4 na pinagsama-samang estado ng bagay sa pisika. Mga katangian ng mga sangkap sa iba't ibang estado ng pagsasama-sama. Mga paghahambing na katangian ng amorphous at crystalline substance
pinagsama-samang estado. Mga likido. Mga yugto sa thermodynamics. Mga yugto ng paglipat.
Lektura 1.16
Ang lahat ng mga sangkap ay maaaring umiral sa tatlong estado ng pagsasama-sama - solid, likido At puno ng gas. Ang mga paglipat sa pagitan ng mga ito ay sinamahan ng isang biglaang pagbabago sa isang bilang ng mga pisikal na katangian (density, thermal conductivity, atbp.).
Ang estado ng pagsasama-sama ay nakasalalay sa mga pisikal na kondisyon kung saan matatagpuan ang sangkap. Ang pagkakaroon ng ilang mga estado ng pagsasama-sama sa isang sangkap ay dahil sa mga pagkakaiba sa thermal motion ng mga molekula nito (atoms) at sa kanilang pakikipag-ugnayan sa ilalim ng iba't ibang mga kondisyon.
Gas- estado ng pagsasama-sama ng isang sangkap kung saan ang mga particle ay hindi nakagapos o napakahina na nakagapos ng mga puwersa ng pakikipag-ugnayan; ang kinetic energy ng thermal motion ng mga particle nito (molecules, atoms) ay makabuluhang lumampas sa potensyal na enerhiya ng mga pakikipag-ugnayan sa pagitan nila, kaya halos malayang gumagalaw ang mga particle, ganap na pinupuno ang sisidlan kung saan sila matatagpuan, at kunin ang hugis nito. Sa estadong puno ng gas, ang bagay ay walang sariling dami o sariling hugis. Ang anumang sangkap ay maaaring ma-convert sa isang gas na estado sa pamamagitan ng pagbabago ng presyon at temperatura.
likido- ang estado ng pagsasama-sama ng isang sangkap, intermediate sa pagitan ng solid at gas. Ito ay nailalarawan sa pamamagitan ng mataas na kadaliang mapakilos ng mga particle at maliit na libreng espasyo sa pagitan nila. Nagiging sanhi ito ng mga likido upang mapanatili ang kanilang dami at magkaroon ng hugis ng isang sisidlan. Sa isang likido, ang mga molekula ay napakalapit sa isa't isa. Samakatuwid, ang density ng isang likido ay mas malaki kaysa sa density ng mga gas (sa normal na presyon). Ang mga katangian ng isang likido ay pareho (isotropic) sa lahat ng direksyon, maliban sa mga likidong kristal. Kapag pinainit o isang pagbawas sa density, ang mga katangian ng isang likido, thermal conductivity, lagkit ay nagbabago, bilang panuntunan, sa direksyon ng convergence sa mga katangian ng mga gas.
Ang thermal motion ng liquid molecules ay binubuo ng kumbinasyon ng collective oscillatory motions at paminsan-minsang pagtalon ng mga molecule mula sa isang equilibrium position papunta sa isa pa.
Solid (kristal) na katawan- pinagsama-samang estado ng bagay, na nailalarawan sa katatagan ng anyo at likas na katangian ng thermal motion ng mga atomo. Ang paggalaw na ito ay ang mga vibrations ng mga atomo (o mga ion) na bumubuo sa isang solidong katawan. Ang vibration amplitude ay kadalasang maliit kumpara sa mga interatomic na distansya.
Mga katangian ng mga likido.
Ang mga molekula ng isang sangkap sa isang likidong estado ay matatagpuan halos malapit sa isa't isa. Hindi tulad ng mga solidong mala-kristal na katawan, kung saan ang mga molekula ay bumubuo ng mga nakaayos na istruktura sa buong volume ng kristal at maaaring magsagawa ng mga thermal vibrations sa paligid ng mga nakapirming sentro, ang mga molekula ng likido ay may higit na kalayaan. Ang bawat molekula ng isang likido, pati na rin sa isang solidong katawan, ay "naka-clamp" sa lahat ng panig ng mga kalapit na molekula at nagsasagawa ng mga thermal vibrations sa paligid ng isang tiyak na posisyon ng equilibrium. Gayunpaman, paminsan-minsan ang anumang molekula ay maaaring lumipat sa isang kalapit na bakante. Ang ganitong mga pagtalon sa mga likido ay nangyayari nang madalas; samakatuwid, ang mga molekula ay hindi nakatali sa ilang mga sentro, tulad ng sa mga kristal, at maaaring lumipat sa buong dami ng likido. Ipinapaliwanag nito ang pagkalikido ng mga likido. Dahil sa malakas na pakikipag-ugnayan sa pagitan ng mga molekula na malapit sa pagitan, maaari silang bumuo ng mga lokal (hindi matatag) na nakaayos na mga grupo na naglalaman ng ilang mga molekula. Ang kababalaghang ito ay tinatawag short-range order.
Dahil sa siksik na pag-iimpake ng mga molekula, ang compressibility ng mga likido, i.e., ang pagbabago sa dami na may pagbabago sa presyon, ay napakaliit; ito ay sampu at daan-daang libong beses na mas mababa kaysa sa mga gas. Halimbawa, upang baguhin ang dami ng tubig ng 1%, kailangan mong dagdagan ang presyon ng halos 200 beses. Ang ganitong pagtaas ng presyon kumpara sa presyon ng atmospera ay nakamit sa lalim na halos 2 km.
Ang mga likido, tulad ng mga solido, ay nagbabago ng kanilang volume sa pagbabago ng temperatura. Para sa hindi masyadong malalaking saklaw ng temperatura, nagbabago ang relatibong dami ng Δ V / V Ang 0 ay proporsyonal sa pagbabago ng temperatura Δ T:
| |
Ang coefficient β ay tinatawag koepisyent ng pagpapalawak ng temperatura. Ang koepisyent na ito para sa mga likido ay sampung beses na mas malaki kaysa sa mga solido. Para sa tubig, halimbawa, sa temperatura na 20 ° С β sa ≈ 2 10 -4 K -1, para sa bakal - β st ≈ 3.6 10 -5 K -1, para sa quartz glass - β kv ≈ 9 10 - 6 K –1.
Ang thermal expansion ng tubig ay may kawili-wili at mahalagang anomalya para sa buhay sa Earth. Sa mga temperaturang mas mababa sa 4 °C, ang tubig ay lumalawak sa pagbaba ng temperatura (β< 0). Максимум плотности ρ в = 10 3 кг/м 3 вода имеет при температуре 4 °С.
Kapag nag-freeze ang tubig, lumalawak ito, kaya nananatiling lumulutang ang yelo sa ibabaw ng nagyeyelong katawan ng tubig. Ang temperatura ng nagyeyelong tubig sa ilalim ng yelo ay 0°C. Sa mas siksik na mga layer ng tubig malapit sa ilalim ng reservoir, ang temperatura ay humigit-kumulang 4 °C. Dahil dito, maaaring umiral ang buhay sa tubig ng mga nagyeyelong reservoir.
Ang pinaka-kagiliw-giliw na tampok ng mga likido ay ang presensya libreng ibabaw. Ang likido, hindi tulad ng mga gas, ay hindi pinupuno ang buong dami ng sisidlan kung saan ito ibinuhos. Ang isang interface ay nabuo sa pagitan ng likido at ng gas (o singaw), na nasa mga espesyal na kondisyon kumpara sa natitirang bahagi ng masa ng likido. Ang mga molekula sa boundary layer ng isang likido, sa kaibahan sa mga molekula sa lalim nito, ay hindi napapalibutan ng iba pang mga molekula ng parehong likido mula sa lahat ng panig. Ang mga puwersa ng intermolecular na interaksyon na kumikilos sa isa sa mga molekula sa loob ng likido mula sa mga kalapit na molekula ay, sa karaniwan, kapwa nabayaran. Anumang molekula sa boundary layer ay naaakit ng mga molekula sa loob ng likido (ang mga puwersang kumikilos sa isang partikular na molekula ng likido mula sa mga molekula ng gas (o singaw) ay maaaring mapabayaan). Bilang resulta, lumilitaw ang ilang resultang puwersa, na nakadirekta nang malalim sa likido. Ang mga molekula sa ibabaw ay iginuhit sa likido sa pamamagitan ng mga puwersa ng intermolecular attraction. Ngunit ang lahat ng mga molekula, kabilang ang mga nasa boundary layer, ay dapat na nasa isang estado ng equilibrium. Ang ekwilibriyong ito ay nakakamit dahil sa ilang pagbaba sa distansya sa pagitan ng mga molekula ng layer sa ibabaw at ng kanilang pinakamalapit na kapitbahay sa loob ng likido. Kapag ang distansya sa pagitan ng mga molekula ay bumababa, ang mga salungat na pwersa ay bumangon. Kung ang average na distansya sa pagitan ng mga molekula sa loob ng isang likido ay r 0 , kung gayon ang mga molekula ng layer ng ibabaw ay medyo mas makapal, at samakatuwid mayroon silang karagdagang reserba ng potensyal na enerhiya kumpara sa mga panloob na molekula. Dapat itong isipin na, dahil sa sobrang mababang compressibility, ang pagkakaroon ng isang mas makapal na nakaimpake na layer sa ibabaw ay hindi humantong sa anumang kapansin-pansing pagbabago sa dami ng likido. Kung ang molekula ay gumagalaw mula sa ibabaw patungo sa likido, ang mga puwersa ng intermolecular na pakikipag-ugnayan ay gagawa ng positibong gawain. Sa kabaligtaran, upang hilahin ang ilang mga molekula mula sa lalim ng likido patungo sa ibabaw (i.e. dagdagan ang ibabaw na lugar ng likido), panlabas na pwersa dapat gumawa ng magandang trabaho A panlabas, proporsyonal sa pagbabago Δ S ibabaw na lugar:
| A ext = σΔ S. |
Ang coefficient σ ay tinatawag na coefficient ng surface tension (σ > 0). Kaya, ang koepisyent ng pag-igting sa ibabaw ay katumbas ng trabaho na kinakailangan upang madagdagan ang ibabaw na lugar ng isang likido sa isang pare-parehong temperatura ng isang yunit.
Sa SI, ang coefficient ng surface tension ay sinusukat sa joules per metro parisukat (J / m 2) o sa mga newton bawat metro (1 N / m \u003d 1 J / m 2).
Dahil dito, ang mga molekula ng ibabaw na layer ng likido ay may labis kung ihahambing sa mga molekula sa loob ng likido. potensyal na enerhiya. Potensyal na enerhiya E p ng likidong ibabaw ay proporsyonal sa lugar nito: 
(1.16.1)
Ito ay kilala mula sa mekanika na ang mga estado ng ekwilibriyo ng isang sistema ay tumutugma sa pinakamababang halaga ng potensyal na enerhiya nito. Ito ay sumusunod na ang libreng ibabaw ng likido ay may posibilidad na bawasan ang lugar nito. Para sa kadahilanang ito, ang isang libreng patak ng likido ay tumatagal ng isang spherical na hugis. Ang likido ay kumikilos na parang ang mga puwersa ay kumikilos nang magkadikit sa ibabaw nito, na nagpapababa (nagkontrata) sa ibabaw na ito. Ang mga puwersang ito ay tinatawag mga puwersa ng pag-igting sa ibabaw.
Ang pagkakaroon ng mga puwersa ng pag-igting sa ibabaw ay ginagawang ang likidong ibabaw ay parang isang nababanat na nakaunat na pelikula, na may pagkakaiba lamang na ang mga puwersang nababanat sa pelikula ay nakasalalay sa lugar ng ibabaw nito (ibig sabihin, kung paano nababago ang anyo ng pelikula), at ang mga puwersa ng pag-igting sa ibabaw. hindi nakasalalay sa mga likido sa ibabaw na lugar.
