Fizikte maddenin 4 toplu hali. Farklı kümelenme durumlarındaki maddelerin özellikleri. Amorf ve kristal maddelerin karşılaştırmalı özellikleri
toplu haller. Sıvılar. Termodinamikte fazlar. Faz geçişleri.
Ders 1.16
Tüm maddeler üç kümelenme durumunda var olabilir - katı, sıvı Ve gazlı. Aralarındaki geçişlere, bir dizi fiziksel özellikte (yoğunluk, termal iletkenlik, vb.) Ani bir değişiklik eşlik eder.
Agregasyon durumu, maddenin bulunduğu fiziksel koşullara bağlıdır. Bir maddede birkaç kümelenme durumunun varlığı, moleküllerinin (atomlarının) termal hareketlerindeki ve farklı koşullar altında etkileşimlerindeki farklılıklardan kaynaklanır.
Gaz- parçacıkların bağlı olmadığı veya etkileşim kuvvetleri tarafından çok zayıf bağlandığı bir maddenin kümelenme durumu; parçacıklarının (moleküller, atomlar) termal hareketinin kinetik enerjisi, aralarındaki etkileşimlerin potansiyel enerjisini önemli ölçüde aşar, bu nedenle parçacıklar neredeyse serbestçe hareket eder, bulundukları kabı tamamen doldurur ve şeklini alır. Gaz halindeki maddenin ne kendi hacmi ne de kendi şekli vardır. Herhangi bir madde, basınç ve sıcaklık değiştirilerek gaz haline dönüştürülebilir.
Sıvı- katı ve gaz arasında bir maddenin kümelenme durumu. Parçacıkların yüksek hareketliliği ve aralarındaki küçük boş alan ile karakterizedir. Bu, sıvıların hacmini korumasına ve bir kap şeklini almasına neden olur. Bir sıvıda moleküller birbirine çok yakındır. Bu nedenle, bir sıvının yoğunluğu, gazların yoğunluğundan (normal basınçta) çok daha fazladır. Bir sıvının özellikleri, sıvı kristaller dışında tüm yönlerde aynıdır (izotropik). Isıtıldığında veya yoğunlukta bir azalma olduğunda, bir sıvının özellikleri, termal iletkenlik, viskozite, kural olarak, gazların özellikleriyle yakınsama yönünde değişir.
Sıvı moleküllerin termal hareketi, toplu salınım hareketlerinin ve ara sıra moleküllerin bir denge konumundan diğerine atlamalarının bir kombinasyonundan oluşur.
Katı (kristal) gövdeler- Formun kararlılığı ve atomların termal hareketinin doğası ile karakterize edilen maddenin toplam durumu. Bu hareket, katı bir cismi oluşturan atomların (veya iyonların) titreşimleridir. Titreşim genliği, atomlar arası mesafelere kıyasla genellikle küçüktür.
Sıvıların özellikleri.
Sıvı haldeki bir maddenin molekülleri neredeyse birbirine yakındır. Moleküllerin kristalin hacmi boyunca düzenli yapılar oluşturduğu ve sabit merkezler etrafında termal titreşimler gerçekleştirebildiği katı kristal gövdelerin aksine, sıvı moleküller daha fazla özgürlüğe sahiptir. Katı bir gövdede olduğu gibi bir sıvının her molekülü, komşu moleküller tarafından her taraftan "kenetlenir" ve belirli bir denge konumu etrafında termal titreşimler gerçekleştirir. Bununla birlikte, zaman zaman herhangi bir molekül yakındaki bir boşluğa hareket edebilir. Sıvılarda bu tür sıçramalar oldukça sık meydana gelir; bu nedenle moleküller, kristallerde olduğu gibi belirli merkezlere bağlı değildir ve sıvının tüm hacmi boyunca hareket edebilir. Bu, sıvıların akışkanlığını açıklar. Yakın aralıklı moleküller arasındaki güçlü etkileşim nedeniyle, birkaç molekül içeren yerel (kararsız) sıralı gruplar oluşturabilirler. Bu fenomene denir kısa menzilli sipariş.
Moleküllerin yoğun paketlenmesi nedeniyle sıvıların sıkıştırılabilirliği, yani basınçtaki bir değişiklikle hacimdeki değişiklik çok küçüktür; gazlardan on binlerce kat daha azdır. Örneğin, suyun hacmini %1 değiştirmek için basıncı yaklaşık 200 kat artırmanız gerekir. Atmosferik basınca kıyasla basınçta böyle bir artış, yaklaşık 2 km derinlikte elde edilir.
Katılar gibi sıvılar da sıcaklıktaki bir değişiklikle hacimlerini değiştirir. Çok geniş olmayan sıcaklık aralıkları için, bağıl hacim değişimi Δ V / V 0, sıcaklık değişimi Δ ile orantılıdır T:
| |
β katsayısı denir sıcaklık genleşme katsayısı. Sıvılar için bu katsayı, katılardan on kat daha fazladır. Su için, örneğin, 20 ° С β sıcaklıkta ≈ 2 10 -4 K -1, çelik için - β st ≈ 3,6 10 -5 K -1, kuvars cam için - β kv ≈ 9 10 - 6 K –1.
Suyun termal genleşmesi, Dünya'daki yaşam için ilginç ve önemli bir anomaliye sahiptir. 4 °C'nin altındaki sıcaklıklarda, su azalan sıcaklıkla genleşir (β< 0). Максимум плотности ρ в = 10 3 кг/м 3 вода имеет при температуре 4 °С.
Su donduğunda genleşir, böylece buz, donan su kütlesinin yüzeyinde yüzer halde kalır. Buz altında donan suyun sıcaklığı 0°C'dir. Rezervuarın dibine yakın daha yoğun su katmanlarında sıcaklık yaklaşık 4 °C'dir. Bu sayede donma rezervuarlarının sularında yaşam olabilir.
Sıvıların en ilginç özelliği varlığıdır. Serbest yüzey. Sıvı, gazların aksine, içine döküldüğü kabın tüm hacmini doldurmaz. Sıvı ve gaz (veya buhar) arasında, sıvının geri kalanına kıyasla özel koşullarda olan bir arayüz oluşur. Bir sıvının sınır tabakasındaki moleküller, derinliğindeki moleküllerin aksine, aynı sıvının diğer molekülleri tarafından her yönden çevrelenmezler. Komşu moleküllerden sıvı içindeki moleküllerden birine etki eden moleküller arası etkileşim kuvvetleri, ortalama olarak karşılıklı olarak dengelenir. Sınır tabakasındaki herhangi bir molekül, sıvı içindeki moleküller tarafından çekilir (gaz (veya buhar) moleküllerinden sıvının belirli bir molekülüne etkiyen kuvvetler ihmal edilebilir). Sonuç olarak, sıvının derinliklerine yönlendirilen bir miktar bileşke kuvvet ortaya çıkar. Yüzey molekülleri, moleküller arası çekim kuvvetleri tarafından sıvıya çekilir. Ancak sınır tabakasındakiler de dahil olmak üzere tüm moleküller bir denge durumunda olmalıdır. Bu denge, yüzey tabakasının molekülleri ile sıvı içindeki en yakın komşuları arasındaki mesafedeki bir miktar azalma nedeniyle elde edilir. Moleküller arasındaki mesafe azaldığında, itici kuvvetler ortaya çıkar. Bir sıvı içindeki moleküller arasındaki ortalama uzaklık ise r 0 , o zaman yüzey tabakasının molekülleri biraz daha yoğun bir şekilde paketlenir ve bu nedenle iç moleküllere kıyasla ek bir potansiyel enerji rezervine sahiptirler. Son derece düşük sıkıştırılabilirlik nedeniyle, daha yoğun bir şekilde paketlenmiş bir yüzey tabakasının varlığının sıvı hacminde gözle görülür bir değişikliğe yol açmadığı akılda tutulmalıdır. Molekül yüzeyden sıvıya doğru hareket ederse, moleküller arası etkileşim kuvvetleri pozitif iş yapacaktır. Tersine, bazı molekülleri sıvının derinliğinden yüzeye çekmek (yani sıvının yüzey alanını arttırmak), dış kuvvetler iyi bir iş çıkarmalısın A dış, değişimle orantılı Δ S yüzey alanı:
| A dahili = σΔ S. |
σ katsayısına yüzey gerilimi katsayısı (σ > 0) denir. Böylece yüzey gerilimi katsayısı, sabit sıcaklıkta bir sıvının yüzey alanını bir birim artırmak için gereken işe eşittir.
SI'de, yüzey gerilimi katsayısı, kişi başına joule cinsinden ölçülür. metre kare (J / m 2) veya metre başına Newton cinsinden (1 N / m \u003d 1 J / m 2).
Sonuç olarak, sıvının yüzey tabakasının molekülleri, sıvının içindeki moleküllere kıyasla bir fazlalığa sahiptir. potansiyel enerji. Potansiyel enerji E sıvı yüzeyinin p alanı ile orantılıdır: 
(1.16.1)
Bir sistemin denge durumlarının, potansiyel enerjisinin minimum değerine karşılık geldiği mekanikten bilinmektedir. Buradan sıvının serbest yüzeyinin alanını küçültme eğiliminde olduğu sonucu çıkar. Bu nedenle serbest bir sıvı damlası küresel bir şekil alır. Akışkan, sanki kuvvetler yüzeyine teğet etki ediyormuş gibi davranır ve bu yüzeyi küçültür (büzülür). Bu kuvvetler denir yüzey gerilimi kuvvetleri.
Yüzey gerilimi kuvvetlerinin varlığı, filmdeki elastik kuvvetlerin yüzey alanına (yani, filmin nasıl deforme olduğuna) bağlı olması ve yüzey gerilimi kuvvetlerinin yaptığı tek farkla, sıvı yüzeyinin elastik gerilmiş bir film gibi görünmesini sağlar. sıvıların yüzey alanına bağlı değildir.
