Η έννοια των αλκοολών. Ανοικτή βιβλιοθήκη - ανοιχτή βιβλιοθήκη εκπαιδευτικών πληροφοριών Τι είναι η κατάσταση συγκέντρωσης

Η πιο κοινή γνώση είναι για τρεις καταστάσεις συσσωμάτωσης: υγρή, στερεή, αέρια· μερικές φορές θυμούνται το πλάσμα, λιγότερο συχνά υγρό κρυσταλλικό. Πρόσφατα, μια λίστα με 17 φάσεις της ύλης, βγαλμένη από τον διάσημο () Stephen Fry, διαδόθηκε στο Διαδίκτυο. Ως εκ τούτου, θα σας τα πούμε αναλυτικότερα, γιατί... θα πρέπει να γνωρίζετε λίγα περισσότερα για την ύλη, έστω και μόνο για να κατανοήσετε καλύτερα τις διαδικασίες που συμβαίνουν στο Σύμπαν.

Ο κατάλογος των συνολικών καταστάσεων της ύλης που δίνεται παρακάτω αυξάνεται από τις πιο ψυχρές καταστάσεις στις πιο θερμές κ.λπ. μπορεί να συνεχιστεί. Ταυτόχρονα, θα πρέπει να γίνει κατανοητό ότι από την αέρια κατάσταση (Νο. 11), το πιο «ασυμπίεστο», και στις δύο πλευρές της λίστας, ο βαθμός συμπίεσης της ουσίας και η πίεσή της (με κάποιες επιφυλάξεις για τέτοια μη μελετημένα υποθετικές καταστάσεις ως κβαντικές, δέσμες ή ασθενώς συμμετρικές) αυξάνονται.Μετά το κείμενο εμφανίζεται ένα οπτικό γράφημα των μεταπτώσεων φάσης της ύλης.

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

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

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

4. Υπερρευστή ουσία- μια κατάσταση στην οποία μια ουσία δεν έχει ουσιαστικά ιξώδες και κατά τη ροή δεν υφίσταται τριβή με μια στερεή επιφάνεια. Η συνέπεια αυτού είναι, για παράδειγμα, ένα τόσο ενδιαφέρον αποτέλεσμα όπως η πλήρης αυθόρμητη «εξερεύνηση» υπερρευστού ηλίου από το σκάφος κατά μήκος των τοιχωμάτων του ενάντια στη δύναμη της βαρύτητας. Φυσικά, δεν υπάρχει παραβίαση του νόμου της διατήρησης της ενέργειας εδώ. Ελλείψει δυνάμεων τριβής, το ήλιο ενεργείται μόνο από δυνάμεις βαρύτητας, τις δυνάμεις της διατομικής αλληλεπίδρασης μεταξύ του ηλίου και των τοιχωμάτων του αγγείου και μεταξύ των ατόμων ηλίου. Έτσι, οι δυνάμεις της διατομικής αλληλεπίδρασης υπερβαίνουν όλες τις άλλες δυνάμεις μαζί. Ως αποτέλεσμα, το ήλιο τείνει να εξαπλώνεται όσο το δυνατόν περισσότερο σε όλες τις πιθανές επιφάνειες, και επομένως «ταξιδεύει» κατά μήκος των τοιχωμάτων του αγγείου. Το 1938, ο Σοβιετικός επιστήμονας Pyotr Kapitsa απέδειξε ότι το ήλιο μπορεί να υπάρχει σε υπερρευστή κατάσταση.
Αξίζει να σημειωθεί ότι πολλές από τις ασυνήθιστες ιδιότητες του ηλίου είναι γνωστές εδώ και αρκετό καιρό. Ωστόσο, τα τελευταία χρόνια, αυτό το χημικό στοιχείο μας χαϊδεύει με ενδιαφέροντα και απροσδόκητα αποτελέσματα. Έτσι, το 2004, ο Moses Chan και ο Eun-Syong Kim από το Πανεπιστήμιο της Πενσυλβάνια κέντρισαν το ενδιαφέρον του επιστημονικού κόσμου με την ανακοίνωση ότι κατάφεραν να αποκτήσουν μια εντελώς νέα κατάσταση ηλίου - ένα υπερρευστό στερεό. Σε αυτή την κατάσταση, μερικά άτομα ηλίου στο κρυσταλλικό πλέγμα μπορούν να ρέουν γύρω από άλλα και έτσι το ήλιο μπορεί να ρέει μέσα από τον εαυτό του. Το φαινόμενο της «υπερσκληρότητας» είχε προβλεφθεί θεωρητικά το 1969. Και τότε το 2004 φάνηκε να υπάρχει πειραματική επιβεβαίωση. Ωστόσο, μεταγενέστερα και πολύ ενδιαφέροντα πειράματα έδειξαν ότι δεν είναι όλα τόσο απλά και ίσως αυτή η ερμηνεία του φαινομένου, που προηγουμένως γινόταν αποδεκτή ως η υπερρευστότητα του στερεού ηλίου, να είναι λανθασμένη.
Το πείραμα των επιστημόνων με επικεφαλής τον Humphrey Maris από το Brown University των ΗΠΑ ήταν απλό και κομψό. Οι επιστήμονες τοποθέτησαν έναν αναποδογυρισμένο δοκιμαστικό σωλήνα σε μια κλειστή δεξαμενή που περιείχε υγρό ήλιο. Πάγωσαν μέρος του ηλίου στον δοκιμαστικό σωλήνα και στη δεξαμενή με τέτοιο τρόπο ώστε το όριο μεταξύ υγρού και στερεού μέσα στον δοκιμαστικό σωλήνα ήταν υψηλότερο από ό,τι στη δεξαμενή. Με άλλα λόγια, στο πάνω μέρος του δοκιμαστικού σωλήνα υπήρχε υγρό ήλιο, στο κάτω μέρος υπήρχε στερεό ήλιο, περνούσε ομαλά στη στερεά φάση της δεξαμενής, πάνω από την οποία χύθηκε λίγο υγρό ήλιο - χαμηλότερα από το υγρό. επίπεδο στον δοκιμαστικό σωλήνα. Εάν το υγρό ήλιο άρχιζε να διαρρέει μέσω στερεού ηλίου, τότε η διαφορά στα επίπεδα θα μειωνόταν και τότε μπορούμε να μιλήσουμε για στερεό υπερρευστό ήλιο. Και κατ' αρχήν, σε τρία από τα 13 πειράματα, η διαφορά στα επίπεδα στην πραγματικότητα μειώθηκε.

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

6. Στερεά- κατάσταση συσσωμάτωσης μιας ουσίας, που χαρακτηρίζεται από τη σταθερότητα του σχήματος και τη φύση της θερμικής κίνησης των ατόμων, τα οποία εκτελούν μικρές δονήσεις γύρω από τις θέσεις ισορροπίας. Η σταθερή κατάσταση των στερεών είναι κρυσταλλική. Υπάρχουν στερεά με ιοντικούς, ομοιοπολικούς, μεταλλικούς και άλλους τύπους δεσμών μεταξύ των ατόμων, γεγονός που καθορίζει την ποικιλομορφία των φυσικών τους ιδιοτήτων. Οι ηλεκτρικές και ορισμένες άλλες ιδιότητες των στερεών καθορίζονται κυρίως από τη φύση της κίνησης των εξωτερικών ηλεκτρονίων των ατόμων τους. Με βάση τις ηλεκτρικές τους ιδιότητες, τα στερεά χωρίζονται σε διηλεκτρικά, ημιαγωγούς και μέταλλα· με βάση τις μαγνητικές τους ιδιότητες, τα στερεά χωρίζονται σε διαμαγνητικά, παραμαγνητικά και σώματα με διατεταγμένη μαγνητική δομή. Οι μελέτες των ιδιοτήτων των στερεών έχουν συγχωνευθεί σε ένα μεγάλο πεδίο - τη φυσική στερεάς κατάστασης, η ανάπτυξη του οποίου διεγείρεται από τις ανάγκες της τεχνολογίας.