Ang mga puwersa ng pag-igting sa ibabaw ay may posibilidad na paikliin ang ibabaw ng pelikula. Samakatuwid, maaari nating isulat: (1.16.2)
Kaya, ang koepisyent ng pag-igting sa ibabaw σ ay maaaring tukuyin bilang ang modulus ng puwersa ng pag-igting sa ibabaw na kumikilos sa bawat haba ng yunit ng linya na nagbubuklod sa ibabaw ( l ay ang haba ng linyang ito).
Dahil sa pagkilos ng mga puwersa ng pag-igting sa ibabaw sa mga patak ng likido at sa loob ng mga bula ng sabon, isang labis na presyon Δ p. Kung pinutol natin sa isip ang isang spherical drop ng radius R sa dalawang halves, kung gayon ang bawat isa sa kanila ay dapat na nasa balanse sa ilalim ng pagkilos ng mga puwersa ng pag-igting sa ibabaw na inilapat sa hangganan ng hiwa na may haba na 2π R at mga puwersa ng sobrang presyon na kumikilos sa lugar na π R 2 seksyon (Fig.1.16.1). Ang kondisyon ng ekwilibriyo ay nakasulat bilang
Malapit sa hangganan sa pagitan ng isang likido, isang solid, at isang gas, ang hugis ng libreng ibabaw ng likido ay nakasalalay sa mga puwersa ng pakikipag-ugnayan sa pagitan ng mga molekula ng likido at mga solidong molekula (maaaring mapabayaan ang pakikipag-ugnayan sa mga molekula ng gas (o singaw). Kung ang mga puwersang ito ay mas malaki kaysa sa mga puwersa ng pakikipag-ugnayan sa pagitan ng mga molekula ng likido mismo, kung gayon ang likido basa ibabaw ng isang solidong katawan. Sa kasong ito, ang likido ay lumalapit sa ibabaw ng solidong katawan sa ilang talamak na anggulo θ, na katangian ng ibinigay na likido-solid na pares. Ang anggulo θ ay tinatawag anggulo ng contact. Kung ang mga puwersa ng pakikipag-ugnayan sa pagitan ng mga likidong molekula ay lumampas sa mga puwersa ng kanilang pakikipag-ugnayan sa mga solidong molekula, kung gayon ang anggulo ng pakikipag-ugnay θ ay lumalabas na mapurol (Larawan 1.16.2 (2)). Sa kasong ito, ang likido ay sinabi sa hindi basa ibabaw ng isang solidong katawan. Kung hindi man (anggulo - talamak) likido basa ibabaw (fig.1.16.2(1)). Sa buong basaθ = 0, sa kumpletong hindi basaθ = 180°.
capillary phenomena tinatawag na pagtaas o pagbaba ng likido sa maliliit na diameter na tubo - mga capillary. Ang mga basang likido ay tumataas sa pamamagitan ng mga capillary, ang mga hindi basang likido ay bumababa.
Ang Figure 1.16.3 ay nagpapakita ng isang capillary tube ng isang tiyak na radius r ibinaba ng ibabang dulo sa isang basang likido na may density ρ. Ang itaas na dulo ng capillary ay bukas. Ang pagtaas ng likido sa capillary ay nagpapatuloy hanggang sa ang puwersa ng gravity na kumikilos sa likidong haligi sa capillary ay naging katumbas ng ganap na halaga sa nagresultang F n mga puwersa ng pag-igting sa ibabaw na kumikilos kasama ang hangganan ng pakikipag-ugnay ng likido sa ibabaw ng capillary: F t = F n, saan F t = mg = ρ hπ r 2 g, F n = σ2π r cos θ.
Ito ay nagpapahiwatig: 
Sa kumpletong basa θ = 0, cos θ = 1. Sa kasong ito
Sa kumpletong hindi basa, θ = 180°, cos θ = –1 at, samakatuwid, h < 0. Уровень несмачивающей жидкости в капилляре опускается ниже уровня жидкости в сосуде, в которую опущен капилляр.
Halos binabasa ng tubig ang malinis na ibabaw ng salamin. Sa kabaligtaran, ang mercury ay hindi ganap na nabasa ang ibabaw ng salamin. Samakatuwid, ang antas ng mercury sa glass capillary ay bumaba sa ibaba ng antas sa sisidlan.
Ang pinakalaganap na kaalaman ay tungkol sa tatlong estado ng pagsasama-sama: likido, solid, gas, kung minsan ay iniisip nila ang tungkol sa plasma, mas madalas na likidong kristal. Kamakailan lamang, kumalat sa Internet ang isang listahan ng 17 mga yugto ng bagay, na kinuha mula sa sikat na () Stephen Fry. Samakatuwid, pag-uusapan natin ang mga ito nang mas detalyado, dahil. ang isa ay dapat na malaman ng kaunti pa tungkol sa bagay, kung lamang upang mas maunawaan ang mga prosesong nagaganap sa Uniberso.
Ang listahan ng mga pinagsama-samang estado ng bagay na ibinigay sa ibaba ay tumataas mula sa pinakamalamig na estado hanggang sa pinakamainit, at iba pa. maaaring ipagpatuloy. Kasabay nito, dapat itong maunawaan na mula sa puno ng gas na estado (No. 11), ang pinaka "pinalawak", sa magkabilang panig ng listahan, ang antas ng compression ng sangkap at presyon nito (na may ilang mga reserbasyon para sa naturang hindi napag-aralan. hypothetical states bilang quantum, ray, o weakly symmetric) na pagtaas. Pagkatapos ng text ay ibibigay ang visual graph ng mga phase transition ng matter.
1. Quantum- ang estado ng pagsasama-sama ng isang sangkap, na nakamit sa pamamagitan ng pagpapababa ng temperatura sa ganap na zero, bilang isang resulta kung saan ang mga panloob na bono ay nawawala at ang bagay ay gumuho sa mga libreng quark.
2. Bose-Einstein condensate- ang pinagsama-samang estado ng bagay, na nakabatay sa mga boson na pinalamig sa mga temperaturang malapit sa absolute zero (mas mababa sa isang milyon ng isang degree sa itaas ng absolute zero). Sa ganoong malakas na paglamig na estado, ang isang sapat na malaking bilang ng mga atomo ay nahahanap ang kanilang mga sarili sa kanilang pinakamababang posibleng mga estado ng quantum, at ang mga epekto ng quantum ay nagsisimulang magpakita ng kanilang mga sarili sa antas ng macroscopic. Ang Bose-Einstein condensate (madalas na tinutukoy bilang "Bose condensate", o simpleng "likod") ay nangyayari kapag pinalamig mo ang isang elemento ng kemikal sa napakababang temperatura (karaniwan ay nasa itaas lamang ng absolute zero, minus 273 degrees Celsius). , ay ang teoretikal na temperatura sa na ang lahat ay huminto sa paggalaw).
Dito nagsisimula ang mga kakaibang bagay. Ang mga prosesong karaniwang nakikita lamang sa antas ng atom ay nangyayari na ngayon sa mga kaliskis na sapat na malaki upang maobserbahan sa mata. Halimbawa, kung maglalagay ka ng "likod" sa isang beaker at ibigay ang nais na temperatura, ang substansiya ay magsisimulang gumapang pataas sa dingding at kalaunan ay lalabas nang mag-isa.
Tila, narito tayo ay nakikitungo sa isang walang saysay na pagtatangka ng bagay na babaan ang sarili nitong enerhiya (na nasa pinakamababa na sa lahat ng posibleng antas).
Ang pagpapabagal ng mga atomo gamit ang mga kagamitan sa paglamig ay nagdudulot ng isang natatanging estado ng kabuuan na kilala bilang isang Bose condensate, o Bose-Einstein. Ang hindi pangkaraniwang bagay na ito ay hinulaang noong 1925 ni A. Einstein, bilang resulta ng paglalahat ng gawain ni S. Bose, kung saan ang mga istatistikal na mekanika ay itinayo para sa mga particle, mula sa walang mass na mga photon hanggang sa mga atom na may masa (manuskrito ni Einstein, na itinuturing na nawala, ay natagpuan sa aklatan ng Leiden University noong 2005). Ang resulta ng mga pagsisikap nina Bose at Einstein ay ang Bose na konsepto ng isang gas na sumusunod sa mga istatistika ng Bose-Einstein, na naglalarawan sa istatistikal na pamamahagi ng magkaparehong mga particle na may integer spin, na tinatawag na boson. Ang mga boson, na, halimbawa, ay parehong indibidwal na elementarya na mga particle - mga photon, at buong atoms, ay maaaring magkatabi sa parehong mga estado ng kabuuan. Iminungkahi ni Einstein na ang paglamig ng mga atomo - boson sa napakababang temperatura ay magdudulot sa kanila na pumunta (o, sa madaling salita, mag-condense) sa pinakamababang posibleng quantum state. Ang resulta ng naturang condensation ay ang paglitaw ng isang bagong anyo ng bagay.
Ang paglipat na ito ay nangyayari sa ibaba ng kritikal na temperatura, na para sa isang homogenous na tatlong-dimensional na gas na binubuo ng hindi nakikipag-ugnayan na mga particle na walang anumang panloob na antas ng kalayaan.
3. Fermionic condensate- ang estado ng pagsasama-sama ng isang sangkap, katulad ng pag-back, ngunit naiiba sa istraktura. Kapag papalapit sa absolute zero, iba ang kilos ng mga atom depende sa laki ng kanilang sariling angular momentum (spin). Ang mga boson ay may mga integer spin, habang ang mga fermion ay may mga spin na multiple ng 1/2 (1/2, 3/2, 5/2). Ang mga fermion ay sumusunod sa prinsipyo ng pagbubukod ng Pauli, na nagsasaad na ang dalawang fermion ay hindi maaaring magkaroon ng parehong quantum state. Para sa mga boson, walang ganoong pagbabawal, at samakatuwid mayroon silang pagkakataon na umiral sa isang estado ng kabuuan at sa gayon ay bumubuo ng tinatawag na Bose-Einstein condensate. Ang proseso ng pagbuo ng condensate na ito ay responsable para sa paglipat sa superconducting state.
Ang mga electron ay may spin 1/2 at samakatuwid ay mga fermion. Pinagsasama sila sa mga pares (tinatawag na mga pares ng Cooper), na pagkatapos ay bumubuo ng isang Bose condensate.
Tinangka ng mga Amerikanong siyentipiko na makakuha ng isang uri ng molekula mula sa mga atomo ng fermion sa pamamagitan ng malalim na paglamig. Ang pagkakaiba sa mga tunay na molekula ay wala kemikal na dumidikit- lumipat lang sila nang magkasama, sa paraang magkakaugnay. Ang bono sa pagitan ng mga atomo ay naging mas malakas kaysa sa pagitan ng mga electron sa mga pares ng Cooper. Para sa mga pares ng mga fermion na nabuo, ang kabuuang pag-ikot ay hindi na isang multiple ng 1/2, samakatuwid, sila ay kumikilos na tulad ng mga boson at maaaring bumuo ng isang Bose condensate na may iisang quantum state. Sa panahon ng eksperimento, ang isang gas ng potassium-40 atoms ay pinalamig sa 300 nanokelvins, habang ang gas ay nakapaloob sa isang tinatawag na optical trap. Pagkatapos ay inilapat ang isang panlabas na magnetic field, sa tulong kung saan posible na baguhin ang likas na katangian ng mga pakikipag-ugnayan sa pagitan ng mga atomo - sa halip na malakas na pagtanggi, nagsimulang maobserbahan ang malakas na atraksyon. Kapag pinag-aaralan ang impluwensya ng magnetic field, posible na makahanap ng ganoong halaga kung saan nagsimulang kumilos ang mga atomo tulad ng mga pares ng mga electron ng Cooper. Sa susunod na yugto ng eksperimento, iminungkahi ng mga siyentipiko na makuha ang mga epekto ng superconductivity para sa fermionic condensate.
