: [σε 30 τόμους] / κεφ. εκδ. A. M. Prokhorov; 1969-1978, τ. 1).
Η πιο διαδεδομένη γνώση είναι για τρεις καταστάσεις συσσωμάτωσης: υγρό, στερεό, αέριο, μερικές φορές σκέφτονται για πλάσμα, λιγότερο συχνά υγρό κρύσταλλο. Πρόσφατους χρόνουςΜια λίστα με 17 φάσεις της ύλης, από τον διάσημο () Stephen Fry, έχει διαδοθεί στο Διαδίκτυο. Ως εκ τούτου, θα μιλήσουμε για αυτούς με περισσότερες λεπτομέρειες, γιατί. θα πρέπει να γνωρίζει κανείς λίγο περισσότερα για την ύλη, έστω και μόνο για να κατανοήσει καλύτερα τις διαδικασίες που λαμβάνουν χώρα στο Σύμπαν.
Ο κατάλογος των αθροιστικών καταστάσεων της ύλης που δίνεται παρακάτω αυξάνεται από την ψυχρότερη κατάσταση στην πιο καυτή και ούτω καθεξής. μπορεί να συνεχιστεί. Ταυτόχρονα, θα πρέπει να γίνει κατανοητό ότι από την αέρια κατάσταση (Νο. 11), ο πιο «διογκωμένος», και στις δύο πλευρές της λίστας, ο βαθμός συμπίεσης της ύλης και η πίεσή της (με κάποιες επιφυλάξεις για τέτοιες ανεξερεύνητες υποθετικές καταστάσεις ως κβαντικές, ακτίνες ή ασθενώς συμμετρικές) αυξάνονται.Μετά το κείμενο δίνεται ένα οπτικό γράφημα των μεταπτώσεων φάσης της ύλης.
1. Κβαντική- η κατάσταση συσσωμάτωσης της ύλης, που επιτυγχάνεται όταν η θερμοκρασία πέσει στο απόλυτο μηδέν, με αποτέλεσμα να εξαφανίζονται οι εσωτερικοί δεσμοί και η ύλη να θρυμματίζεται σε ελεύθερα κουάρκ.
2. Συμπύκνωμα Bose-Einstein- η αθροιστική κατάσταση της ύλης, η οποία βασίζεται σε μποζόνια που ψύχονται σε θερμοκρασίες κοντά στο απόλυτο μηδέν (λιγότερο από ένα εκατομμυριοστό του βαθμού πάνω από το απόλυτο μηδέν). Σε μια τόσο έντονα ψυχρή κατάσταση, ένας αρκετά μεγάλος αριθμός ατόμων βρίσκονται στην ελάχιστη δυνατή κβαντική τους κατάσταση και τα κβαντικά φαινόμενα αρχίζουν να εκδηλώνονται σε μακροσκοπικό επίπεδο. Ένα συμπύκνωμα Bose-Einstein (συχνά αναφέρεται ως "συμπύκνωμα Bose" ή απλά "πίσω") εμφανίζεται όταν ψύχετε το ένα ή το άλλο χημικό στοιχείοσε εξαιρετικά χαμηλές θερμοκρασίες (συνήθως λίγο πάνω από το απόλυτο μηδέν, μείον 273 βαθμούς Κελσίου, η θεωρητική θερμοκρασία στην οποία όλα σταματούν να κινούνται).
Εδώ αρχίζουν να συμβαίνουν περίεργα πράγματα. Διεργασίες που συνήθως παρατηρούνται μόνο σε ατομικό επίπεδο συμβαίνουν τώρα σε κλίμακες αρκετά μεγάλες ώστε να παρατηρούνται με γυμνό μάτι. Για παράδειγμα, εάν τοποθετήσετε "πίσω" σε ένα ποτήρι ζέσεως και παρέχετε το επιθυμητό καθεστώς θερμοκρασίας, η ουσία θα αρχίσει να σέρνεται στον τοίχο και τελικά θα βγει μόνη της.
Προφανώς, εδώ έχουμε να κάνουμε με μια μάταιη προσπάθεια της ύλης να μειώσει τη δική της ενέργεια (η οποία βρίσκεται ήδη στο χαμηλότερο από όλα τα δυνατά επίπεδα).
Η επιβράδυνση των ατόμων χρησιμοποιώντας ψυκτικό εξοπλισμό παράγει μια μοναδική κβαντική κατάσταση γνωστή ως συμπύκνωμα Bose ή Bose-Einstein. Αυτό το φαινόμενο είχε προβλεφθεί το 1925 από τον A. Einstein, ως αποτέλεσμα της γενίκευσης του έργου του S. Bose, όπου κατασκευάστηκε στατιστική μηχανική για σωματίδια, που κυμαίνονταν από φωτόνια χωρίς μάζα έως άτομα με μάζα (χειρόγραφο του Einstein, το οποίο θεωρήθηκε χαμένο, βρέθηκε στη βιβλιοθήκη του Πανεπιστημίου του Leiden το 2005 ). Το αποτέλεσμα των προσπαθειών του Bose και του Einstein ήταν η έννοια του Bose για ένα αέριο που υπόκειται στις στατιστικές Bose-Einstein, η οποία περιγράφει στατιστική κατανομήπανομοιότυπα σωματίδια με ακέραιο σπιν, που ονομάζονται μποζόνια. Τα μποζόνια, τα οποία είναι, για παράδειγμα, και μεμονωμένα στοιχειώδη σωματίδια - φωτόνια και ολόκληρα άτομα, μπορούν να βρίσκονται μεταξύ τους στις ίδιες κβαντικές καταστάσεις. Ο Αϊνστάιν πρότεινε ότι η ψύξη των ατόμων - μποζονίων σε πολύ χαμηλές θερμοκρασίες, θα τα έκανε να πάνε (ή, με άλλα λόγια, να συμπυκνωθούν) στη χαμηλότερη δυνατή κβαντική κατάσταση. Το αποτέλεσμα μιας τέτοιας συμπύκνωσης θα είναι η εμφάνιση μιας νέας μορφής ύλης.
Αυτή η μετάβαση συμβαίνει κάτω από την κρίσιμη θερμοκρασία, η οποία είναι για ένα ομοιογενές τρισδιάστατο αέριο που αποτελείται από μη αλληλεπιδρώντα σωματίδια χωρίς εσωτερικούς βαθμούς ελευθερίας.
3. Φερμιονικό συμπύκνωμα- η κατάσταση συσσωμάτωσης μιας ουσίας, παρόμοια με την υποστήριξη, αλλά διαφορετική στη δομή. Όταν πλησιάζουν το απόλυτο μηδέν, τα άτομα συμπεριφέρονται διαφορετικά ανάλογα με το μέγεθος της δικής τους γωνιακής ορμής (σπιν). Τα μποζόνια έχουν σπιν ακέραιου αριθμού, ενώ τα φερμιόνια έχουν σπιν πολλαπλάσια του 1/2 (1/2, 3/2, 5/2). Τα φερμιόνια υπακούουν στην αρχή αποκλεισμού Pauli, η οποία δηλώνει ότι δύο φερμιόνια δεν μπορούν να έχουν την ίδια κβαντική κατάσταση. Για τα μποζόνια, δεν υπάρχει τέτοια απαγόρευση, και επομένως έχουν την ευκαιρία να υπάρχουν σε μια κβαντική κατάσταση και έτσι να σχηματίσουν το λεγόμενο συμπύκνωμα Bose-Einstein. Η διαδικασία σχηματισμού αυτού του συμπυκνώματος είναι υπεύθυνη για τη μετάβαση στην υπεραγώγιμη κατάσταση.
Τα ηλεκτρόνια έχουν σπιν 1/2 και επομένως είναι φερμιόνια. Συνδυάζονται σε ζεύγη (τα λεγόμενα ζεύγη Cooper), τα οποία στη συνέχεια σχηματίζουν ένα συμπύκνωμα Bose.
Αμερικανοί επιστήμονες προσπάθησαν να αποκτήσουν ένα είδος μορίου από άτομα φερμιονίων με βαθιά ψύξη. Η διαφορά από τα πραγματικά μόρια ήταν ότι δεν υπήρχαν χημικός δεσμός- απλώς κινήθηκαν μαζί, με συσχετισμένο τρόπο. Ο δεσμός μεταξύ των ατόμων αποδείχθηκε ακόμη ισχυρότερος από ό,τι μεταξύ ηλεκτρονίων στα ζεύγη Cooper. Για τα ζεύγη φερμιονίων που σχηματίζονται, το συνολικό σπιν δεν είναι πλέον πολλαπλάσιο του 1/2, επομένως, συμπεριφέρονται ήδη σαν μποζόνια και μπορούν να σχηματίσουν ένα συμπύκνωμα Bose με μία μόνο κβαντική κατάσταση. Κατά τη διάρκεια του πειράματος, ένα αέριο ατόμων καλίου-40 ψύχθηκε στα 300 νανοκελβίνια, ενώ το αέριο ήταν εγκλεισμένο σε μια λεγόμενη οπτική παγίδα. Στη συνέχεια εφαρμόστηκε ένα εξωτερικό μαγνητικό πεδίο, με τη βοήθεια του οποίου ήταν δυνατή η αλλαγή της φύσης των αλληλεπιδράσεων μεταξύ των ατόμων - αντί για ισχυρή απώθηση, άρχισε να παρατηρείται ισχυρή έλξη. Κατά την ανάλυση της επίδρασης του μαγνητικού πεδίου, ήταν δυνατό να βρεθεί μια τέτοια τιμή στην οποία τα άτομα άρχισαν να συμπεριφέρονται σαν ζεύγη ηλεκτρονίων Cooper. Στο επόμενο στάδιο του πειράματος, οι επιστήμονες προτείνουν να ληφθούν τα αποτελέσματα της υπεραγωγιμότητας για το φερμιονικό συμπύκνωμα.
