.
1. Kietojo,
2. Skysta būsena ir
3. Dujinė būsena.
Dažnai išskiriama ketvirtoji agregavimo būsena - plazma.
Kartais plazmos būsena laikoma dujinės būsenos tipu.
Plazma – iš dalies arba visiškai jonizuotos dujos, dažniausiai esant aukštai temperatūrai.
Plazma yra plačiausiai paplitusi materijos būsena visatoje, nes tokios būsenos yra žvaigždžių materija.
Kiekvienam agregatinė būsena cheminės medžiagos dalelių sąveikos, turinčios įtakos jos fizinėms ir cheminėms savybėms, charakteristikos.
Kiekviena medžiaga gali būti skirtingos agregacijos būsenos. Esant pakankamai žemai temperatūrai, visos medžiagos yra kietojo... Tačiau kai jie įkaista, jie tampa skysčių, tada dujų... Toliau kaitinant jie jonizuojasi (atomai praranda dalį elektronų) ir pereina į būseną plazma.
Dujos
Dujinė būsena(iš Dutch.gas grįžta į senovės graikų kalbą. Χάος ) pasižymi labai silpnais ryšiais tarp jį sudarančių dalelių.
Dujas sudarančios molekulės ar atomai juda chaotiškai ir didžiąją laiko dalį yra dideli (palyginti su jų dydžiu) atstumu vienas nuo kito. Todėl sąveikos jėgos tarp dujų dalelių yra nereikšmingos.
Pagrindinė dujų savybė yra tai, kad jis užpildo visą turimą erdvę nesudarydamas paviršiaus. Dujos visada sumaišomos. Dujos yra izotropinė medžiaga ty jo savybės nepriklauso nuo krypties.
Nesant gravitacinių jėgų spaudimas visuose dujų taškuose vienodi. Gravitacijos jėgų srityje tankis ir slėgis nėra vienodi kiekviename taške, mažėjant aukščiui. Atitinkamai, gravitacijos srityje dujų mišinys tampa nehomogeniškas. Sunkiosios dujos linkę skęsti žemiau ir labiau plaučiai- pakilti.
Dujos turi didelį suspaudimą- didėjant slėgiui, jo tankis didėja. Kai temperatūra pakyla, jie plečiasi.
Suslėgtos dujos gali virsti skysčiu, tačiau kondensacija atsiranda ne bet kurioje, o žemesnėje už kritinę temperatūrą. Kritinė temperatūra yra tam tikrų dujų charakteristika ir priklauso nuo jų molekulių sąveikos jėgų. Taigi, pavyzdžiui, dujos helis gali būti suskystintas tik žemesnėje temperatūroje 4,2 tūkst.
Yra dujų, kurios, atvėsusios, pereina į kietą medžiagą, aplenkdamos skystąją fazę. Skysčio pavertimas dujomis vadinamas garavimu, o tiesioginis kietosios medžiagos pavertimas dujomis – sublimacija.
Tvirtas
Kietojo lyginant su kitomis agregacijos būsenomis pasižymi formos stabilumu.
Išskirti kristalinis ir amorfinės kietosios medžiagos.
Kristalinė materijos būsena
Kietųjų kūnų formos stabilumą lemia tai, kad dauguma kietosios būsenos turi kristalinė struktūra.
Šiuo atveju atstumai tarp medžiagos dalelių yra maži, o tarpusavio sąveikos jėgos didelės, o tai lemia formos stabilumą.
Daugelio kietųjų medžiagų kristaline struktūra nesunku įsitikinti suskaidžius medžiagos gabalėlį ir ištyrus susidariusį lūžį. Paprastai ant lūžių (pavyzdžiui, cukruje, sieroje, metaluose ir kt.) aiškiai matomi nedideli skirtingais kampais išsidėstę kristalų paviršiai, kurie blizga dėl skirtingo jų atspindžio šviesos.
Tais atvejais, kai kristalai yra labai maži, medžiagos kristalinę struktūrą galima nustatyti naudojant mikroskopą.
Kristalų formos
Kiekviena medžiaga susidaro kristalai visiškai apibrėžtos formos.
Kristalinių formų įvairovę galima suskirstyti į septynias grupes:
1. Triclinnaya(lygiagretainis),
2.Monoklinika(prizmė su lygiagretainiu prie pagrindo),
3. Rombinis(stačiakampis gretasienis),
4. Keturkampis(stačiakampis gretasienis su kvadratu prie pagrindo),
5. Trigonalis,
6. Šešiakampis(prizmė su teisingo pagrindo centru
šešiakampis),
7. Kubinis(kubas).
Jame kristalizuojasi daugelis medžiagų, ypač geležis, varis, deimantas, natrio chloridas kubinė sistema... Paprasčiausios šios sistemos formos yra kubas, oktaedras, tetraedras.