Yüzey gerilimi kuvvetleri filmin yüzeyini kısaltma eğilimindedir. Bu nedenle şunları yazabiliriz: (1.16.2)
Bu nedenle, yüzey gerilimi katsayısı σ, yüzeyi sınırlayan çizginin birim uzunluğu başına etki eden yüzey gerilimi kuvvetinin modülü olarak tanımlanabilir ( ben bu çizginin uzunluğu).
Sıvı damlacıklarındaki ve sabun köpüğü içindeki yüzey gerilimi kuvvetlerinin etkisiyle, aşırı basınç Δ P. Küresel bir yarıçap damlasını zihinsel olarak kesersek r iki yarıya bölünürse, her biri 2π uzunluğunda bir kesimin sınırına uygulanan yüzey gerilimi kuvvetlerinin etkisi altında dengede olmalıdır. r ve π alanına etki eden aşırı basınç kuvvetleri r 2 bölüm (Şek.1.16.1). Denge koşulu şu şekilde yazılır:
Bir sıvı, bir katı ve bir gaz arasındaki sınırın yakınında, sıvının serbest yüzeyinin şekli, sıvı moleküller ve katı moleküller arasındaki etkileşim kuvvetlerine bağlıdır (gaz (veya buhar) molekülleri ile etkileşim ihmal edilebilir). Bu kuvvetler, sıvının molekülleri arasındaki etkileşim kuvvetlerinden daha büyükse, sıvı ıslatır katı bir cismin yüzeyi. Bu durumda, sıvı katı cismin yüzeyine, verilen sıvı-katı çiftinin karakteristiği olan bir dar açı θ ile yaklaşır. θ açısı denir temas açısı. Sıvı moleküller arasındaki etkileşim kuvvetleri, katı moleküllerle etkileşimlerinin kuvvetlerini aşarsa, temas açısı θ geniş olur (Şekil 1.16.2 (2)). Bu durumda sıvı denir. ıslanmaz katı bir cismin yüzeyi. Aksi halde (açı - dar) sıvı ıslatır yüzey (şek.1.16.2(1)). saat tam ıslatmaθ = 0, en tam ıslanmamaθ = 180°.
kılcal fenomen küçük çaplı tüplerde sıvının yükselmesi veya düşmesi olarak adlandırılır - kılcal damarlar. Islatıcı sıvılar kılcal damarlardan yükselir, ıslatmayan sıvılar aşağı iner.
Şekil 1.16.3, belirli bir yarıçapa sahip bir kılcal boruyu göstermektedir. r alt uç tarafından ρ yoğunluğunda bir ıslatıcı sıvıya indirilir. Kılcal damarın üst ucu açıktır. Kılcal damardaki sıvının yükselmesi, kılcaldaki sıvı sütununa etki eden yerçekimi kuvveti nihai değere mutlak değer olarak eşit oluncaya kadar devam eder. F n sıvının kılcal yüzey ile temas sınırı boyunca hareket eden yüzey gerilimi kuvvetleri: F t = F n, nerede F t = mg = ρ Hπ r 2 G, F n = σ2π rçünkü θ.
Bu şu anlama gelir: 
Tam ıslatma ile θ = 0, cos θ = 1. Bu durumda
Tam ıslanmama ile, θ = 180°, cos θ = –1 ve bu nedenle, H < 0. Уровень несмачивающей жидкости в капилляре опускается ниже уровня жидкости в сосуде, в которую опущен капилляр.
Su, temiz cam yüzeyi neredeyse tamamen ıslatır. Tersine, cıva cam yüzeyi tamamen ıslatmaz. Bu nedenle, cam kılcal damardaki cıva seviyesi, kaptaki seviyenin altına düşer.
En yaygın bilgi, üç kümelenme durumu hakkındadır: sıvı, katı, gaz, bazen plazma hakkında düşünürler, daha az sıklıkla sıvı kristal. Son zamanlarda, ünlü () Stephen Fry'dan alınan maddenin 17 fazının bir listesi internette yayıldı. Bu nedenle, onlar hakkında daha ayrıntılı olarak konuşacağız, çünkü. Evrende meydana gelen süreçleri daha iyi anlamak için, madde hakkında biraz daha bilgi sahibi olunmalıdır.
Aşağıda verilen maddelerin toplu hallerinin listesi, en soğuk hallerden en sıcağa doğru artar, vb. devam ettirilebilir. Aynı zamanda, listenin her iki tarafında en “genişletilmiş” gaz halindeki durumdan (No. 11), maddenin sıkıştırma derecesinin ve basıncının (bu tür keşfedilmemiş bazı çekinceler ile) anlaşılmalıdır. kuantum, ışın veya zayıf simetrik gibi varsayımsal durumlar artar.Metinden sonra maddenin faz geçişlerinin görsel bir grafiği verilir.
1. Kuantum- sıcaklık düşürülerek elde edilen bir maddenin kümelenme durumu tamamen sıfır Bunun sonucunda iç bağlar kaybolur ve madde ufalanarak serbest kuarklara dönüşür.
2. Bose-Einstein yoğuşması- mutlak sıfıra yakın sıcaklıklara (mutlak sıfırın üzerinde bir derecenin milyonda birinden daha az) soğutulmuş bozonlara dayanan maddenin toplam hali. Böyle güçlü bir şekilde soğutulmuş durumda, yeterince fazla sayıda atom kendilerini mümkün olan minimum kuantum durumlarında bulur ve kuantum etkileri makroskopik düzeyde kendini göstermeye başlar. Bose-Einstein yoğuşması (genellikle "Bose yoğuşması" veya basitçe "geri" olarak anılır) bir kimyasal elementi aşırı düşük sıcaklıklara (genellikle mutlak sıfırın hemen üzerinde, eksi 273 santigrat derece) soğuttuğunuzda meydana gelir. ki her şey hareket etmeyi durdurur).
İşte bu noktada garip şeyler olmaya başlar. Normalde sadece atomik düzeyde gözlemlenebilen süreçler artık çıplak gözle gözlemlenebilecek kadar büyük ölçeklerde gerçekleşiyor. Örneğin, bir behere bir "arka" yerleştirirseniz ve istenen sıcaklığı sağlarsanız, madde duvarda sürünmeye başlayacak ve sonunda kendi kendine çıkacaktır.
Görünüşe göre, burada maddenin kendi enerjisini düşürmeye yönelik beyhude bir girişimi ile karşı karşıyayız (ki bu zaten olası tüm seviyelerin en düşük seviyesindedir).
Atomları soğutma ekipmanı kullanarak yavaşlatmak, Bose yoğunlaşması veya Bose-Einstein olarak bilinen tekil bir kuantum durumu üretir. Bu fenomen, 1925'te A. Einstein tarafından, kütlesiz fotonlardan kütleli atomlara kadar değişen parçacıklar için istatistiksel mekaniğin inşa edildiği S. Bose'un çalışmasının genelleştirilmesinin bir sonucu olarak tahmin edildi (Einstein'ın el yazması, kayıp olarak kabul edildi, 2005 yılında Leiden Üniversitesi kütüphanesinde bulundu). Bose ve Einstein'ın çabalarının sonucu, Bose-Einstein istatistiklerine uyan bir gazın Bose kavramıydı; bu, bozon adı verilen tamsayı dönüşlü özdeş parçacıkların istatistiksel dağılımını tanımlar. Örneğin, hem bireysel temel parçacıklar - fotonlar hem de bütün atomlar olan bozonlar, aynı kuantum durumlarında birbirleriyle olabilir. Einstein, atomları - bozonları çok düşük sıcaklıklara soğutmanın, onların mümkün olan en düşük kuantum durumuna gitmelerine (ya da başka bir deyişle, yoğunlaşmalarına) neden olacağını öne sürdü. Böyle bir yoğunlaşmanın sonucu, yeni bir madde biçiminin ortaya çıkması olacaktır.
Bu geçiş, herhangi bir iç serbestlik derecesi olmayan, etkileşmeyen parçacıklardan oluşan homojen üç boyutlu bir gaz için olan kritik sıcaklığın altında gerçekleşir.
3. Fermiyonik kondensat- bir maddenin arkaya benzer, ancak yapısı farklı olan kümelenme durumu. Mutlak sıfıra yaklaşırken, atomlar kendi açısal momentumlarının (spin) büyüklüğüne bağlı olarak farklı davranırlar. Bozonların tamsayı dönüşleri vardır, fermiyonların ise 1/2'nin (1/2, 3/2, 5/2) katları olan dönüşleri vardır. Fermiyonlar, iki fermiyonun aynı kuantum durumuna sahip olamayacağını belirten Pauli dışlama ilkesine uyar. Bozonlar için böyle bir yasak yoktur ve bu nedenle tek bir kuantum durumunda var olma ve böylece Bose-Einstein yoğuşmasını oluşturma fırsatına sahiptirler. Bu yoğuşmanın oluşum süreci, süper iletken duruma geçişten sorumludur.
Elektronlar 1/2 spinlidir ve bu nedenle fermiyondur. Çiftler halinde birleşirler (Cooper çiftleri olarak adlandırılırlar), bu da daha sonra bir Bose yoğunlaşması oluşturur.
Amerikalı bilim adamları, derin soğutma ile fermiyon atomlarından bir tür molekül elde etmeye çalıştılar. Gerçek moleküllerden farkı, moleküllerin olmamasıydı. Kimyasal bağ- sadece birlikte hareket ettiler, bağlantılı bir şekilde. Cooper çiftlerinde atomlar arasındaki bağın elektronlar arasındaki bağdan bile daha güçlü olduğu ortaya çıktı. Oluşan fermiyon çiftleri için toplam dönüş artık 1/2'nin katı değildir, bu nedenle zaten bozonlar gibi davranırlar ve tek bir kuantum durumuna sahip bir Bose yoğuşması oluşturabilirler. Deney sırasında, potasyum-40 atomlu bir gaz 300 nanokelvin'e soğutulurken, gaz sözde optik tuzak içine alındı. Daha sonra, atomlar arasındaki etkileşimlerin doğasını değiştirmenin mümkün olduğu bir dış manyetik alan uygulandı - güçlü itme yerine güçlü çekim gözlemlenmeye başladı. Manyetik alanın etkisini analiz ederken, atomların Cooper elektron çiftleri gibi davranmaya başladığı böyle bir değer bulmak mümkün oldu. Deneyin bir sonraki aşamasında bilim adamları, fermiyonik kondensat için süperiletkenliğin etkilerini elde etmeyi öneriyorlar.