4. Υπερρευστή ύλη- μια κατάσταση στην οποία η ουσία δεν έχει ουσιαστικά ιξώδες και όταν ρέει, δεν υφίσταται τριβή με μια στερεή επιφάνεια. Συνέπεια αυτού είναι, για παράδειγμα, ένα τόσο ενδιαφέρον αποτέλεσμα όπως η πλήρης αυθόρμητη «έρπουσα» υπερρευστού ηλίου από το σκάφος κατά μήκος των τοιχωμάτων του ενάντια στη βαρύτητα. Φυσικά, δεν υπάρχει παραβίαση του νόμου της διατήρησης της ενέργειας εδώ. Ελλείψει δυνάμεων τριβής, μόνο δυνάμεις βαρύτητας δρουν στο ήλιο, δυνάμεις διατομικής αλληλεπίδρασης μεταξύ του ηλίου και των τοιχωμάτων του δοχείου και μεταξύ των ατόμων ηλίου. Έτσι, οι δυνάμεις της διατομικής αλληλεπίδρασης υπερβαίνουν όλες τις άλλες δυνάμεις μαζί. Ως αποτέλεσμα, το ήλιο τείνει να εξαπλώνεται όσο το δυνατόν περισσότερο σε όλες τις πιθανές επιφάνειες, και επομένως «ταξιδεύει» κατά μήκος των τοιχωμάτων του αγγείου. Το 1938, ο Σοβιετικός επιστήμονας Pyotr Kapitsa απέδειξε ότι το ήλιο μπορεί να υπάρχει σε υπερρευστή κατάσταση.
Αξίζει να σημειωθεί ότι πολλές από τις ασυνήθιστες ιδιότητες του ηλίου είναι γνωστές εδώ και αρκετό καιρό. Ωστόσο, σε τα τελευταία χρόνιααυτό το χημικό στοιχείο μας «χαλάει» 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 υποστηρίζοντας ότι είχαν καταφέρει να αποκτήσουν μια εντελώς νέα κατάσταση ηλίου - ένα υπερρευστό στερεό. Σε αυτή την κατάσταση, μερικά άτομα ηλίου στο κρυσταλλικό πλέγμα μπορούν να ρέουν γύρω από άλλα και έτσι το ήλιο μπορεί να ρέει μέσα από τον εαυτό του. Η επίδραση της «υπερσκληρότητας» είχε προβλεφθεί θεωρητικά το 1969. Και το 2004 - σαν πειραματική επιβεβαίωση. Ωστόσο, μεταγενέστερα και πολύ περίεργα πειράματα έδειξαν ότι όλα δεν είναι τόσο απλά και, ίσως, μια τέτοια ερμηνεία του φαινομένου, που προηγουμένως είχε ληφθεί για την υπερρευστότητα του στερεού ηλίου, είναι εσφαλμένη.
Το πείραμα των επιστημόνων με επικεφαλής τον Humphrey Maris από το Brown University των ΗΠΑ ήταν απλό και κομψό. Οι επιστήμονες τοποθέτησαν έναν δοκιμαστικό σωλήνα αναποδογυρισμένο σε μια κλειστή δεξαμενή υγρού ηλίου. Μέρος του ηλίου στον δοκιμαστικό σωλήνα και στη δεξαμενή ήταν παγωμένο με τέτοιο τρόπο ώστε το όριο μεταξύ υγρού και στερεού μέσα στον δοκιμαστικό σωλήνα ήταν υψηλότερο από ό,τι στη δεξαμενή. Υπήρχε δηλαδή υγρό ήλιο στο πάνω μέρος του σωλήνα, στερεό ήλιο στο κάτω μέρος, περνούσε ομαλά στη στερεά φάση της δεξαμενής, πάνω από την οποία χύθηκε λίγο υγρό ήλιο - χαμηλότερα από τη στάθμη του υγρού στο δοκιμαστικός σωλήνας. Εάν το υγρό ήλιο άρχιζε να διαρρέει στερεό, τότε η διαφορά στάθμης θα μειωνόταν και τότε μπορούμε να μιλάμε για στερεό υπερρευστό ήλιο. Και καταρχήν, σε τρία από τα 13 πειράματα, η διαφορά επιπέδου πράγματι μειώθηκε.
5. Υπερσκληρή ύλη- μια κατάσταση συσσωμάτωσης στην οποία η ύλη είναι διαφανής και μπορεί να «ρέει» σαν υγρό, αλλά στην πραγματικότητα στερείται ιξώδους. Τέτοια υγρά είναι γνωστά εδώ και πολλά χρόνια και ονομάζονται υπερρευστά. Το γεγονός είναι ότι αν το υπερρευστό αναδευτεί, θα κυκλοφορεί σχεδόν για πάντα, ενώ το κανονικό υγρό τελικά θα ηρεμήσει. Τα δύο πρώτα υπερρευστά δημιουργήθηκαν από ερευνητές χρησιμοποιώντας ήλιο-4 και ήλιο-3. Ψύχθηκαν σχεδόν στο απόλυτο μηδέν - στους μείον 273 βαθμούς Κελσίου. Και από το ήλιο-4, Αμερικανοί επιστήμονες κατάφεραν να αποκτήσουν ένα υπερσκληρό σώμα. Συμπίεσαν το παγωμένο ήλιο με πίεση περισσότερες από 60 φορές και στη συνέχεια το γυαλί γεμάτο με την ουσία τοποθετήθηκε σε έναν περιστρεφόμενο δίσκο. Σε θερμοκρασία 0,175 βαθμών Κελσίου, ο δίσκος άρχισε ξαφνικά να περιστρέφεται πιο ελεύθερα, κάτι που, σύμφωνα με τους επιστήμονες, δείχνει ότι το ήλιο έχει γίνει υπερσώμα.
6. Στερεά- κατάσταση συσσωμάτωσης μιας ουσίας, που χαρακτηρίζεται από σταθερότητα μορφής και χαρακτήρα θερμική κίνησηάτομα που κάνουν μικρές δονήσεις γύρω από τις θέσεις ισορροπίας τους. 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 τους φυσικές ιδιότητες. Οι ηλεκτρικές και ορισμένες άλλες ιδιότητες των στερεών καθορίζονται κυρίως από τη φύση της κίνησης των εξωτερικών ηλεκτρονίων των ατόμων τους. Σύμφωνα με τις ηλεκτρικές τους ιδιότητες, τα στερεά χωρίζονται σε διηλεκτρικά, ημιαγωγούς και μέταλλα· ανάλογα με τις μαγνητικές τους ιδιότητες, χωρίζονται σε διαμαγνήτες, παραμαγνήτες και σώματα με διατεταγμένη μαγνητική δομή. Οι έρευνες των ιδιοτήτων των στερεών έχουν ενωθεί σε ένα μεγάλο πεδίο - τη φυσική στερεάς κατάστασης, η ανάπτυξη του οποίου διεγείρεται από τις ανάγκες της τεχνολογίας.
7. Άμορφο στερεό- μια συμπυκνωμένη κατάσταση συσσωμάτωσης μιας ουσίας, που χαρακτηρίζεται από την ισοτροπία των φυσικών ιδιοτήτων λόγω της διαταραγμένης διάταξης των ατόμων και των μορίων. Στα άμορφα στερεά, τα άτομα δονούνται γύρω από τυχαία σημεία. Διαφορετικός κρυσταλλική κατάστασηη μετάβαση από στερεό άμορφο σε υγρό συμβαίνει σταδιακά. Διάφορες ουσίες βρίσκονται σε άμορφη κατάσταση: γυαλιά, ρητίνες, πλαστικά κ.λπ.
8. Υγρός κρύσταλλος- αυτή είναι μια συγκεκριμένη κατάσταση συσσωμάτωσης μιας ουσίας στην οποία εμφανίζει ταυτόχρονα τις ιδιότητες ενός κρυστάλλου και ενός υγρού. Πρέπει να κάνουμε αμέσως επιφύλαξη ότι δεν μπορούν όλες οι ουσίες να βρίσκονται σε κατάσταση υγρών κρυστάλλων. Ωστόσο, κάποιοι οργανική ύλη, που έχουν πολύπλοκα μόρια, μπορούν να σχηματίσουν μια συγκεκριμένη κατάσταση συσσωμάτωσης - υγρό κρύσταλλο. Αυτή η κατάσταση πραγματοποιείται κατά την τήξη κρυστάλλων ορισμένων ουσιών. Όταν λιώνουν, σχηματίζεται μια υγροκρυσταλλική φάση, η οποία διαφέρει από τα συνηθισμένα υγρά. Αυτή η φάση υπάρχει στην περιοχή από τη θερμοκρασία τήξης του κρυστάλλου έως κάποια υψηλότερη θερμοκρασία, όταν θερμαίνεται στην οποία ο υγρός κρύσταλλος μετατρέπεται σε ένα συνηθισμένο υγρό.
Σε τι διαφέρει ένας υγρός κρύσταλλος από έναν υγρό και έναν συνηθισμένο κρύσταλλο και σε τι μοιάζει με αυτούς; Όπως ένα συνηθισμένο υγρό, ένας υγρός κρύσταλλος έχει ρευστότητα και παίρνει τη μορφή δοχείου στο οποίο τοποθετείται. Σε αυτό διαφέρει από τους γνωστούς σε όλους κρυστάλλους. Ωστόσο, παρά την ιδιότητα αυτή, που το ενώνει με ένα υγρό, έχει μια ιδιότητα χαρακτηριστική των κρυστάλλων. Αυτή είναι η διάταξη στο χώρο των μορίων που σχηματίζουν τον κρύσταλλο. Είναι αλήθεια ότι αυτή η παραγγελία δεν είναι τόσο πλήρης όσο στους συνηθισμένους κρυστάλλους, αλλά, ωστόσο, επηρεάζει σημαντικά τις ιδιότητες των υγρών κρυστάλλων, γεγονός που τους διακρίνει από τα συνηθισμένα υγρά. Η ατελής χωρική διάταξη των μορίων που σχηματίζουν έναν υγρό κρύσταλλο εκδηλώνεται στο γεγονός ότι στους υγρούς κρυστάλλους δεν υπάρχει πλήρης τάξη στη χωρική διάταξη των κέντρων βάρους των μορίων, αν και μπορεί να υπάρχει μερική τάξη. Αυτό σημαίνει ότι δεν έχουν άκαμπτο κρυσταλλικό πλέγμα. Επομένως, οι υγροί κρύσταλλοι, όπως και τα συνηθισμένα υγρά, έχουν την ιδιότητα της ρευστότητας.
Μια υποχρεωτική ιδιότητα των υγρών κρυστάλλων, που τους φέρνει πιο κοντά στους συνηθισμένους κρυστάλλους, είναι η παρουσία μιας τάξης στον χωρικό προσανατολισμό των μορίων. Μια τέτοια σειρά προσανατολισμού μπορεί να εκδηλωθεί, για παράδειγμα, στο γεγονός ότι όλοι οι μεγάλοι άξονες μορίων σε ένα δείγμα υγρών κρυστάλλων προσανατολίζονται με τον ίδιο τρόπο. Αυτά τα μόρια πρέπει να έχουν επίμηκες σχήμα. Εκτός από την απλούστερη ονομαστική διάταξη των αξόνων των μορίων, μπορεί να πραγματοποιηθεί μια πιο περίπλοκη προσανατολιστική σειρά μορίων σε έναν υγρό κρύσταλλο.