Jame kristalizuojasi magnis, cinkas, ledas, kvarcas šešiakampė sistema... Pagrindinės šios sistemos formos yra šešiakampės prizmės ir bipiramidė.
Natūralūs kristalai, taip pat kristalai, gauti dirbtiniu būdu, retai kada tiksliai atitinka teorines formas. Paprastai, kai išlydyta medžiaga sukietėja, kristalai suauga, todėl kiekvieno iš jų forma pasirodo ne visai teisinga.
Tačiau, kad ir kaip netolygiai vystytųsi kristalas, kad ir kokia būtų iškreipta jo forma, kampai, kuriais kristalų paviršiai susilieja tai pačiai medžiagai, išlieka pastovūs.
Anizotropija
Kristalinių kūnų savybės neapsiriboja tik kristalų forma. Nors kristale esanti medžiaga yra visiškai vienalytė, daugelis jos fizinių savybių – stiprumas, šilumos laidumas, požiūris į šviesą ir kt. – ne visada vienodos skirtingomis kristalo kryptimis. Ši svarbi kristalinių medžiagų savybė vadinama anizotropija.
Vidinė kristalų struktūra. Kristalinės grotelės.
Išorinė kristalo forma atspindi jo vidinę struktūrą ir atsiranda dėl teisingo kristalą sudarančių dalelių - molekulių, atomų ar jonų - išdėstymo.
Šis susitarimas gali būti pavaizduotas kaip kristalinė gardelė- gardelės rėmas, suformuotas susikertant tiesioms linijoms. Tiesų susikirtimo taškuose - gardelės mazgai- dalelių centrai guli.
Priklausomai nuo dalelių, esančių kristalinės gardelės mazguose, pobūdžio ir nuo to, kokios sąveikos jėgos tarp jų vyrauja tam tikrame kristale, išskiriami šie tipai kristalinės grotelės:
1.molekulinės,
2.atominis,
3.joninis ir
4.metalo.
Molekulinės ir atominės gardelės būdingos kovalentinį ryšį turinčioms medžiagoms, joniniams – joniniams junginiams, metalams – metalams ir jų lydiniams.
Atomai yra atominių gardelių mazguose... Jie yra susiję vienas su kitu kovalentinis ryšys.
Medžiagų su atominėmis gardelėmis yra palyginti nedaug. Jie apima deimantas, silicis ir kai kurie neorganiniai junginiai.
Šios medžiagos pasižymi dideliu kietumu, yra atsparios ugniai ir netirpi beveik jokiuose tirpikliuose. Šios savybės atsiranda dėl jų stiprumo kovalentinis ryšys.
Molekulės yra molekulinių gardelių vietose... Jie yra susiję vienas su kitu tarpmolekulinės jėgos.
Yra daug medžiagų, turinčių molekulinę gardelę. Jie apima nemetalai, išskyrus anglį ir silicį, viskas organiniai junginiai su nejoniniu ryšiu ir daug neorganinių junginių.
Tarpmolekulinės sąveikos jėgos yra daug silpnesnės nei kovalentinių ryšių jėgos, todėl molekuliniai kristalai yra mažo kietumo, tirpūs ir lakūs.
Joninių gardelių vietose yra išsidėstę teigiamo ir neigiamo krūvio jonai.... Jie vienas su kitu yra surišti jėgomis elektrostatinė trauka.
Junginiai su joniniais ryšiais, kurie sudaro jonines gardeles, apima dauguma druskų ir mažai oksidų.
Pagal jėgą joninės gardelės prastesnis už atominį, bet viršija molekulinį.
Joninių junginių lydymosi temperatūra yra gana aukšta. Daugeliu atvejų jų nepastovumas nėra didelis.
Metalinių gardelių vietose yra metalų atomai, tarp kurių laisvai juda šiems atomams bendri elektronai.
Laisvųjų elektronų buvimas metalų kristalinėse gardelėse gali paaiškinti daugybę jų savybių: plastiškumą, lankstumą, metalinį blizgesį, didelį elektros ir šilumos laidumą.
Kristaluose yra medžiagų, kurių dvi dalelių sąveikos vaidina svarbų vaidmenį. Taigi grafite anglies atomai yra sujungti vienas su kitu tomis pačiomis kryptimis. kovalentinis ryšys o kitose - metalo... Todėl grafito gardelę galima laikyti atominis, Ir kaip metalo.