4. Süperakışkan madde- maddenin neredeyse hiç viskoziteye sahip olmadığı ve akarken katı bir yüzeyle sürtünme yaşamadığı bir durum. Bunun sonucu, örneğin, süperakışkan helyumun gemi duvarları boyunca yerçekimine karşı tamamen kendiliğinden "sürünmesi" gibi ilginç bir etkidir. Elbette burada enerjinin korunumu yasasının ihlali söz konusu değildir. Sürtünme kuvvetlerinin yokluğunda, helyum üzerine yalnızca yerçekimi kuvvetleri etki eder, helyum ile kabın duvarları ve helyum atomları arasındaki atomlar arası etkileşim kuvvetleri. Bu nedenle, atomlar arası etkileşim kuvvetleri, birleşik diğer tüm kuvvetleri aşar. Sonuç olarak, helyum mümkün olduğu kadar tüm olası yüzeylere yayılma eğilimindedir ve bu nedenle kabın duvarları boyunca "hareket eder". 1938'de Sovyet bilim adamı Pyotr Kapitsa, helyumun aşırı sıvı halde var olabileceğini kanıtladı.
Helyumun olağandışı özelliklerinin birçoğunun oldukça uzun bir süredir bilindiğini belirtmekte fayda var. Bununla birlikte, son yıllarda bile bu kimyasal element, ilginç ve beklenmedik etkilerle bizi “şımartıyor”. Böylece, 2004 yılında, Pennsylvania Üniversitesi'nden Moses Chan ve Eun-Syong Kim, tamamen yeni bir helyum durumu - süper akışkan bir katı elde etmeyi başardıklarını iddia ederek bilim dünyasının ilgisini çekti. Bu durumda, kristal kafesteki bazı helyum atomları diğerlerinin etrafında akabilir ve helyum böylece kendi içinden akabilir. "Süper sertliğin" etkisi teorik olarak 1969'da tahmin edildi. Ve 2004'te - sanki deneysel onay. Bununla birlikte, daha sonraki ve çok meraklı deneyler, her şeyin o kadar basit olmadığını ve belki de daha önce katı helyumun aşırı akışkanlığı olarak kabul edilen fenomenin böyle bir yorumunun yanlış olduğunu gösterdi.
ABD'deki Brown Üniversitesi'nden Humphrey Maris liderliğindeki bilim adamlarının deneyi basit ve zarifti. Bilim adamları, kapalı bir sıvı helyum tankına ters çevrilmiş bir test tüpü yerleştirdiler. Test tüpündeki ve tanktaki helyumun bir kısmı, test tüpünün içindeki sıvı ve katı arasındaki sınır tanktakinden daha yüksek olacak şekilde donduruldu. Başka bir deyişle, test tüpünün üst kısmında sıvı helyum ve alt kısmında katı helyum vardı; üzerine sıvı seviyesinden daha düşük bir miktar sıvı helyum döküldüğü tankın katı fazına sorunsuz bir şekilde geçti. test tüpünde. Sıvı helyum katıdan sızmaya başlarsa, seviye farkı azalır ve o zaman katı süperakışkan helyumdan bahsedebiliriz. Prensip olarak, 13 deneyden üçünde seviye farkı azaldı.
5. Süper sert madde- maddenin şeffaf olduğu ve bir sıvı gibi "akabildiği", ancak aslında viskoziteden yoksun olduğu bir kümelenme durumu. Bu tür sıvılar uzun yıllardır bilinmektedir ve süperakışkanlar olarak adlandırılmaktadır. Gerçek şu ki, aşırı akışkan karıştırılırsa, normal sıvı sonunda sakinleşirken, neredeyse sonsuza kadar dolaşacaktır. İlk iki süper akışkan, araştırmacılar tarafından helyum-4 ve helyum-3 kullanılarak oluşturuldu. Neredeyse mutlak sıfıra - eksi 273 santigrat dereceye kadar soğutuldular. Ve helyum-4'ten Amerikalı bilim adamları süper sert bir vücut elde etmeyi başardılar. Donmuş helyumu 60 kattan fazla basınçla sıkıştırdılar ve ardından maddeyle doldurulmuş cam dönen bir disk üzerine yerleştirildi. 0.175 santigrat derece sıcaklıkta, disk aniden daha serbestçe dönmeye başladı, bu da bilim adamlarına göre helyumun bir süper vücut haline geldiğini gösteriyor.
6. Katı- Formun kararlılığı ve denge konumları etrafında küçük titreşimler yapan atomların termal hareketinin doğası ile karakterize edilen maddenin kümelenme durumu. Katıların kararlı hali kristaldir. Katıları iyonik, kovalent, metalik ve fiziksel özelliklerinin çeşitliliğini belirleyen atomlar arasındaki diğer bağ türlerini ayırt eder. Katıların elektriksel ve diğer bazı özellikleri, esas olarak atomlarının dış elektronlarının hareketinin doğası ile belirlenir. Katılar elektriksel özelliklerine göre yalıtkanlar, yarı iletkenler ve metaller, manyetik özelliklerine göre diamagnetler, paramagnetler ve düzenli bir manyetik yapıya sahip cisimler olarak ayrılırlar. Katıların özelliklerinin araştırılması, gelişimi teknolojinin ihtiyaçları tarafından teşvik edilen geniş bir alan olan katı hal fiziği alanında birleşti.
7. Amorf katı- atomların ve moleküllerin düzensiz düzenlenmesi nedeniyle fiziksel özelliklerin izotropisi ile karakterize edilen bir maddenin yoğun bir kümelenme durumu. Amorf katılarda atomlar rastgele yerleştirilmiş noktalar etrafında titreşir. Kristal durumdan farklı olarak, katı amorftan sıvıya geçiş kademeli olarak gerçekleşir. Çeşitli maddeler amorf haldedir: camlar, reçineler, plastikler vb.
8. Sıvı kristal- bu, aynı anda bir kristal ve bir sıvının özelliklerini sergilediği bir maddenin belirli bir kümelenme durumudur. Hemen tüm maddelerin sıvı kristal halde olamayacağına dair bir rezervasyon yapmalıyız. Ancak, bazıları organik madde karmaşık moleküllere sahip olan, belirli bir kümelenme durumu oluşturabilir - sıvı kristal. Bu durum, belirli maddelerin kristallerinin erimesi sırasında gerçekleştirilir. Eridiklerinde, sıradan sıvılardan farklı olan bir sıvı-kristal faz oluşur. Bu faz, kristalin erime sıcaklığından, ısıtıldığında sıvı kristalin sıradan bir sıvıya dönüştüğü daha yüksek bir sıcaklığa kadar olan bir aralıkta bulunur.
Bir sıvı kristal, sıvı ve sıradan bir kristalden nasıl farklıdır ve onlara nasıl benzer? Sıradan bir sıvı gibi, bir sıvı kristal de akışkanlığa sahiptir ve yerleştirildiği kap şeklini alır. Bu, herkesin bildiği kristallerden farklıdır. Ancak onu bir sıvı ile birleştiren bu özelliğine rağmen, kristallerin bir özelliği vardır. Kristali oluşturan moleküllerin uzaydaki sıralaması budur. Doğru, bu sıralama sıradan kristallerdeki kadar eksiksiz değildir, ancak yine de sıvı kristallerin özelliklerini, onları sıradan sıvılardan ayıran önemli ölçüde etkiler. Bir sıvı kristali oluşturan moleküllerin eksik uzaysal sıralaması, sıvı kristallerde, kısmi bir düzen olsa da, moleküllerin ağırlık merkezlerinin uzaysal dizilişinde tam bir düzen olmadığı gerçeğinde kendini gösterir. Bu, katı bir kristal kafese sahip olmadıkları anlamına gelir. Bu nedenle sıvı kristaller, sıradan sıvılar gibi akışkanlık özelliğine sahiptir.
Gerekli mülk Onları sıradan kristallere yaklaştıran sıvı kristaller, moleküllerin uzaysal yöneliminde bir düzenin varlığıdır. Yönlendirmedeki böyle bir düzen, örneğin, bir sıvı kristal numunedeki tüm uzun molekül eksenlerinin aynı şekilde yönlendirildiği gerçeğinde kendini gösterebilir. Bu moleküllerin sahip olması gerekir uzun şekil. Moleküllerin eksenlerinin en basit adlandırılmış sıralamasına ek olarak, bir sıvı kristalde moleküllerin daha karmaşık bir oryantasyon düzeni gerçekleştirilebilir.
Moleküler eksenlerin sıralanma şekline bağlı olarak sıvı kristaller üç tipe ayrılır: nematik, smektik ve kolesterik.
Sıvı kristallerin fiziği ve uygulamaları ile ilgili araştırmalar şu anda dünyanın en gelişmiş tüm ülkelerinde geniş bir cephede yürütülmektedir. Yurtiçi araştırmalar hem akademik hem de endüstriyel araştırma kurumlarında yoğunlaşmıştır ve uzun bir geleneğe sahiptir. V.K.'nin çalışmaları Frederiks'ten V.N.'ye. Tsvetkov. Son yıllarda, sıvı kristallerin hızlı bir şekilde incelenmesi, Rus araştırmacıların genel olarak sıvı kristaller teorisinin ve özellikle sıvı kristallerin optiğinin gelişimine de önemli bir katkı sağlıyor. Yani, I.G.'nin eserleri. Chistyakova, A.P. Kapustina, S.A. Brazovsky, S.A. Pikina, L.M. Blinov ve diğer birçok Sovyet araştırmacısı, bilimsel topluluk tarafından yaygın olarak bilinir ve sıvı kristallerin bir dizi etkili teknik uygulamasının temeli olarak hizmet eder.