Ανάλογα με τον τύπο της διάταξης των μοριακών αξόνων, οι υγροί κρύσταλλοι χωρίζονται σε τρεις τύπους: νηματικούς, σμηκτικούς και χοληστερικούς.
Η έρευνα για τη φυσική των υγρών κρυστάλλων και τις εφαρμογές τους διεξάγεται αυτή τη στιγμή σε ευρύ μέτωπο σε όλες τις πιο ανεπτυγμένες χώρες του κόσμου. Η εγχώρια έρευνα συγκεντρώνεται τόσο σε ακαδημαϊκά όσο και σε βιομηχανικά ερευνητικά ιδρύματα και έχει μακρά παράδοση. Τα έργα του Β.Κ. Frederiks προς V.N. Τσβέτκοβα. Τα τελευταία χρόνια, η ταχεία μελέτη των υγρών κρυστάλλων, Ρώσοι ερευνητές συμβάλλουν επίσης σημαντικά στην ανάπτυξη της θεωρίας των υγρών κρυστάλλων γενικά και, ειδικότερα, της οπτικής των υγρών κρυστάλλων. Έτσι, τα έργα του I.G. 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 καιρό πριν, δηλαδή το 1888, δηλαδή σχεδόν πριν από έναν αιώνα. Αν και οι επιστήμονες είχαν αντιμετωπίσει αυτή την κατάσταση της ύλης πριν από το 1888, ανακαλύφθηκε επίσημα αργότερα.
Ο πρώτος που ανακάλυψε υγρούς κρυστάλλους ήταν ο Αυστριακός βοτανολόγος Reinitzer. Ερευνώντας τη νέα ουσία βενζοϊκή χοληστερίνη που συνέθεσε, διαπίστωσε ότι σε θερμοκρασία 145 ° C, οι κρύσταλλοι αυτής της ουσίας λιώνουν, σχηματίζοντας ένα θολό υγρό που διαχέει έντονα το φως. Με τη συνεχή θέρμανση, όταν φτάσει σε θερμοκρασία 179 ° C, το υγρό γίνεται διαυγές, δηλαδή αρχίζει να συμπεριφέρεται οπτικά σαν ένα συνηθισμένο υγρό, όπως το νερό. Το βενζοϊκό χοληστερύλιο έδειξε απροσδόκητες ιδιότητες στη θολή φάση. Εξετάζοντας αυτή τη φάση κάτω από ένα πολωτικό μικροσκόπιο, ο Reinitzer διαπίστωσε ότι έχει διπλή διάθλαση. Αυτό σημαίνει ότι ο δείκτης διάθλασης του φωτός, δηλαδή η ταχύτητα του φωτός σε αυτή τη φάση, εξαρτάται από την πόλωση.
9. Υγρό- η κατάσταση συσσωμάτωσης μιας ουσίας, που συνδυάζει τα χαρακτηριστικά μιας στερεής κατάστασης (διατήρηση όγκου, μια ορισμένη αντοχή εφελκυσμού) και μια αέρια κατάσταση (μεταβλητότητα σχήματος). Ένα υγρό χαρακτηρίζεται από μια σειρά μικρής εμβέλειας στη διάταξη των σωματιδίων (μόρια, άτομα) και μια μικρή διαφορά στην κινητική ενέργεια της θερμικής κίνησης των μορίων και τη δυναμική ενέργεια αλληλεπίδρασής τους. Η θερμική κίνηση των μορίων του υγρού αποτελείται από ταλαντώσεις γύρω από θέσεις ισορροπίας και σχετικά σπάνια άλματα από τη μια θέση ισορροπίας στην άλλη, γεγονός που σχετίζεται με τη ρευστότητα του υγρού.
10. Υπερκρίσιμο ρευστό(GFR) είναι η κατάσταση συσσωμάτωσης μιας ουσίας, στην οποία η διαφορά μεταξύ της υγρής και της αέριας φάσης εξαφανίζεται. Οποιαδήποτε ουσία σε θερμοκρασία και πίεση πάνω από το κρίσιμο σημείο είναι υπερκρίσιμο ρευστό. Οι ιδιότητες μιας ουσίας στην υπερκρίσιμη κατάσταση είναι ενδιάμεσες μεταξύ των ιδιοτήτων της στην αέρια και την υγρή φάση. Έτσι, το SCF έχει υψηλή πυκνότητα, κοντά στο υγρό, και χαμηλό ιξώδες, όπως τα αέρια. Ο συντελεστής διάχυσης σε αυτή την περίπτωση έχει μια ενδιάμεση τιμή μεταξύ υγρού και αερίου. Ουσίες σε υπερκρίσιμη κατάσταση μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως υποκατάστατα οργανικών διαλυτών σε εργαστηριακές και βιομηχανικές διεργασίες. Το υπερκρίσιμο νερό και το υπερκρίσιμο διοξείδιο του άνθρακα έχουν λάβει το μεγαλύτερο ενδιαφέρον και κατανομή σε σχέση με ορισμένες ιδιότητες.
Μία από τις πιο σημαντικές ιδιότητες της υπερκρίσιμης κατάστασης είναι η ικανότητα διάλυσης ουσιών. Αλλάζοντας τη θερμοκρασία ή την πίεση του ρευστού, μπορεί κανείς να αλλάξει τις ιδιότητές του σε ένα ευρύ φάσμα. Έτσι, είναι δυνατό να ληφθεί ένα ρευστό του οποίου οι ιδιότητες είναι κοντά είτε σε υγρό είτε με αέριο. Έτσι, η διαλυτική ισχύς ενός ρευστού αυξάνεται με την αύξηση της πυκνότητας (σε σταθερή θερμοκρασία). Δεδομένου ότι η πυκνότητα αυξάνεται με την αύξηση της πίεσης, η αλλαγή της πίεσης μπορεί να επηρεάσει τη διαλυτική ισχύ του ρευστού (σε σταθερή θερμοκρασία). Στην περίπτωση της θερμοκρασίας, η εξάρτηση των ιδιοτήτων του ρευστού είναι κάπως πιο περίπλοκη - σε σταθερή πυκνότητα, η ισχύς διάλυσης του ρευστού αυξάνεται επίσης, ωστόσο, κοντά στο κρίσιμο σημείο, μια ελαφρά αύξηση της θερμοκρασίας μπορεί να οδηγήσει σε απότομη πτώση της πυκνότητας , και, κατά συνέπεια, διαλυτική δύναμη. Τα υπερκρίσιμα ρευστά αναμειγνύονται μεταξύ τους επ' αόριστον, οπότε όταν επιτευχθεί το κρίσιμο σημείο του μείγματος, το σύστημα θα είναι πάντα μονοφασικό. Η κατά προσέγγιση κρίσιμη θερμοκρασία ενός δυαδικού μείγματος μπορεί να υπολογιστεί ως ο αριθμητικός μέσος όρος των κρίσιμων παραμέτρων των ουσιών Tc(mix) = (μοριακό κλάσμα του Α) x TcA + (μοριακό κλάσμα του Β) x TcB.
11. Αέριο- (Γαλλικό gaz, από το ελληνικό χάος - χάος), η αθροιστική κατάσταση της ύλης, στην οποία η κινητική ενέργεια της θερμικής κίνησης των σωματιδίων της (μόρια, άτομα, ιόντα) υπερβαίνει σημαντικά τη δυναμική ενέργεια των αλληλεπιδράσεων μεταξύ τους, και επομένως η τα σωματίδια κινούνται ελεύθερα, γεμίζοντας ομοιόμορφα, ελλείψει εξωτερικών πεδίων, ολόκληρο τον όγκο που τους παρέχεται.
12. Πλάσμα- (από το ελληνικό πλάσμα - μορφοποιημένο, διαμορφωμένο), κατάσταση της ύλης, που είναι ιονισμένο αέριο, στην οποία οι συγκεντρώσεις θετικών και αρνητικών φορτίων είναι ίσες (οιονεί ουδετερότητα). Η συντριπτική πλειοψηφία της ύλης στο Σύμπαν βρίσκεται σε κατάσταση πλάσματος: αστέρια, γαλαξιακά νεφελώματα και το διαστρικό μέσο. Κοντά στη Γη, το πλάσμα υπάρχει με τη μορφή ηλιακός άνεμος, μαγνητόσφαιρα και ιονόσφαιρα. Το πλάσμα υψηλής θερμοκρασίας (T ~ 106 - 108 K) από ένα μείγμα δευτερίου και τριτίου μελετάται με στόχο την εφαρμογή ενός ελεγχόμενου θερμοπυρηνική σύντηξη. Το πλάσμα χαμηλής θερμοκρασίας (T Ј 105K) χρησιμοποιείται σε διάφορες συσκευές εκκένωσης αερίου (λέιζερ αερίου, συσκευές ιόντων, γεννήτριες MHD, φακοί πλάσματος, κινητήρες πλάσματος, κ.λπ.), καθώς και στην τεχνολογία (βλέπε Μεταλλουργία πλάσματος, Διάτρηση πλάσματος, Τεχνολογία πλάσματος).
13. Εκφυλισμένη ύλη- είναι ένα ενδιάμεσο στάδιο μεταξύ πλάσματος και νετρονίου. Παρατηρείται σε λευκούς νάνους και παίζει σημαντικό ρόλο στην εξέλιξη των άστρων. Όταν τα άτομα βρίσκονται σε συνθήκες εξαιρετικά υψηλών θερμοκρασιών και πιέσεων, χάνουν τα ηλεκτρόνια τους (πηγαίνουν σε αέριο ηλεκτρονίων). Με άλλα λόγια, ιονίζονται πλήρως (πλάσμα). Η πίεση ενός τέτοιου αερίου (πλάσμα) καθορίζεται από την πίεση του ηλεκτρονίου. Εάν η πυκνότητα είναι πολύ υψηλή, όλα τα σωματίδια αναγκάζονται να πλησιάσουν το ένα το άλλο. Τα ηλεκτρόνια μπορεί να βρίσκονται σε καταστάσεις με συγκεκριμένες ενέργειες και δύο ηλεκτρόνια δεν μπορούν να έχουν την ίδια ενέργεια (εκτός αν τα σπιν τους είναι αντίθετα). Έτσι, σε ένα πυκνό αέριο, όλα τα χαμηλότερα επίπεδα ενέργειας αποδεικνύονται γεμάτα με ηλεκτρόνια. Ένα τέτοιο αέριο ονομάζεται εκφυλισμένο. Σε αυτή την κατάσταση, τα ηλεκτρόνια παρουσιάζουν μια εκφυλισμένη πίεση ηλεκτρονίων που αντιτίθεται στις δυνάμεις της βαρύτητας.