4. Superfluid matter- isang estado kung saan ang sangkap ay halos walang lagkit, at kapag dumadaloy, hindi ito nakakaranas ng friction na may solidong ibabaw. Ang kinahinatnan nito ay, halimbawa, tulad ng isang kawili-wiling epekto bilang ang kumpletong kusang "gumagapang palabas" ng superfluid helium mula sa sisidlan kasama ang mga pader nito laban sa grabidad. Siyempre, walang paglabag sa batas ng konserbasyon ng enerhiya dito. Sa kawalan ng mga puwersa ng friction, ang mga puwersa ng grabidad lamang ang kumikilos sa helium, mga puwersa ng interatomic na pakikipag-ugnayan sa pagitan ng helium at ng mga dingding ng sisidlan at sa pagitan ng mga atomo ng helium. Kaya, ang mga puwersa ng interatomic na pakikipag-ugnayan ay lumampas sa lahat ng iba pang pwersang pinagsama. Bilang resulta, ang helium ay may posibilidad na kumalat hangga't maaari sa lahat ng posibleng mga ibabaw, at samakatuwid ay "naglalakbay" kasama ang mga dingding ng sisidlan. Noong 1938, pinatunayan ng siyentipikong Sobyet na si Pyotr Kapitsa na ang helium ay maaaring umiral sa isang superfluid na estado.
Kapansin-pansin na marami sa mga hindi pangkaraniwang katangian ng helium ay matagal nang kilala. Gayunpaman, sa mga nagdaang taon, ang elementong kemikal na ito ay "sinisira" sa amin ng mga kawili-wili at hindi inaasahang epekto. Kaya, noong 2004, inintriga nina Moses Chan at Eun-Syong Kim ng Unibersidad ng Pennsylvania ang siyentipikong mundo sa pamamagitan ng pag-angkin na nagtagumpay sila sa pagkuha ng isang ganap na bagong estado ng helium - isang superfluid solid. Sa ganitong estado, ang ilang mga helium atoms sa kristal na sala-sala ay maaaring dumaloy sa iba, at ang helium ay maaaring dumaloy sa sarili nito. Ang epekto ng "superhardness" ay theoretically hinulaang pabalik noong 1969. At noong 2004 - parang pang-eksperimentong kumpirmasyon. Gayunpaman, sa ibang pagkakataon at napaka-curious na mga eksperimento ay nagpakita na ang lahat ay hindi gaanong simple, at marahil ang gayong interpretasyon ng hindi pangkaraniwang bagay, na dati ay kinuha para sa superfluidity ng solid helium, ay hindi tama.
Ang eksperimento ng mga siyentipiko na pinamumunuan ni Humphrey Maris mula sa Brown University sa USA ay simple at eleganteng. Ang mga siyentipiko ay naglagay ng isang test tube na nakabaligtad sa isang saradong tangke ng likidong helium. Ang bahagi ng helium sa test tube at sa tangke ay nagyelo sa paraang ang hangganan sa pagitan ng likido at solid sa loob ng test tube ay mas mataas kaysa sa tangke. Sa madaling salita, mayroong likidong helium sa itaas na bahagi ng test tube, at solidong helium sa ibabang bahagi; maayos itong pumasa sa solidong yugto ng tangke, kung saan ibinuhos ang isang maliit na likidong helium - mas mababa kaysa sa antas ng likido. sa test tube. Kung ang likidong helium ay nagsimulang tumulo sa solid, kung gayon ang pagkakaiba sa antas ay bababa, at pagkatapos ay maaari nating pag-usapan ang solid superfluid helium. At sa prinsipyo, sa tatlo sa 13 eksperimento, bumaba ang pagkakaiba sa antas.
5. Napakahirap na bagay- isang estado ng pagsasama-sama kung saan ang bagay ay transparent at maaaring "daloy" tulad ng isang likido, ngunit sa katunayan ito ay walang lagkit. Ang ganitong mga likido ay kilala sa loob ng maraming taon at tinatawag na mga superfluid. Ang katotohanan ay na kung ang superfluid ay hinalo, ito ay magpapalipat-lipat halos magpakailanman, habang ang normal na likido ay tuluyang huminahon. Ang unang dalawang superfluid ay nilikha ng mga mananaliksik gamit ang helium-4 at helium-3. Sila ay pinalamig halos sa ganap na zero - sa minus 273 degrees Celsius. At mula sa helium-4, ang mga Amerikanong siyentipiko ay nakakuha ng isang napakalakas na katawan. Na-compress nila ang frozen helium sa pamamagitan ng presyon ng higit sa 60 beses, at pagkatapos ay ang baso na puno ng sangkap ay na-install sa isang umiikot na disk. Sa temperatura na 0.175 degrees Celsius, ang disk ay biglang nagsimulang umikot nang mas malaya, na, ayon sa mga siyentipiko, ay nagpapahiwatig na ang helium ay naging isang superbody.
6. Solid- ang estado ng pagsasama-sama ng bagay, na nailalarawan sa pamamagitan ng katatagan ng anyo at ang likas na katangian ng thermal motion ng mga atomo, na gumagawa ng maliliit na vibrations sa paligid ng mga posisyon ng balanse. Ang matatag na estado ng mga solid ay mala-kristal. Nakikilala ang mga solido sa ionic, covalent, metallic, at iba pang uri ng mga bono sa pagitan ng mga atomo, na tumutukoy sa pagkakaiba-iba ng kanilang mga pisikal na katangian. Ang mga elektrikal at ilang iba pang mga katangian ng mga solid ay pangunahing tinutukoy ng likas na katangian ng paggalaw ng mga panlabas na electron ng mga atomo nito. Ayon sa kanilang mga de-koryenteng katangian, ang mga solido ay nahahati sa mga dielectric, semiconductors, at mga metal; ayon sa kanilang mga magnetic na katangian, sila ay nahahati sa mga diamagnet, paramagnet, at mga katawan na may nakaayos na magnetic na istraktura. Ang pag-aaral ng mga katangian ng solids ay pinagsama sa isang malaking lugar - solid state physics, ang pag-unlad nito ay pinasigla ng mga pangangailangan ng teknolohiya.
7. Amorphous solid- isang condensed na estado ng pagsasama-sama ng isang substance, na nailalarawan sa pamamagitan ng isotropy ng mga pisikal na katangian dahil sa hindi maayos na pag-aayos ng mga atomo at molekula. Sa amorphous solids, ang mga atom ay nag-vibrate sa paligid ng mga random na matatagpuan na mga punto. Hindi tulad ng mala-kristal na estado, ang paglipat mula sa isang solidong amorphous hanggang sa likido ay nangyayari nang unti-unti. Ang iba't ibang mga sangkap ay nasa amorphous na estado: mga baso, resin, plastik, atbp.
8. Liquid na kristal- ito ay isang tiyak na estado ng pagsasama-sama ng isang sangkap kung saan ito ay sabay na nagpapakita ng mga katangian ng isang kristal at isang likido. Dapat tayong agad na gumawa ng isang reserbasyon na hindi lahat ng mga sangkap ay maaaring nasa likidong kristal na estado. Gayunpaman, ang ilan organikong bagay, na may mga kumplikadong molekula, ay maaaring bumuo ng isang tiyak na estado ng pagsasama-sama - likidong kristal. Ang estado na ito ay isinasagawa sa panahon ng pagtunaw ng mga kristal ng ilang mga sangkap. Kapag natunaw ang mga ito, nabuo ang isang likido-kristal na bahagi, na naiiba sa mga ordinaryong likido. Ang bahaging ito ay umiiral sa hanay mula sa temperatura ng pagkatunaw ng kristal hanggang sa ilang mas mataas na temperatura, kapag pinainit kung saan ang likidong kristal ay nagiging isang ordinaryong likido.
Paano naiiba ang isang likidong kristal mula sa isang likido at isang ordinaryong kristal at paano ito katulad sa kanila? Tulad ng isang ordinaryong likido, ang isang likidong kristal ay may pagkalikido at tumatagal ng anyo ng isang sisidlan kung saan ito inilalagay. Ito ay naiiba sa mga kristal na kilala ng lahat. Gayunpaman, sa kabila ng ari-arian na ito, na pinagsasama ito ng isang likido, mayroon itong katangian ng mga kristal. Ito ang pag-order sa espasyo ng mga molekula na bumubuo sa kristal. Totoo, ang pag-order na ito ay hindi kumpleto tulad ng sa mga ordinaryong kristal, ngunit, gayunpaman, ito ay makabuluhang nakakaapekto sa mga katangian ng mga likidong kristal, na nagpapakilala sa kanila mula sa mga ordinaryong likido. Ang hindi kumpletong spatial na pag-order ng mga molekula na bumubuo ng isang likidong kristal ay nagpapakita ng sarili sa katotohanan na sa mga likidong kristal ay walang kumpletong pagkakasunud-sunod sa spatial na pag-aayos ng mga sentro ng grabidad ng mga molekula, bagaman maaaring mayroong isang bahagyang pagkakasunud-sunod. Nangangahulugan ito na wala silang matibay na kristal na sala-sala. Samakatuwid, ang mga likidong kristal, tulad ng mga ordinaryong likido, ay may pag-aari ng pagkalikido.
Kinakailangang ari-arian Ang mga likidong kristal, na naglalapit sa kanila sa mga ordinaryong kristal, ay ang pagkakaroon ng isang order sa spatial na oryentasyon ng mga molekula. Ang ganitong pagkakasunud-sunod sa oryentasyon ay maaaring magpakita mismo, halimbawa, sa katotohanan na ang lahat ng mahabang axes ng mga molekula sa isang sample ng likidong kristal ay nakatuon sa parehong paraan. Ang mga molekulang ito ay dapat magkaroon pahabang hugis. Bilang karagdagan sa pinakasimpleng pinangalanang pag-order ng mga axes ng mga molekula, ang isang mas kumplikadong oryentasyon na pagkakasunud-sunod ng mga molekula ay maaaring maisakatuparan sa isang likidong kristal.
Depende sa uri ng pag-order ng mga molecular axes, ang mga likidong kristal ay nahahati sa tatlong uri: nematic, smectic at cholesteric.
Ang pananaliksik sa pisika ng mga likidong kristal at ang kanilang mga aplikasyon ay kasalukuyang isinasagawa sa isang malawak na harapan sa lahat ng mga pinaka-maunlad na bansa sa mundo. Ang lokal na pananaliksik ay puro sa akademiko at industriyal na mga institusyong pananaliksik at may mahabang tradisyon. Ang mga gawa ni V.K. Frederiks kay V.N. Tsvetkova. Sa mga nagdaang taon, ang mabilis na pag-aaral ng mga likidong kristal, ang mga mananaliksik ng Russia ay gumagawa din ng isang makabuluhang kontribusyon sa pagbuo ng teorya ng mga likidong kristal sa pangkalahatan at, sa partikular, ang mga optika ng mga likidong kristal. Kaya, ang mga gawa ng I.G. Chistyakova, A.P. Kapustina, S.A. Brazovsky, S.A. Pikina, L.M. Si Blinov at marami pang ibang mananaliksik ng Sobyet ay malawak na kilala sa komunidad na pang-agham at nagsisilbing pundasyon para sa ilang epektibong teknikal na aplikasyon ng mga likidong kristal.