Sıvı kristallerin varlığı çok uzun zaman önce, yani 1888'de, yani neredeyse bir asır önce tespit edildi. Bilim adamları maddenin bu durumuyla 1888'den önce karşılaşmış olsalar da, daha sonra resmen keşfedildi.
Sıvı kristalleri ilk keşfeden Avusturyalı botanikçi Reinitzer'di. Kendi tarafından sentezlenen yeni kolesteril benzoat maddesini araştırarak, 145 ° C sıcaklıkta, bu maddenin kristallerinin eridiğini ve ışığı güçlü bir şekilde dağıtan bulutlu bir sıvı oluşturduğunu buldu. Devam eden ısıtma ile, 179 ° C'lik bir sıcaklığa ulaştığında, sıvı berraklaşır, yani optik olarak su gibi sıradan bir sıvı gibi davranmaya başlar. Kolesteril benzoat, bulanık fazda beklenmedik özellikler gösterdi. Bu fazı polarize edici bir mikroskop altında inceleyen Reinitzer, çift kırılmaya sahip olduğunu buldu. Bu, ışığın kırılma indisinin, yani ışığın bu fazdaki hızının, polarizasyona bağlı olduğu anlamına gelir.
9. Sıvı- katı hal (hacim korunumu, belirli bir çekme mukavemeti) ve gaz halinin (şekil değişkenliği) özelliklerini birleştiren bir maddenin kümelenme durumu. Bir sıvı, parçacıkların (moleküller, atomlar) düzenlenmesinde kısa menzilli bir düzen ve moleküllerin termal hareketinin kinetik enerjisinde ve etkileşim potansiyel enerjisinde küçük bir fark ile karakterize edilir. Sıvı moleküllerin termal hareketi, denge konumları etrafındaki salınımlardan ve sıvının akışkanlığı ile ilişkili olarak bir denge konumundan diğerine nispeten nadir sıçramalardan oluşur.
10. Süper kritik akışkan(GFR), bir maddenin sıvı ve gaz fazları arasındaki farkın ortadan kalktığı kümelenme durumudur. Kritik noktanın üzerinde bir sıcaklıkta ve basınçta olan herhangi bir madde süper kritik bir sıvıdır. Süper kritik durumdaki bir maddenin özellikleri, gaz ve sıvı fazdaki özellikleri arasında orta düzeydedir. Bu nedenle, SCF, gazlar gibi sıvıya yakın yüksek bir yoğunluğa ve düşük viskoziteye sahiptir. Bu durumda difüzyon katsayısı sıvı ve gaz arasında bir ara değere sahiptir. Süper kritik durumdaki maddeler, laboratuvar ve endüstriyel işlemlerde organik çözücülerin yerine kullanılabilir. Süper kritik su ve süper kritik karbondioksit, belirli özelliklerle bağlantılı olarak en büyük ilgiyi ve dağıtımı almıştır.
Süperkritik durumun en önemli özelliklerinden biri, maddeleri çözme yeteneğidir. Akışkanın sıcaklığını veya basıncını değiştirerek, özelliklerini geniş bir aralıkta değiştirebilir. Böylece, özellikleri sıvı veya gaza yakın olan bir sıvı elde etmek mümkündür. Böylece, bir sıvının çözünme gücü, artan yoğunlukla (sabit bir sıcaklıkta) artar. Artan basınçla yoğunluk arttığından, basıncın değiştirilmesi sıvının çözünme gücünü etkileyebilir (sabit bir sıcaklıkta). Sıcaklık durumunda, sıvı özelliklerinin bağımlılığı biraz daha karmaşıktır - sabit bir yoğunlukta, sıvının çözünme gücü de artar, ancak kritik noktaya yakın, sıcaklıktaki hafif bir artış, yoğunlukta keskin bir düşüşe neden olabilir, ve buna bağlı olarak, çözme gücü. Süperkritik akışkanlar birbirleriyle süresiz olarak karışır, bu nedenle karışımın kritik noktasına ulaşıldığında sistem her zaman tek fazlı olacaktır. Bir ikili karışımın yaklaşık kritik sıcaklığı, Tc(karışım) = (A'nın mol kesri) x TcA + (B'nin mol kesri) x TcB maddelerinin kritik parametrelerinin aritmetik ortalaması olarak hesaplanabilir.
11. Gazlı- (Fransız gaz, Yunan kaosundan - kaos), parçacıklarının (moleküller, atomlar, iyonlar) termal hareketinin kinetik enerjisinin, aralarındaki etkileşimlerin potansiyel enerjisini ve dolayısıyla parçacıkları önemli ölçüde aştığı maddenin toplam durumu serbestçe hareket eder, dış alanların yokluğunda eşit olarak doldurur, onlara sağlanan tüm hacim.
12. Plazma- (Yunanca plazmadan - kalıplanmış, şekillendirilmiş), iyonize bir gaz olan, pozitif ve negatif yüklerin konsantrasyonlarının eşit olduğu (yarı nötr) bir madde hali. Evrendeki maddenin büyük çoğunluğu plazma halindedir: yıldızlar, galaktik bulutsular ve yıldızlararası ortam. Dünya'nın yakınında, güneş rüzgarı, manyetosfer ve iyonosfer şeklinde plazma bulunur. Bir döteryum ve trityum karışımından elde edilen yüksek sıcaklıklı plazma (T ~ 106 - 108 K), kontrollü termonükleer füzyonun uygulanması amacıyla araştırılmaktadır. Düşük sıcaklıklı plazma (T Ј 105K), çeşitli gaz deşarj cihazlarında (gaz lazerleri, iyon cihazları, MHD jeneratörleri, plazma torçları, plazma motorları, vb.) ve ayrıca teknolojide kullanılır (bkz. Plazma metalurjisi, Plazma delme, Plazma teknolojisi).
13. Dejenere madde- plazma ve nötronyum arasında bir ara aşamadır. Beyaz cücelerde görülür ve yıldızların evriminde önemli bir rol oynar. Atomlar aşırı yüksek sıcaklık ve basınç koşulları altında olduklarında elektronlarını kaybederler (bir elektron gazına geçerler). Yani tamamen iyonizedirler (plazma). Böyle bir gazın (plazma) basıncı elektron basıncı ile belirlenir. Yoğunluk çok yüksekse, tüm parçacıklar birbirine yaklaşmaya zorlanır. Elektronlar belirli enerjilerde olabilir ve iki elektron aynı enerjiye sahip olamaz (spinleri zıt değilse). Böylece, yoğun bir gazda, tüm düşük enerji seviyeleri elektronlarla doldurulur. Böyle bir gaza dejenere denir. Bu durumda elektronlar, yerçekimi kuvvetlerine karşı koyan dejenere bir elektron basıncı sergiler.
14. nötronyum— maddenin çok yüksek basınç altında geçtiği, henüz laboratuvarda ulaşılamayan, ancak nötron yıldızlarının içinde bulunan kümelenme durumu. Nötron durumuna geçiş sırasında maddenin elektronları protonlarla etkileşir ve nötronlara dönüşür. Sonuç olarak, nötron durumundaki madde tamamen nötronlardan oluşur ve nükleer düzende bir yoğunluğa sahiptir. Bu durumda maddenin sıcaklığı çok yüksek olmamalıdır (enerji eşdeğeri olarak yüz MeV'den fazla olmamalıdır).
Sıcaklıktaki güçlü bir artışla (yüzlerce MeV ve üzeri), nötron durumunda çeşitli mezonlar doğmaya ve yok olmaya başlar. Sıcaklığın daha da artmasıyla deconfination meydana gelir ve madde kuark-gluon plazma durumuna geçer. Artık hadronlardan değil, sürekli doğup kaybolan kuarklardan ve gluonlardan oluşuyor.
15. Kuark-gluon plazma(kromoplazma), hadronik maddenin elektronların ve iyonların sıradan plazmadaki durumuna benzer bir duruma geçtiği, yüksek enerji fiziği ve temel parçacık fiziğinde maddenin toplu halidir.
Genellikle hadronlardaki madde renksiz ("beyaz") durumdadır. Yani farklı renkteki kuarklar birbirini dengeler. Sıradan maddede de benzer bir durum vardır - tüm atomlar elektriksel olarak nötr olduğunda, yani,
İçlerindeki pozitif yükler, negatif olanlarla telafi edilir. Yüksek sıcaklıklarda, yükler ayrılırken atomların iyonlaşması meydana gelebilir ve madde dedikleri gibi "yarı nötr" hale gelir. Yani, tüm madde bulutu bir bütün olarak nötr kalır ve bireysel parçacıkları nötr olmaktan çıkar. Muhtemelen aynı şey hadronik madde için de olabilir - çok yüksek enerjilerde renk açığa çıkar ve maddeyi "yarı renksiz" yapar.
Büyük Patlama'dan sonraki ilk anlarda Evren'in maddesi muhtemelen kuark-gluon plazması durumundaydı. Şimdi kuark-gluon plazması, çok yüksek enerjili parçacıkların çarpışmalarında kısa bir süre için oluşturulabilir.
Quark-gluon plazma, 2005 yılında Brookhaven Ulusal Laboratuvarı'ndaki RHIC hızlandırıcısında deneysel olarak elde edildi. 4 trilyon santigrat derece maksimum plazma sıcaklığı Şubat 2010'da orada elde edildi.
16. Garip madde- maddenin yoğunluk sınır değerlerine sıkıştırıldığı kümelenme durumu, "kuark çorbası" şeklinde var olabilir. Bu durumda bir santimetreküp madde, milyarlarca ton ağırlığında olurdu; ayrıca, temas ettiği herhangi bir normal maddeyi, önemli miktarda enerji açığa çıkararak aynı "garip" forma çevirecektir.