14. Νετρόνιο— κατάσταση συσσωμάτωσης στην οποία η ύλη διέρχεται υπό υπερυψηλή πίεση, η οποία είναι αδύνατη ακόμη στο εργαστήριο, αλλά υπάρχει μέσα σε αστέρια νετρονίων. Κατά τη μετάβαση στην κατάσταση νετρονίων, τα ηλεκτρόνια της ύλης αλληλεπιδρούν με πρωτόνια και μετατρέπονται σε νετρόνια. Ως αποτέλεσμα, η ύλη στην κατάσταση νετρονίων αποτελείται εξ ολοκλήρου από νετρόνια και έχει πυκνότητα της τάξης των πυρηνικών. Η θερμοκρασία της ουσίας σε αυτή την περίπτωση δεν πρέπει να είναι πολύ υψηλή (σε ισοδύναμο ενέργειας, όχι περισσότερο από εκατό MeV).
Με έντονη αύξηση της θερμοκρασίας (εκατοντάδες MeV και άνω), στην κατάσταση νετρονίων, αρχίζουν να γεννιούνται και να εκμηδενίζονται διάφορα μεσόνια. Με μια περαιτέρω αύξηση της θερμοκρασίας, εμφανίζεται αποσύνθεση και η ύλη περνά στην κατάσταση πλάσματος κουάρκ-γλουονίου. Δεν αποτελείται πλέον από αδρόνια, αλλά από κουάρκ και γκλουόνια που γεννιούνται και εξαφανίζονται συνεχώς.
15. Πλάσμα κουάρκ-γλουονίου(χρωμόπλασμα) - αθροιστική κατάσταση της ύλης στη φυσική υψηλής ενέργειας και στη φυσική στοιχειωδών σωματιδίων, στην οποία η αδρονική ύλη περνά σε κατάσταση παρόμοια με την κατάσταση στην οποία τα ηλεκτρόνια και τα ιόντα βρίσκονται στο συνηθισμένο πλάσμα.
Συνήθως η ύλη στα αδρόνια βρίσκεται στη λεγόμενη άχρωμη («λευκή») κατάσταση. Δηλαδή, τα κουάρκ διαφορετικών χρωμάτων αντισταθμίζουν το ένα το άλλο. Μια παρόμοια κατάσταση υπάρχει στη συνηθισμένη ύλη - όταν όλα τα άτομα είναι ηλεκτρικά ουδέτερα, δηλαδή
τα θετικά φορτία σε αυτά αντισταθμίζονται με αρνητικά. Σε υψηλές θερμοκρασίες μπορεί να συμβεί ιονισμός ατόμων, ενώ τα φορτία διαχωρίζονται και η ουσία γίνεται, όπως λένε, «οιονεί ουδέτερη». Δηλαδή, ολόκληρο το νέφος της ύλης στο σύνολό του παραμένει ουδέτερο και τα επιμέρους σωματίδια του παύουν να είναι ουδέτερα. Πιθανώς, το ίδιο πράγμα μπορεί να συμβεί με την αδρονική ύλη - σε πολύ υψηλές ενέργειες, το χρώμα απελευθερώνεται και καθιστά την ουσία «οιονεί άχρωμη».
Πιθανώς, η ύλη του Σύμπαντος βρισκόταν σε κατάσταση πλάσματος κουάρκ-γλουονίου τις πρώτες στιγμές μετά μεγάλη έκρηξη. Τώρα το πλάσμα κουάρκ-γλουονίου μπορεί να σχηματιστεί για μικρό χρονικό διάστημα σε συγκρούσεις σωματιδίων πολύ υψηλών ενεργειών.
Το πλάσμα κουάρκ-γλουονίου ελήφθη πειραματικά στον επιταχυντή RHIC στο Εθνικό Εργαστήριο Brookhaven το 2005. Η μέγιστη θερμοκρασία πλάσματος των 4 τρισεκατομμυρίων βαθμών Κελσίου επιτεύχθηκε εκεί τον Φεβρουάριο του 2010.
16. Παράξενη ουσία- κατάσταση συσσωμάτωσης, στην οποία η ύλη συμπιέζεται στις οριακές τιμές της πυκνότητας, μπορεί να υπάρχει με τη μορφή "σούπας κουάρκ". Ένα κυβικό εκατοστό ύλης σε αυτή την κατάσταση θα ζύγιζε δισεκατομμύρια τόνους. εξάλλου, θα μεταμορφώσει οποιοδήποτε κανονική ύλη, με το οποίο έρχεται σε επαφή, στην ίδια «περίεργη» μορφή με την απελευθέρωση σημαντικής ποσότητας ενέργειας.
Η ενέργεια που μπορεί να απελευθερωθεί κατά τη μετατροπή της ουσίας του πυρήνα ενός άστρου σε μια «παράξενη ουσία» θα οδηγήσει σε μια υπερ-ισχυρή έκρηξη ενός «κουάρκ nova» - και, σύμφωνα με τους Leahy και Wyed, ήταν ακριβώς αυτή την έκρηξη που παρατήρησαν οι αστρονόμοι τον Σεπτέμβριο του 2006.
Η διαδικασία σχηματισμού αυτής της ουσίας ξεκίνησε με μια συνηθισμένη σουπερνόβα, στην οποία μετατράπηκε ένα τεράστιο αστέρι. Ως αποτέλεσμα της πρώτης έκρηξης, σχηματίστηκε ένα αστέρι νετρονίων. Αλλά, σύμφωνα με τους Leahy και Wyed, δεν κράτησε πολύ - καθώς η περιστροφή της φαινόταν να επιβραδύνεται από τη δική της μαγνητικό πεδίο, άρχισε να συρρικνώνεται ακόμη περισσότερο, με το σχηματισμό ενός θρόμβου «παράξενης ύλης», που οδήγησε σε μια ακόμη πιο ισχυρή απελευθέρωση ενέργειας από ό,τι σε μια συμβατική έκρηξη σουπερνόβα - και τα εξωτερικά στρώματα της ουσίας του πρώην αστέρα νετρονίων, πετώντας στον περιβάλλοντα χώρο με ταχύτητα κοντά στην ταχύτητα του φωτός .
17. Έντονα συμμετρική ύλη- αυτή είναι μια ουσία συμπιεσμένη σε τέτοιο βαθμό που τα μικροσωματίδια μέσα σε αυτήν τοποθετούνται το ένα πάνω στο άλλο και το ίδιο το σώμα καταρρέει σε μαύρη τρύπα. Ο όρος «συμμετρία» εξηγείται ως εξής: Ας πάρουμε τις αθροιστικές καταστάσεις της ύλης που είναι γνωστές σε όλους από το σχολικό παγκάκι - στερεό, υγρό, αέριο. Για βεβαιότητα, θεωρήστε έναν ιδανικό άπειρο κρύσταλλο ως στερεό. Έχει μια ορισμένη, τη λεγόμενη διακριτή συμμετρία ως προς τη μετάφραση. Αυτό σημαίνει ότι εάν το κρυσταλλικό πλέγμα μετατοπιστεί κατά μια απόσταση ίση με το διάστημα μεταξύ δύο ατόμων, τίποτα δεν θα αλλάξει σε αυτό - ο κρύσταλλος θα συμπέσει με τον εαυτό του. Εάν ο κρύσταλλος λιώσει, τότε η συμμετρία του υγρού που προκύπτει θα είναι διαφορετική: θα αυξηθεί. Σε έναν κρύσταλλο, ισοδύναμα ήταν μόνο τα σημεία που απείχαν το ένα από το άλλο σε ορισμένες αποστάσεις, οι λεγόμενοι κόμβοι του κρυσταλλικού πλέγματος, στους οποίους βρίσκονταν πανομοιότυπα άτομα.
Το υγρό είναι ομοιογενές σε όλο τον όγκο του, όλα τα σημεία του δεν διακρίνονται μεταξύ τους. Αυτό σημαίνει ότι τα υγρά μπορούν να μετατοπιστούν από οποιεσδήποτε αυθαίρετες αποστάσεις (και όχι μόνο κάποιες διακριτές, όπως σε έναν κρύσταλλο) ή να περιστραφούν από οποιεσδήποτε αυθαίρετες γωνίες (που δεν μπορούν να γίνουν καθόλου στους κρυστάλλους) και θα συμπίπτουν με τον εαυτό τους. Ο βαθμός συμμετρίας του είναι υψηλότερος. Το αέριο είναι ακόμα πιο συμμετρικό: το υγρό καταλαμβάνει έναν ορισμένο όγκο στο δοχείο και υπάρχει μια ασυμμετρία μέσα στο δοχείο, όπου υπάρχει υγρό, και σημεία όπου δεν υπάρχει. Το αέριο, από την άλλη πλευρά, καταλαμβάνει ολόκληρο τον όγκο που του παρέχεται και με αυτή την έννοια όλα τα σημεία του δεν διακρίνονται μεταξύ τους. Ωστόσο, θα ήταν πιο σωστό να μιλήσουμε εδώ όχι για σημεία, αλλά για μικρά, αλλά μακροσκοπικά στοιχεία, γιατί σε μικροσκοπικό επίπεδο εξακολουθούν να υπάρχουν διαφορές. Σε ορισμένα χρονικά σημεία υπάρχουν άτομα ή μόρια, ενώ άλλα όχι. Η συμμετρία παρατηρείται μόνο κατά μέσο όρο, είτε σε ορισμένες μακροσκοπικές παραμέτρους όγκου, είτε στο χρόνο.