Ang pagkakaroon ng mga likidong kristal ay itinatag ng napakatagal na panahon, lalo na noong 1888, iyon ay, halos isang siglo na ang nakalilipas. Bagama't nakatagpo ng mga siyentipiko ang kalagayang ito ng bagay bago ang 1888, opisyal na itong natuklasan nang maglaon.
Ang unang nakatuklas ng mga likidong kristal ay ang Austrian botanist na si Reinitzer. Sa pagsisiyasat ng bagong substance na cholesteryl benzoate na na-synthesize niya, nalaman niya na sa temperatura na 145 ° C, ang mga kristal ng substance na ito ay natutunaw, na bumubuo ng maulap na likido na malakas na nakakalat ng liwanag. Sa patuloy na pag-init, kapag umabot sa temperatura na 179 ° C, ang likido ay nagiging malinaw, iyon ay, nagsisimula itong kumilos nang optically tulad ng isang ordinaryong likido, tulad ng tubig. Ang Cholesteryl benzoate ay nagpakita ng mga hindi inaasahang katangian sa magulo na yugto. Sinusuri ang bahaging ito sa ilalim ng isang polarizing microscope, nalaman ni Reinitzer na mayroon itong birefringence. Nangangahulugan ito na ang refractive index ng liwanag, iyon ay, ang bilis ng liwanag sa yugtong ito, ay nakasalalay sa polariseysyon.
9. likido- ang estado ng pagsasama-sama ng isang sangkap, pinagsasama ang mga tampok ng isang solidong estado (konserbasyon ng lakas ng tunog, isang tiyak na lakas ng makunat) at isang gas na estado (pagbabago ng hugis). Ang isang likido ay nailalarawan sa pamamagitan ng isang maikling hanay na pagkakasunud-sunod sa pag-aayos ng mga particle (molekyul, atomo) at isang maliit na pagkakaiba sa kinetic energy ng thermal motion ng mga molekula at ang kanilang potensyal na enerhiya ng pakikipag-ugnayan. Ang thermal motion ng liquid molecules ay binubuo ng mga oscillations sa paligid ng equilibrium positions at medyo bihirang tumalon mula sa isang equilibrium position papunta sa isa pa, na nauugnay sa fluidity ng liquid.
10. Supercritical fluid(GFR) ay ang estado ng pagsasama-sama ng isang sangkap, kung saan ang pagkakaiba sa pagitan ng likido at gas phase ay nawawala. Ang anumang sangkap sa temperatura at presyon sa itaas ng kritikal na punto ay isang supercritical fluid. Ang mga katangian ng isang substance sa supercritical state ay intermediate sa pagitan ng mga katangian nito sa gas at liquid phase. Kaya, ang SCF ay may mataas na density, malapit sa likido, at mababang lagkit, tulad ng mga gas. Ang diffusion coefficient sa kasong ito ay may intermediate na halaga sa pagitan ng likido at gas. Ang mga sangkap sa supercritical na estado ay maaaring gamitin bilang mga pamalit para sa mga organikong solvent sa mga proseso ng laboratoryo at pang-industriya. Ang supercritical na tubig at supercritical na carbon dioxide ay nakatanggap ng pinakamalaking interes at pamamahagi kaugnay ng ilang mga katangian.
Ang isa sa pinakamahalagang katangian ng supercritical na estado ay ang kakayahang matunaw ang mga sangkap. Sa pamamagitan ng pagbabago ng temperatura o presyon ng likido, maaaring baguhin ng isa ang mga katangian nito sa isang malawak na hanay. Kaya, posible na makakuha ng isang likido na ang mga katangian ay malapit sa alinman sa isang likido o isang gas. Kaya, ang dissolving power ng isang fluid ay tumataas sa pagtaas ng density (sa isang pare-pareho ang temperatura). Dahil ang density ay tumataas sa pagtaas ng presyon, ang pagbabago ng presyon ay maaaring makaapekto sa dissolving power ng fluid (sa pare-parehong temperatura). Sa kaso ng temperatura, ang pag-asa ng mga katangian ng likido ay medyo mas kumplikado - sa isang pare-pareho ang density, ang dissolving power ng fluid ay tumataas din, ngunit malapit sa kritikal na punto, ang isang bahagyang pagtaas sa temperatura ay maaaring humantong sa isang matalim na pagbaba sa density, at, nang naaayon, dissolving power. Ang mga supercritical fluid ay naghahalo sa isa't isa nang walang katiyakan, kaya kapag naabot ang kritikal na punto ng pinaghalong, ang sistema ay palaging magiging single-phase. Ang tinatayang kritikal na temperatura ng binary mixture ay maaaring kalkulahin bilang arithmetic mean ng mga kritikal na parameter ng mga substance Tc(mix) = (mole fraction ng A) x TcA + (mole fraction ng B) x TcB.
11. puno ng gas- (French gaz, mula sa Greek chaos - chaos), ang pinagsama-samang estado ng bagay kung saan ang kinetic energy ng thermal motion ng mga particle nito (molecules, atoms, ions) ay makabuluhang lumampas sa potensyal na enerhiya ng mga pakikipag-ugnayan sa pagitan nila, at samakatuwid ang mga particle malayang gumagalaw, pantay na pinupuno ang kawalan ng mga panlabas na patlang, ang buong volume na ibinigay sa kanila.
12. Plasma- (mula sa Griyego na plasma - hinubog, hugis), isang estado ng bagay, na isang ionized gas, kung saan ang mga konsentrasyon ng positibo at negatibong mga singil ay pantay (quasi-neutrality). Ang karamihan sa mga bagay sa Uniberso ay nasa estado ng plasma: mga bituin, galactic nebulae at ang interstellar medium. Malapit sa Earth, ang plasma ay umiiral sa anyo ng solar wind, magnetosphere, at ionosphere. Ang mataas na temperatura na plasma (T ~ 106 - 108 K) mula sa pinaghalong deuterium at tritium ay sinisiyasat na may layuning ipatupad ang kinokontrol na thermonuclear fusion. Ang low-temperature plasma (T Ј 105K) ay ginagamit sa iba't ibang gas-discharge device (gas lasers, ion device, MHD generators, plasma torches, plasma engine, atbp.), pati na rin sa teknolohiya (tingnan ang Plasma metalurgy, Plasma drilling, Teknolohiya ng plasma).
13. Masisira ang bagay- ay isang intermediate na yugto sa pagitan ng plasma at neutronium. Ito ay sinusunod sa mga puting dwarf at gumaganap ng isang mahalagang papel sa ebolusyon ng mga bituin. Kapag ang mga atomo ay nasa ilalim ng mga kondisyon ng napakataas na temperatura at presyon, nawawala ang kanilang mga electron (pumupunta sila sa isang electron gas). Sa madaling salita, sila ay ganap na ionized (plasma). Ang presyon ng naturang gas (plasma) ay tinutukoy ng presyon ng elektron. Kung ang density ay napakataas, ang lahat ng mga particle ay napipilitang lumapit sa isa't isa. Ang mga electron ay maaaring nasa mga estado na may ilang partikular na enerhiya, at ang dalawang electron ay hindi maaaring magkaroon ng parehong enerhiya (maliban kung ang kanilang mga spin ay magkasalungat). Kaya, sa isang siksik na gas, ang lahat ng mas mababang antas ng enerhiya ay napupuno ng mga electron. Ang ganitong gas ay tinatawag na degenerate. Sa ganitong estado, ang mga electron ay nagpapakita ng isang degenerate na presyon ng elektron na sumasalungat sa mga puwersa ng grabidad.
14. Neutronium— estado ng pagsasama-sama kung saan pumasa ang bagay sa ilalim ng ultrahigh pressure, na hindi pa maaabot sa laboratoryo, ngunit umiiral sa loob ng mga neutron star. Sa panahon ng paglipat sa estado ng neutron, ang mga electron ng bagay ay nakikipag-ugnayan sa mga proton at nagiging mga neutron. Bilang resulta, ang bagay sa estado ng neutron ay ganap na binubuo ng mga neutron at may density ng pagkakasunud-sunod ng nuclear. Ang temperatura ng sangkap sa kasong ito ay hindi dapat masyadong mataas (sa katumbas ng enerhiya, hindi hihigit sa isang daang MeV).
Sa isang malakas na pagtaas ng temperatura (daan-daang MeV pataas), sa estado ng neutron, ang iba't ibang mga meson ay nagsisimulang ipanganak at mapuksa. Sa karagdagang pagtaas ng temperatura, nangyayari ang deconfinement, at ang bagay ay pumasa sa estado ng quark-gluon plasma. Hindi na ito binubuo ng mga hadron, ngunit ng patuloy na ipinanganak at nawawalang mga quark at gluon.
15. Quark-gluon plasma(chromoplasm) - pinagsama-samang estado ng matter sa high-energy physics at elementary particle physics, kung saan ang hadronic matter ay pumasa sa isang estado na katulad ng estado kung saan ang mga electron at ion ay nasa ordinaryong plasma.
Karaniwan ang bagay sa hadrons ay nasa tinatawag na walang kulay ("puti") na estado. Iyon ay, ang mga quark ng iba't ibang kulay ay nagbabayad sa bawat isa. Ang isang katulad na estado ay umiiral sa ordinaryong bagay - kapag ang lahat ng mga atom ay neutral sa kuryente, iyon ay,
Ang mga positibong singil sa mga ito ay binabayaran ng mga negatibo. Sa mataas na temperatura, ang ionization ng mga atom ay maaaring mangyari, habang ang mga singil ay pinaghihiwalay, at ang sangkap ay nagiging, gaya ng sinasabi nila, "quasi-neutral". Iyon ay, ang buong ulap ng bagay sa kabuuan ay nananatiling neutral, at ang mga indibidwal na particle nito ay tumigil sa pagiging neutral. Marahil, ang parehong bagay ay maaaring mangyari sa hadronic matter - sa napakataas na enerhiya, ang kulay ay inilabas at ginagawang "quasi-colorless" ang sangkap.
Malamang, ang bagay ng Uniberso ay nasa estado ng quark-gluon plasma sa mga unang sandali pagkatapos ng Big Bang. Ngayon ang quark-gluon plasma ay maaaring mabuo sa maikling panahon sa mga banggaan ng mga particle na may napakataas na enerhiya.
Ang quark-gluon plasma ay nakuha sa eksperimento sa RHIC accelerator sa Brookhaven National Laboratory noong 2005. Ang pinakamataas na temperatura ng plasma na 4 trilyon degrees Celsius ay nakuha doon noong Pebrero 2010.
16. Kakaibang sangkap- estado ng pagsasama-sama, kung saan ang bagay ay na-compress sa limitasyon ng mga halaga ng density, maaari itong umiral sa anyo ng "quark soup". Ang isang kubiko sentimetro ng bagay sa estadong ito ay tumitimbang ng bilyun-bilyong tonelada; bukod pa rito, gagawin nitong kaparehong "kakaibang" anyo ang anumang normal na substansiya kung saan ito nakipag-ugnayan sa paglabas ng malaking halaga ng enerhiya.
Ang enerhiya na maaaring ilabas sa panahon ng pagbabago ng sangkap ng core ng isang bituin sa isang "kakaibang sangkap" ay hahantong sa isang napakalakas na pagsabog ng isang "quark nova" - at, ayon kay Leahy at Wyed, ito ay tiyak ang pagsabog na ito na naobserbahan ng mga astronomo noong Setyembre 2006.