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

8. Υγρός κρύσταλλοςείναι μια συγκεκριμένη κατάσταση συσσωμάτωσης μιας ουσίας στην οποία εμφανίζει ταυτόχρονα τις ιδιότητες ενός κρυστάλλου και ενός υγρού. Θα πρέπει να σημειωθεί αμέσως ότι δεν μπορούν όλες οι ουσίες να βρίσκονται σε υγρή κρυσταλλική κατάσταση. Ωστόσο, ορισμένες οργανικές ουσίες με πολύπλοκα μόρια μπορούν να σχηματίσουν μια συγκεκριμένη κατάσταση συσσωμάτωσης - υγρή κρυσταλλική. Αυτή η κατάσταση συμβαίνει όταν οι κρύσταλλοι ορισμένων ουσιών λιώνουν. Όταν λιώνουν, σχηματίζεται μια υγρή κρυσταλλική φάση, η οποία διαφέρει από τα συνηθισμένα υγρά. Αυτή η φάση υπάρχει στην περιοχή από τη θερμοκρασία τήξης του κρυστάλλου έως κάποια υψηλότερη θερμοκρασία, όταν θερμαίνεται στην οποία ο υγρός κρύσταλλος μετατρέπεται σε ένα συνηθισμένο υγρό.
Σε τι διαφέρει ένας υγρός κρύσταλλος από έναν υγρό και έναν συνηθισμένο κρύσταλλο και σε τι μοιάζει με αυτούς; Όπως ένα συνηθισμένο υγρό, ένας υγρός κρύσταλλος έχει ρευστότητα και παίρνει το σχήμα του δοχείου στο οποίο είναι τοποθετημένος. Έτσι διαφέρει από τους γνωστούς σε όλους κρυστάλλους. Ωστόσο, παρά την ιδιότητα αυτή, που το ενώνει με ένα υγρό, έχει μια ιδιότητα χαρακτηριστική των κρυστάλλων. Αυτή είναι η διάταξη στο χώρο των μορίων που σχηματίζουν τον κρύσταλλο. Είναι αλήθεια ότι αυτή η παραγγελία δεν είναι τόσο πλήρης όσο στους συνηθισμένους κρυστάλλους, αλλά, ωστόσο, επηρεάζει σημαντικά τις ιδιότητες των υγρών κρυστάλλων, γεγονός που τους διακρίνει από τα συνηθισμένα υγρά. Η ατελής χωρική διάταξη των μορίων που σχηματίζουν έναν υγρό κρύσταλλο εκδηλώνεται στο γεγονός ότι στους υγρούς κρυστάλλους δεν υπάρχει πλήρης τάξη στη χωρική διάταξη των κέντρων βάρους των μορίων, αν και μπορεί να υπάρχει μερική τάξη. Αυτό σημαίνει ότι δεν έχουν άκαμπτο κρυσταλλικό πλέγμα. Επομένως, οι υγροί κρύσταλλοι, όπως και τα συνηθισμένα υγρά, έχουν την ιδιότητα της ρευστότητας.
Μια υποχρεωτική ιδιότητα των υγρών κρυστάλλων, που τους φέρνει πιο κοντά στους συνηθισμένους κρυστάλλους, είναι η παρουσία μιας τάξης χωρικού προσανατολισμού των μορίων. Αυτή η σειρά προσανατολισμού μπορεί να εκδηλωθεί, για παράδειγμα, στο γεγονός ότι όλοι οι μεγάλοι άξονες των μορίων σε ένα δείγμα υγρών κρυστάλλων είναι προσανατολισμένοι με τον ίδιο τρόπο. Αυτά τα μόρια πρέπει να έχουν επίμηκες σχήμα. Εκτός από την απλούστερη ονομαζόμενη ταξινόμηση των μοριακών αξόνων, μια πιο περίπλοκη προσανατολιστική σειρά μορίων μπορεί να συμβεί σε έναν υγρό κρύσταλλο.
Ανάλογα με τον τύπο της διάταξης των μοριακών αξόνων, οι υγροί κρύσταλλοι χωρίζονται σε τρεις τύπους: νηματικούς, σμηκτικούς και χοληστερικούς.
Η έρευνα για τη φυσική των υγρών κρυστάλλων και τις εφαρμογές τους διεξάγεται αυτή τη στιγμή σε ευρύ μέτωπο σε όλες τις πιο ανεπτυγμένες χώρες του κόσμου. Η εγχώρια έρευνα συγκεντρώνεται τόσο σε ακαδημαϊκά όσο και σε βιομηχανικά ερευνητικά ιδρύματα και έχει μακρά παράδοση. Τα έργα του V.K., που ολοκληρώθηκαν στη δεκαετία του '30 στο Λένινγκραντ, έγιναν ευρέως γνωστά και αναγνωρισμένα. Fredericks προς V.N. Τσβέτκοβα. Τα τελευταία χρόνια, η ταχεία μελέτη των υγρών κρυστάλλων έχει δει εγχώριους ερευνητές να συμβάλλουν επίσης σημαντικά στην ανάπτυξη της μελέτης των υγρών κρυστάλλων γενικά και, ειδικότερα, της οπτικής των υγρών κρυστάλλων. Έτσι, τα έργα του Ι.Γ. Chistyakova, A.P. Kapustina, Α.Ε. Brazovsky, S.A. Pikina, L.M. Ο Blinov και πολλοί άλλοι Σοβιετικοί ερευνητές είναι ευρέως γνωστοί στην επιστημονική κοινότητα και χρησιμεύουν ως το θεμέλιο για μια σειρά αποτελεσματικών τεχνικών εφαρμογών υγρών κρυστάλλων.
Η ύπαρξη υγρών κρυστάλλων διαπιστώθηκε πολύ παλιά, δηλαδή το 1888, δηλαδή σχεδόν πριν από έναν αιώνα. Αν και οι επιστήμονες αντιμετώπισαν αυτή την κατάσταση της ύλης πριν από το 1888, ανακαλύφθηκε επίσημα αργότερα.
Ο πρώτος που ανακάλυψε υγρούς κρυστάλλους ήταν ο Αυστριακός βοτανολόγος Reinitzer. Ενώ μελετούσε τη νέα ουσία βενζοϊκό χοληστερύλιο που συνέθεσε, ανακάλυψε ότι σε θερμοκρασία 145°C οι κρύσταλλοι αυτής της ουσίας λιώνουν, σχηματίζοντας ένα θολό υγρό που διαχέει έντονα το φως. Καθώς η θέρμανση συνεχίζεται, όταν φτάσει σε θερμοκρασία 179°C, το υγρό γίνεται διαυγές, δηλ. αρχίζει να συμπεριφέρεται οπτικά όπως ένα συνηθισμένο υγρό, για παράδειγμα νερό. Το βενζοϊκό χοληστερύλιο έδειξε απροσδόκητες ιδιότητες στη θολή φάση. Εξετάζοντας αυτή τη φάση κάτω από ένα πολωτικό μικροσκόπιο, ο Reinitzer ανακάλυψε ότι παρουσιάζει διπλή διάθλαση. Αυτό σημαίνει ότι ο δείκτης διάθλασης του φωτός, δηλαδή η ταχύτητα του φωτός σε αυτή τη φάση, εξαρτάται από την πόλωση.