Bir yıldızın çekirdeğinin maddesinin "garip bir maddeye" dönüştürülmesi sırasında serbest bırakılabilen enerji, süper güçlü bir "kuark nova" patlamasına yol açacaktır - ve Leahy ve Wyed'e göre, tam olarak buydu. gökbilimcilerin Eylül 2006'da gözlemlediği bu patlama.
Bu maddenin oluşum süreci, büyük bir yıldızın dönüştüğü sıradan bir süpernova ile başladı. İlk patlama sonucunda bir nötron yıldızı oluştu. Ancak, Leahy ve Wyed'e göre, uzun sürmedi - dönüşü kendi manyetik alanı tarafından yavaşlamış gibi göründüğü için, "garip bir madde" pıhtısı oluşumuyla daha da küçülmeye başladı, bu da ölüme yol açtı. normal bir süpernova patlamasından bile daha güçlü, enerji salınımı - ve eski nötron yıldızının maddesinin dış katmanları, ışık hızına yakın bir hızda çevreleyen alana uçuyor.
17. Güçlü simetrik madde- bu, içindeki mikropartiküllerin üst üste katmanlandığı ve vücudun kendi içine çökeceği ölçüde sıkıştırılmış bir maddedir. Kara delik. "Simetri" terimi şu şekilde açıklanmaktadır: Maddenin katı, sıvı, gaz halindeki okul sıralarından herkes tarafından bilinen toplam hallerini alalım. Kesinlik için, ideal bir sonsuz kristali katı olarak düşünün. Çeviri ile ilgili olarak belirli, sözde ayrık bir simetriye sahiptir. Bu, kristal kafesin iki atom arasındaki aralığa eşit bir mesafe kadar kaydırılması durumunda, içinde hiçbir şeyin değişmeyeceği - kristalin kendisiyle çakışacağı anlamına gelir. Kristal eritilirse, ortaya çıkan sıvının simetrisi farklı olacaktır: artacaktır. Bir kristalde, yalnızca belirli mesafelerde birbirinden uzak olan noktalar, içinde özdeş atomların bulunduğu kristal kafesin sözde düğümleri eşdeğerdi.
Sıvı hacmi boyunca homojendir, tüm noktaları birbirinden ayırt edilemez. Bu, sıvıların herhangi bir keyfi mesafeyle (bir kristalde olduğu gibi sadece bazı ayrık mesafelerle değil) yer değiştirebileceği veya herhangi bir keyfi açıyla döndürülebileceği (ki bu kristallerde hiç yapılamaz) ve kendisiyle çakışacağı anlamına gelir. Simetri derecesi daha yüksektir. Gaz daha da simetriktir: sıvı, kap içinde belirli bir hacim kaplar ve kabın içinde sıvının olduğu ve olmadığı noktalarda bir asimetri vardır. Gaz ise kendisine sağlanan tüm hacmi kaplar ve bu anlamda tüm noktaları birbirinden ayırt edilemez. Bununla birlikte, burada noktalardan değil, küçük ama makroskopik unsurlardan bahsetmek daha doğru olur, çünkü mikroskobik düzeyde hala farklılıklar vardır. Zamanın bazı noktalarında atomlar veya moleküller bulunurken, diğerleri yoktur. Simetri, ya bazı makroskopik hacim parametrelerinde ya da zaman içinde yalnızca ortalama olarak gözlenir.
Ancak mikroskobik düzeyde hala anlık bir simetri yoktur. Madde çok kuvvetli bir şekilde, günlük yaşamda kabul edilemez basınçlara sıkıştırılırsa, atomlar ezilecek, kabukları birbirine nüfuz edecek ve çekirdekler birbirine değmeye başlayacak şekilde sıkıştırılırsa, mikroskobik düzeyde simetri ortaya çıkar. Tüm çekirdekler aynıdır ve birbirine bastırılır, sadece atomlar arası değil, aynı zamanda çekirdekler arası mesafeler de vardır ve madde homojen hale gelir (garip madde).
Ama bir de mikroskobik seviye var. Çekirdekler, çekirdeğin içinde hareket eden proton ve nötronlardan oluşur. Aralarında biraz boşluk da var. Çekirdeklerin de ezilmesi için sıkıştırmaya devam ederseniz, nükleonlar birbirine sıkıca bastıracaktır. Daha sonra, mikroskobik düzeyde, sıradan çekirdeklerin içinde bile olmayan simetri ortaya çıkacaktır.
Söylenenlerden, oldukça kesin bir eğilim görülebilir: sıcaklık ne kadar yüksek ve basınç ne kadar yüksek olursa, madde o kadar simetrik hale gelir. Bu düşüncelere dayanarak, maksimuma sıkıştırılan maddeye güçlü simetrik denir.
18. Zayıf simetrik madde- güçlü, zayıf ve elektromanyetik kuvvetlerin tek bir süper güç olduğu Büyük Patlama'dan 10-12 saniye sonra, çok erken Evrende Planck sıcaklığına yakın bir sıcaklıkta mevcut olan, özellikleri bakımından güçlü simetrik maddenin zıttı bir durum. . Bu durumda, madde o kadar sıkıştırılır ki, kütlesi şişmeye başlayan, yani süresiz olarak genişleyen enerjiye dönüştürülür. Erken evreni incelemek için Büyük Hadron Çarpıştırıcısı'nda bu tür girişimlerde bulunulmasına rağmen, süper gücün deneysel üretimi ve maddenin bu aşamaya karasal koşullar altında aktarılması için enerji elde etmek henüz mümkün değildir. Bu maddeyi oluşturan süper gücün bileşiminde yerçekimi etkileşiminin olmaması nedeniyle, süper güç, 4 tür etkileşimi de içeren süpersimetrik kuvvetle karşılaştırıldığında yeterince simetrik değildir. Bu nedenle, bu toplama durumu böyle bir isim aldı.
19. Radyasyon maddesi- bu aslında artık bir madde değil, en saf haliyle enerjidir. Ancak ışık hızına ulaşmış bir cismin alacağı bu varsayımsal kümelenme halidir. Ayrıca vücudun Planck sıcaklığına (1032K) kadar ısıtılmasıyla yani maddenin moleküllerinin ışık hızına dağıtılmasıyla da elde edilebilir. Görelilik teorisinden de anlaşılacağı gibi, hız 0.99 s'den fazla olduğunda, vücudun kütlesi "normal" ivmeden çok daha hızlı büyümeye başlar, ayrıca vücut uzar, ısınır, yani. kızılötesi spektrumda yayılır. 0.999 s eşiğini geçtiğinde, gövde kökten değişir ve ışın durumuna kadar hızlı bir faz geçişine başlar. Einstein'ın formülünden aşağıdaki gibi, tam olarak alındığında, nihai maddenin büyüyen kütlesi, vücuttan termal, X-ışını, optik ve diğer radyasyon şeklinde ayrılan kütlelerden oluşur, bunların enerjisi her birinin enerjisidir. formüldeki bir sonraki terimle tanımlanır. Böylece ışık hızına yaklaşan bir cisim tüm spektrumlarda yayılmaya başlayacak, boyu uzayıp zamanla yavaşlayacak, Planck boyuna incelecek yani c hızına ulaştığında cisim sonsuz uzun ve ince bir şekle dönüşecektir. ışık hızında hareket eden ve uzunluğu olmayan fotonlardan oluşan sonsuz kütlesi tamamen enerjiye dönüşecektir. Bu nedenle, böyle bir maddeye radyasyon denir.
maddenin toplam hali
Madde- kimyasal bağlarla ve belirli koşullar altında kümelenme durumlarından birinde birbirine bağlanan gerçek hayattaki bir parçacıklar kümesi. Herhangi bir madde, çok sayıda parçacığın bir koleksiyonundan oluşur: birbirleriyle birleşebilen atomlar, moleküller, iyonlar, ayrıca kümeler veya kümeler olarak da adlandırılır. Parçacıkların ortaklardaki sıcaklıklarına ve davranışlarına (parçacıkların karşılıklı düzeni, sayıları ve bir ortak içindeki etkileşimleri, ayrıca ortakların uzaydaki dağılımı ve birbirleriyle etkileşimleri) bağlı olarak, bir madde iki ana durumda olabilir. toplama - kristalli (katı) veya gazlı, ve kümelenmenin geçiş hallerinde - amorf (katı), sıvı kristal, sıvı ve buhar. Katı, sıvı-kristal ve sıvı agregasyon halleri yoğunlaşır ve buhar ve gaz halindeki kuvvetle boşaltılır.
Faz- bu, aynı düzenlilik ve partikül konsantrasyonu ile karakterize edilen ve bir ara yüzey ile sınırlandırılmış bir maddenin makroskopik hacminde bulunan bir dizi homojen mikro bölgedir. Bu anlayışta, faz sadece kristal ve gaz halindeki maddeler için karakteristiktir, çünkü homojen toplu hallerdir.
metafaz- bu, parçacıkların sıralanma derecesi veya konsantrasyonları bakımından birbirinden farklı olan ve bir ara yüzeyle sınırlandırılmış bir maddenin makroskopik hacminde bulunan bir dizi heterojen mikro bölgelerdir. Bu anlayışta, metafaz sadece homojen olmayan agregasyon geçiş durumlarında olan maddeler için karakteristiktir. Farklı fazlar ve metafazlar birbirleriyle karışarak tek bir kümelenme durumu oluşturabilir ve daha sonra aralarında arayüz olmaz.
Genellikle toplamanın "temel" ve "geçiş" durumu kavramlarını ayırmaz. "Toplu hal", "faz" ve "mezofaz" kavramları genellikle eşanlamlı olarak kullanılır. Maddelerin durumu için beş olası toplu durumun dikkate alınması tavsiye edilir: katı, sıvı kristal, sıvı, buhar, gaz. Bir fazdan diğerine geçiş, birinci ve ikinci dereceden faz geçişi olarak adlandırılır. Birinci türden faz geçişleri şu şekilde karakterize edilir:
Maddenin durumunu (hacim, yoğunluk, viskozite, vb.) tanımlayan fiziksel büyüklüklerde ani bir değişiklik;
Belirli bir faz geçişinin gerçekleştiği belirli bir sıcaklık
Bu geçişi karakterize eden belirli bir ısı, çünkü moleküller arası bağları koparır.