Ang proseso ng pagbuo ng sangkap na ito ay nagsimula sa isang ordinaryong supernova, kung saan lumiko ang isang napakalaking bituin. Bilang resulta ng unang pagsabog, nabuo ang isang neutron star. Ngunit, ayon kina Leahy at Wyed, hindi ito nagtagal - dahil ang pag-ikot nito ay tila pinabagal ng sarili nitong magnetic field, lalo itong lumiit, sa pagbuo ng isang namuong "kakaibang bagay", na humantong sa isang mas malakas pa kaysa sa isang normal na pagsabog ng supernova, ang pagpapakawala ng enerhiya - at ang mga panlabas na layer ng substance ng dating neutron star, na lumilipad papunta sa nakapalibot na espasyo sa bilis na malapit sa bilis ng liwanag.
17. Malakas na simetriko bagay- ito ay isang sangkap na naka-compress sa isang lawak na ang mga microparticle sa loob nito ay patong-patong sa bawat isa, at ang katawan mismo ay bumagsak sa Black hole. Ang terminong "symmetry" ay ipinaliwanag tulad ng sumusunod: Kunin natin ang pinagsama-samang estado ng bagay na kilala ng lahat mula sa bangko ng paaralan - solid, likido, gas. Para sa katiyakan, isaalang-alang ang isang perpektong walang katapusan na kristal bilang isang solid. Mayroon itong tiyak, tinatawag na discrete symmetry na may kinalaman sa pagsasalin. Nangangahulugan ito na kung ang kristal na sala-sala ay inilipat sa isang distansya na katumbas ng agwat sa pagitan ng dalawang atomo, walang magbabago dito - ang kristal ay magkakasabay sa sarili nito. Kung ang kristal ay natunaw, kung gayon ang simetrya ng nagresultang likido ay magkakaiba: tataas ito. Sa isang kristal, ang mga punto lamang na malayo sa isa't isa sa ilang mga distansya, ang tinatawag na mga node ng kristal na sala-sala, kung saan matatagpuan ang magkaparehong mga atomo, ay katumbas.
Ang likido ay homogenous sa buong dami nito, ang lahat ng mga punto nito ay hindi makikilala sa isa't isa. Nangangahulugan ito na ang mga likido ay maaaring ilipat sa pamamagitan ng anumang arbitrary na mga distansya (at hindi lamang ng ilang mga discrete, tulad ng sa isang kristal) o paikutin ng anumang mga arbitrary na anggulo (na hindi maaaring gawin sa mga kristal sa lahat) at ito ay magkakasabay sa sarili nito. Mas mataas ang antas ng symmetry nito. Ang gas ay mas simetriko: ang likido ay sumasakop sa isang tiyak na dami sa sisidlan at mayroong isang kawalaan ng simetrya sa loob ng sisidlan, kung saan mayroong likido, at mga punto kung saan wala. Ang gas, sa kabilang banda, ay sumasakop sa buong volume na ibinigay dito, at sa ganitong diwa ang lahat ng mga punto nito ay hindi nakikilala sa isa't isa. Gayunpaman, mas tama na magsalita dito hindi tungkol sa mga punto, ngunit tungkol sa maliliit, ngunit macroscopic na mga elemento, dahil sa antas ng mikroskopiko mayroon pa ring mga pagkakaiba. Sa ilang mga punto sa oras mayroong mga atomo o molekula, habang ang iba ay wala. Ang simetrya ay sinusunod lamang sa karaniwan, alinman sa ilang mga macroscopic na parameter ng volume, o sa oras.
Ngunit wala pa ring agarang simetrya sa antas ng mikroskopiko. Kung ang sangkap ay na-compress nang napakalakas, sa mga presyon na hindi katanggap-tanggap sa pang-araw-araw na buhay, na-compress upang ang mga atomo ay durog, ang kanilang mga shell ay tumagos sa isa't isa, at ang nuclei ay nagsimulang hawakan, ang simetrya ay bumangon sa antas ng mikroskopiko. Ang lahat ng mga nuclei ay pareho at pinindot laban sa bawat isa, mayroong hindi lamang interatomic, kundi pati na rin ang mga internuclear na distansya, at ang sangkap ay nagiging homogenous (kakaibang sangkap).
Ngunit mayroon ding antas ng submicroscopic. Ang nuclei ay binubuo ng mga proton at neutron na gumagalaw sa loob ng nucleus. May konting espasyo din sa pagitan nila. Kung patuloy kang mag-compress upang ang nuclei ay durog din, ang mga nucleon ay mahigpit na magdidikit sa isa't isa. Pagkatapos, sa antas ng submicroscopic, lilitaw ang simetrya, na wala kahit sa loob ng ordinaryong nuclei.
Mula sa sinabi, makikita ng isa ang isang tiyak na kalakaran: mas mataas ang temperatura at mas mataas ang presyon, mas nagiging simetriko ang sangkap. Batay sa mga pagsasaalang-alang na ito, ang substance na naka-compress sa maximum ay tinatawag na strongly symmetrical.
18. Mahinang simetriko bagay- isang estado na kabaligtaran ng malakas na simetriko na bagay sa mga katangian nito, na naroroon sa pinakaunang Uniberso sa isang temperatura na malapit sa temperatura ng Planck, marahil 10-12 segundo pagkatapos ng Big Bang, kapag ang malakas, mahina at electromagnetic na pwersa ay iisang superforce. . Sa ganitong estado, ang bagay ay na-compress sa isang lawak na ang masa nito ay na-convert sa enerhiya, na nagsisimula sa pagpapalaki, iyon ay, lumawak nang walang katiyakan. Hindi pa posible na makamit ang mga enerhiya para sa pang-eksperimentong produksyon ng superpower at ang paglipat ng bagay sa yugtong ito sa ilalim ng mga kondisyong terrestrial, bagaman ang mga naturang pagtatangka ay ginawa sa Large Hadron Collider upang pag-aralan ang unang bahagi ng uniberso. Dahil sa kawalan ng gravitational interaction sa komposisyon ng superforce na bumubuo sa substance na ito, ang superforce ay hindi sapat na simetriko kumpara sa supersymmetric force, na naglalaman ng lahat ng 4 na uri ng pakikipag-ugnayan. Samakatuwid, ang estado ng pagsasama-sama ay nakatanggap ng ganoong pangalan.
19. Radiation matter- ito, sa katunayan, ay hindi na isang sangkap, ngunit enerhiya sa pinakadalisay nitong anyo. Gayunpaman, ito ang hypothetical na estado ng pagsasama-sama na kukuha ng katawan na umabot sa bilis ng liwanag. Maaari rin itong makuha sa pamamagitan ng pag-init ng katawan sa temperatura ng Planck (1032K), iyon ay, sa pamamagitan ng pagpapakalat ng mga molekula ng sangkap sa bilis ng liwanag. Tulad ng sumusunod mula sa teorya ng relativity, kapag ang bilis ay umabot sa higit sa 0.99 s, ang masa ng katawan ay nagsisimulang lumaki nang mas mabilis kaysa sa "normal" na acceleration, bilang karagdagan, ang katawan ay nagpapahaba, nagpapainit, iyon ay, nagsisimula itong nagniningning sa infrared spectrum. Kapag tumatawid sa threshold ng 0.999 s, ang katawan ay nagbabago nang malaki at nagsisimula ng isang mabilis na phase transition hanggang sa beam state. Tulad ng sumusunod mula sa pormula ni Einstein, na kinuha nang buo, ang lumalaking masa ng pangwakas na sangkap ay binubuo ng mga masa na nahihiwalay mula sa katawan sa anyo ng thermal, X-ray, optical at iba pang radiation, ang enerhiya ng bawat isa ay inilalarawan ng susunod na termino sa formula. Kaya, ang isang katawan na papalapit sa bilis ng liwanag ay magsisimulang mag-radiate sa lahat ng spectra, lumalaki ang haba at bumagal sa oras, pagnipis sa haba ng Planck, iyon ay, kapag naabot ang bilis c, ang katawan ay magiging isang walang katapusang haba at manipis. sinag na gumagalaw sa bilis ng liwanag at binubuo ng mga photon na walang haba, at ang walang katapusang masa nito ay ganap na magiging enerhiya. Samakatuwid, ang naturang sangkap ay tinatawag na radiation.
Pinagsama-samang estado ng bagay
sangkap- isang totoong buhay na hanay ng mga particle na magkakaugnay ng mga bono ng kemikal at sa ilalim ng ilang partikular na kundisyon sa isa sa mga estado ng pagsasama-sama. Ang anumang sangkap ay binubuo ng isang koleksyon ng napakalaking bilang ng mga particle: mga atomo, molekula, mga ion, na maaaring pagsamahin sa isa't isa sa mga magkakaugnay, na tinatawag ding mga pinagsama-samang o kumpol. Depende sa temperatura at pag-uugali ng mga particle sa mga nauugnay (ang magkaparehong pag-aayos ng mga particle, ang kanilang bilang at pakikipag-ugnayan sa isang associate, pati na rin ang pamamahagi ng mga kasama sa espasyo at ang kanilang pakikipag-ugnayan sa isa't isa), ang isang sangkap ay maaaring nasa dalawang pangunahing estado. ng pagsasama-sama - mala-kristal (solid) o gas, at sa mga transisyonal na estado ng pagsasama-sama - amorphous (solid), likidong kristal, likido at singaw. Ang solid, liquid-crystal at liquid states ng aggregation ay condensed, at vaporous at gaseous ay malakas na dinedischarge.
Phase- ito ay isang hanay ng mga homogenous na microregion, na nailalarawan sa pamamagitan ng parehong pagkakasunud-sunod at konsentrasyon ng mga particle at nakapaloob sa isang macroscopic na dami ng isang substance na nakatali ng isang interface. Sa ganitong pag-unawa, ang yugto ay katangian lamang para sa mga sangkap na nasa mala-kristal at gas na estado, dahil sila ay homogenous aggregate states.
metaphase- ito ay isang hanay ng mga heterogenous na microregion na naiiba sa bawat isa sa antas ng pagkakasunud-sunod ng mga particle o ang kanilang konsentrasyon at nakapaloob sa isang macroscopic volume ng isang substance na nakatali ng isang interface. Sa pag-unawang ito, ang metaphase ay katangian lamang para sa mga sangkap na nasa hindi magkakatulad na estado ng paglipat ng pagsasama-sama. Ang iba't ibang mga yugto at metaphases ay maaaring maghalo sa isa't isa, na bumubuo ng isang estado ng pagsasama-sama, at pagkatapos ay walang interface sa pagitan ng mga ito.
Karaniwang huwag paghiwalayin ang konsepto ng "basic" at "transitional" na estado ng pagsasama-sama. Ang mga konsepto ng "aggregate state", "phase" at "mesophase" ay kadalasang ginagamit bilang mga kasingkahulugan. Maipapayo na isaalang-alang ang limang posibleng pinagsama-samang estado para sa estado ng mga sangkap: solid, likidong kristal, likido, singaw, puno ng gas. Ang paglipat ng isang yugto patungo sa isa pang yugto ay tinatawag na yugto ng paglipat ng una at pangalawang pagkakasunud-sunod. Ang mga phase transition ng unang uri ay nailalarawan sa pamamagitan ng:
Isang biglaang pagbabago sa pisikal na magnitude na naglalarawan sa estado ng bagay (volume, density, lagkit, atbp.);
Isang tiyak na temperatura kung saan nagaganap ang isang naibigay na phase transition
Ang isang tiyak na init na nagpapakilala sa paglipat na ito, dahil masira ang mga intermolecular bond.