Αλλά δεν υπάρχει ακόμα στιγμιαία συμμετρία σε μικροσκοπικό επίπεδο. Εάν η ουσία συμπιέζεται πολύ έντονα, σε πιέσεις που είναι απαράδεκτες στην καθημερινή ζωή, συμπιέζεται έτσι ώστε τα άτομα να συνθλίβονται, τα κελύφη τους να διαπερνούν το ένα το άλλο και οι πυρήνες άρχισαν να αγγίζουν, εμφανίζεται συμμετρία σε μικροσκοπικό επίπεδο. Όλοι οι πυρήνες είναι ίδιοι και πιέζονται μεταξύ τους, δεν υπάρχουν μόνο διατομικές, αλλά και διαπυρηνικές αποστάσεις και η ουσία γίνεται ομοιογενής (περίεργη ουσία).
Υπάρχει όμως και ένα υπομικροσκοπικό επίπεδο. Οι πυρήνες αποτελούνται από πρωτόνια και νετρόνια που κινούνται μέσα στον πυρήνα. Υπάρχει επίσης λίγος χώρος μεταξύ τους. Εάν συνεχίσετε να συμπιέζετε έτσι ώστε να συνθλίβονται και οι πυρήνες, τα νουκλεόνια θα πιεστούν σφιχτά το ένα πάνω στο άλλο. Στη συνέχεια, στο υπομικροσκοπικό επίπεδο, θα εμφανιστεί συμμετρία, η οποία δεν βρίσκεται καν μέσα σε συνηθισμένους πυρήνες.
Από όσα ειπώθηκαν, μπορεί κανείς να δει μια αρκετά σαφή τάση: όσο υψηλότερη είναι η θερμοκρασία και όσο υψηλότερη είναι η πίεση, τόσο πιο συμμετρική γίνεται η ουσία. Με βάση αυτές τις εκτιμήσεις, η ουσία που συμπιέζεται στο μέγιστο ονομάζεται έντονα συμμετρική.
18. Ασθενώς συμμετρική ύλη- μια κατάσταση αντίθετη από την έντονα συμμετρική ύλη στις ιδιότητές της, η οποία ήταν παρούσα στο πολύ πρώιμο Σύμπαν σε θερμοκρασία κοντά στη θερμοκρασία Planck, ίσως 10-12 δευτερόλεπτα μετά τη Μεγάλη Έκρηξη, όταν ισχυρές, αδύναμες και ηλεκτρομαγνητικές δυνάμεις ήταν μια ενιαία υπερδύναμη . Σε αυτή την κατάσταση, η ύλη συμπιέζεται σε τέτοιο βαθμό που η μάζα της μετατρέπεται σε ενέργεια, η οποία αρχίζει να φουσκώνει, δηλαδή να διαστέλλεται απεριόριστα. Δεν είναι ακόμη δυνατό να επιτευχθούν ενέργειες για την πειραματική παραγωγή υπερδύναμης και τη μεταφορά της ύλης σε αυτή τη φάση κάτω από γήινες συνθήκες, αν και τέτοιες προσπάθειες έγιναν στον Μεγάλο Επιταχυντή Αδρονίων προκειμένου να μελετηθεί το πρώιμο σύμπαν. Λόγω της απουσίας βαρυτικής αλληλεπίδρασης στη σύνθεση της υπερδύναμης που σχηματίζει αυτή την ουσία, η υπερδύναμη δεν είναι επαρκώς συμμετρική σε σύγκριση με την υπερσυμμετρική δύναμη, η οποία περιέχει και τους 4 τύπους αλληλεπιδράσεων. Επομένως, αυτή η κατάσταση συγκέντρωσης έλαβε ένα τέτοιο όνομα.
19. Ακτινοβολική ύλη- αυτό, στην πραγματικότητα, δεν είναι πλέον ουσία, αλλά ενέργεια στην πιο αγνή της μορφή. Ωστόσο, είναι αυτή η υποθετική κατάσταση συσσωμάτωσης που θα λάβει ένα σώμα που έχει φτάσει την ταχύτητα του φωτός. Μπορεί επίσης να επιτευχθεί με θέρμανση του σώματος στη θερμοκρασία Planck (1032K), δηλαδή με διασπορά των μορίων της ουσίας στην ταχύτητα του φωτός. Όπως προκύπτει από τη θεωρία της σχετικότητας, όταν η ταχύτητα φτάσει πάνω από 0,99 s, η μάζα του σώματος αρχίζει να αυξάνεται πολύ πιο γρήγορα από ό, τι με την "κανονική" επιτάχυνση, επιπλέον, το σώμα επιμηκύνεται, θερμαίνεται, δηλαδή αρχίζει να ακτινοβολούν στο υπέρυθρο φάσμα. Όταν ξεπερνά το όριο των 0,999 s, το σώμα αλλάζει δραματικά και ξεκινά μια γρήγορη μετάβαση φάσης μέχρι την κατάσταση δέσμης. Όπως προκύπτει από τον τύπο του Αϊνστάιν, λαμβανόμενος πλήρως, η αυξανόμενη μάζα της τελικής ουσίας αποτελείται από μάζες που διαχωρίζονται από το σώμα με τη μορφή θερμικής, ακτίνων Χ, οπτικής και άλλης ακτινοβολίας, η ενέργεια καθεμιάς από τις οποίες είναι περιγράφεται από τον επόμενο όρο στον τύπο. Έτσι, ένα σώμα που πλησιάζει την ταχύτητα του φωτός θα αρχίσει να ακτινοβολεί σε όλα τα φάσματα, θα μεγαλώνει σε μήκος και θα επιβραδύνεται στο χρόνο, λεπτύνοντας στο μήκος Planck, δηλαδή όταν φτάσει στην ταχύτητα c, το σώμα θα μετατραπεί σε ένα απείρως μακρύ και λεπτό δέσμη που κινείται με την ταχύτητα του φωτός και αποτελείται από φωτόνια που δεν έχουν μήκος και η άπειρη μάζα της θα μετατραπεί εντελώς σε ενέργεια. Επομένως, μια τέτοια ουσία ονομάζεται ακτινοβολία.
Στόχοι μαθήματος:
- να εμβαθύνει και να γενικεύσει τη γνώση για τις αθροιστικές καταστάσεις της ύλης, να μελετήσει σε ποιες καταστάσεις μπορεί να είναι οι ουσίες.
Στόχοι μαθήματος:
Διδασκαλία - να διατυπώσει μια ιδέα για τις ιδιότητες στερεών, αερίων, υγρών.
Αναπτυξιακή - ανάπτυξη των δεξιοτήτων ομιλίας των μαθητών, ανάλυση, συμπεράσματα σχετικά με το υλικό που καλύπτεται και μελετάται.
Εκπαιδευτική - ενστάλαξη ψυχικής εργασίας, δημιουργία όλων των συνθηκών για αύξηση του ενδιαφέροντος για το αντικείμενο που μελετάται.
Βασικοί όροι:
Κατάσταση συγκέντρωσης- αυτή είναι μια κατάσταση της ύλης, η οποία χαρακτηρίζεται από ορισμένες ποιοτικές ιδιότητες: - την ικανότητα ή την αδυναμία διατήρησης σχήματος και όγκου. - παρουσία ή απουσία παραγγελίας μικρής και μεγάλης εμβέλειας· - οι υπολοιποι.
Εικ.6. Αθροιστική κατάσταση μιας ουσίας με μεταβολή της θερμοκρασίας.
Όταν μια ουσία περνά από στερεά σε υγρή κατάσταση, αυτό ονομάζεται τήξη, η αντίστροφη διαδικασία είναι κρυστάλλωση. Όταν μια ουσία περνά από ένα υγρό σε ένα αέριο, αυτή η διαδικασία ονομάζεται εξάτμιση, σε ένα υγρό από ένα αέριο - συμπύκνωση. Και η μετάβαση αμέσως σε ένα αέριο από ένα στερεό, παρακάμπτοντας το υγρό - με εξάχνωση, την αντίστροφη διαδικασία - με αποεξάχνωση.
1. Κρυστάλλωση. 2. Τήξη. 3. Συμπύκνωση. 4. Εξάτμιση.
5. Εξάχνωση. 6. Αποεξάχνωση.
Παρατηρούμε συνεχώς αυτά τα παραδείγματα μεταβάσεων Καθημερινή ζωή. Όταν ο πάγος λιώνει, μετατρέπεται σε νερό και το νερό με τη σειρά του εξατμίζεται για να σχηματίσει ατμό. Εάν θεωρηθεί σε αντιθετη πλευρατότε, ο ατμός, που συμπυκνώνεται, αρχίζει να μετατρέπεται ξανά σε νερό και το νερό, με τη σειρά του, παγώνοντας, γίνεται πάγος. Η μυρωδιά κάθε στερεού σώματος είναι εξάχνωση. Μερικά από τα μόρια διαφεύγουν από το σώμα και σχηματίζεται αέριο, το οποίο δίνει τη μυρωδιά. Παράδειγμα αντίστροφη διαδικασία- αυτά είναι σχέδια στο γυαλί το χειμώνα, όταν οι ατμοί στον αέρα, όταν παγώνουν, κατακάθονται στο γυαλί.
Το βίντεο δείχνει την αλλαγή στις αθροιστικές καταστάσεις της ύλης.
μπλοκ ελέγχου.
1. Μετά την κατάψυξη, το νερό μετατράπηκε σε πάγο. Έχουν αλλάξει τα μόρια του νερού;
2. Χρησιμοποιήστε ιατρικό αιθέρα σε εσωτερικούς χώρους. Και εξαιτίας αυτού, συνήθως μυρίζουν έντονα εκεί. Ποια είναι η κατάσταση του αιθέρα;
3. Τι συμβαίνει με το σχήμα του υγρού;
4. Πάγος. Ποια είναι η κατάσταση του νερού;
5. Τι συμβαίνει όταν το νερό παγώνει;
Εργασία για το σπίτι.
Απάντησε στις ερωτήσεις:
1. Είναι δυνατόν να γεμίσουμε το μισό όγκο του δοχείου με αέριο; Γιατί;
2. Μπορούν το άζωτο και το οξυγόνο να βρίσκονται σε υγρή κατάσταση σε θερμοκρασία δωματίου;
3. Μπορεί να υπάρχει σε θερμοκρασία δωματίου σε αέρια κατάσταση: σίδηρος και υδράργυρος;
4. Μια παγωμένη χειμωνιάτικη μέρα, σχηματίστηκε ομίχλη πάνω από το ποτάμι. Ποια είναι η κατάσταση της ύλης;
Πιστεύουμε ότι η ύλη έχει τρεις καταστάσεις συσσωμάτωσης. Μάλιστα, είναι τουλάχιστον δεκαπέντε από αυτές, ενώ η λίστα με αυτές τις πολιτείες συνεχίζει να αυξάνεται καθημερινά. Αυτά είναι: άμορφο στερεό, στερεό, νετρόνιο, πλάσμα κουάρκ-γλουονίου, ισχυρά συμμετρική ύλη, ασθενώς συμμετρική ύλη, συμπύκνωμα φερμιονίου, συμπύκνωμα Bose-Einstein και περίεργη ύλη.