Birinci türden faz geçişleri, bir kümelenme durumundan başka bir kümelenme durumuna geçiş sırasında gözlenir. İkinci türden faz geçişleri, tek bir kümelenme durumu içindeki parçacıkların sıralaması değiştiğinde gözlenir ve aşağıdakilerle karakterize edilir:
Bir maddenin fiziksel özelliklerinde kademeli değişim;
Dış alanların bir gradyanının etkisi altında veya belirli bir sıcaklıkta, bir maddenin parçacıklarının düzenindeki değişiklik, faz geçiş sıcaklığı olarak adlandırılır;
İkinci mertebeden faz geçişlerinin ısısı sıfıra eşit ve yakındır.
Birinci ve ikinci dereceden faz geçişleri arasındaki temel fark, birinci tür geçişler sırasında, her şeyden önce, sistemin parçacıklarının enerjisinin değişmesi ve ikinci tür geçişler durumunda, sıranın değişmesidir. sistemin parçacıkları.
Bir maddenin katı halden sıvı hale geçmesine denir erime ve erime noktası ile karakterize edilir. Bir maddenin sıvı halden buhar hale geçmesine denir. buharlaşma ve kaynama noktası ile karakterize edilir. Küçük moleküler ağırlığa ve zayıf moleküller arası etkileşime sahip bazı maddeler için, sıvı durumu atlayarak katı halden buhar durumuna doğrudan geçiş mümkündür. Böyle bir geçiş denir süblimasyon. Tüm bu süreçler ters yönde ilerleyebilir: o zaman denir donma, yoğunlaşma, desüblimasyon.
Erime ve kaynama sırasında bozunmayan maddeler, sıcaklığa ve basınca bağlı olarak dört kümelenme durumunun tamamında olabilir.
Katı hal
Yeterince düşük sıcaklıklarda, hemen hemen tüm maddeler katı haldedir. Bu durumda, bir maddenin parçacıkları arasındaki mesafe, güçlü etkileşimlerini ve potansiyel enerjilerinin kinetik enerjiden önemli ölçüde fazla olmasını sağlayan parçacıkların boyutlarıyla karşılaştırılabilir. . Bu, parçacıkların düzenlenmesinde iç düzene yol açar. Bu nedenle katılar kendi şekilleri, mekanik mukavemetleri, sabit hacimleri ile karakterize edilir (pratik olarak sıkıştırılamazlar). Parçacıkların sıralanma derecesine bağlı olarak, katılar şu şekilde ayrılır: kristal ve amorf.
Kristalli maddeler, tüm parçacıkların düzeninde düzenin varlığı ile karakterize edilir. Kristalli maddelerin katı fazı, aynı birim hücrenin her yönde katı bir şekilde tekrarlanabilirliği ile karakterize edilen homojen bir yapı oluşturan parçacıklardan oluşur. Bir kristalin temel hücresi, parçacıkların düzenlenmesinde üç boyutlu bir periyodikliği karakterize eder, yani. onun kristal kafes. Kristal kafesler, kristali oluşturan parçacıkların tipine ve aralarındaki çekici kuvvetlerin doğasına göre sınıflandırılır.
Birçok kristal madde, koşullara (sıcaklık, basınç) bağlı olarak farklı bir kristal yapıya sahip olabilir. Bu fenomene denir polimorfizm. Karbonun iyi bilinen polimorfik modifikasyonları: grafit, fulleren, elmas, karabina.
Amorf (şekilsiz) maddeler. Bu durum polimerler için tipiktir. Uzun moleküller kolayca bükülür ve diğer moleküllerle iç içe geçer, bu da parçacıkların düzenlenmesinde düzensizliklere yol açar.
Amorf parçacıklar ve kristal parçacıklar arasındaki fark:
izotropi - bir cismin veya ortamın fiziksel ve kimyasal özelliklerinin her yöne aynılığı, yani. özelliklerin yönden bağımsızlığı;
sabit erime noktası yok.
Cam, erimiş kuvars ve birçok polimer amorf bir yapıya sahiptir. Amorf maddeler kristal olanlardan daha az kararlıdır ve bu nedenle herhangi bir amorf cisim sonunda enerjik olarak daha kararlı bir duruma geçebilir - kristal bir duruma.
sıvı hal
Sıcaklık arttıkça, parçacıkların termal titreşimlerinin enerjisi artar ve her madde için, termal titreşimlerin enerjisinin bağ enerjisini aştığı bir sıcaklık vardır. Parçacıklar birbirine göre değişen çeşitli hareketler gerçekleştirebilir. Parçacıkların doğru geometrik yapısı ihlal edilmesine rağmen hala temas halinde kalırlar - madde sıvı halde bulunur. Partiküllerin hareketliliğinden dolayı sıvı hal, Brown hareketi, partiküllerin difüzyonu ve uçuculuğu ile karakterize edilir. Bir sıvının önemli bir özelliği, bir sıvının serbest akışını önleyen etkileşimli kuvvetleri karakterize eden viskozitedir.
Sıvılar, gaz halindeki ve katı haldeki maddeler arasında bir ara pozisyonda bulunur. Bir gazdan daha düzenli bir yapı, ancak bir katıdan daha az.
Buhar ve gaz halleri
Buhar-gaz halindeki durum genellikle ayırt edilmez.
Gaz - tek bir dinamik faz olarak kabul edilebilecek, birbirinden çok uzak tek tek moleküllerden oluşan oldukça nadir homojen bir sistemdir.
Buhar - bu, moleküllerin ve bu moleküllerden oluşan kararsız küçük ortakların bir karışımı olan, oldukça deşarjlı homojen olmayan bir sistemdir.
Moleküler-kinetik teori, ideal bir gazın özelliklerini aşağıdaki hükümlere dayanarak açıklar: moleküller sürekli rastgele bir hareket yapar; gaz moleküllerinin hacmi moleküller arası mesafelere kıyasla ihmal edilebilir; gaz molekülleri arasında çekici veya itici kuvvetler yoktur; gaz moleküllerinin ortalama kinetik enerjisi, mutlak sıcaklığıyla orantılıdır. Moleküller arası etkileşim kuvvetlerinin önemsizliği ve büyük bir serbest hacmin varlığı nedeniyle, gazlar aşağıdakilerle karakterize edilir: yüksek bir termal hareket ve moleküler difüzyon hızı, moleküllerin mümkün olduğunca fazla hacim işgal etme arzusu ve ayrıca yüksek sıkıştırılabilme.
İzole edilmiş bir gaz fazı sistemi dört parametre ile karakterize edilir: basınç, sıcaklık, hacim, madde miktarı. Bu parametreler arasındaki ilişki, ideal bir gaz için durum denklemi ile tanımlanır:
R = 8.31 kJ/mol evrensel gaz sabitidir.
Bu bölümde, bakacağız toplu durumlarÇevremizdeki maddenin içinde bulunduğu ve her bir toplu durum için karakteristik olan maddenin parçacıkları arasındaki etkileşim kuvvetleri.
1. Katı hal,
2. sıvı hal Ve
3. gaz hali.
Genellikle dördüncü bir kümelenme durumu ayırt edilir - plazma.
Bazen plazma hali, gaz halinin türlerinden biri olarak kabul edilir.
Plazma - kısmen veya tamamen iyonize gaz, çoğunlukla yüksek sıcaklıklarda bulunur.
Plazma yıldızların maddesi bu durumda olduğundan, maddenin evrendeki en yaygın halidir.
Her biri için toplama durumu fiziksel ve kimyasal özelliklerini etkileyen bir maddenin parçacıkları arasındaki etkileşimin doğasındaki karakteristik özellikler.
Her madde farklı kümelenme durumlarında olabilir. Yeterince düşük sıcaklıklarda, tüm maddeler katı hal. Ama ısındıkça, onlar sıvılar, sonra gazlar. Daha fazla ısıtıldıklarında iyonlaşırlar (atomlar elektronlarının bir kısmını kaybeder) ve duruma geçerler. plazma.
Gaz
gaz hali(Hollandaca'dan. gaz, diğer Yunanca'ya geri döner. Χάος ) kurucu parçacıkları arasında çok zayıf bağlar ile karakterize edilir.
Gazı oluşturan moleküller veya atomlar rastgele hareket eder ve aynı zamanda çoğu zaman birbirlerinden (boyutlarına kıyasla) büyük mesafelerde bulunurlar. sonuç olarak gaz parçacıkları arasındaki etkileşim kuvvetleri ihmal edilebilir.
Gazın ana özelliği bir yüzey oluşturmadan mevcut tüm alanı doldurmasıdır. Gazlar her zaman karışır. Gaz izotropik bir maddedir yani özellikleri yöne bağlı değildir.
Yerçekimi yokluğunda baskı yapmak gazın tüm noktalarında aynı. Yerçekimi kuvvetleri alanında, yoğunluk ve basınç her noktada aynı değildir, yükseklikle azalır. Buna göre, yerçekimi alanında gaz karışımı homojen olmaz. ağır gazlar daha düşük ve daha fazla yerleşme eğiliminde akciğerler- kadar gitmek.
Gazın yüksek sıkıştırılabilirliği vardır.- basınç arttığında yoğunluğu artar. Sıcaklık arttıkça genişlerler.
Sıkıştırıldığında, bir gaz sıvıya dönüşebilir., ancak yoğuşma herhangi bir sıcaklıkta değil, kritik sıcaklığın altındaki bir sıcaklıkta meydana gelir. Kritik sıcaklık, belirli bir gazın özelliğidir ve molekülleri arasındaki etkileşim kuvvetlerine bağlıdır. Yani örneğin gaz helyum sadece aşağıdaki sıcaklıklarda sıvılaştırılabilir 4.2K.
Soğutulduğunda sıvı fazı atlayarak katı bir gövdeye geçen gazlar vardır. Bir sıvının gaza dönüşmesine buharlaşma, katının doğrudan gaza dönüşmesine denir. süblimasyon.