Ang mga phase transition ng unang uri ay sinusunod sa panahon ng paglipat mula sa isang estado ng pagsasama-sama patungo sa isa pang estado ng pagsasama-sama. Ang mga phase transition ng pangalawang uri ay sinusunod kapag ang pag-order ng mga particle sa loob ng isang estado ng pagsasama-sama ay nagbabago, at nailalarawan sa pamamagitan ng:
Unti-unting pagbabago sa mga pisikal na katangian ng isang sangkap;
Pagbabago sa pagkakasunud-sunod ng mga particle ng isang sangkap sa ilalim ng pagkilos ng isang gradient ng mga panlabas na patlang o sa isang tiyak na temperatura, na tinatawag na phase transition temperature;
Ang init ng mga phase transition ng pangalawang order ay katumbas at malapit sa zero.
Ang pangunahing pagkakaiba sa pagitan ng mga phase transition ng una at pangalawang order ay na sa panahon ng mga transition ng unang uri, una sa lahat, ang enerhiya ng mga particle ng system ay nagbabago, at sa kaso ng mga transition ng pangalawang uri, ang pag-order ng mga particle ng system ay nagbabago.
Ang paglipat ng isang sangkap mula sa isang solido patungo sa isang likidong estado ay tinatawag natutunaw at nailalarawan sa pamamagitan ng punto ng pagkatunaw nito. Ang paglipat ng isang sangkap mula sa isang likido patungo sa isang estado ng singaw ay tinatawag pagsingaw at nailalarawan sa pamamagitan ng punto ng kumukulo. Para sa ilang mga sangkap na may maliit na molekular na timbang at mahinang intermolecular na pakikipag-ugnayan, ang isang direktang paglipat mula sa isang solidong estado patungo sa isang estado ng singaw ay posible, na lumalampas sa estado ng likido. Ang ganitong paglipat ay tinatawag pangingimbabaw. Ang lahat ng mga prosesong ito ay maaaring magpatuloy sa kabaligtaran na direksyon: pagkatapos ay tinawag sila pagyeyelo, paghalay, desublimation.
Ang mga sangkap na hindi nabubulok sa panahon ng pagtunaw at pagkulo ay maaaring, depende sa temperatura at presyon, sa lahat ng apat na estado ng pagsasama-sama.
Solid na estado
Sa sapat na mababang temperatura, halos lahat ng mga sangkap ay nasa solidong estado. Sa ganitong estado, ang distansya sa pagitan ng mga particle ng isang substance ay maihahambing sa laki ng mga particle mismo, na nagsisiguro sa kanilang malakas na pakikipag-ugnayan at isang makabuluhang labis ng kanilang potensyal na enerhiya sa kinetic energy. . Ito ay humahantong sa panloob na kaayusan sa pag-aayos ng mga particle. Samakatuwid, ang mga solido ay nailalarawan sa pamamagitan ng kanilang sariling hugis, mekanikal na lakas, pare-pareho ang dami (sila ay halos hindi mapipigil). Depende sa antas ng pag-order ng mga particle, ang mga solid ay nahahati sa mala-kristal at walang hugis.
Ang mga kristal na sangkap ay nailalarawan sa pagkakaroon ng kaayusan sa pag-aayos ng lahat ng mga particle. Ang solid phase ng crystalline substance ay binubuo ng mga particle na bumubuo ng isang homogenous na istraktura, na nailalarawan sa pamamagitan ng mahigpit na repeatability ng parehong unit cell sa lahat ng direksyon. Ang elementarya na cell ng isang kristal ay nagpapakilala ng isang three-dimensional na periodicity sa pag-aayos ng mga particle, i.e. kristal na sala-sala nito. Ang mga kristal na sala-sala ay inuri ayon sa uri ng mga particle na bumubuo sa kristal at ang likas na katangian ng mga kaakit-akit na puwersa sa pagitan nila.
Maraming mga kristal na sangkap, depende sa mga kondisyon (temperatura, presyon), ay maaaring magkaroon ng ibang kristal na istraktura. Ang kababalaghang ito ay tinatawag polymorphism. Mga kilalang polymorphic modification ng carbon: graphite, fullerene, diamond, carbine.
Amorphous (walang hugis) na mga sangkap. Ang estado na ito ay tipikal para sa mga polimer. Ang mga mahahabang molekula ay madaling yumuko at magkakaugnay sa iba pang mga molekula, na humahantong sa mga iregularidad sa pag-aayos ng mga particle.
Ang pagkakaiba sa pagitan ng mga amorphous na particle at mga mala-kristal:
isotropy - ang pagkakapareho ng pisikal at kemikal na mga katangian ng isang katawan o daluyan sa lahat ng direksyon, i.e. pagsasarili ng mga ari-arian mula sa direksyon;
walang nakapirming punto ng pagkatunaw.
Ang salamin, fused quartz, at maraming polymer ay may amorphous na istraktura. Ang mga amorphous na sangkap ay hindi gaanong matatag kaysa sa mga mala-kristal, at samakatuwid ang anumang amorphous na katawan ay maaaring lumipat sa isang mas energetically mas matatag na estado - isang mala-kristal.
estado ng likido
Habang tumataas ang temperatura, tumataas ang enerhiya ng mga thermal vibrations ng mga particle, at para sa bawat sangkap ay may temperatura, simula kung saan ang enerhiya ng thermal vibrations ay lumampas sa enerhiya ng mga bono. Ang mga particle ay maaaring magsagawa ng iba't ibang mga paggalaw, na nagbabago sa bawat isa. Nananatili pa rin silang nakikipag-ugnay, kahit na ang tamang geometric na istraktura ng mga particle ay nilabag - ang sangkap ay umiiral sa isang likidong estado. Dahil sa mobility ng mga particle, ang estado ng likido ay nailalarawan sa pamamagitan ng Brownian motion, diffusion at volatility ng mga particle. Ang isang mahalagang katangian ng isang likido ay ang lagkit, na nagpapakilala sa mga interassociative na puwersa na pumipigil sa libreng daloy ng isang likido.
Ang mga likido ay sumasakop sa isang intermediate na posisyon sa pagitan ng gas at solid na estado ng bagay. Mas maayos na istraktura kaysa sa isang gas, ngunit mas mababa kaysa sa isang solid.
Mga estado ng singaw at gas
Ang vapor-gaseous state ay karaniwang hindi nakikilala.
Gas - ito ay isang napakabihirang homogenous na sistema, na binubuo ng mga indibidwal na molekula na malayo sa isa't isa, na maaaring ituring bilang isang solong dynamic na yugto.
Singaw - ito ay isang highly discharged inhomogeneous system, na isang halo ng mga molecule at hindi matatag na maliliit na kasama na binubuo ng mga molecule na ito.
Ipinapaliwanag ng molecular kinetic theory ang mga katangian ng isang ideal na gas batay sa mga sumusunod na pagpapalagay: ang mga molekula ay gumagawa ng tuluy-tuloy na random na paggalaw; ang dami ng mga molekula ng gas ay bale-wala kumpara sa mga intermolecular na distansya; walang kaakit-akit o salungat na puwersa sa pagitan ng mga molekula ng gas; ang average na kinetic energy ng mga molekula ng gas ay proporsyonal sa ganap na temperatura nito. Dahil sa hindi gaanong kahalagahan ng mga puwersa ng intermolecular na pakikipag-ugnayan at ang pagkakaroon ng isang malaking libreng dami, ang mga gas ay nailalarawan sa pamamagitan ng: isang mataas na rate ng thermal motion at molekular na pagsasabog, ang pagnanais ng mga molekula na sakupin ang mas maraming dami hangga't maaari, pati na rin ang mataas. compressibility.
Ang isang nakahiwalay na sistema ng gas-phase ay nailalarawan sa pamamagitan ng apat na mga parameter: presyon, temperatura, dami, dami ng sangkap. Ang relasyon sa pagitan ng mga parameter na ito ay inilarawan ng equation ng estado para sa isang perpektong gas:
Ang R = 8.31 kJ/mol ay ang unibersal na pare-pareho ng gas.
Sa seksyong ito, titingnan natin pinagsama-samang estado, kung saan naninirahan ang bagay sa paligid natin at ang mga puwersa ng interaksyon sa pagitan ng mga particle ng matter, na katangian ng bawat pinagsama-samang estado.
1. Solid State,
2. estado ng likido At
3. estado ng gas.
Kadalasan ang ikaapat na estado ng pagsasama-sama ay nakikilala - plasma.
Minsan, ang estado ng plasma ay itinuturing na isa sa mga uri ng estado ng gas.
Plasma - bahagyang o ganap na ionized na gas, kadalasang naroroon sa mataas na temperatura.
Plasma ay ang pinakakaraniwang estado ng bagay sa uniberso, dahil ang bagay ng mga bituin ay nasa ganitong estado.
Para sa bawat isa estado ng pagsasama-sama katangian ng mga katangian sa likas na katangian ng pakikipag-ugnayan sa pagitan ng mga particle ng isang sangkap, na nakakaapekto sa pisikal at kemikal na mga katangian nito.
Ang bawat sangkap ay maaaring nasa iba't ibang estado ng pagsasama-sama. Sa sapat na mababang temperatura, lahat ng mga sangkap ay nasa solidong estado. Ngunit habang umiinit sila, nagiging sila mga likido, pagkatapos mga gas. Sa karagdagang pag-init, nag-ionize sila (nawawalan ng ilan sa kanilang mga electron ang mga atomo) at pumasa sa estado plasma.
Gas
estado ng gas(mula sa Dutch. gas, babalik sa ibang Greek. Χάος ) na nailalarawan sa pamamagitan ng napakahina na mga bono sa pagitan ng mga bumubuong particle nito.
Ang mga molekula o mga atomo na bumubuo sa gas ay gumagalaw nang random at, sa parehong oras, sila ay nasa malaki (kung ihahambing sa kanilang mga sukat) na mga distansya mula sa isa't isa para sa karamihan ng oras. Dahil dito Ang mga puwersa ng interaksyon sa pagitan ng mga particle ng gas ay bale-wala.
Ang pangunahing tampok ng gas ay pinupuno nito ang lahat ng magagamit na espasyo nang hindi bumubuo ng isang ibabaw. Palaging naghahalo ang mga gas. Ang gas ay isang isotropic substance, ibig sabihin, ang mga katangian nito ay hindi nakasalalay sa direksyon.
Sa kawalan ng gravity presyon pareho sa lahat ng mga punto sa gas. Sa larangan ng mga puwersa ng gravitational, ang density at presyon ay hindi pareho sa bawat punto, na bumababa sa taas. Alinsunod dito, sa larangan ng grabidad, ang halo ng mga gas ay nagiging hindi magkakatulad. mabibigat na gas may posibilidad na tumira nang mas mababa at higit pa baga- upang umakyat.
Ang gas ay may mataas na compressibility- kapag tumaas ang presyon, tumataas ang density nito. Habang tumataas ang temperatura, lumalawak sila.
Kapag na-compress, ang isang gas ay maaaring maging likido., ngunit ang condensation ay hindi nangyayari sa anumang temperatura, ngunit sa isang temperatura sa ibaba ng kritikal na temperatura. Ang kritikal na temperatura ay isang katangian ng isang partikular na gas at nakasalalay sa mga puwersa ng pakikipag-ugnayan sa pagitan ng mga molekula nito. Kaya, halimbawa, gas helium maaari lamang matunaw sa mga temperatura sa ibaba 4.2K.
May mga gas na, kapag pinalamig, pumasa sa isang solidong katawan, na lumalampas sa likidong bahagi. Ang pagbabagong-anyo ng isang likido sa isang gas ay tinatawag na evaporation, at ang direktang pagbabago ng isang solid sa isang gas ay tinatawag na. pangingimbabaw.
Solid
Solid State kumpara sa ibang mga estado ng pagsasama-sama nailalarawan sa pamamagitan ng katatagan ng hugis.