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

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

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

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

13. Εκφυλισμένη ύλη— είναι ένα ενδιάμεσο στάδιο μεταξύ πλάσματος και νετρονίου. Παρατηρείται σε λευκούς νάνους και παίζει σημαντικό ρόλο στην εξέλιξη των άστρων. Όταν τα άτομα υποβάλλονται σε εξαιρετικά υψηλές θερμοκρασίες και πιέσεις, χάνουν τα ηλεκτρόνια τους (γίνονται αέριο ηλεκτρονίων). Με άλλα λόγια, ιονίζονται πλήρως (πλάσμα). Η πίεση ενός τέτοιου αερίου (πλάσμα) καθορίζεται από την πίεση των ηλεκτρονίων. Εάν η πυκνότητα είναι πολύ υψηλή, όλα τα σωματίδια ωθούνται πιο κοντά το ένα στο άλλο. Τα ηλεκτρόνια μπορούν να υπάρχουν σε καταστάσεις με συγκεκριμένες ενέργειες και κανένα ηλεκτρόνιο δεν μπορεί να έχει την ίδια ενέργεια (εκτός αν τα σπιν τους είναι αντίθετα). Έτσι, σε ένα πυκνό αέριο, όλα τα χαμηλότερα επίπεδα ενέργειας γεμίζουν με ηλεκτρόνια. Ένα τέτοιο αέριο ονομάζεται εκφυλισμένο. Σε αυτή την κατάσταση, τα ηλεκτρόνια παρουσιάζουν εκφυλισμένη πίεση ηλεκτρονίων, η οποία εξουδετερώνει τις δυνάμεις της βαρύτητας.

14. Νετρόνιο- μια κατάσταση συσσωμάτωσης στην οποία η ύλη διέρχεται σε εξαιρετικά υψηλή πίεση, η οποία είναι ακόμα ανέφικτη στο εργαστήριο, αλλά υπάρχει μέσα σε αστέρια νετρονίων. Κατά τη μετάβαση στην κατάσταση νετρονίων, τα ηλεκτρόνια της ουσίας αλληλεπιδρούν με πρωτόνια και μετατρέπονται σε νετρόνια. Ως αποτέλεσμα, η ύλη στην κατάσταση νετρονίων αποτελείται εξ ολοκλήρου από νετρόνια και έχει πυκνότητα της τάξης του πυρηνικού. Η θερμοκρασία της ουσίας δεν πρέπει να είναι πολύ υψηλή (σε ισοδύναμο ενέργειας, όχι περισσότερο από εκατό MeV).
Με μια ισχυρή αύξηση της θερμοκρασίας (εκατοντάδες MeV και άνω), διάφορα μεσόνια αρχίζουν να γεννιούνται και να εκμηδενίζονται στην κατάσταση νετρονίων. Με μια περαιτέρω αύξηση της θερμοκρασίας, εμφανίζεται ο περιορισμός και η ουσία περνά στην κατάσταση πλάσματος κουάρκ-γλουονίου. Δεν αποτελείται πλέον από αδρόνια, αλλά από κουάρκ και γκλουόνια που γεννιούνται και εξαφανίζονται συνεχώς.

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

16. Παράξενη ουσία- κατάσταση συσσωμάτωσης στην οποία η ύλη συμπιέζεται σε μέγιστες τιμές πυκνότητας· μπορεί να υπάρχει με τη μορφή «σούπας κουάρκ». Ένα κυβικό εκατοστό ύλης σε αυτή την κατάσταση θα ζυγίζει δισεκατομμύρια τόνους. Επιπλέον, θα μετατρέψει οποιαδήποτε κανονική ουσία με την οποία έρθει σε επαφή στην ίδια «περίεργη» μορφή με την απελευθέρωση σημαντικής ποσότητας ενέργειας.
Η ενέργεια που μπορεί να απελευθερωθεί όταν ο πυρήνας του άστρου μετατραπεί σε "παράξενη ύλη" θα οδηγήσει σε μια υπερ-ισχυρή έκρηξη ενός "κουάρκ nova" - και, σύμφωνα με τους Leahy και Uyed, αυτό ακριβώς παρατήρησαν οι αστρονόμοι τον Σεπτέμβριο του 2006.
Η διαδικασία σχηματισμού αυτής της ουσίας ξεκίνησε με μια συνηθισμένη σουπερνόβα, στην οποία μετατράπηκε ένα τεράστιο αστέρι. Ως αποτέλεσμα της πρώτης έκρηξης, σχηματίστηκε ένα αστέρι νετρονίων. Όμως, σύμφωνα με τον Leahy και τον Uyed, δεν κράτησε πολύ - καθώς η περιστροφή του φαινόταν να επιβραδύνεται από το δικό του μαγνητικό πεδίο, άρχισε να συρρικνώνεται ακόμη περισσότερο, σχηματίζοντας μια συστάδα «παράξενης ύλης», η οποία οδήγησε σε ομοιόμορφο πιο ισχυρή κατά τη διάρκεια μιας συνηθισμένης έκρηξης σουπερνόβα, την απελευθέρωση ενέργειας - και τα εξωτερικά στρώματα ύλης του πρώην αστέρα νετρονίων, που πετούν στον περιβάλλοντα χώρο με ταχύτητα κοντά στην ταχύτητα του φωτός.

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

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

19. Ακτινική ουσία- αυτό, στην πραγματικότητα, δεν είναι πλέον καθόλου ύλη, αλλά ενέργεια στην καθαρή της μορφή. Ωστόσο, είναι ακριβώς αυτή η υποθετική κατάσταση συσσωμάτωσης που θα λάβει ένα σώμα που έχει φτάσει την ταχύτητα του φωτός. Μπορεί επίσης να επιτευχθεί με θέρμανση του σώματος στη θερμοκρασία Planck (1032K), δηλαδή επιταχύνοντας τα μόρια της ουσίας στην ταχύτητα του φωτός. Όπως προκύπτει από τη θεωρία της σχετικότητας, όταν η ταχύτητα φθάνει περισσότερο από 0,99 δευτερόλεπτα, η μάζα του σώματος αρχίζει να αυξάνεται πολύ πιο γρήγορα από ό,τι με την «κανονική» επιτάχυνση· επιπλέον, το σώμα επιμηκύνεται, θερμαίνεται, δηλαδή αρχίζει να ακτινοβολούν στο υπέρυθρο φάσμα. Όταν ξεπερνά το όριο των 0,999 s, το σώμα αλλάζει ριζικά και ξεκινά μια ταχεία μετάβαση φάσης μέχρι την κατάσταση ακτίνων. Όπως προκύπτει από τον τύπο του Αϊνστάιν, λαμβανόμενος στο σύνολό του, η αυξανόμενη μάζα της τελικής ουσίας αποτελείται από μάζες διαχωρισμένες από το σώμα με τη μορφή θερμικής, ακτινοβολίας, οπτικής και άλλης ακτινοβολίας, η ενέργεια καθενός από τις οποίες περιγράφεται από το επόμενο όρο στον τύπο. Έτσι, ένα σώμα που πλησιάζει την ταχύτητα του φωτός θα αρχίσει να εκπέμπει σε όλα τα φάσματα, θα μεγαλώνει σε μήκος και θα επιβραδύνεται στο χρόνο, λεπτύνοντας στο μήκος του Planck, δηλαδή όταν φτάσει στην ταχύτητα c, το σώμα θα μετατραπεί σε ένα απείρως μακρύ και λεπτή δέσμη, που κινείται με την ταχύτητα του φωτός και αποτελείται από φωτόνια που δεν έχουν μήκος και η άπειρη μάζα της θα μετατραπεί πλήρως σε ενέργεια. Επομένως, μια τέτοια ουσία ονομάζεται ακτίνα.