Daugelyje neorganinių junginių, pavyzdžiui, in BeO, ZnS, CuCl, ryšys tarp dalelių, esančių gardelės mazguose, yra iš dalies joninės ir iš dalies kovalentinis... Todėl tokių junginių gardelės gali būti laikomos tarpinėmis tarp joninės ir atominis.
Amorfinė materijos būsena
Amorfinių medžiagų savybės
Tarp kietųjų medžiagų yra tokių, kurių lūžyje nėra jokių kristalų požymių. Pavyzdžiui, jei įskilsite įprasto stiklo gabalą, tada jo lūžis bus lygus ir, skirtingai nei krištolo lūžių, apsiribos ne plokščiais, o ovaliais paviršiais.
Panašus modelis pastebimas ir suskaidžius dervos, klijų ir kai kurių kitų medžiagų gabalėlius. Tokia materijos būsena vadinama amorfinis.
Skirtumas tarp kristalinis ir amorfinis kūnai ypač ryškūs jų požiūriu į šildymą.
Kol kiekvienos medžiagos kristalai lydosi griežtai apibrėžtoje temperatūroje ir toje pačioje temperatūroje vyksta perėjimas iš skystos būsenos į kietą, amorfiniai kūnai neturi pastovios lydymosi temperatūros... Kaitinamas amorfinis kūnas palaipsniui minkštėja, pradeda plisti ir galiausiai tampa visiškai skystas. Atvėsus taip pat palaipsniui kietėja.
Dėl to, kad nėra konkrečios lydymosi temperatūros, amorfiniai kūnai turi skirtingą gebėjimą: daugelis jų teka kaip skysčiai, t.y. ilgai veikiant santykinai mažoms jėgoms, jos palaipsniui keičia savo formą. Pavyzdžiui, ant lygaus paviršiaus paklotas dervos gabalas kelias savaites plinta šiltoje patalpoje, įgaudamas disko formą.
Amorfinių medžiagų struktūra
Skirtumas tarp kristalinės ir amorfinės medžiagos būsena yra tokia.
Tvarkingas dalelių išsidėstymas kristale vienetinės ląstelės atsispindi dideliuose kristalų plotuose, o jei kristalai yra gerai susiformavę - jų visuma.
V amorfiniai kūnai dalelių išsidėstymo tvarkingumas stebimas tik labai mažuose plotuose... Be to, daugelyje amorfinių kūnų net ši vietinė tvarka yra tik apytikslė.
Šį skirtumą galima apibendrinti taip:
- kristalų struktūrai būdinga ilgalaikė tvarka,
- amorfinių kūnų sandara – į kaimynus.
Amorfinių medžiagų pavyzdžiai.
Stabilios amorfinės medžiagos apima stiklo(dirbtinis ir vulkaninis), natūralus ir dirbtinis dervos, klijai, parafinas, vaškas ir kt.
Perėjimas iš amorfinės į kristalinę būseną.
Kai kurios medžiagos gali būti ir kristalinės, ir amorfinės būsenos. Silicio dioksidas SiO 2 atsiranda natūraliai kaip gerai išsilavinęs kvarco kristalai, taip pat amorfinėje būsenoje ( mineralinis titnagas).
Kuriame kristalinė būsena visada yra stabilesnė... Todėl savaiminis perėjimas iš kristalinės medžiagos į amorfinę yra neįmanomas, o atvirkštinė transformacija – savaiminis perėjimas iš amorfinės būsenos į kristalinę – galimas ir kartais stebimas.
Tokios transformacijos pavyzdys yra devitrifikacija- spontaniška stiklo kristalizacija aukštesnėje temperatūroje, kartu su jo sunaikinimu.
Amorfinė būsena daug medžiagų gaunama esant dideliam skysto lydalo kietėjimo (aušinimo) greičiui.
Metalams ir lydiniams amorfinė būsena susidaro, kaip taisyklė, jei lydalas atšaldomas per keliasdešimties milisekundžių dalių eilę. Stiklui pakanka daug mažesnio aušinimo greičio.
Kvarcas (SiO 2) taip pat turi mažą kristalizacijos greitį. Todėl iš jo išlieti gaminiai yra amorfiniai. Tačiau natūralus kvarcas, kuris šimtus ir tūkstančius metų turėjo kristalizuotis vėsstant žemės plutai ar giliems ugnikalnių sluoksniams, priešingai nei vulkaninis stiklas, yra stambios kristalinės struktūros, sustingęs paviršiuje ir todėl amorfiškas.