Εισαγωγή
1. Αθροιστική κατάσταση ύλης - αέριο
2. Αθροιστική κατάσταση ύλης - υγρό
3. Αθροιστική κατάσταση της ύλης - στερεός
4. Η τέταρτη κατάσταση της ύλης είναι το πλάσμα
συμπέρασμα
Κατάλογος χρησιμοποιημένης βιβλιογραφίας
Εισαγωγή
Όπως γνωρίζετε, πολλές ουσίες στη φύση μπορεί να είναι σε τρεις καταστάσεις: στερεές, υγρές και αέριες.
Η αλληλεπίδραση των σωματιδίων της ύλης σε στερεά κατάσταση είναι πιο έντονη. Η απόσταση μεταξύ των μορίων είναι περίπου ίση με τα δικά τους μεγέθη. Αυτό οδηγεί σε μια αρκετά ισχυρή αλληλεπίδραση, η οποία πρακτικά στερεί από τα σωματίδια την ευκαιρία να κινηθούν: ταλαντώνονται γύρω από μια ορισμένη θέση ισορροπίας. Διατηρούν το σχήμα και τον όγκο τους.
Οι ιδιότητες των υγρών εξηγούνται και από τη δομή τους. Τα σωματίδια ύλης στα υγρά αλληλεπιδρούν λιγότερο έντονα από ότι στα στερεά, και ως εκ τούτου μπορούν να αλλάξουν τη θέση τους αλματωδώς - τα υγρά δεν διατηρούν το σχήμα τους - είναι ρευστά.
Ένα αέριο είναι μια συλλογή μορίων που κινούνται τυχαία προς όλες τις κατευθύνσεις ανεξάρτητα το ένα από το άλλο. Τα αέρια δεν έχουν το δικό τους σχήμα, καταλαμβάνουν όλο τον όγκο που τους παρέχεται και συμπιέζονται εύκολα.
Υπάρχει μια άλλη κατάσταση της ύλης - το πλάσμα.
Ο σκοπός αυτής της εργασίας είναι να εξετάσει τις υπάρχουσες συγκεντρωτικές καταστάσεις της ύλης, να εντοπίσει όλα τα πλεονεκτήματα και τα μειονεκτήματά τους.
Για να γίνει αυτό, είναι απαραίτητο να εκτελέσετε και να λάβετε υπόψη τις ακόλουθες συγκεντρωτικές καταστάσεις:
2. υγρά
3. στερεά
3. Αθροιστική κατάσταση ύλης - στερεά
Στερεός,μία από τις τέσσερις καταστάσεις συσσωμάτωσης της ύλης, η οποία διαφέρει από άλλες καταστάσεις συσσωμάτωσης (υγρά, αέρια, πλάσματα) τη σταθερότητα της μορφής και τη φύση της θερμικής κίνησης των ατόμων που κάνουν μικρές δονήσεις γύρω από τις θέσεις ισορροπίας. Μαζί με την κρυσταλλική κατάσταση του T. t., υπάρχει μια άμορφη κατάσταση, συμπεριλαμβανομένης της υαλώδους κατάστασης. Οι κρύσταλλοι χαρακτηρίζονται από σειρά μεγάλης εμβέλειας στη διάταξη των ατόμων. Δεν υπάρχει τάξη μεγάλης εμβέλειας στα άμορφα σώματα.
Κατάσταση συγκέντρωσης- αυτή είναι μια κατάσταση της ύλης σε ένα ορισμένο εύρος θερμοκρασιών και πιέσεων, που χαρακτηρίζεται από ιδιότητες: την ικανότητα (στερεό) ή ανικανότητα (υγρό, αέριο) να διατηρεί τον όγκο και το σχήμα. η παρουσία ή η απουσία μεγάλης εμβέλειας (στερεής) ή μικρής εμβέλειας (υγρής) τάξης και άλλων ιδιοτήτων.
Μια ουσία μπορεί να βρίσκεται σε τρεις καταστάσεις συσσωμάτωσης: στερεή, υγρή ή αέρια, επί του παρόντος διακρίνεται μια πρόσθετη (ιονική) κατάσταση πλάσματος.
ΣΤΟ αεριώδηςκατάσταση, η απόσταση μεταξύ των ατόμων και των μορίων μιας ουσίας είναι μεγάλη, οι δυνάμεις αλληλεπίδρασης είναι μικρές και τα σωματίδια, που κινούνται τυχαία στο χώρο, έχουν μεγάλη κινητική ενέργεια που υπερβαίνει τη δυναμική ενέργεια. Το υλικό σε αέρια κατάσταση δεν έχει ούτε το σχήμα ούτε τον όγκο του. Το αέριο γεμίζει όλο τον διαθέσιμο χώρο. Αυτή η κατάσταση είναι χαρακτηριστική για ουσίες με χαμηλή πυκνότητα.
ΣΤΟ υγρόκατάσταση, διατηρείται μόνο η μικρής εμβέλειας σειρά ατόμων ή μορίων, όταν ξεχωριστά τμήματα με διατεταγμένη διάταξη ατόμων εμφανίζονται περιοδικά στον όγκο μιας ουσίας, αλλά δεν υπάρχει επίσης αμοιβαίος προσανατολισμός αυτών των τμημάτων. Η σειρά μικρής εμβέλειας είναι ασταθής και μπορεί είτε να εξαφανιστεί είτε να επανεμφανιστεί υπό τη δράση των θερμικών δονήσεων των ατόμων. Τα μόρια ενός υγρού δεν έχουν καθορισμένη θέση, και ταυτόχρονα δεν έχουν πλήρη ελευθερία κινήσεων. Το υλικό σε υγρή κατάσταση δεν έχει το δικό του σχήμα, διατηρεί μόνο όγκο. Το υγρό μπορεί να καταλάβει μόνο ένα μέρος του όγκου του δοχείου, αλλά να ρέει ελεύθερα σε ολόκληρη την επιφάνεια του δοχείου. Η υγρή κατάσταση θεωρείται συνήθως ενδιάμεση μεταξύ ενός στερεού και ενός αερίου.
ΣΤΟ στερεόςουσία, η σειρά διάταξης των ατόμων γίνεται αυστηρά καθορισμένη, τακτικά διατεταγμένη, οι δυνάμεις αλληλεπίδρασης των σωματιδίων εξισορροπούνται αμοιβαία, έτσι τα σώματα διατηρούν το σχήμα και τον όγκο τους. Η τακτικά διατεταγμένη διάταξη των ατόμων στο διάστημα χαρακτηρίζει την κρυσταλλική κατάσταση, τα άτομα σχηματίζουν ένα κρυσταλλικό πλέγμα.
Τα στερεά έχουν άμορφη ή κρυσταλλική δομή. Για άμορφοςΤα σώματα χαρακτηρίζονται μόνο από μια σειρά μικρής εμβέλειας στη διάταξη των ατόμων ή των μορίων, μια χαοτική διάταξη ατόμων, μορίων ή ιόντων στο χώρο. Παραδείγματα άμορφων σωμάτων είναι το γυαλί, η πίσσα και η πίσσα, τα οποία φαίνονται να βρίσκονται σε στερεή κατάσταση, αν και στην πραγματικότητα ρέουν αργά, σαν υγρό. Τα άμορφα σώματα, σε αντίθεση με τα κρυσταλλικά, δεν έχουν καθορισμένο σημείο τήξης. Τα άμορφα σώματα καταλαμβάνουν μια ενδιάμεση θέση μεταξύ κρυσταλλικών στερεών και υγρών.
Τα περισσότερα στερεά έχουν κρυστάλλινοςμια δομή που χαρακτηρίζεται από μια διατεταγμένη διάταξη ατόμων ή μορίων στο χώρο. Η κρυσταλλική δομή χαρακτηρίζεται από μια σειρά μεγάλης εμβέλειας, όταν τα στοιχεία της δομής επαναλαμβάνονται περιοδικά. δεν υπάρχει τέτοια τακτική επανάληψη στη σειρά μικρής εμβέλειας. χαρακτηριστικό στοιχείοκρυσταλλικό σώμα είναι η ικανότητα να διατηρεί το σχήμα. Ένα σημάδι ενός ιδανικού κρυστάλλου, το μοντέλο του οποίου είναι ένα χωρικό πλέγμα, είναι η ιδιότητα της συμμετρίας. Συμμετρία σημαίνει θεωρητική ικανότητατο κρυσταλλικό πλέγμα ενός στερεού σώματος που πρέπει να συνδυαστεί με τον εαυτό του όταν τα σημεία του αντικατοπτρίζονται από ένα ορισμένο επίπεδο, που ονομάζεται επίπεδο συμμετρίας. Η συμμετρία της εξωτερικής μορφής αντανακλά τη συμμετρία της εσωτερικής δομής του κρυστάλλου. Για παράδειγμα, όλα τα μέταλλα έχουν κρυσταλλική δομή, τα οποία χαρακτηρίζονται από δύο τύπους συμμετρίας: την κυβική και την εξαγωνική.
Σε άμορφες δομές με διαταραγμένη κατανομή ατόμων, οι ιδιότητες της ουσίας είναι ίδιες σε διαφορετικές κατευθύνσεις, δηλαδή οι υαλώδεις (άμορφες) ουσίες είναι ισότροπες.
Όλοι οι κρύσταλλοι χαρακτηρίζονται από ανισοτροπία. Στους κρυστάλλους, οι αποστάσεις μεταξύ των ατόμων ταξινομούνται, αλλά ο βαθμός τάξης μπορεί να είναι διαφορετικός σε διαφορετικές κατευθύνσεις, γεγονός που οδηγεί σε διαφορά στις ιδιότητες της κρυσταλλικής ουσίας σε διαφορετικές κατευθύνσεις. Η εξάρτηση των ιδιοτήτων μιας κρυσταλλικής ουσίας από την κατεύθυνση στο πλέγμα της ονομάζεται ανισοτροπίαιδιότητες. Η ανισοτροπία εκδηλώνεται κατά τη μέτρηση τόσο των φυσικών όσο και των μηχανικών και άλλων χαρακτηριστικών. Υπάρχουν ιδιότητες (πυκνότητα, θερμοχωρητικότητα) που δεν εξαρτώνται από την κατεύθυνση στον κρύσταλλο. Τα περισσότερα από τα χαρακτηριστικά εξαρτώνται από την επιλογή κατεύθυνσης.
