Maddenin durumu

Madde- kimyasal bağlarla ve belirli koşullar altında toplanma durumlarından birinde birbirine bağlanan gerçekten var olan parçacıklar topluluğu. Herhangi bir madde çok sayıda parçacıktan oluşan bir koleksiyondan oluşur: atomlar, moleküller, iyonlar, bunlar birbirleriyle birleşerek kümeler veya kümeler olarak da adlandırılan bileşenler halinde birleşebilirler. Bileşenlerdeki parçacıkların sıcaklığına ve davranışına (parçacıkların göreceli düzeni, sayıları ve bir bileşendeki etkileşimlerinin yanı sıra, bileşenlerin uzaydaki dağılımı ve birbirleriyle etkileşimleri) bağlı olarak bir madde iki ana durumda olabilir. toplama - kristal (katı) veya gaz halinde, ve toplanmanın geçiş durumlarında – amorf (katı), sıvı kristal, sıvı ve buhar. Katı, sıvı kristal ve sıvı toplanma durumları yoğunlaşırken, buhar ve gaz halleri yüksek oranda boşaltılır.

Faz- bu, aynı parçacık düzeni ve konsantrasyonu ile karakterize edilen ve arayüz tarafından sınırlanan makroskobik bir madde hacminde yer alan bir dizi homojen mikro bölgedir. Bu anlayışa göre faz yalnızca kristal ve gaz halindeki maddeler için karakteristiktir, çünkü bunlar homojen toplanma durumlarıdır.

Metafaz parçacıkların düzeni veya konsantrasyonları bakımından birbirinden farklı olan ve arayüz tarafından sınırlanan makroskobik bir madde hacminde yer alan heterojen mikrobölgelerin bir koleksiyonudur. Bu anlayışa göre, metafaz yalnızca heterojen toplanma geçiş durumlarında bulunan maddelerin karakteristiğidir. Farklı fazlar ve metafazlar birbirleriyle karışarak tek bir toplanma durumu oluşturabilir ve sonra aralarında herhangi bir arayüz kalmaz.

Genellikle "temel" ve "geçiş" toplama durumları kavramları birbirinden ayırt edilmez. “Toplam durum”, “faz” ve “mezofaz” kavramları sıklıkla birbirinin yerine kullanılır. Maddelerin durumu için beş olası toplama durumunun dikkate alınması tavsiye edilir: katı, sıvı kristal, sıvı, buhar, gaz. Bir fazın diğer faza geçişine birinci ve ikinci dereceden faz geçişi denir. Birinci dereceden faz geçişleri aşağıdakilerle karakterize edilir:

Bir maddenin durumunu tanımlayan fiziksel miktarlardaki ani değişiklikler (hacim, yoğunluk, viskozite vb.);

Belirli bir faz geçişinin meydana geldiği belirli bir sıcaklık

Bu geçişi karakterize eden belli bir ısı var çünkü moleküller arası bağlar kırılır.

Bir toplanma durumundan başka bir toplanma durumuna geçiş sırasında birinci dereceden faz geçişleri gözlenir. İkinci dereceden faz geçişleri, parçacıkların sırası bir toplanma durumunda değiştiğinde gözlemlenir ve aşağıdakilerle karakterize edilir:

Kademeli değişim fiziki ozellikleri maddeler;

Faz geçiş sıcaklığı olarak adlandırılan, dış alanların bir gradyanının etkisi altında veya belirli bir sıcaklıkta bir maddenin parçacıklarının düzenindeki değişiklik;

İkinci dereceden faz geçişlerinin ısısı eşit ve sıfıra yakındır.

Birinci ve ikinci dereceden faz geçişleri arasındaki temel fark, birinci dereceden geçişler sırasında her şeyden önce sistemdeki parçacıkların enerjisinin değişmesi ve ikinci dereceden geçişler durumunda parçacıkların sırasının değişmesidir. sistem değişir.

Bir maddenin katı halden sıvı hale geçmesine denir erime ve erime noktasıyla karakterize edilir. Bir maddenin sıvı halden buhar durumuna geçişine denir buharlaşma ve kaynama noktası ile karakterize edilir. Düşük moleküler ağırlığa ve zayıf moleküller arası etkileşimlere sahip bazı maddeler için, sıvı durumu atlayarak katı durumdan buhar durumuna doğrudan geçiş mümkündür. Bu geçişe denir süblimasyon. Yukarıdaki süreçlerin tümü ters yönde de gerçekleşebilir: o zaman bunlara denir. donma, yoğunlaşma, desüblimasyon.