Skysčiai
Skystis yra tarpinė būsena tarp kietos ir dujinės.
Skysta būsena yra tarpinis tarp dujinio ir kristalinio. Pagal kai kurias savybes skysčiai yra artimi dujų, ant kitų - į kietosios medžiagos.
Su dujomis skysčius sujungia, visų pirma izotropija ir sklandumas... Pastaroji lemia skysčio gebėjimą lengvai keisti formą.
bet didelio tankio ir mažas suspaudžiamumas skysčiai juos priartina kietosios medžiagos.
Skysčių gebėjimas lengvai keisti savo formą rodo, kad juose nėra standžių tarpmolekulinės sąveikos jėgų.
Tuo pačiu metu mažas skysčių suspaudžiamumas, lemiantis gebėjimą išlaikyti pastovų tūrį tam tikroje temperatūroje, rodo, kad yra, nors ir ne standžių, bet vis tiek reikšmingų dalelių sąveikos jėgų.
Potencialios ir kinetinės energijos santykis.
Kiekvienai agregacijos būsenai būdingas savas medžiagos dalelių potencinės ir kinetinės energijos santykis.
Kietosiose medžiagose dalelių vidutinė potencinė energija yra didesnė už jų vidutinę kinetinę energiją. Todėl kietosiose medžiagose dalelės viena kitos atžvilgiu užima tam tikras pozicijas ir tik vibruoja šių pozicijų atžvilgiu.
Dujoms energijos santykis yra atvirkštinis, dėl ko dujų molekulės visada yra chaotiško judėjimo būsenoje, o sukibimo jėgų tarp molekulių praktiškai nėra, todėl dujos visada užima visą joms suteiktą tūrį.
Skysčių atveju dalelių kinetinė ir potencinė energija yra maždaug vienoda, t.y. dalelės yra sujungtos viena su kita, bet ne standžiai. Todėl skysčiai yra skysti, tačiau tam tikroje temperatūroje jų tūris yra pastovus.
Skysčių ir amorfinių kūnų sandaros panašios.
Pritaikius skysčiams struktūrinės analizės metodus, nustatyta, kad struktūra skysčiai yra kaip amorfiniai kūnai... Dauguma skysčių turi uždaryti tvarką- kiekvienos molekulės artimiausių kaimynų skaičius ir jų santykinė padėtis visame skysčio tūryje yra maždaug vienodi.
Skirtingiems skysčiams dalelių išdėstymo laipsnis skiriasi. Be to, jis kinta priklausomai nuo temperatūros.
Esant žemai temperatūrai, šiek tiek viršijančiai tam tikros medžiagos lydymosi temperatūrą, tam tikro skysčio dalelių išsidėstymo tvarkingumo laipsnis yra aukštas.
Kylant temperatūrai ji nukrenta ir jam įkaistant, skysčio savybės vis labiau artimos dujų savybėms... Kai pasiekiama kritinė temperatūra, skirtumas tarp skysčio ir dujų išnyksta.
Dėl skysčių ir amorfinių kūnų vidinės sandaros panašumo pastarieji dažnai laikomi labai didelio klampumo skysčiais, o kietosiomis medžiagomis vadinamos tik kristalinės būsenos medžiagos.
Lyginant amorfiniai kūnai skysčių, tačiau reikia atsiminti, kad amorfiniuose kūnuose, priešingai nei įprastuose skysčiuose, dalelės turi nereikšmingą mobilumą – tokį patį kaip ir kristaluose.
Agreguotos medžiagos būsenos(iš lot. aggrego – prisirišu, jungiu) – tai tos pačios medžiagos būsenos, perėjimai tarp kurių atitinka staigius laisvosios energijos, tankio ir kitų fizikinių medžiagos parametrų pokyčius.
Dujos (pranc. gaz, kilęs iš graikiško žodžio chaosas – chaosas)- tai yra agregacijos būsena, kurioje jo dalelių, užpildančių visą joms teikiamą tūrį, sąveikos jėgos yra nereikšmingos. Dujose tarpmolekuliniai atstumai dideli, o molekulės juda beveik laisvai.
Dujos gali būti vertinamos kaip labai perkaitinti arba mažai prisotinti garai. Virš kiekvieno skysčio paviršiaus yra garų. Kai garų slėgis pakyla iki tam tikros ribos, vadinamos sočiųjų garų slėgiu, skysčio garavimas sustoja, nes skystis tampa toks pat. Sočiųjų garų tūrio sumažėjimas sukelia garų dalis, o ne padidina slėgį. Todėl garų slėgis negali būti didesnis. Sočiųjų būseną apibūdina 1 m masės sočiųjų garų soties masė, kuri priklauso nuo temperatūros. Sotūs garai gali tapti neprisotintas padidinus jo tūrį arba pakėlus temperatūrą. Jei garų temperatūra yra daug aukštesnė už nurodytą slėgį atitinkantį tašką, garai vadinami perkaitintais.