Ερωτήσεις σχετικά με το ποια είναι η κατάσταση συσσωμάτωσης, ποια χαρακτηριστικά και ιδιότητες έχουν τα στερεά, τα υγρά και τα αέρια, συζητούνται σε πολλά εκπαιδευτικά μαθήματα. Υπάρχουν τρεις κλασικές καταστάσεις της ύλης, με τα δικά τους χαρακτηριστικά δομικά χαρακτηριστικά. Η κατανόησή τους είναι ένα σημαντικό σημείο για την κατανόηση των επιστημών της Γης, των ζωντανών οργανισμών και των βιομηχανικών δραστηριοτήτων. Αυτά τα ερωτήματα μελετώνται από τη φυσική, τη χημεία, τη γεωγραφία, τη γεωλογία, τη φυσική χημεία και άλλους επιστημονικούς κλάδους. Ουσίες που, υπό ορισμένες συνθήκες, βρίσκονται σε έναν από τους τρεις βασικούς τύπους κατάστασης μπορούν να αλλάξουν με αύξηση ή μείωση της θερμοκρασίας και της πίεσης. Ας εξετάσουμε πιθανές μεταβάσεις από τη μια κατάσταση συγκέντρωσης στην άλλη, όπως συμβαίνουν στη φύση, την τεχνολογία και την καθημερινή ζωή.

Τι είναι η κατάσταση συνάθροισης;

Η λέξη λατινικής προέλευσης "aggrego" μεταφρασμένη στα ρωσικά σημαίνει "συμμετοχή". Ο επιστημονικός όρος αναφέρεται στην κατάσταση του ίδιου σώματος, ουσίας. Η ύπαρξη στερεών, αερίων και υγρών σε συγκεκριμένες θερμοκρασίες και διαφορετικές πιέσεις είναι χαρακτηριστική για όλα τα κελύφη της Γης. Εκτός από τις τρεις βασικές καταστάσεις συνάθροισης, υπάρχει και μια τέταρτη. Σε αυξημένη θερμοκρασία και σταθερή πίεση, το αέριο μετατρέπεται σε πλάσμα. Για να κατανοήσουμε καλύτερα τι είναι η κατάσταση συσσωμάτωσης, είναι απαραίτητο να θυμόμαστε τα μικρότερα σωματίδια που συνθέτουν ουσίες και σώματα.

Το παραπάνω διάγραμμα δείχνει: α - αέριο; β—υγρό; γ είναι ένα συμπαγές σώμα. Σε τέτοιες εικόνες, οι κύκλοι υποδεικνύουν τα δομικά στοιχεία των ουσιών. Αυτό είναι ένα σύμβολο· στην πραγματικότητα, τα άτομα, τα μόρια και τα ιόντα δεν είναι συμπαγείς μπάλες. Τα άτομα αποτελούνται από έναν θετικά φορτισμένο πυρήνα γύρω από τον οποίο κινούνται αρνητικά φορτισμένα ηλεκτρόνια με μεγάλη ταχύτητα. Η γνώση σχετικά με τη μικροσκοπική δομή της ύλης βοηθά στην καλύτερη κατανόηση των διαφορών που υπάρχουν μεταξύ των διαφορετικών μορφών συσσωματωμάτων.

Ιδέες για τον μικρόκοσμο: από την αρχαία Ελλάδα έως τον 17ο αιώνα

Οι πρώτες πληροφορίες για τα σωματίδια που αποτελούν τα φυσικά σώματα εμφανίστηκαν στην Αρχαία Ελλάδα. Οι στοχαστές Δημόκριτος και Επίκουρος εισήγαγαν μια τέτοια έννοια όπως το άτομο. Πίστευαν ότι αυτά τα μικρότερα αδιαίρετα σωματίδια διαφορετικών ουσιών έχουν σχήμα, ορισμένα μεγέθη και είναι ικανά να κινούνται και να αλληλεπιδρούν μεταξύ τους. Ο ατομισμός έγινε η πιο εξελιγμένη διδασκαλία της αρχαίας Ελλάδας για την εποχή της. Όμως η ανάπτυξή του επιβραδύνθηκε τον Μεσαίωνα. Από τότε οι επιστήμονες διώχθηκαν από την Ιερά Εξέταση της Ρωμαιοκαθολικής Εκκλησίας. Ως εκ τούτου, μέχρι τη σύγχρονη εποχή, δεν υπήρχε σαφής αντίληψη για την κατάσταση της ύλης. Μόνο μετά τον 17ο αιώνα οι επιστήμονες R. Boyle, M. Lomonosov, D. Dalton, A. Lavoisier διατύπωσαν τις διατάξεις της ατομικής-μοριακής θεωρίας, οι οποίες δεν έχουν χάσει τη σημασία τους σήμερα.

Άτομα, μόρια, ιόντα - μικροσκοπικά σωματίδια της δομής της ύλης

Μια σημαντική ανακάλυψη στην κατανόηση του μικροκόσμου συνέβη τον 20ο αιώνα, όταν εφευρέθηκε το ηλεκτρονικό μικροσκόπιο. Λαμβάνοντας υπόψη τις ανακαλύψεις που έκαναν οι επιστήμονες νωρίτερα, ήταν δυνατό να δημιουργηθεί μια συνεκτική εικόνα του μικροκόσμου. Οι θεωρίες που περιγράφουν την κατάσταση και τη συμπεριφορά των μικρότερων σωματιδίων της ύλης είναι αρκετά περίπλοκες· σχετίζονται με το πεδίο της Για να κατανοήσουμε τα χαρακτηριστικά των διαφορετικών συνολικών καταστάσεων της ύλης, αρκεί να γνωρίζουμε τα ονόματα και τα χαρακτηριστικά των κύριων δομικών σωματιδίων που σχηματίζονται διαφορετικές ουσίες.

1. Τα άτομα είναι χημικά αδιαίρετα σωματίδια. Διατηρούνται σε χημικές αντιδράσεις, αλλά καταστρέφονται σε πυρηνικές αντιδράσεις. Τα μέταλλα και πολλές άλλες ουσίες ατομικής δομής έχουν στερεή κατάσταση συσσωμάτωσης υπό κανονικές συνθήκες.
2. Τα μόρια είναι σωματίδια που διασπώνται και σχηματίζονται σε χημικές αντιδράσεις. οξυγόνο, νερό, διοξείδιο του άνθρακα, θείο. Η φυσική κατάσταση του οξυγόνου, του αζώτου, του διοξειδίου του θείου, του άνθρακα, του οξυγόνου υπό κανονικές συνθήκες είναι αέρια.
3. Τα ιόντα είναι τα φορτισμένα σωματίδια που γίνονται τα άτομα και τα μόρια όταν αποκτούν ή χάνουν ηλεκτρόνια—μικροσκοπικά αρνητικά φορτισμένα σωματίδια. Πολλά άλατα έχουν ιοντική δομή, για παράδειγμα επιτραπέζιο αλάτι, θειικός σίδηρος και θειικός χαλκός.

Υπάρχουν ουσίες των οποίων τα σωματίδια βρίσκονται στο διάστημα με συγκεκριμένο τρόπο. Η διατεταγμένη αμοιβαία θέση των ατόμων, των ιόντων και των μορίων ονομάζεται κρυσταλλικό πλέγμα. Τυπικά, τα ιοντικά και ατομικά κρυσταλλικά πλέγματα είναι χαρακτηριστικά των στερεών, μοριακά - για υγρά και αέρια. Το διαμάντι διακρίνεται για την υψηλή σκληρότητά του. Το ατομικό του κρυσταλλικό πλέγμα σχηματίζεται από άτομα άνθρακα. Αλλά ο μαλακός γραφίτης αποτελείται επίσης από άτομα αυτού του χημικού στοιχείου. Μόνο που βρίσκονται διαφορετικά στο διάστημα. Η συνήθης κατάσταση συσσωμάτωσης του θείου είναι στερεή, αλλά σε υψηλές θερμοκρασίες η ουσία μετατρέπεται σε υγρή και άμορφη μάζα.