Είναι δυνατό να μετρηθούν οι ιδιότητες αντικειμένων που έχουν ορισμένο όγκο υλικού: μεγέθη - από λίγα χιλιοστά έως δεκάδες εκατοστά. Αυτά τα αντικείμενα με δομή πανομοιότυπη με την κρυσταλλική κυψέλη ονομάζονται μονοκρυστάλλοι.
Η ανισοτροπία των ιδιοτήτων εκδηλώνεται σε μονοκρυστάλλους και πρακτικά απουσιάζει σε μια πολυκρυσταλλική ουσία που αποτελείται από πολλούς μικρούς τυχαία προσανατολισμένους κρυστάλλους. Επομένως, οι πολυκρυσταλλικές ουσίες ονομάζονται οιονεί ισότροπες.
Η κρυστάλλωση των πολυμερών, των οποίων τα μόρια μπορούν να διευθετηθούν με τάξη με το σχηματισμό υπερμοριακών δομών με τη μορφή δεσμίδων, πηνίων (σφαιριδίων), ινιδίων κ.λπ., λαμβάνει χώρα σε ένα ορισμένο εύρος θερμοκρασίας. Η πολύπλοκη δομή των μορίων και των συσσωματωμάτων τους καθορίζει την ειδική συμπεριφορά των πολυμερών κατά τη θέρμανση. Δεν μπορούν να περάσουν σε υγρή κατάσταση με χαμηλό ιξώδες, δεν έχουν αέρια κατάσταση. Σε στερεά μορφή, τα πολυμερή μπορεί να είναι σε υαλώδεις, εξαιρετικά ελαστικές και παχύρρευστες καταστάσεις. Τα πολυμερή με γραμμικά ή διακλαδισμένα μόρια μπορούν να αλλάξουν από τη μια κατάσταση στην άλλη με μια αλλαγή στη θερμοκρασία, η οποία εκδηλώνεται στη διαδικασία παραμόρφωσης του πολυμερούς. Στο σχ. Το σχήμα 9 δείχνει την εξάρτηση της παραμόρφωσης από τη θερμοκρασία.
Ρύζι. 9 Θερμομηχανική καμπύλη άμορφου πολυμερούς: tγ , t t, t p - θερμοκρασία μετάβασης γυαλιού, ρευστότητα και έναρξη χημικής αποσύνθεσης, αντίστοιχα. I - III - ζώνες υαλώδους, εξαιρετικά ελαστικής και παχύρρευστης κατάστασης, αντίστοιχα. Δ μεγάλο- παραμόρφωση.
Η χωρική δομή της διάταξης των μορίων καθορίζει μόνο τη υαλώδη κατάσταση του πολυμερούς. Σε χαμηλές θερμοκρασίες, όλα τα πολυμερή παραμορφώνονται ελαστικά (Εικ. 9, ζώνη Ι). Πάνω από τη θερμοκρασία μετάπτωσης γυαλιού tγ ένα άμορφο πολυμερές με γραμμική δομή περνά σε εξαιρετικά ελαστική κατάσταση ( ζώνη II), και η παραμόρφωσή του στις υαλώδεις και εξαιρετικά ελαστικές καταστάσεις είναι αναστρέψιμη. Θέρμανση πάνω από το σημείο ροής t t μετατρέπει το πολυμερές σε παχύρρευστη κατάσταση ( ζώνη III). Η παραμόρφωση του πολυμερούς στην παχύρρευστη κατάσταση είναι μη αναστρέψιμη. Ένα άμορφο πολυμερές με χωρική (δικτυακή, διασταυρούμενη) δομή δεν έχει παχύρρευστη κατάσταση, η περιοχή θερμοκρασίας της εξαιρετικά ελαστικής κατάστασης διαστέλλεται στη θερμοκρασία αποσύνθεσης του πολυμερούς t R. Αυτή η συμπεριφορά είναι χαρακτηριστική για υλικά τύπου καουτσούκ.
Η θερμοκρασία μιας ουσίας σε οποιαδήποτε αθροιστική κατάσταση χαρακτηρίζει τη μέση κινητική ενέργεια των σωματιδίων της (άτομα και μόρια). Αυτά τα σωματίδια στα σώματα έχουν κυρίως την κινητική ενέργεια των ταλαντωτικών κινήσεων σε σχέση με το κέντρο ισορροπίας, όπου η ενέργεια είναι ελάχιστη. Όταν επιτευχθεί μια ορισμένη κρίσιμη θερμοκρασία, το στερεό υλικό χάνει τη δύναμή του (σταθερότητα) και λιώνει και το υγρό μετατρέπεται σε ατμό: βράζει και εξατμίζεται. Αυτές οι κρίσιμες θερμοκρασίες είναι τα σημεία τήξης και βρασμού.
Όταν ένα κρυσταλλικό υλικό θερμαίνεται σε μια συγκεκριμένη θερμοκρασία, τα μόρια κινούνται τόσο έντονα που οι άκαμπτοι δεσμοί στο πολυμερές σπάνε και οι κρύσταλλοι καταστρέφονται - περνούν σε υγρή κατάσταση. Η θερμοκρασία στην οποία οι κρύσταλλοι και το υγρό βρίσκονται σε ισορροπία ονομάζεται σημείο τήξης του κρυστάλλου ή σημείο στερεοποίησης του υγρού. Για το ιώδιο, αυτή η θερμοκρασία είναι 114 o C.
Κάθε χημικό στοιχείο έχει το δικό του σημείο τήξης t pl διαχωρίζοντας την ύπαρξη ενός στερεού και ενός υγρού, και το σημείο βρασμού t kip, που αντιστοιχεί στη μετάβαση του υγρού σε αέριο. Σε αυτές τις θερμοκρασίες, οι ουσίες βρίσκονται σε θερμοδυναμική ισορροπία. Μια αλλαγή στην κατάσταση συσσωμάτωσης μπορεί να συνοδεύεται από μια αλλαγή που μοιάζει με άλμα στην ελεύθερη ενέργεια, την εντροπία, την πυκνότητα και άλλες. φυσικές ποσότητες.
Για να περιγράψετε τις διάφορες καταστάσεις σε η φυσική χρησιμοποιεί μια ευρύτερη έννοιαθερμοδυναμική φάση. Τα φαινόμενα που περιγράφουν μεταβάσεις από τη μια φάση στην άλλη ονομάζονται κρίσιμα.
Όταν θερμαίνονται, οι ουσίες υφίστανται μετασχηματισμούς φάσης. Όταν λιώσει (1083 o C), ο χαλκός μετατρέπεται σε υγρό στο οποίο τα άτομα έχουν τάξη μικρής εμβέλειας. Σε πίεση 1 atm, ο χαλκός βράζει στους 2310 ° C και μετατρέπεται σε αέριο χαλκό με τυχαία διατεταγμένα άτομα χαλκού. Πίεση σημείου τήξης κορεσμένο ατμόκρύσταλλο και υγρό είναι ίσα.
Το υλικό στο σύνολό του είναι ένα σύστημα.
Σύστημα- μια ομάδα ουσιών σε συνδυασμό φυσικός,χημικές ή μηχανικές αλληλεπιδράσεις. φάσηονομάζεται ομοιογενές τμήμα του συστήματος, διαχωρισμένο από άλλα μέρη φυσικές διεπαφές (στο χυτοσίδηρο: γραφίτης + κόκκοι σιδήρου· στο παγωμένο νερό: πάγος + νερό).Συστατικάτα συστήματα είναι διαφορετικές φάσεις που σχηματίζονται αυτό το σύστημα. Εξαρτήματα συστήματος- πρόκειται για ουσίες που αποτελούν όλες τις φάσεις (συστατικά) αυτού του συστήματος.
Τα υλικά που αποτελούνται από δύο ή περισσότερες φάσεις είναι διασκορπισμένοισυστήματα. Τα συστήματα διασποράς χωρίζονται σε διαλύματα, των οποίων η συμπεριφορά μοιάζει με τη συμπεριφορά των υγρών, και σε πηκτώματα με τις χαρακτηριστικές ιδιότητες των στερεών. Στα διαλύματα, το μέσο διασποράς στο οποίο κατανέμεται η ουσία είναι υγρό, ενώ στα πηκτώματα κυριαρχεί η στερεά φάση. Τα τζελ είναι ημι-κρυσταλλικό μέταλλο, σκυρόδεμα, διάλυμα ζελατίνης σε νερό σε χαμηλή θερμοκρασία (σε υψηλή θερμοκρασία, η ζελατίνη μετατρέπεται σε κολλοειδές διάλυμα). Ένα υδρόλυμα είναι μια διασπορά στο νερό, ένα αεροζόλ είναι μια διασπορά στον αέρα.
Διαγράμματα κατάστασης.
Σε ένα θερμοδυναμικό σύστημα, κάθε φάση χαρακτηρίζεται από παραμέτρους όπως η θερμοκρασία Τ, συγκέντρωση Μεκαι πίεση R. Για την περιγραφή των μετασχηματισμών φάσης, χρησιμοποιείται ένα μοναδικό ενεργειακό χαρακτηριστικό - η ελεύθερη ενέργεια Gibbs ΔG(θερμοδυναμικό δυναμικό).
Η θερμοδυναμική στην περιγραφή των μετασχηματισμών περιορίζεται στην εξέταση της κατάστασης ισορροπίας. κατάσταση ισορροπίαςΤο θερμοδυναμικό σύστημα χαρακτηρίζεται από την αμετάβλητη των θερμοδυναμικών παραμέτρων (θερμοκρασία και συγκέντρωση, όπως στην τεχνολογική επεξεργασία R= const) στο χρόνο και την απουσία ροών ενέργειας και ύλης σε αυτόν - με τη σταθερότητα των εξωτερικών συνθηκών. Ισορροπία φάσης- κατάσταση ισορροπίας ενός θερμοδυναμικού συστήματος που αποτελείται από δύο ή περισσότερες φάσεις.