Erime ve kaynama sırasında ayrışmayan maddeler, sıcaklığa ve basınca bağlı olarak dört toplanma durumunun hepsinde mevcut olabilir.

Katı hal

Yeterince düşük bir sıcaklıkta hemen hemen tüm maddeler katı haldedir. Bu durumda, maddenin parçacıkları arasındaki mesafe, parçacıkların kendi boyutlarıyla karşılaştırılabilir, bu da güçlü etkileşimlerini ve potansiyel enerjilerinin kinetik enerjiye göre önemli ölçüde fazla olmasını sağlar.Katı madde parçacıklarının hareketi yalnızca ile sınırlıdır. konumlarına göre küçük titreşimler ve dönmeler vardır ve öteleme hareketleri yoktur. Bu, parçacıkların düzenlenmesinde iç düzene yol açar. Bu nedenle katılar kendi şekilleriyle, mekanik dayanımlarıyla ve sabit hacimleriyle karakterize edilirler (pratikte sıkıştırılamazlar). Parçacıkların düzenlenme derecesine bağlı olarak katılar ikiye ayrılır: kristal ve amorf.

Kristalin maddeler, tüm parçacıkların düzeninde düzenin varlığıyla karakterize edilir. Kristalli maddelerin katı fazı, aynı birim hücrenin her yönde kesin tekrarlanabilirliği ile karakterize edilen, homojen bir yapı oluşturan parçacıklardan oluşur. Bir kristalin birim hücresi, parçacıkların düzenlenmesindeki üç boyutlu periyodikliği karakterize eder; onun kristal kafesi. Kristal kafesler, kristali oluşturan parçacıkların türüne ve aralarındaki çekim kuvvetlerinin doğasına bağlı olarak sınıflandırılır.

Birçok kristalli madde, koşullara (sıcaklık, basınç) bağlı olarak farklı kristal yapılara sahip olabilir. Bu fenomene denir polimorfizm. Karbonun iyi bilinen polimorfik modifikasyonları: grafit, fulleren, elmas, karbin.

Amorf (şekilsiz) maddeler. Bu durum polimerler için tipiktir. Uzun moleküller kolayca bükülür ve diğer moleküllerle iç içe geçer, bu da parçacıkların dizilişinde düzensizliklere yol açar.

Amorf parçacıklar ve kristal parçacıklar arasındaki fark:

izotropi - bir cismin veya ortamın her yönde aynı fiziksel ve kimyasal özellikleri, yani. özelliklerin yönden bağımsızlığı;

sabit bir erime noktası yoktur.

Cam, erimiş kuvars ve birçok polimer amorf bir yapıya sahiptir. Amorf maddeler kristal olanlardan daha az kararlıdır ve bu nedenle herhangi bir amorf cisim zamanla enerji açısından daha kararlı bir duruma (kristalin) dönüşebilir.

Sıvı hal

Sıcaklık arttıkça parçacıkların termal titreşimlerinin enerjisi artar ve her madde için, termal titreşimlerin enerjisinin bağların enerjisini aştığı bir sıcaklık vardır. Parçacıklar birbirlerine göre hareket ederek çeşitli hareketler gerçekleştirebilirler. Parçacıkların doğru geometrik yapısı bozulsa da, madde sıvı halde mevcut olmasına rağmen hala temas halinde kalırlar. Parçacıkların hareketliliğinden dolayı sıvı hal, Brownian hareketi, parçacıkların difüzyonu ve uçuculuğu ile karakterize edilir. Bir sıvının önemli bir özelliği, sıvının serbest akışını engelleyen etkileşimli kuvvetleri karakterize eden viskozitedir.

Sıvılar, maddelerin gaz ve katı halleri arasında bir ara pozisyonda bulunur. Gazdan daha düzenli, fakat katıdan daha az yapılıdır.

Buhar ve gaz halleri

Buhar-gaz hali genellikle ayırt edilmez.