Ουσίες σε στερεή κατάσταση συσσωμάτωσης

Τα στερεά υπό κανονικές συνθήκες διατηρούν τον όγκο και το σχήμα τους. Για παράδειγμα, ένας κόκκος άμμου, ένας κόκκος ζάχαρης, αλάτι, ένα κομμάτι βράχου ή μετάλλου. Εάν ζεστάνετε τη ζάχαρη, η ουσία αρχίζει να λιώνει, μετατρέποντας σε ένα παχύρρευστο καφέ υγρό. Ας σταματήσουμε τη θέρμανση και θα ξαναπάρουμε στερεό. Αυτό σημαίνει ότι μία από τις κύριες προϋποθέσεις για τη μετάβαση ενός στερεού σε ένα υγρό είναι η θέρμανσή του ή η αύξηση της εσωτερικής ενέργειας των σωματιδίων της ουσίας. Η στερεά κατάσταση της συσσώρευσης του αλατιού, που χρησιμοποιείται για τα τρόφιμα, μπορεί επίσης να αλλάξει. Αλλά για να λιώσει το επιτραπέζιο αλάτι, χρειάζεται υψηλότερη θερμοκρασία από ό,τι όταν ζεσταίνουμε τη ζάχαρη. Το γεγονός είναι ότι η ζάχαρη αποτελείται από μόρια και το επιτραπέζιο αλάτι αποτελείται από φορτισμένα ιόντα που έλκονται πιο έντονα μεταξύ τους. Τα στερεά σε υγρή μορφή δεν διατηρούν το σχήμα τους γιατί καταστρέφονται τα κρυσταλλικά πλέγματα.

Η κατάσταση υγρού συσσωματώματος του άλατος κατά την τήξη εξηγείται από το σπάσιμο των δεσμών μεταξύ των ιόντων στους κρυστάλλους. Απελευθερώνονται φορτισμένα σωματίδια που μπορούν να μεταφέρουν ηλεκτρικά φορτία. Τα τηγμένα άλατα φέρουν ηλεκτρισμό και είναι αγωγοί. Στη χημική, τη μεταλλουργική και τη μηχανική βιομηχανία, τα στερεά μετατρέπονται σε υγρά για να παράγουν νέες ενώσεις ή να τους δώσουν διαφορετικές μορφές. Τα κράματα μετάλλων έχουν γίνει ευρέως διαδεδομένα. Υπάρχουν διάφοροι τρόποι απόκτησής τους, που σχετίζονται με αλλαγές στην κατάσταση συσσώρευσης στερεών πρώτων υλών.

Το υγρό είναι μία από τις βασικές καταστάσεις συσσωμάτωσης

Εάν ρίξετε 50 ml νερού σε μια φιάλη με στρογγυλό πάτο, θα παρατηρήσετε ότι η ουσία θα πάρει αμέσως το σχήμα χημικού δοχείου. Μόλις όμως ρίξουμε το νερό από τη φιάλη, το υγρό θα απλωθεί αμέσως στην επιφάνεια του τραπεζιού. Ο όγκος του νερού θα παραμείνει ο ίδιος - 50 ml, αλλά το σχήμα του θα αλλάξει. Τα αναφερόμενα χαρακτηριστικά είναι χαρακτηριστικά της υγρής μορφής ύπαρξης της ύλης. Πολλές οργανικές ουσίες είναι υγρές: αλκοόλες, φυτικά έλαια, οξέα.

Το γάλα είναι ένα γαλάκτωμα, δηλαδή ένα υγρό που περιέχει σταγονίδια λίπους. Ένας χρήσιμος υγρός πόρος είναι το πετρέλαιο. Εξάγεται από πηγάδια χρησιμοποιώντας γεωτρήσεις στη στεριά και στον ωκεανό. Το θαλασσινό νερό είναι επίσης πρώτη ύλη για τη βιομηχανία. Η διαφορά του από το γλυκό νερό των ποταμών και των λιμνών έγκειται στην περιεκτικότητα σε διαλυμένες ουσίες, κυρίως σε άλατα. Κατά την εξάτμιση από την επιφάνεια των δεξαμενών, μόνο τα μόρια H 2 O περνούν σε κατάσταση ατμού, παραμένουν διαλυμένες ουσίες. Σε αυτή την ιδιότητα βασίζονται οι μέθοδοι λήψης χρήσιμων ουσιών από το θαλασσινό νερό και οι μέθοδοι καθαρισμού του.

Όταν αφαιρεθούν τελείως τα άλατα, λαμβάνεται απεσταγμένο νερό. Βράζει στους 100°C και παγώνει στους 0°C. Οι άλμη βράζουν και μετατρέπονται σε πάγο σε άλλες θερμοκρασίες. Για παράδειγμα, το νερό στον Αρκτικό Ωκεανό παγώνει σε θερμοκρασία επιφάνειας 2 °C.

Η φυσική κατάσταση του υδραργύρου υπό κανονικές συνθήκες είναι υγρή. Αυτό το ασημί-γκρι μέταλλο χρησιμοποιείται συνήθως για την πλήρωση ιατρικών θερμομέτρων. Όταν θερμαίνεται, η στήλη υδραργύρου ανεβαίνει στην κλίμακα και η ουσία διαστέλλεται. Γιατί χρησιμοποιείται οινόπνευμα βαμμένο με κόκκινο χρώμα και όχι υδράργυρος; Αυτό εξηγείται από τις ιδιότητες του υγρού μετάλλου. Σε παγετούς 30 μοιρών, η κατάσταση συσσώρευσης του υδραργύρου αλλάζει, η ουσία γίνεται στερεή.

Εάν το ιατρικό θερμόμετρο σπάσει και ο υδράργυρος χυθεί, τότε είναι επικίνδυνο να μαζέψετε τις ασημένιες μπάλες με τα χέρια σας. Είναι επιβλαβές η εισπνοή ατμών υδραργύρου· αυτή η ουσία είναι πολύ τοξική. Σε τέτοιες περιπτώσεις, τα παιδιά πρέπει να απευθύνονται στους γονείς και τους ενήλικες για βοήθεια.

Αέρια κατάσταση

Τα αέρια δεν μπορούν να διατηρήσουν ούτε τον όγκο ούτε το σχήμα τους. Ας γεμίσουμε τη φιάλη μέχρι πάνω με οξυγόνο (ο χημικός της τύπος είναι Ο2). Μόλις ανοίξουμε τη φιάλη, τα μόρια της ουσίας θα αρχίσουν να αναμιγνύονται με τον αέρα του δωματίου. Αυτό συμβαίνει λόγω της κίνησης Brown. Ακόμη και ο αρχαίος Έλληνας επιστήμονας Δημόκριτος πίστευε ότι τα σωματίδια της ύλης βρίσκονται σε συνεχή κίνηση. Στα στερεά, υπό κανονικές συνθήκες, τα άτομα, τα μόρια και τα ιόντα δεν έχουν την ευκαιρία να εγκαταλείψουν το κρυσταλλικό πλέγμα ή να απελευθερωθούν από δεσμούς με άλλα σωματίδια. Αυτό είναι δυνατό μόνο όταν παρέχεται μεγάλη ποσότητα ενέργειας από έξω.