Makilala mala-kristal At amorphous solids.
Crystalline na estado ng bagay
Ang katatagan ng hugis ng mga solid ay dahil sa ang katunayan na ang karamihan sa mga solid ay mayroon mala-kristal na istraktura.
Sa kasong ito, ang mga distansya sa pagitan ng mga particle ng sangkap ay maliit, at ang mga puwersa ng pakikipag-ugnayan sa pagitan nila ay malaki, na tumutukoy sa katatagan ng anyo.
Madaling i-verify ang mala-kristal na istraktura ng maraming solido sa pamamagitan ng paghahati ng isang piraso ng bagay at pagsusuri sa nagresultang bali. Karaniwan, sa isang pahinga (halimbawa, sa asukal, asupre, metal, atbp.), Ang mga maliliit na kristal na mukha na matatagpuan sa iba't ibang mga anggulo ay malinaw na nakikita, kumikinang dahil sa iba't ibang pagmuni-muni ng liwanag ng mga ito.
Sa mga kaso kung saan ang mga kristal ay napakaliit, ang kristal na istraktura ng sangkap ay maaaring maitatag gamit ang isang mikroskopyo.
Mga anyo ng kristal
Nabubuo ang bawat sangkap mga kristal perpektong tinukoy na anyo.
Ang iba't ibang mga kristal na anyo ay maaaring buod sa pitong grupo:
1. Triclinic(parallelepiped),
2.Monoclinic(prisma na may paralelogram sa base),
3. Rhombic(parihaba na parallelepiped),
4. tetragonal(parihaba na parallelepiped na may isang parisukat sa base),
5. Trigonal,
6. Heksagonal(prisma na ang base ng kanan ay nakasentro
heksagono),
7. kubiko(kubo).
Maraming mga sangkap, sa partikular na bakal, tanso, brilyante, sodium chloride, ang nag-kristal sistemang kubiko. Ang pinakasimpleng anyo ng sistemang ito ay kubo, octahedron, tetrahedron.
Magnesium, zinc, yelo, kuwarts ay nag-kristal heksagonal na sistema. Ang mga pangunahing anyo ng sistemang ito ay hexagonal prisms at bipyramid.
Ang mga natural na kristal, pati na rin ang mga kristal na nakuha sa artipisyal na paraan, ay bihirang tumutugma nang eksakto sa mga teoretikal na anyo. Karaniwan, kapag ang tunaw na sangkap ay nagpapatigas, ang mga kristal ay lumalaki nang sama-sama at samakatuwid ang hugis ng bawat isa sa kanila ay hindi masyadong tama.
Gayunpaman, hindi mahalaga kung gaano hindi pantay ang pagbuo ng kristal, gaano man kabaluktot ang hugis nito, ang mga anggulo kung saan ang mga mukha ng kristal ay nagtatagpo sa parehong substansiya.
Anisotropy
Ang mga katangian ng mala-kristal na katawan ay hindi limitado sa hugis ng mga kristal. Kahit na ang sangkap sa isang kristal ay perpektong homogenous, marami sa mga pisikal na katangian nito - lakas, thermal conductivity, kaugnayan sa liwanag, atbp. - ay hindi palaging pareho sa iba't ibang direksyon sa loob ng kristal. Ang mahalagang tampok na ito ng mga kristal na sangkap ay tinatawag anisotropy.
Panloob na istraktura ng mga kristal. Mga kristal na sala-sala.
Ang panlabas na hugis ng isang kristal ay sumasalamin sa panloob na istraktura nito at dahil sa tamang pagkakaayos ng mga particle na bumubuo sa kristal - mga molekula, atomo o ion.
Ang kaayusan na ito ay maaaring ilarawan bilang kristal na sala-sala- isang spatial frame na nabuo sa pamamagitan ng intersecting straight lines. Sa mga punto ng intersection ng mga linya - mga node ng sala-sala ay ang mga sentro ng mga particle.
Depende sa likas na katangian ng mga particle na matatagpuan sa mga node ng kristal na sala-sala, at sa kung anong mga puwersa ng pakikipag-ugnayan sa pagitan ng mga ito ang nananaig sa isang naibigay na kristal, ang mga sumusunod na uri ay nakikilala. kristal na sala-sala:
1. molekular,
2. atomiko,
3. ionic At
4. metal.
Ang mga molekular at atomic na sala-sala ay likas sa mga sangkap na may isang covalent bond, ionic - sa mga ionic compound, metal - sa mga metal at kanilang mga haluang metal.
Sa mga node ng atomic lattices ay mga atoms. Nakakonekta sila sa isa't isa covalent bond.
Mayroong kaunting mga sangkap na may mga atomic na sala-sala. Nabibilang sila sa brilyante, silikon at ilang mga inorganikong compound.
Ang mga sangkap na ito ay nailalarawan sa pamamagitan ng mataas na katigasan, sila ay matigas ang ulo at halos hindi matutunaw sa anumang mga solvents. Ang mga katangiang ito ay dahil sa kanilang tibay. covalent bond.
Ang mga molekula ay matatagpuan sa mga node ng molecular lattice. Nakakonekta sila sa isa't isa intermolecular pwersa.
Mayroong maraming mga sangkap na may molecular lattice. Nabibilang sila sa hindi metal, maliban sa carbon at silicon, lahat mga organikong compound may non-ionic bond at maraming mga inorganikong compound.
Ang mga puwersa ng intermolecular na pakikipag-ugnayan ay mas mahina kaysa sa mga puwersa ng mga covalent bond, samakatuwid ang mga molekular na kristal ay may mababang tigas, fusible at pabagu-bago.
Sa mga node ng mga ionic lattice, ang mga positibo at negatibong sisingilin na mga ion ay matatagpuan, alternating. Ang mga ito ay konektado sa isa't isa sa pamamagitan ng pwersa electrostatic na atraksyon.
Kasama sa mga ionic compound na bumubuo ng mga ionic lattice karamihan sa mga asin at isang maliit na bilang ng mga oxide.
Sa pamamagitan ng lakas mga ionic na sala-sala mas mababa sa atomic, ngunit lumampas sa molekular.
Ang mga ionic compound ay may medyo mataas na mga punto ng pagkatunaw. Ang kanilang pagkasumpungin sa karamihan ng mga kaso ay hindi mahusay.
Sa mga node ng metal lattice mayroong mga metal na atom, kung saan ang mga electron na karaniwan sa mga atom na ito ay malayang gumagalaw.
Ang pagkakaroon ng mga libreng electron sa mga kristal na sala-sala ng mga metal ay maaaring ipaliwanag ang marami sa kanilang mga katangian: plasticity, malleability, metallic luster, mataas na electrical at thermal conductivity.
May mga sangkap kung saan ang mga kristal ay may malaking papel na ginagampanan ng dalawang uri ng pakikipag-ugnayan sa pagitan ng mga particle. Kaya, sa grapayt, ang mga carbon atom ay konektado sa bawat isa sa parehong direksyon. covalent bond, at sa iba pa metaliko. Samakatuwid, ang graphite lattice ay maaari ding ituring bilang nuklear, At kung paano metal.
Sa maraming mga inorganikong compound, halimbawa, sa BeO, ZnS, CuCl, ang koneksyon sa pagitan ng mga particle na matatagpuan sa mga lattice site ay bahagyang ionic, at bahagyang covalent. Samakatuwid, ang mga sala-sala ng naturang mga compound ay maaaring ituring bilang intermediate sa pagitan ionic At atomic.
Amorphous na estado ng bagay
Mga katangian ng mga amorphous na sangkap
Sa mga solidong katawan mayroong mga kung saan walang mga palatandaan ng mga kristal na makikita sa bali. Halimbawa, kung masira mo ang isang piraso ng ordinaryong salamin, kung gayon ang pagkasira nito ay magiging makinis at, hindi katulad ng mga pagsira ng mga kristal, ito ay limitado hindi sa pamamagitan ng flat, ngunit sa pamamagitan ng mga hugis-itlog na ibabaw.
Ang isang katulad na larawan ay sinusunod kapag naghahati ng mga piraso ng dagta, pandikit at ilang iba pang mga sangkap. Ang estado ng bagay na ito ay tinatawag walang hugis.
Pagkakaiba sa pagitan ng mala-kristal At walang hugis Ang mga katawan ay partikular na binibigkas sa kanilang kaugnayan sa pag-init.
Habang ang mga kristal ng bawat sangkap ay natutunaw sa isang mahigpit na tinukoy na temperatura at sa parehong temperatura ay nangyayari ang paglipat mula sa isang likidong estado patungo sa isang solid, Ang mga amorphous na katawan ay walang pare-parehong punto ng pagkatunaw. Kapag pinainit, ang amorphous na katawan ay unti-unting lumalambot, nagsisimulang kumalat at, sa wakas, ay nagiging ganap na likido. Kapag pinalamig, ito rin unti-unting tumitigas.
Dahil sa kakulangan ng isang tiyak na punto ng pagkatunaw, ang mga amorphous na katawan ay may ibang kakayahan: marami sa kanila ang umaagos na parang likido, ibig sabihin. na may matagal na pagkilos ng medyo maliit na pwersa, unti-unti nilang binabago ang kanilang hugis. Halimbawa, ang isang piraso ng dagta na inilagay sa isang patag na ibabaw ay kumakalat sa isang mainit na silid sa loob ng ilang linggo, na anyong disk.
Ang istraktura ng mga amorphous na sangkap
Pagkakaiba sa pagitan ng mala-kristal at walang hugis ang estado ng bagay ay ang mga sumusunod.
Inayos ang pag-aayos ng mga particle sa isang kristal, na sinasalamin ng unit cell, ay napanatili sa malalaking lugar ng mga kristal, at sa kaso ng mahusay na nabuong mga kristal - sa kanilang kabuuan.
SA amorphous na mga katawan ang pagkakasunud-sunod ng mga particle ay sinusunod lamang sa napakaliit na lugar. Bukod dito, sa isang bilang ng mga amorphous na katawan kahit na ang lokal na pag-order ay tinatayang lamang.
Ang pagkakaibang ito ay maaaring ibuod bilang mga sumusunod:
- ang istraktura ng kristal ay nailalarawan sa pamamagitan ng pangmatagalang pagkakasunud-sunod,
- istraktura ng mga amorphous na katawan - malapit.
Mga halimbawa ng amorphous substance.
Kasama sa mga stable amorphous substance salamin(artipisyal at bulkan), natural at artipisyal resins, pandikit, paraffin, wax at iba pa.
Ang paglipat mula sa isang amorphous na estado sa isang mala-kristal.
Ang ilang mga sangkap ay maaaring nasa parehong mala-kristal at amorphous na estado. Silicon dioxide SiO 2 nangyayari sa kalikasan sa anyo ng mahusay na nabuo mga kristal na kuwarts, pati na rin sa amorphous na estado ( mineral ng bato).
Kung saan ang mala-kristal na estado ay palaging mas matatag. Samakatuwid, ang isang kusang paglipat mula sa isang mala-kristal patungo sa isang amorphous na sangkap ay imposible, at ang kabaligtaran na pagbabagong-anyo - isang kusang paglipat mula sa isang amorphous na estado patungo sa isang mala-kristal - ay posible at kung minsan ay sinusunod.
Ang isang halimbawa ng naturang pagbabago ay devitrification- kusang pagkikristal ng salamin sa mataas na temperatura, na sinamahan ng pagkasira nito.
amorphous na estado maraming mga sangkap ang nakukuha sa mataas na rate ng solidification (paglamig) ng likidong natutunaw.