Για τη μαθηματική περιγραφή των συνθηκών ισορροπίας του συστήματος υπάρχει κανόνας φάσηςπου δόθηκε από τον Γκιμπς. Συνδέει τον αριθμό των φάσεων (F) και των στοιχείων (K) σε ένα σύστημα ισορροπίας με τη διακύμανση του συστήματος, δηλαδή τον αριθμό των θερμοδυναμικών βαθμών ελευθερίας (C).
Ο αριθμός των θερμοδυναμικών βαθμών ελευθερίας (διακύμανση) ενός συστήματος είναι ο αριθμός των ανεξάρτητων μεταβλητών ως εσωτερικές ( χημική σύνθεσηφάσεις), και εξωτερικές (θερμοκρασία), στις οποίες μπορούν να δοθούν διάφορες αυθαίρετες (σε ορισμένο διάστημα) τιμές ώστε να μην εμφανίζονται νέες φάσεις και να μην εξαφανίζονται οι παλιές φάσεις.
Εξίσωση κανόνα φάσης Gibbs:
C \u003d K - F + 1.
Σύμφωνα με αυτόν τον κανόνα, σε ένα σύστημα δύο συστατικών (K = 2), είναι δυνατοί οι ακόλουθοι βαθμοί ελευθερίας:
Για μονοφασική κατάσταση (F = 1) C = 2, δηλαδή, μπορείτε να αλλάξετε τη θερμοκρασία και τη συγκέντρωση.
Για μια κατάσταση δύο φάσεων (F = 2) C = 1, δηλαδή, μπορείτε να αλλάξετε μόνο μία εξωτερική παράμετρο (για παράδειγμα, θερμοκρασία).
Για μια κατάσταση τριών φάσεων, ο αριθμός των βαθμών ελευθερίας είναι μηδέν, δηλ. είναι αδύνατο να αλλάξει η θερμοκρασία χωρίς να διαταραχθεί η ισορροπία στο σύστημα (το σύστημα είναι αμετάβλητο).
Για παράδειγμα, για ένα καθαρό μέταλλο (K = 1) κατά την κρυστάλλωση, όταν υπάρχουν δύο φάσεις (F = 2), ο αριθμός των βαθμών ελευθερίας είναι μηδέν. Αυτό σημαίνει ότι η θερμοκρασία κρυστάλλωσης δεν μπορεί να αλλάξει μέχρι να τελειώσει η διαδικασία και να παραμείνει μία φάση - ένας στερεός κρύσταλλος. Μετά το τέλος της κρυστάλλωσης (F = 1), ο αριθμός των βαθμών ελευθερίας είναι 1, ώστε να μπορείτε να αλλάξετε τη θερμοκρασία, δηλαδή να ψύξετε το στερεό χωρίς να διαταράξετε την ισορροπία.
Η συμπεριφορά των συστημάτων ανάλογα με τη θερμοκρασία και τη συγκέντρωση περιγράφεται από ένα διάγραμμα κατάστασης. Το διάγραμμα κατάστασης του νερού είναι ένα σύστημα με ένα συστατικό H 2 O, άρα ο μεγαλύτερος αριθμός φάσεων που μπορούν να βρίσκονται ταυτόχρονα σε ισορροπία είναι τρεις (Εικ. 10). Αυτές οι τρεις φάσεις είναι υγρό, πάγος, ατμός. Ο αριθμός των βαθμών ελευθερίας σε αυτή την περίπτωση είναι ίσος με μηδέν, δηλ. είναι αδύνατο να αλλάξει ούτε η πίεση ούτε η θερμοκρασία, ώστε να μην εξαφανιστεί καμία από τις φάσεις. Ο συνηθισμένος πάγος, το υγρό νερό και οι υδρατμοί μπορούν να βρίσκονται σε ισορροπία ταυτόχρονα μόνο σε πίεση 0,61 kPa και θερμοκρασία 0,0075°C. Το σημείο όπου συνυπάρχουν οι τρεις φάσεις ονομάζεται τριπλό σημείο ( Ο).
Καμπύλη OSδιαχωρίζει τις περιοχές ατμού και υγρού και αντιπροσωπεύει την εξάρτηση της πίεσης των κορεσμένων υδρατμών από τη θερμοκρασία. Η καμπύλη OC δείχνει αυτές τις αλληλένδετες τιμές θερμοκρασίας και πίεσης στις οποίες το υγρό νερό και οι υδρατμοί βρίσκονται σε ισορροπία μεταξύ τους, επομένως ονομάζεται καμπύλη ισορροπίας υγρού-ατμού ή καμπύλη βρασμού.
Σχήμα 10 Διάγραμμα κατάστασης νερού
Καμπύλη OVδιαχωρίζει την περιοχή του υγρού από την περιοχή του πάγου. Είναι καμπύλη ισορροπίας στερεού-υγρού και ονομάζεται καμπύλη τήξης. Αυτή η καμπύλη δείχνει εκείνα τα αλληλένδετα ζεύγη θερμοκρασιών και πιέσεων στα οποία ο πάγος και το υγρό νερό βρίσκονται σε ισορροπία.
Καμπύλη ΟΑονομάζεται καμπύλη εξάχνωσης και δείχνει τα διασυνδεδεμένα ζεύγη τιμών πίεσης και θερμοκρασίας στα οποία ο πάγος και οι υδρατμοί βρίσκονται σε ισορροπία.
Ένα διάγραμμα κατάστασης είναι ένας οπτικός τρόπος αναπαράστασης των περιοχών ύπαρξης διαφόρων φάσεων ανάλογα με τις εξωτερικές συνθήκες, όπως η πίεση και η θερμοκρασία. Τα διαγράμματα κατάστασης χρησιμοποιούνται ενεργά στην επιστήμη των υλικών σε διάφορα τεχνολογικά στάδια απόκτησης ενός προϊόντος.
Ένα υγρό διαφέρει από ένα στερεό κρυσταλλικό σώμα από χαμηλές τιμές ιξώδους (εσωτερική τριβή μορίων) και υψηλές τιμές ρευστότητας (το αντίστροφο ιξώδες). Ένα υγρό αποτελείται από πολλά συσσωματώματα μορίων, μέσα στα οποία τα σωματίδια είναι διατεταγμένα με μια συγκεκριμένη σειρά, παρόμοια με τη σειρά των κρυστάλλων. Η φύση των δομικών μονάδων και η αλληλεπίδραση μεταξύ των σωματιδίων καθορίζουν τις ιδιότητες του υγρού. Υπάρχουν υγρά: μονοατομικά (υγροποιημένα ευγενή αέρια), μοριακά (νερό), ιοντικά (λιωμένα άλατα), μεταλλικά (λιωμένα μέταλλα), υγροί ημιαγωγοί. Στις περισσότερες περιπτώσεις, ένα υγρό δεν είναι μόνο μια κατάσταση συσσωμάτωσης, αλλά και μια θερμοδυναμική (υγρή) φάση.
Οι υγρές ουσίες είναι τις περισσότερες φορές διαλύματα. Λύσηομοιογενής, αλλά όχι χημικά καθαρή ουσία, αποτελείται από μια διαλυμένη ουσία και έναν διαλύτη (παραδείγματα διαλύτη είναι νερό ή οργανικοί διαλύτες: διχλωροαιθάνιο, αλκοόλη, τετραχλωράνθρακας κ.λπ.), επομένως είναι ένα μείγμα ουσιών. Ένα παράδειγμα είναι ένα διάλυμα αλκοόλης σε νερό. Ωστόσο, τα διαλύματα είναι επίσης μείγματα αερίων (για παράδειγμα, αέρα) ή στερεών (κράματα μετάλλων) ουσιών.
Κατά την ψύξη υπό συνθήκες χαμηλού ρυθμού σχηματισμού κέντρων κρυστάλλωσης και ισχυρής αύξησης του ιξώδους, μπορεί να εμφανιστεί μια υαλώδης κατάσταση. Τα γυαλιά είναι ισότροπα στερεά υλικά που λαμβάνονται με υπερψύξη λιωμένων ανόργανων και οργανικών ενώσεων.
Πολλές ουσίες είναι γνωστές των οποίων η μετάβαση από μια κρυσταλλική κατάσταση σε ένα ισότροπο υγρό συμβαίνει μέσω μιας ενδιάμεσης κατάστασης υγρού κρυστάλλου. Είναι χαρακτηριστικό των ουσιών των οποίων τα μόρια έχουν τη μορφή μακριών ράβδων (ράβδων) με ασύμμετρη δομή. Τέτοιες μεταβάσεις φάσης, που συνοδεύονται από θερμικά φαινόμενα, προκαλούν μια απότομη αλλαγή στις μηχανικές, οπτικές, διηλεκτρικές και άλλες ιδιότητες.
υγρούς κρυστάλλους, όπως ένα υγρό, μπορεί να πάρει τη μορφή επιμήκους σταγόνας ή σχήμα αγγείου, να έχει υψηλή ρευστότητα και να μπορεί να συγχωνεύεται. Χρησιμοποιούνται ευρέως σε διάφορους τομείς της επιστήμης και της τεχνολογίας. Οι οπτικές τους ιδιότητες εξαρτώνται σε μεγάλο βαθμό από μικρές αλλαγέςεξωτερικές συνθήκες. Αυτό το χαρακτηριστικό χρησιμοποιείται σε ηλεκτρο-οπτικές συσκευές. Συγκεκριμένα, οι υγροί κρύσταλλοι χρησιμοποιούνται στην κατασκευή ηλεκτρονικών ρολογιών, οπτικού εξοπλισμού κ.λπ.
Μεταξύ των κύριων καταστάσεων συσσώρευσης είναι πλάσμα αίματος- μερικώς ή πλήρως ιονισμένο αέριο. Σύμφωνα με τη μέθοδο σχηματισμού, διακρίνονται δύο τύποι πλάσματος: το θερμικό, το οποίο εμφανίζεται όταν ένα αέριο θερμαίνεται σε υψηλές θερμοκρασίες και το αέριο, το οποίο σχηματίζεται κατά τις ηλεκτρικές εκκενώσεις σε ένα αέριο μέσο.
Οι χημικές διεργασίες πλάσματος έχουν πάρει σταθερή θέση σε διάφορους κλάδους της τεχνολογίας. Χρησιμοποιούνται για την κοπή και συγκόλληση πυρίμαχων μετάλλων, για τη σύνθεση διαφόρων ουσιών, χρησιμοποιούν ευρέως πηγές φωτός πλάσματος, η χρήση πλάσματος σε θερμοπυρηνικούς σταθμούς είναι πολλά υποσχόμενη κ.λπ.