Στα υγρά, η απόσταση μεταξύ των σωματιδίων είναι ελαφρώς μεγαλύτερη από ό,τι στα στερεά· απαιτούν λιγότερη ενέργεια για τη διάσπαση των διαμοριακών δεσμών. Για παράδειγμα, η υγρή κατάσταση του οξυγόνου παρατηρείται μόνο όταν η θερμοκρασία του αερίου μειωθεί στους -183 °C. Στους -223 °C, τα μόρια O 2 σχηματίζουν ένα στερεό. Όταν η θερμοκρασία ανεβαίνει πάνω από αυτές τις τιμές, το οξυγόνο μετατρέπεται σε αέριο. Σε αυτή τη μορφή βρίσκεται υπό κανονικές συνθήκες. Οι βιομηχανικές επιχειρήσεις λειτουργούν ειδικές εγκαταστάσεις διαχωρισμού ατμοσφαιρικού αέρα και λήψης αζώτου και οξυγόνου από αυτόν. Αρχικά, ο αέρας ψύχεται και υγροποιείται και στη συνέχεια η θερμοκρασία αυξάνεται σταδιακά. Το άζωτο και το οξυγόνο μετατρέπονται σε αέρια υπό διαφορετικές συνθήκες.

Η ατμόσφαιρα της Γης περιέχει 21% κατ' όγκο οξυγόνο και 78% άζωτο. Αυτές οι ουσίες δεν βρίσκονται σε υγρή μορφή στο αέριο κέλυφος του πλανήτη. Το υγρό οξυγόνο έχει ανοιχτό μπλε χρώμα και χρησιμοποιείται για την πλήρωση κυλίνδρων σε υψηλή πίεση για χρήση σε ιατρικούς χώρους. Στη βιομηχανία και τις κατασκευές, τα υγροποιημένα αέρια χρειάζονται για την πραγματοποίηση πολλών διεργασιών. Το οξυγόνο χρειάζεται για τη συγκόλληση με αέριο και την κοπή μετάλλων και στη χημεία για τις αντιδράσεις οξείδωσης ανόργανων και οργανικών ουσιών. Αν ανοίξετε τη βαλβίδα μιας φιάλης οξυγόνου, η πίεση μειώνεται και το υγρό μετατρέπεται σε αέριο.

Το υγροποιημένο προπάνιο, το μεθάνιο και το βουτάνιο χρησιμοποιούνται ευρέως στην ενέργεια, τις μεταφορές, τη βιομηχανία και τις οικιακές δραστηριότητες. Αυτές οι ουσίες λαμβάνονται από φυσικό αέριο ή κατά τη διάσπαση (διάσπαση) της πρώτης ύλης πετρελαίου. Τα υγρά και αέρια μείγματα άνθρακα διαδραματίζουν σημαντικό ρόλο στις οικονομίες πολλών χωρών. Όμως τα αποθέματα πετρελαίου και φυσικού αερίου εξαντλούνται σημαντικά. Σύμφωνα με τους επιστήμονες, αυτή η πρώτη ύλη θα διαρκέσει για 100-120 χρόνια. Μια εναλλακτική πηγή ενέργειας είναι η ροή του αέρα (άνεμος). Τα γρήγορα ρέοντα ποτάμια και οι παλίρροιες στις ακτές των θαλασσών και των ωκεανών χρησιμοποιούνται για τη λειτουργία σταθμών παραγωγής ενέργειας.

Το οξυγόνο, όπως και άλλα αέρια, μπορεί να βρίσκεται στην τέταρτη κατάσταση συσσωμάτωσης, αντιπροσωπεύοντας ένα πλάσμα. Η ασυνήθιστη μετάβαση από τη στερεά στην αέρια κατάσταση είναι χαρακτηριστικό γνώρισμα του κρυσταλλικού ιωδίου. Η σκούρα μοβ ουσία υφίσταται εξάχνωση - μετατρέπεται σε αέριο, παρακάμπτοντας την υγρή κατάσταση.

Πώς γίνονται οι μεταβάσεις από τη μια αθροιστική μορφή ύλης στην άλλη;

Οι αλλαγές στη συνολική κατάσταση των ουσιών δεν συνδέονται με χημικούς μετασχηματισμούς, αυτά είναι φυσικά φαινόμενα. Καθώς η θερμοκρασία αυξάνεται, πολλά στερεά λιώνουν και μετατρέπονται σε υγρά. Μια περαιτέρω αύξηση της θερμοκρασίας μπορεί να οδηγήσει σε εξάτμιση, δηλαδή στην αέρια κατάσταση της ουσίας. Στη φύση και την οικονομία, τέτοιες μεταβάσεις είναι χαρακτηριστικές μιας από τις κύριες ουσίες στη Γη. Ο πάγος, το υγρό, ο ατμός είναι καταστάσεις του νερού κάτω από διαφορετικές εξωτερικές συνθήκες. Η ένωση είναι η ίδια, ο τύπος της είναι H 2 O. Σε θερμοκρασία 0 ° C και κάτω από αυτή την τιμή, το νερό κρυσταλλώνεται, δηλαδή μετατρέπεται σε πάγο. Καθώς η θερμοκρασία αυξάνεται, οι κρύσταλλοι που προκύπτουν καταστρέφονται - ο πάγος λιώνει και λαμβάνεται και πάλι υγρό νερό. Όταν θερμαίνεται, σχηματίζεται εξάτμιση - η μετατροπή του νερού σε αέριο - ακόμα και σε χαμηλές θερμοκρασίες. Για παράδειγμα, οι παγωμένες λακκούβες εξαφανίζονται σταδιακά επειδή το νερό εξατμίζεται. Ακόμη και σε παγωμένο καιρό, τα βρεγμένα ρούχα στεγνώνουν, αλλά αυτή η διαδικασία διαρκεί περισσότερο από ό,τι σε μια ζεστή μέρα.

Όλες οι αναφερόμενες μεταβάσεις του νερού από τη μια κατάσταση στην άλλη έχουν μεγάλη σημασία για τη φύση της Γης. Τα ατμοσφαιρικά φαινόμενα, το κλίμα και οι καιρικές συνθήκες συνδέονται με την εξάτμιση του νερού από την επιφάνεια του Παγκοσμίου Ωκεανού, τη μεταφορά υγρασίας με τη μορφή νεφών και ομίχλης στη γη και τις βροχοπτώσεις (βροχή, χιόνι, χαλάζι). Αυτά τα φαινόμενα αποτελούν τη βάση του παγκόσμιου κύκλου του νερού στη φύση.

Πώς αλλάζουν οι αθροιστικές καταστάσεις του θείου;

Υπό κανονικές συνθήκες, το θείο είναι φωτεινοί γυαλιστεροί κρύσταλλοι ή ανοιχτοκίτρινη σκόνη, δηλαδή είναι μια στερεή ουσία. Η φυσική κατάσταση του θείου αλλάζει όταν θερμαίνεται. Πρώτον, όταν η θερμοκρασία ανεβαίνει στους 190 °C, η κίτρινη ουσία λιώνει και μετατρέπεται σε κινητό υγρό.

Εάν ρίξετε γρήγορα υγρό θείο σε κρύο νερό, θα έχετε μια καφέ άμορφη μάζα. Με περαιτέρω θέρμανση του τήγματος θείου, γίνεται όλο και πιο παχύρρευστο και σκουραίνει. Σε θερμοκρασίες άνω των 300 °C, η κατάσταση συσσωμάτωσης του θείου αλλάζει ξανά, η ουσία αποκτά τις ιδιότητες υγρού και γίνεται κινητή. Αυτές οι μεταβάσεις προκύπτουν λόγω της ικανότητας των ατόμων ενός στοιχείου να σχηματίζουν αλυσίδες διαφορετικού μήκους.