Sağlam
Katı hal diğer kümelenme durumları ile karşılaştırıldığında şekil kararlılığı ile karakterize.
Ayırmak kristal Ve amorf katılar.
maddenin kristal hali
Katıların şeklinin kararlılığı, katıların çoğunun sahip olduğu gerçeğinden kaynaklanmaktadır. Kristal yapı.
Bu durumda, maddenin parçacıkları arasındaki mesafeler küçüktür ve aralarındaki etkileşim kuvvetleri büyüktür, bu da formun stabilitesini belirler.
Bir maddeyi parçalayarak ve ortaya çıkan kırılmayı inceleyerek birçok katının kristal yapısını doğrulamak kolaydır. Genellikle, bir molada (örneğin, şeker, kükürt, metaller vb.), Farklı açılarda bulunan küçük kristal yüzler, ışığın farklı yansımaları nedeniyle parıldayarak açıkça görülebilir.
Kristallerin çok küçük olduğu durumlarda ise mikroskop kullanılarak maddenin kristal yapısı belirlenebilir.
kristal formlar
Her madde formları kristaller mükemmel tanımlanmış form.
Kristal formların çeşitliliği yedi grupta özetlenebilir:
1. triklinik(paralel borulu),
2.monoklinik(tabanda paralelkenar olan prizma),
3. eşkenar dörtgen(dikdörtgen paralel yüzlü),
4. dörtgen(tabanda bir kare ile dikdörtgen paralel yüzlü),
5. üçgen,
6. altıgen(tabanı sağ merkezli olan prizma
altıgen),
7. kübik(küp).
Birçok madde, özellikle demir, bakır, elmas, sodyum klorür, içinde kristalleşir. kübik sistem. Bu sistemin en basit biçimleri küp, oktahedron, tetrahedron.
Magnezyum, çinko, buz, kuvars altıgen sistem. Bu sistemin ana formları altıgen prizmalar ve bipiramit.
Doğal kristaller ve yapay olarak elde edilen kristaller nadiren tam olarak teorik formlara karşılık gelir. Genellikle, erimiş madde katılaştığında, kristaller birlikte büyür ve bu nedenle her birinin şekli tam olarak doğru değildir.
Bununla birlikte, kristal ne kadar düzensiz gelişirse gelişsin, şekli ne kadar bozuk olursa olsun, kristalin yüzlerinin aynı maddede yakınsadığı açılar sabit kalır.
anizotropi
Kristal cisimlerin özellikleri kristallerin şekliyle sınırlı değildir. Bir kristaldeki madde tamamen homojen olmasına rağmen, fiziksel özelliklerinin çoğu - güç, termal iletkenlik, ışıkla ilişkisi vb. - kristal içinde çeşitli yönlerde her zaman aynı değildir. Kristalli maddelerin bu önemli özelliğine denir. anizotropi.
Kristallerin iç yapısı. Kristal kafesler.
Bir kristalin dış şekli, onun iç yapısını yansıtır ve kristali oluşturan parçacıkların doğru düzenlenmesinden kaynaklanır - moleküller, atomlar veya iyonlar.
Bu düzenleme şu şekilde temsil edilebilir: kristal kafes- kesişen düz çizgilerle oluşturulmuş uzamsal bir çerçeve. Çizgilerin kesiştiği noktalarda - kafes düğümleri parçacıkların merkezleridir.
Kristal kafesin düğümlerinde bulunan parçacıkların doğasına ve belirli bir kristalde aralarında hangi etkileşim kuvvetlerinin hakim olduğuna bağlı olarak, aşağıdaki tipler ayırt edilir: kristal kafesler:
1. moleküler,
2. atomik,
3. iyonik Ve
4. metal.
Moleküler ve atomik kafesler, kovalent bağ, iyonik - iyonik bileşiklerde, metalik - metallerde ve alaşımlarında bulunan maddelerde bulunur.
Atomik kafeslerin düğümlerinde atomlar vardır. Birbirlerine bağlılar kovalent bağ.
Atomik kafeslere sahip nispeten az sayıda madde vardır. onlar ait elmas, silikon ve bazı inorganik bileşikler.
Bu maddeler yüksek sertlik ile karakterize edilirler, refrakterdirler ve herhangi bir çözücüde pratik olarak çözünmezler. Bu özellikler dayanıklılıklarından kaynaklanmaktadır. kovalent bağ.
Moleküller, moleküler kafeslerin düğümlerinde bulunur. Birbirlerine bağlılar moleküller arası kuvvetler.
Moleküler kafese sahip birçok madde var. onlar ait ametaller, karbon ve silikon hariç, hepsi organik bileşikler iyonik olmayan bağ ve birçok inorganik bileşik.
Moleküller arası etkileşim kuvvetleri, kovalent bağların kuvvetlerinden çok daha zayıftır, bu nedenle moleküler kristaller düşük sertliğe, eriyebilir ve uçucudur.
İyonik kafeslerin düğümlerinde, pozitif ve negatif yüklü iyonlar dönüşümlü olarak bulunur.. Birbirlerine kuvvetlerle bağlıdırlar. elektrostatik çekim.
İyonik kafesler oluşturan iyonik bileşikler şunları içerir: çoğu tuz ve az sayıda oksit.
gücü ile iyonik kafesler atomikten daha düşüktür, ancak molekülerden daha fazladır.
İyonik bileşikler nispeten yüksek erime noktalarına sahiptir. Çoğu durumda oynaklıkları büyük değildir.
Metal kafeslerin düğümlerinde, bu atomlar için ortak olan elektronların serbestçe hareket ettiği metal atomları vardır.
Metallerin kristal kafeslerinde serbest elektronların varlığı, özelliklerinin birçoğunu açıklayabilir: plastisite, dövülebilirlik, metalik parlaklık, yüksek elektriksel ve termal iletkenlik.
Kristallerinde parçacıklar arasındaki iki tür etkileşimin önemli bir rol oynadığı maddeler vardır. Yani grafitte karbon atomları birbirine aynı yönlerde bağlıdır. kovalent bağ, ve diğerlerinde metalik. Bu nedenle, grafit kafes aynı zamanda olarak kabul edilebilir. nükleer, Ve nasıl metal.
Birçok inorganik bileşikte, örneğin BeO, ZnS, CuCl, kafes sitelerinde bulunan parçacıklar arasındaki bağlantı kısmen iyonik ve kısmen kovalent. Bu nedenle, bu tür bileşiklerin kafesleri, aralarında ara madde olarak kabul edilebilir. iyonik Ve atomik.
Maddenin amorf hali
Amorf maddelerin özellikleri
Katı cisimler arasında, kırılmada hiçbir kristal belirtisi bulunmayanlar vardır. Örneğin, sıradan bir cam parçasını kırarsanız, kırılması pürüzsüz olacaktır ve kristallerin kırılmalarından farklı olarak düz değil oval yüzeylerle sınırlıdır.
Reçine, yapıştırıcı ve diğer bazı maddelerin parçalarını ayırırken benzer bir resim gözlenir. Maddenin bu durumuna denir amorf.
arasındaki fark kristal Ve amorf cisimler özellikle ısınma ile olan ilişkilerinde belirgindir.
Her maddenin kristalleri kesin olarak tanımlanmış bir sıcaklıkta erirken ve aynı sıcaklıkta sıvı halden katı hale geçiş gerçekleşirken, amorf cisimlerin sabit bir erime noktası yoktur. Amorf cisim ısıtıldığında yavaş yavaş yumuşar, yayılmaya başlar ve sonunda tamamen sıvı hale gelir. Soğuduğunda da yavaş yavaş sertleşir.
Belirli bir erime noktasının olmaması nedeniyle, amorf cisimlerin farklı bir yeteneği vardır: çoğu sıvı gibi akıyor, yani nispeten küçük kuvvetlerin uzun süreli etkisi ile yavaş yavaş şekillerini değiştirirler. Örneğin, düz bir yüzeye konulan bir reçine parçası, birkaç hafta boyunca ılık bir odada disk şeklini alarak yayılır.
Amorf maddelerin yapısı
arasındaki fark kristal ve amorf maddenin hali aşağıdaki gibidir.
Bir kristaldeki parçacıkların sıralı dizilimi birim hücre tarafından yansıtılan , geniş kristal alanlarında korunur ve iyi şekillendirilmiş kristaller durumunda - bütünüyle.
İÇİNDE amorf cisimler parçacıkların düzeninde düzen sadece gözlenir çok küçük alanlarda. Ayrıca, bazı amorf cisimlerde bu yerel sıralama bile sadece yaklaşıktır.
Bu fark şu şekilde özetlenebilir:
- kristal yapı, uzun menzilli düzen ile karakterize edilir,
- amorf cisimlerin yapısı - yakın.
Amorf maddelere örnekler.
Kararlı amorf maddeler şunları içerir: bardak(yapay ve volkanik), doğal ve yapay reçineler, yapıştırıcılar, parafin, mum ve benzeri.
Amorf bir durumdan kristal bir duruma geçiş.
Bazı maddeler hem kristal hem de amorf durumda olabilir. Silikon dioksit SiO 2 doğada iyi şekillendirilmiş halde bulunur kuvars kristalleri, hem de amorf durumda ( çakmaktaşı minerali).
nerede kristal durum her zaman daha kararlıdır. Bu nedenle, kristalden amorf bir maddeye kendiliğinden geçiş imkansızdır ve ters dönüşüm - amorf bir halden kristalin bir maddeye kendiliğinden bir geçiş - mümkündür ve bazen gözlemlenir.
Böyle bir dönüşüme bir örnek devitrifikasyon- camın yüksek sıcaklıklarda kendiliğinden kristalleşmesi, yıkımı ile birlikte.
amorf durum sıvı eriyiğin yüksek bir katılaşma (soğutma) hızında birçok madde elde edilir.