Plazma yra iš dalies arba visiškai jonizuotos dujos, kuriose teigiamų ir neigiamų krūvių tankiai yra praktiškai vienodi. Saulė, žvaigždės, tarpžvaigždinės materijos debesys susideda iš dujų – neutralių arba jonizuotų (plazmos). Skirtingai nuo kitų agregacijos būsenų, plazma yra įkrautų dalelių (jonų, elektronų) dujos, kurios elektriškai sąveikauja viena su kita dideliais atstumais, tačiau dalelių išsidėstymo atžvilgiu neturi nei trumpojo, nei ilgo nuotolio tvarkos.
Skystis- Tai medžiagos agregacijos būsena, tarpinė tarp kietos ir dujinės. Skysčiai turi kai kurias kietosios medžiagos (išlaiko savo tūrį, sudaro paviršių, turi tam tikrą atsparumą tempimui) ir dujų (įgauna indo, kuriame yra) ypatybes. Skysčio molekulių (atomų) terminis judėjimas yra mažų vibracijų aplink pusiausvyros padėtis ir dažnų šuolių iš vienos pusiausvyros padėties į kitą derinys. Tuo pačiu metu vyksta lėti molekulių judėjimai ir jų svyravimai mažuose tūriuose, dažni molekulių šuoliai pažeidžia tolimą dalelių išsidėstymo tvarką ir sukelia skysčių sklandumą, o mažos vibracijos šalia pusiausvyros padėčių sukelia trumpalaikius. diapazono tvarka skysčiuose.Skysčiai ir kietosios medžiagos, skirtingai nei dujos, gali būti vertinami kaip labai kondensuotos terpės. Juose molekulės (atomai) išsidėstę daug arčiau viena kitos ir sąveikos jėgos yra keliomis eilėmis didesnės nei dujose. Todėl skysčiai ir kietosios medžiagos turi didelę reikšmę ribotos galimybės plėtrai jie tikrai negali užimti savavališko tūrio ir pastoviai išlaiko savo tūrį, kad ir kokiame tūryje būtų dedami. Perėjimai iš labiau struktūrizuotos agregacijos būsenos į mažiau tvarkingą taip pat gali vykti nuolat. Šiuo atžvilgiu vietoj visuminės būsenos sąvokos patartina vartoti platesnę sąvoką – fazės sąvoką.
Fazė vadinamas aibė visų sistemos dalių, kurios turi tą patį cheminė sudėtis ir būdamas toje pačioje būsenoje. Tai pateisinama tuo, kad daugiafazėje sistemoje vienu metu egzistuoja termodinaminės pusiausvyros fazės: skystis, turintis savo sočiųjų garų; vanduo ir ledas lydymosi temperatūroje; du nesimaišantys skysčiai (vandens ir trietilamino mišinys), kurių koncentracija skiriasi; amorfinių kietųjų medžiagų, išlaikančių skysčio struktūrą (amorfinė būsena), egzistavimas.
Amorfinė kieta materijos būsena yra tam tikra peraušinta skysčio būsena ir skiriasi nuo įprastų skysčių žymiai didesniu klampumu ir skaitinės reikšmės kinetinės charakteristikos.
Kristalinė kieta materijos būsena- Tai agregatinė būsena, kuriai būdingos didelės medžiagos dalelių (atomų, molekulių, jonų) sąveikos jėgos. Kietųjų medžiagų dalelės vibruoja apie vidutines pusiausvyros padėtis, vadinamas kristalinės gardelės mazgais; šių medžiagų struktūrai būdingas aukštas sutvarkymo laipsnis (ilgojo ir trumpojo nuotolio tvarka) – rikiuotė pagal išsidėstymą (koordinavimo tvarka), struktūrinių dalelių orientaciją (orientacinę tvarką) arba fizinių dalelių tvarką. savybės (pavyzdžiui, magnetinių momentų arba elektrinių dipolio momentų orientacijoje). Gryniems skysčiams, skysčiams ir skystiesiems kristalams normalios skystosios fazės egzistavimo sritis yra ribota nuo žemos temperatūros. fazių perėjimai atitinkamai į kietą (kristalizacija), superskystį ir skystą-anizotropinę būseną.