Γιατί οι ουσίες μπορούν να βρίσκονται σε διαφορετικές φυσικές καταστάσεις;

Η κατάσταση συσσωμάτωσης του θείου, μιας απλής ουσίας, είναι στερεή υπό κανονικές συνθήκες. Το διοξείδιο του θείου είναι αέριο, το θειικό οξύ είναι ένα ελαιώδες υγρό βαρύτερο από το νερό. Σε αντίθεση με το υδροχλωρικό και το νιτρικό οξύ, δεν είναι πτητικό· τα μόρια δεν εξατμίζονται από την επιφάνειά του. Τι κατάσταση συσσωμάτωσης έχει το πλαστικό θείο, το οποίο προκύπτει από τη θέρμανση των κρυστάλλων;

Στην άμορφη μορφή της, η ουσία έχει τη δομή ενός υγρού, με ασήμαντη ρευστότητα. Αλλά το πλαστικό θείο διατηρεί ταυτόχρονα το σχήμα του (ως στερεό). Υπάρχουν υγροί κρύσταλλοι που έχουν μια σειρά από χαρακτηριστικές ιδιότητες των στερεών. Έτσι, η κατάσταση μιας ουσίας υπό διαφορετικές συνθήκες εξαρτάται από τη φύση, τη θερμοκρασία, την πίεση και άλλες εξωτερικές συνθήκες.

Ποια χαρακτηριστικά υπάρχουν στη δομή των στερεών;

Οι υπάρχουσες διαφορές μεταξύ των βασικών αθροιστικών καταστάσεων της ύλης εξηγούνται από την αλληλεπίδραση μεταξύ ατόμων, ιόντων και μορίων. Για παράδειγμα, γιατί η στερεά κατάσταση της ύλης οδηγεί στην ικανότητα των σωμάτων να διατηρούν όγκο και σχήμα; Στο κρυσταλλικό πλέγμα ενός μετάλλου ή ενός άλατος, τα δομικά σωματίδια έλκονται μεταξύ τους. Στα μέταλλα, τα θετικά φορτισμένα ιόντα αλληλεπιδρούν με αυτό που ονομάζεται «αέριο ηλεκτρονίων», μια συλλογή ελεύθερων ηλεκτρονίων σε ένα κομμάτι μετάλλου. Οι κρύσταλλοι αλατιού προκύπτουν λόγω της έλξης αντίθετα φορτισμένων σωματιδίων - ιόντων. Η απόσταση μεταξύ των παραπάνω δομικών μονάδων στερεών είναι πολύ μικρότερη από τα μεγέθη των ίδιων των σωματιδίων. Σε αυτή την περίπτωση, ενεργεί η ηλεκτροστατική έλξη, προσδίδει δύναμη, αλλά η απώθηση δεν είναι αρκετά δυνατή.

Για να καταστραφεί η στερεά κατάσταση συσσωμάτωσης μιας ουσίας, πρέπει να καταβληθεί προσπάθεια. Τα μέταλλα, τα άλατα και οι ατομικοί κρύσταλλοι λιώνουν σε πολύ υψηλές θερμοκρασίες. Για παράδειγμα, ο σίδηρος γίνεται υγρός σε θερμοκρασίες πάνω από 1538 °C. Το βολφράμιο είναι πυρίμαχο και χρησιμοποιείται για την κατασκευή νημάτων πυρακτώσεως για λαμπτήρες. Υπάρχουν κράματα που γίνονται υγρά σε θερμοκρασίες πάνω από 3000 °C. Πολλά στη Γη βρίσκονται σε στερεή κατάσταση. Αυτές οι πρώτες ύλες εξορύσσονται με χρήση τεχνολογίας σε ορυχεία και λατομεία.

Για να διαχωριστεί έστω και ένα ιόν από έναν κρύσταλλο, πρέπει να δαπανηθεί μεγάλη ποσότητα ενέργειας. Αρκεί όμως να διαλυθεί το αλάτι στο νερό για να διαλυθεί το κρυσταλλικό πλέγμα! Αυτό το φαινόμενο εξηγείται από τις εκπληκτικές ιδιότητες του νερού ως πολικού διαλύτη. Τα μόρια H 2 O αλληλεπιδρούν με ιόντα άλατος, καταστρέφοντας τον χημικό δεσμό μεταξύ τους. Έτσι, η διάλυση δεν είναι μια απλή ανάμειξη διαφορετικών ουσιών, αλλά μια φυσικοχημική αλληλεπίδραση μεταξύ τους.

Πώς αλληλεπιδρούν τα υγρά μόρια;

Το νερό μπορεί να είναι υγρό, στερεό και αέριο (ατμός). Αυτές είναι οι βασικές καταστάσεις της συσσώρευσης υπό κανονικές συνθήκες. Τα μόρια του νερού αποτελούνται από ένα άτομο οξυγόνου στο οποίο συνδέονται δύο άτομα υδρογόνου. Εμφανίζεται πόλωση του χημικού δεσμού στο μόριο και ένα μερικό αρνητικό φορτίο εμφανίζεται στα άτομα οξυγόνου. Το υδρογόνο γίνεται ο θετικός πόλος στο μόριο, που έλκεται από το άτομο οξυγόνου ενός άλλου μορίου. Αυτό ονομάζεται «δεσμός υδρογόνου».

Η υγρή κατάσταση συσσωμάτωσης χαρακτηρίζεται από αποστάσεις μεταξύ των δομικών σωματιδίων συγκρίσιμες με τα μεγέθη τους. Η έλξη υπάρχει, αλλά είναι αδύναμη, οπότε το νερό δεν διατηρεί το σχήμα του. Η εξάτμιση συμβαίνει λόγω της καταστροφής των δεσμών που συμβαίνει στην επιφάνεια του υγρού ακόμη και σε θερμοκρασία δωματίου.

Υπάρχουν διαμοριακές αλληλεπιδράσεις στα αέρια;

Η αέρια κατάσταση μιας ουσίας διαφέρει από την υγρή και τη στερεή σε έναν αριθμό παραμέτρων. Υπάρχουν μεγάλα κενά μεταξύ των δομικών σωματιδίων των αερίων, πολύ μεγαλύτερα από τα μεγέθη των μορίων. Σε αυτή την περίπτωση, οι δυνάμεις έλξης δεν δρουν καθόλου. Η αέρια κατάσταση συσσωμάτωσης είναι χαρακτηριστική των ουσιών που υπάρχουν στον αέρα: άζωτο, οξυγόνο, διοξείδιο του άνθρακα. Στην παρακάτω εικόνα, ο πρώτος κύβος είναι γεμάτος με αέριο, ο δεύτερος με υγρό και ο τρίτος με στερεό.

Πολλά υγρά είναι πτητικά· τα μόρια της ουσίας αποσπώνται από την επιφάνειά τους και πηγαίνουν στον αέρα. Για παράδειγμα, αν φέρετε μια μπατονέτα βουτηγμένη σε αμμωνία στο άνοιγμα μιας ανοιχτής φιάλης υδροχλωρικού οξέος, εμφανίζεται λευκός καπνός. Μια χημική αντίδραση μεταξύ υδροχλωρικού οξέος και αμμωνίας συμβαίνει ακριβώς στον αέρα, παράγοντας χλωριούχο αμμώνιο. Σε ποια κατάσταση συσσωμάτωσης βρίσκεται αυτή η ουσία; Τα σωματίδια του που σχηματίζουν λευκό καπνό είναι μικροσκοπικοί στερεοί κρύσταλλοι αλατιού. Αυτό το πείραμα πρέπει να γίνει κάτω από κουκούλα· οι ουσίες είναι τοξικές.

συμπέρασμα

Η κατάσταση της συσσώρευσης αερίου μελετήθηκε από πολλούς εξαιρετικούς φυσικούς και χημικούς: Avogadro, Boyle, Gay-Lussac, Clayperon, Mendeleev, Le Chatelier. Οι επιστήμονες έχουν διατυπώσει νόμους που εξηγούν τη συμπεριφορά των αερίων ουσιών σε χημικές αντιδράσεις όταν αλλάζουν οι εξωτερικές συνθήκες. Τα ανοιχτά μοτίβα δεν περιλαμβάνονταν μόνο στα σχολικά και πανεπιστημιακά εγχειρίδια για τη φυσική και τη χημεία. Πολλές χημικές βιομηχανίες βασίζονται στη γνώση σχετικά με τη συμπεριφορά και τις ιδιότητες των ουσιών σε διαφορετικές καταστάσεις συσσωμάτωσης.