Metaller ve alaşımlar için amorf durum kural olarak, eriyik kesirler veya onlarca milisaniye sırasına göre bir süre soğutulursa oluşur. Gözlükler için çok daha düşük bir soğutma hızı yeterlidir.
Kuvars (SiO2) ayrıca düşük bir kristalleşme oranına sahiptir. Bu nedenle, ondan dökülen ürünler amorftur. Bununla birlikte, yerkabuğu veya derin volkan katmanları soğuduğunda kristalleşmek için yüzlerce ve binlerce yıl geçiren doğal kuvars, yüzeyde donmuş ve dolayısıyla amorf olan volkanik camın aksine iri taneli bir yapıya sahiptir.
sıvılar
Sıvı, katı ile gaz arasında bir ara durumdur.
sıvı hal gaz ve kristal arasında bir ara maddedir. Bazı özelliklerine göre sıvılar birbirine yakındır. gazlar, diğerlerine göre - için katı cisimler.
Gazlar ile sıvılar, her şeyden önce, kendileriyle bir araya getirilir. izotropi Ve akışkanlık. İkincisi, sıvının şeklini kolayca değiştirme yeteneğini belirler.
fakat yüksek yoğunluklu Ve düşük sıkıştırılabilirlik sıvılar onları yakınlaştırır katı cisimler.
Sıvıların şekillerini kolayca değiştirme yeteneği, içlerinde moleküller arası etkileşimin sert kuvvetlerinin olmadığını gösterir.
Aynı zamanda, belirli bir sıcaklıkta sabit bir hacmi koruma yeteneğini belirleyen sıvıların düşük sıkıştırılabilirliği, katı olmasa da, parçacıklar arasında yine de önemli etkileşim kuvvetlerinin varlığını gösterir.
Potansiyel ve kinetik enerjinin oranı.
Her kümelenme durumu, madde parçacıklarının potansiyel ve kinetik enerjileri arasındaki kendi oranı ile karakterize edilir.
Katılarda parçacıkların ortalama potansiyel enerjisi, ortalama kinetik enerjilerinden daha büyüktür. Bu nedenle, katılarda parçacıklar birbirine göre belirli konumları işgal eder ve yalnızca bu konumlara göre salınım yapar.
Gazlar için enerji oranı tersine çevrilir., bunun sonucunda gaz molekülleri her zaman kaotik bir hareket halindedir ve moleküller arasında pratik olarak hiçbir kohezyon kuvveti yoktur, böylece gaz her zaman kendisine sağlanan tüm hacmi kaplar.
Sıvılar söz konusu olduğunda, parçacıkların kinetik ve potansiyel enerjileri yaklaşık olarak aynıdır., yani parçacıklar birbirine bağlıdır, ancak katı bir şekilde değil. Bu nedenle sıvılar akışkandır, ancak belirli bir sıcaklıkta sabit bir hacme sahiptir.
Sıvıların ve amorf cisimlerin yapıları benzerdir.
Yapısal analiz yöntemlerinin sıvılara uygulanması sonucunda yapının sıvılar amorf cisimler gibidir. Çoğu sıvı var kısa menzilli sipariş- her molekül için en yakın komşu sayısı ve bunların karşılıklı düzeni, sıvının tüm hacmi boyunca yaklaşık olarak aynıdır.
Farklı sıvılarda parçacıkların sıralanma derecesi farklıdır. Ayrıca sıcaklıkla değişir.
Belirli bir maddenin erime noktasını biraz aşan düşük sıcaklıklarda, belirli bir sıvının parçacıklarının düzenindeki düzen derecesi yüksektir.
Sıcaklık arttıkça azalır ve sıvı ısındıkça sıvının özellikleri gazın özelliklerine daha çok yaklaşır.. Kritik sıcaklığa ulaşıldığında sıvı ve gaz ayrımı ortadan kalkar.
Sıvıların ve amorf cisimlerin iç yapısındaki benzerlik nedeniyle, ikincisi genellikle çok yüksek viskoziteye sahip sıvılar olarak kabul edilir ve yalnızca kristal haldeki maddeler katı olarak sınıflandırılır.
beğenmek amorf cisimler Bununla birlikte, sıvılarda, amorf cisimlerde, sıradan sıvılardan farklı olarak, parçacıkların kristallerde olduğu gibi hafif bir hareketliliğe sahip olduğu unutulmamalıdır.
Maddenin toplu halleri(Latince agregadan - ekliyorum, bağlanıyorum) - bunlar aynı maddenin durumlarıdır, aralarındaki geçişler serbest enerji, yoğunluk ve maddenin diğer fiziksel parametrelerindeki ani değişikliklere karşılık gelir.
Gaz (Fransız gazı, Yunan kaosundan türetilmiştir - kaos)- Bugün nasılsın maddenin toplam hali, kendilerine sağlanan tüm hacmi dolduran parçacıklarının etkileşim kuvvetlerinin ihmal edilebilir olduğu. Gazlarda moleküller arası mesafeler büyüktür ve moleküller neredeyse serbestçe hareket eder.
Gazlar, aşırı derecede kızgın veya düşük doymuş buharlar olarak kabul edilebilir. Sonuç olarak her sıvının yüzeyinin üzerinde buhar vardır. Buhar basıncı, doymuş buhar basıncı olarak adlandırılan belirli bir sınıra yükseldiğinde, sıvı aynı hale geldiğinden sıvının buharlaşması durur. Doymuş buharın hacmindeki bir azalma, basınçta bir artıştan ziyade buharın bazı kısımlarına neden olur. Bu nedenle, buhar basıncı daha yüksek olamaz. Doyma durumu, sıcaklığa bağlı olarak 1 m3 doymuş buhar kütlesinde bulunan doyma kütlesi ile karakterize edilir. doymuş buhar hacim artarsa veya sıcaklık yükselirse doymamış hale gelebilir. Buhar sıcaklığı, belirli bir basınca karşılık gelen noktadan çok daha yüksekse, buhara aşırı ısıtılmış denir.
Plazma, pozitif ve negatif yüklerin yoğunluklarının hemen hemen aynı olduğu kısmen veya tamamen iyonize bir gazdır. Güneş, yıldızlar, yıldızlararası madde bulutları gazlardan oluşur - nötr veya iyonize (plazma). Diğer kümelenme durumlarından farklı olarak, plazma, birbirleriyle uzun mesafelerde elektriksel olarak etkileşime giren, ancak parçacıkların düzenlenmesinde ne kısa menzilli ne de uzun menzilli düzenleri olan yüklü partiküllerden (iyonlar, elektronlar) oluşan bir gazdır.
Sıvı- Bu, katı ve gaz arasında bir maddenin bir araya gelmesi durumudur. Sıvılar, bir katı (hacmini korur, bir yüzey oluşturur, belirli bir çekme mukavemetine sahiptir) ve bir gazın (içinde bulunduğu kabın şeklini alır) bazı özelliklerine sahiptir. Bir sıvının moleküllerinin (atomlarının) termal hareketi, denge konumları etrafındaki küçük dalgalanmaların ve bir denge konumundan diğerine sık sık atlamaların birleşimidir. Aynı zamanda, moleküllerin küçük hacimlerdeki yavaş hareketleri ve salınımları meydana gelir, moleküllerin sık sık sıçramaları parçacıkların dizilişindeki uzun menzilli düzeni bozar ve sıvıların akışkanlığına neden olur ve denge konumları etrafındaki küçük salınımlar kısa devrelerin varlığına neden olur. - sıvılarda aralık düzeni.Gazlardan farklı olarak sıvılar ve katılar, yüksek derecede yoğunlaştırılmış ortamlar olarak kabul edilebilir. İçlerinde moleküller (atomlar) birbirine çok daha yakın yerleştirilmiştir ve etkileşim kuvvetleri gazlardan birkaç kat daha büyüktür. Bu nedenle, sıvılar ve katılar önemli bir sınırlı fırsatlar genişleme için, açıkçası keyfi bir hacmi işgal edemezler, ancak sabit olanlarda, hangi hacme yerleştirilirlerse yerleştirilsinler hacimlerini korurlar. Yapıda daha düzenli bir kümelenme durumundan daha az düzenli bir duruma geçişler de sürekli olarak gerçekleşebilir. Bu bağlamda, kümelenme durumu kavramı yerine, daha geniş bir kavram olan faz kavramının kullanılması tavsiye edilir.
faz aynı olan sistemin tüm parçalarının kümesidir. kimyasal bileşim ve aynı durumda. Bu, çok fazlı bir sistemde termodinamik olarak denge fazlarının eşzamanlı varlığı ile doğrulanır: kendi doymuş buharı olan bir sıvı; erime noktasında su ve buz; konsantrasyonda farklılık gösteren iki karışmaz sıvı (su ile trietilamin karışımı); sıvının yapısını koruyan amorf katıların varlığı (amorf hal).
Maddenin amorf katı hali bir sıvının bir tür aşırı soğutulmuş halidir ve sıradan sıvılardan önemli ölçüde daha yüksek viskozitede farklıdır ve Sayısal değerler kinetik özellikler.
Maddenin kristal katı hali- Bu, madde parçacıkları (atomlar, moleküller, iyonlar) arasındaki büyük etkileşim kuvvetleri ile karakterize edilen bir kümelenme halidir. Katı parçacıkları, kristal kafesin düğümleri olarak adlandırılan ortalama denge konumları etrafında salınır; bu maddelerin yapısı, yüksek derecede bir düzen (uzun menzilli ve kısa menzilli düzen) - düzenlemede (koordinasyon sırası), yapısal parçacıkların oryantasyonunda (yönlendirme sırası) veya fiziksel özelliklerde düzen ile karakterize edilir ( örneğin, manyetik momentlerin veya elektrik dipol momentlerinin oryantasyonunda). Saf sıvılar, sıvı ve sıvı kristaller için normal sıvı fazın bulunduğu bölge, düşük sıcaklıklar tarafından sınırlandırılmıştır. faz geçişleri sırasıyla katı (kristalleşme), aşırı sıvı ve sıvı-anizotropik duruma.