Para sa mga metal at haluang metal amorphous na estado ay nabuo, bilang panuntunan, kung ang tunawin ay pinalamig nang ilang oras sa pagkakasunud-sunod ng mga fraction o sampu-sampung millisecond. Para sa mga baso, sapat na ang mas mababang rate ng paglamig.
Kuwarts (SiO2) ay mayroon ding mababang rate ng crystallization. Samakatuwid, ang mga produkto na inihagis mula dito ay walang hugis. Gayunpaman, ang natural na kuwarts, na may daan-daang at libu-libong taon upang mag-kristal kapag ang crust ng lupa o malalim na mga layer ng mga bulkan ay lumamig, ay may magaspang na istraktura, kabaligtaran sa bulkan na salamin, na nagyelo sa ibabaw at samakatuwid ay amorphous.
Mga likido
Ang likido ay isang intermediate na estado sa pagitan ng solid at gas.
estado ng likido ay intermediate sa pagitan ng gas at mala-kristal. Ayon sa ilang mga katangian, ang mga likido ay malapit sa mga gas, ayon sa iba - sa solid na katawan.
Sa mga gas, ang mga likido ay pinagsama-sama, una sa lahat, sa pamamagitan ng kanilang isotropy At pagkalikido. Tinutukoy ng huli ang kakayahan ng likido na madaling baguhin ang hugis nito.
ngunit mataas na density At mababang compressibility pinalalapit sila ng mga likido solid na katawan.
Ang kakayahan ng mga likido na madaling baguhin ang kanilang hugis ay nagpapahiwatig ng kawalan ng matigas na puwersa ng intermolecular na pakikipag-ugnayan sa kanila.
Kasabay nito, ang mababang compressibility ng mga likido, na tumutukoy sa kakayahang mapanatili ang isang pare-pareho ang lakas ng tunog sa isang naibigay na temperatura, ay nagpapahiwatig ng presensya, kahit na hindi matibay, ngunit pa rin makabuluhang pwersa ng pakikipag-ugnayan sa pagitan ng mga particle.
Ang ratio ng potensyal at kinetic na enerhiya.
Ang bawat estado ng pagsasama-sama ay nailalarawan sa sarili nitong ratio sa pagitan ng potensyal at kinetic na enerhiya ng mga particle ng bagay.
Sa solids, ang average na potensyal na enerhiya ng mga particle ay mas malaki kaysa sa kanilang average na kinetic energy. Samakatuwid, sa mga solido, ang mga particle ay sumasakop sa ilang mga posisyon na may kaugnayan sa isa't isa at nag-o-oscillate lamang na may kaugnayan sa mga posisyon na ito.
Para sa mga gas, ang ratio ng enerhiya ay baligtad, bilang isang resulta kung saan ang mga molekula ng gas ay palaging nasa isang estado ng magulong paggalaw at halos walang magkakaugnay na puwersa sa pagitan ng mga molekula, upang ang gas ay palaging sumasakop sa buong volume na ibinigay dito.
Sa kaso ng mga likido, ang kinetic at potensyal na enerhiya ng mga particle ay halos pareho, ibig sabihin. ang mga particle ay konektado sa isa't isa, ngunit hindi mahigpit. Samakatuwid, ang mga likido ay tuluy-tuloy, ngunit may pare-parehong dami sa isang naibigay na temperatura.
Ang mga istruktura ng mga likido at amorphous na katawan ay magkatulad.
Bilang resulta ng aplikasyon ng mga pamamaraan ng pagsusuri ng istruktura sa mga likido, natagpuan na ang istraktura ang mga likido ay parang mga katawan na walang hugis. Karamihan sa mga likido ay mayroon maikling hanay ng order- ang bilang ng mga pinakamalapit na kapitbahay para sa bawat molekula at ang kanilang pagkakaayos sa isa't isa ay humigit-kumulang pareho sa buong dami ng likido.
Ang antas ng pag-order ng mga particle sa iba't ibang mga likido ay iba. Bilang karagdagan, nagbabago ito sa temperatura.
Sa mababang temperatura, bahagyang lumampas sa punto ng pagkatunaw ng isang naibigay na sangkap, ang antas ng pagkakasunud-sunod sa pag-aayos ng mga particle ng isang naibigay na likido ay mataas.
Habang tumataas ang temperatura, bumababa ito at habang umiinit ang likido, ang mga katangian ng likido ay higit na lumalapit sa mga katangian ng gas. Kapag naabot ang kritikal na temperatura, nawawala ang pagkakaiba sa pagitan ng likido at gas.
Dahil sa pagkakapareho sa panloob na istraktura ng mga likido at amorphous na katawan, ang huli ay madalas na itinuturing na mga likido na may napakataas na lagkit, at ang mga sangkap lamang sa mala-kristal na estado ay inuri bilang mga solido.
Paghahalintulad amorphous na mga katawan mga likido, gayunpaman, dapat itong alalahanin na sa mga amorphous na katawan, hindi katulad ng mga ordinaryong likido, ang mga particle ay may bahagyang kadaliang kumilos - katulad ng sa mga kristal.
Pinagsama-samang estado ng bagay(mula sa Latin aggrego - nakalakip ako, kumonekta ako) - ito ay mga estado ng parehong sangkap, ang mga paglipat sa pagitan ng kung saan ay tumutugma sa mga biglaang pagbabago sa libreng enerhiya, density at iba pang mga pisikal na parameter ng sangkap.
Gas (French gaz, nagmula sa Greek chaos - chaos)- ito pinagsama-samang estado ng bagay, kung saan ang mga puwersa ng pakikipag-ugnayan ng mga particle nito na pumupuno sa buong volume na ibinigay sa kanila ay bale-wala. Sa mga gas, ang mga intermolecular na distansya ay malaki at ang mga molekula ay halos malayang gumagalaw.
Ang mga gas ay maaaring ituring na sobrang init o mababang-puspos na mga singaw. Sa itaas ng ibabaw ng bawat likido, bilang isang resulta, mayroong singaw. Kapag ang presyon ng singaw ay tumaas sa isang tiyak na limitasyon, na tinatawag na saturated vapor pressure, ang pagsingaw ng likido ay humihinto, dahil ang likido ay nagiging pareho. Ang pagbaba sa dami ng saturated steam ay nagdudulot ng mga bahagi ng singaw, sa halip na pagtaas ng presyon. Samakatuwid, ang presyon ng singaw ay hindi maaaring mas mataas. Ang saturation state ay nailalarawan sa pamamagitan ng saturation mass na nakapaloob sa 1 m3 ng saturated vapor mass, na depende sa temperatura. puspos na singaw maaaring maging unsaturated kung tumaas ang volume o tumaas ang temperatura. Kung ang temperatura ng singaw ay mas mataas kaysa sa punto na tumutugma sa isang ibinigay na presyon, ang singaw ay tinatawag na superheated.
Ang plasma ay isang bahagyang o ganap na naka-ionize na gas kung saan ang mga densidad ng mga positibo at negatibong singil ay halos pareho. Ang araw, mga bituin, mga ulap ng interstellar matter ay binubuo ng mga gas - neutral o ionized (plasma). Hindi tulad ng ibang mga estado ng pagsasama-sama, ang plasma ay isang gas ng mga sisingilin na particle (ions, electron) na elektrikal na nakikipag-ugnayan sa isa't isa sa malalayong distansya, ngunit walang short-range o long-range na mga order sa pag-aayos ng mga particle.
likido- Ito ay isang estado ng pagsasama-sama ng isang substance, intermediate sa pagitan ng solid at gaseous. Ang mga likido ay may ilang mga katangian ng isang solid (pinapanatili ang dami nito, bumubuo ng isang ibabaw, may isang tiyak na lakas ng makunat) at isang gas (kumukuha ng hugis ng sisidlan kung saan ito matatagpuan). Ang thermal motion ng mga molekula (atoms) ng isang likido ay isang kumbinasyon ng maliliit na pagbabagu-bago sa paligid ng mga posisyon ng ekwilibriyo at madalas na pagtalon mula sa isang posisyon ng ekwilibriyo patungo sa isa pa. Kasabay nito, ang mabagal na paggalaw ng mga molekula at ang kanilang mga oscillations sa loob ng maliliit na volume ay nangyayari, ang madalas na pagtalon ng mga molekula ay lumalabag sa mahabang hanay na pagkakasunud-sunod sa pag-aayos ng mga particle at nagiging sanhi ng pagkalikido ng mga likido, at ang mga maliliit na oscillations sa paligid ng mga posisyon ng equilibrium ay nagdudulot ng pagkakaroon ng maikling -range order sa mga likido.Ang mga likido at solid, hindi katulad ng mga gas, ay maaaring ituring na mataas na condensed media. Sa kanila, ang mga molekula (atom) ay matatagpuan mas malapit sa isa't isa at ang mga puwersa ng pakikipag-ugnayan ay ilang mga order ng magnitude na mas malaki kaysa sa mga gas. Samakatuwid, ang mga likido at solid ay may makabuluhang limitadong pagkakataon para sa pagpapalawak, malinaw na hindi maaaring sakupin ang isang di-makatwirang dami, ngunit sa mga pare-pareho ay pinapanatili nila ang kanilang lakas ng tunog, anuman ang dami ng mga ito ay inilagay. Ang mga paglipat mula sa isang estado ng pagsasama-sama na mas nakaayos sa istraktura patungo sa isang hindi gaanong nakaayos ay maaari ding maganap nang tuluy-tuloy. Kaugnay nito, sa halip na ang konsepto ng estado ng pagsasama-sama, ipinapayong gumamit ng mas malawak na konsepto - ang konsepto ng yugto.
yugto ay ang set ng lahat ng bahagi ng system na may pareho komposisyong kemikal at sa parehong kondisyon. Ito ay nabibigyang katwiran sa pamamagitan ng sabay-sabay na pagkakaroon ng thermodynamically equilibrium phase sa isang multiphase system: isang likido na may sarili nitong saturated vapor; tubig at yelo sa punto ng pagkatunaw; dalawang immiscible likido (isang pinaghalong tubig na may triethylamine), naiiba sa konsentrasyon; ang pagkakaroon ng amorphous solids na nagpapanatili ng istruktura ng likido (amorphous state).
Amorphous solid state ng matter ay isang uri ng supercooled na estado ng isang likido at naiiba sa mga ordinaryong likido sa isang makabuluhang mas mataas na lagkit at mga numerong halaga kinetic na katangian.
Crystalline solid state ng matter- ito ay isang estado ng pagsasama-sama, na kung saan ay nailalarawan sa pamamagitan ng malalaking puwersa ng pakikipag-ugnayan sa pagitan ng mga particle ng isang sangkap (mga atom, molekula, ion). Ang mga particle ng mga solido ay umiikot sa paligid ng mga average na posisyon ng balanse, na tinatawag na mga node ng kristal na sala-sala; ang istraktura ng mga sangkap na ito ay nailalarawan sa pamamagitan ng isang mataas na antas ng pagkakasunud-sunod (mahaba at maikling hanay na pagkakasunud-sunod) - pagkakasunud-sunod sa pag-aayos (pagkakasunud-sunod ng koordinasyon), sa oryentasyon (pagkakasunud-sunod ng oryentasyon) ng mga istrukturang particle, o pagkakasunud-sunod sa mga pisikal na katangian ( halimbawa, sa oryentasyon ng mga magnetic moment o electric dipole moments). Ang rehiyon ng pagkakaroon ng normal na bahagi ng likido para sa mga purong likido, likido at likidong kristal ay limitado mula sa gilid ng mababang temperatura mga paglipat ng yugto sa solid (crystallization), superfluid, at likido-anisotropic na estado, ayon sa pagkakabanggit.