Διάλεξη 4. Συγκεντρωτικές καταστάσεις της ύλης

1. Στερεά κατάσταση της ύλης.

2. Υγρή κατάσταση της ύλης.

3. Αέρια κατάσταση της ύλης.

Οι ουσίες μπορούν να βρίσκονται σε τρεις καταστάσεις συσσωμάτωσης: στερεές, υγρές και αέριες. Σε πολύ υψηλές θερμοκρασίες, εμφανίζεται ένας τύπος αέριας κατάστασης - πλάσμα (κατάσταση πλάσματος).

1. Η στερεά κατάσταση της ύλης χαρακτηρίζεται από το γεγονός ότι η ενέργεια αλληλεπίδρασης μεταξύ των σωματιδίων είναι μεγαλύτερη από την κινητική ενέργεια της κίνησής τους. Οι περισσότερες ουσίες σε στερεά κατάσταση έχουν κρυσταλλική δομή. Κάθε ουσία σχηματίζει κρυστάλλους συγκεκριμένου σχήματος. Για παράδειγμα, το χλωριούχο νάτριο έχει κρυστάλλους σε μορφή κύβων, η στυπτηρία με τη μορφή οκταέδρων και το νιτρικό νάτριο με τη μορφή πρισμάτων.

Η κρυσταλλική μορφή της ουσίας είναι η πιο σταθερή. Η διάταξη των σωματιδίων σε ένα στερεό απεικονίζεται με τη μορφή ενός πλέγματος, στους κόμβους του οποίου υπάρχουν ορισμένα σωματίδια που συνδέονται με φανταστικές γραμμές. Υπάρχουν τέσσερις κύριοι τύποι κρυσταλλικών δικτύων: ατομικό, μοριακό, ιοντικό και μεταλλικό.

Ατομικό κρυσταλλικό πλέγμασχηματίζεται από ουδέτερα άτομα που συνδέονται με ομοιοπολικούς δεσμούς (διαμάντι, γραφίτης, πυρίτιο). Μοριακό κρυσταλλικό πλέγμαέχουν ναφθαλίνη, σακχαρόζη, γλυκόζη. Τα δομικά στοιχεία αυτού του πλέγματος είναι πολικά και μη πολικά μόρια. Ιωνικό κρυσταλλικό πλέγμασχηματίζεται από θετικά και αρνητικά φορτισμένα ιόντα (χλωριούχο νάτριο, χλωριούχο κάλιο) που εναλλάσσονται τακτικά στο χώρο. Όλα τα μέταλλα έχουν μεταλλικό κρυσταλλικό πλέγμα. Οι κόμβοι του περιέχουν θετικά φορτισμένα ιόντα, μεταξύ των οποίων υπάρχουν ηλεκτρόνια σε ελεύθερη κατάσταση.

Οι κρυσταλλικές ουσίες έχουν μια σειρά από χαρακτηριστικά. Ένα από αυτά είναι η ανισοτροπία - η ανομοιότητα των φυσικών ιδιοτήτων ενός κρυστάλλου σε διαφορετικές κατευθύνσεις μέσα στον κρύσταλλο.

2. Στην υγρή κατάσταση της ύλης, η ενέργεια της διαμοριακής αλληλεπίδρασης των σωματιδίων είναι ανάλογη με την κινητική ενέργεια της κίνησής τους. Αυτή η κατάσταση είναι ενδιάμεση μεταξύ αερίου και κρυσταλλικού. Σε αντίθεση με τα αέρια, μεγάλες δυνάμεις αμοιβαίας έλξης δρουν μεταξύ των υγρών μορίων, γεγονός που καθορίζει τη φύση της μοριακής κίνησης. Η θερμική κίνηση ενός μορίου υγρού περιλαμβάνει δονητική και μεταφραστική. Κάθε μόριο ταλαντώνεται γύρω από ένα συγκεκριμένο σημείο ισορροπίας για κάποιο χρονικό διάστημα, και στη συνέχεια κινείται και παίρνει ξανά μια θέση ισορροπίας. Αυτό καθορίζει τη ρευστότητά του. Οι δυνάμεις της διαμοριακής έλξης εμποδίζουν τα μόρια να μετακινηθούν μακριά το ένα από το άλλο όταν κινούνται.

Οι ιδιότητες των υγρών εξαρτώνται επίσης από τον όγκο των μορίων και το σχήμα της επιφάνειάς τους. Αν τα μόρια του υγρού είναι πολικά, τότε συνδυάζονται (συσχετίζονται) σε ένα σύμπλοκο σύμπλοκο. Τέτοια υγρά ονομάζονται συνδεδεμένα (νερό, ακετόνη, αλκοόλ). Τα Οʜᴎ έχουν υψηλότερο t kip, έχουν χαμηλότερη μεταβλητότητα και υψηλότερη διηλεκτρική σταθερά.

Όπως γνωρίζετε, τα υγρά έχουν επιφανειακή τάση. Επιφανειακή τάση- ϶ᴛᴏ επιφανειακή ενέργεια ανά μονάδα επιφάνειας: ϭ = E/S, όπου ϭ είναι επιφανειακή τάση. E – επιφανειακή ενέργεια. S – εμβαδόν επιφάνειας. Όσο ισχυρότεροι είναι οι διαμοριακοί δεσμοί σε ένα υγρό, τόσο μεγαλύτερη είναι η επιφανειακή του τάση. Οι ουσίες που μειώνουν την επιφανειακή τάση ονομάζονται επιφανειοδραστικές ουσίες.

Μια άλλη ιδιότητα των υγρών είναι το ιξώδες. Το ιξώδες είναι η αντίσταση που εμφανίζεται όταν ορισμένα στρώματα ενός υγρού κινούνται σε σχέση με άλλα όταν αυτό κινείται. Ορισμένα υγρά έχουν υψηλό ιξώδες (μέλι, μάλα), ενώ άλλα έχουν χαμηλό ιξώδες (νερό, αιθυλική αλκοόλη).

3. Στην αέρια κατάσταση μιας ουσίας, η ενέργεια της διαμοριακής αλληλεπίδρασης των σωματιδίων είναι μικρότερη από την κινητική τους ενέργεια. Για το λόγο αυτό, τα μόρια αερίου δεν συγκρατούνται μεταξύ τους, αλλά κινούνται ελεύθερα στον όγκο. Τα αέρια χαρακτηρίζονται από τις ακόλουθες ιδιότητες: 1) ομοιόμορφη κατανομή σε όλο τον όγκο του δοχείου στο οποίο βρίσκονται. 2) χαμηλή πυκνότητα σε σύγκριση με υγρά και στερεά. 3) εύκολη συμπίεση.

Σε ένα αέριο, τα μόρια βρίσκονται σε πολύ μεγάλη απόσταση το ένα από το άλλο, οι δυνάμεις έλξης μεταξύ τους είναι μικρές. Σε μεγάλες αποστάσεις μεταξύ των μορίων, αυτές οι δυνάμεις πρακτικά απουσιάζουν. Ένα αέριο σε αυτή την κατάσταση συνήθως ονομάζεται ιδανικό. Τα πραγματικά αέρια σε υψηλές πιέσεις και χαμηλές θερμοκρασίες δεν υπακούουν στην εξίσωση κατάστασης ενός ιδανικού αερίου (εξίσωση Mendeleev-Clapeyron), αφού υπό αυτές τις συνθήκες αρχίζουν να εμφανίζονται δυνάμεις αλληλεπίδρασης μεταξύ των μορίων.