Gaz - bu, tek bir dinamik faz olarak kabul edilebilecek, birbirinden uzak bireysel moleküllerden oluşan, yüksek düzeyde deşarjlı homojen bir sistemdir.

Buhar - Bu, moleküllerin ve bu moleküllerden oluşan kararsız küçük bileşenlerin bir karışımı olan, oldukça deşarjlı, homojen olmayan bir sistemdir.

Moleküler kinetik teori, ideal bir gazın özelliklerini aşağıdaki ilkelere dayanarak açıklar: moleküller sürekli rastgele hareket halindedir; gaz moleküllerinin hacmi, moleküller arası mesafelerle karşılaştırıldığında ihmal edilebilir düzeydedir; gaz molekülleri arasında çekici veya itici kuvvet yoktur; ortalama kinetik enerji Gaz moleküllerinin sayısı mutlak sıcaklığıyla orantılıdır. Moleküller arası etkileşim kuvvetlerinin önemsizliği ve büyük bir serbest hacmin varlığı nedeniyle, gazlar aşağıdakilerle karakterize edilir: yüksek termal hareket ve moleküler difüzyon oranları, moleküllerin mümkün olduğu kadar fazla hacim işgal etme arzusu ve ayrıca yüksek sıkıştırılabilirlik .

Yalıtılmış bir gaz fazı sistemi dört parametreyle karakterize edilir: basınç, sıcaklık, hacim ve madde miktarı. Bu parametreler arasındaki ilişki ideal gaz durum denklemiyle tanımlanır:

R = 8,31 kJ/mol – evrensel gaz sabiti.

En yaygın bilgi, toplanmanın üç durumu hakkındadır: sıvı, katı, gaz; bazen plazmayı, daha az sıklıkla ise sıvı kristali hatırlarlar. Son zamanlardaÜnlü () Stephen Fry'dan alınan maddenin 17 evresinden oluşan bir liste internette dolaştı. Bu nedenle size bunları daha detaylı anlatacağız çünkü... Evrende meydana gelen süreçleri daha iyi anlamak için de olsa, madde hakkında biraz daha bilgi sahibi olmalısınız.

Aşağıda verilen maddenin toplam hallerinin listesi, en soğuk hallerden en sıcak hallere vb. doğru artar. devam edilebilir. Aynı zamanda, listenin her iki tarafında da en “sıkıştırılmamış” olan gaz halindeki durumdan (No. 11), maddenin sıkıştırılma derecesi ve basıncının (bu tür incelenmemiş olanlar için bazı çekincelerle birlikte) anlaşılmalıdır. kuantum, ışın veya zayıf simetrik gibi varsayımsal durumlar artar.Metinden sonra maddenin faz geçişlerinin görsel bir grafiği gösterilir.

1. Kuantum- sıcaklık düşürüldüğünde bir maddenin elde edilen topaklanma durumu tamamen sıfır Bunun sonucunda iç bağlantılar kaybolur ve madde serbest kuarklara bölünür.

2. Bose-Einstein yoğunlaşması- Mutlak sıfıra yakın sıcaklıklara (mutlak sıfırın üzerinde bir derecenin milyonda birinden daha az) soğutulmuş, temeli bozon olan maddenin bir toplanma durumu. Bu kadar serin bir durumda, bu yeterli Büyük sayı Atomlar kendilerini mümkün olan en düşük kuantum durumlarında bulur ve kuantum etkileri makroskobik düzeyde kendini göstermeye başlar. Bose-Einstein yoğunlaşması (genellikle "Bose yoğunlaşması" veya basitçe "beck" olarak adlandırılır) bir şeyi soğutduğunuzda meydana gelir kimyasal element son derece Düşük sıcaklık(tipik olarak mutlak sıfırın biraz üstünde, eksi 273 santigrat derece, her şeyin hareket etmeyi bıraktığı teorik sıcaklık).
Maddenin başına tamamen tuhaf şeyler gelmeye başladığı yer burasıdır. Genellikle yalnızca atomik düzeyde gözlemlenen süreçler artık çıplak gözle gözlemlenebilecek kadar büyük ölçeklerde gerçekleşmektedir. Örneğin, "arka kısmı" bir laboratuvar kabına yerleştirirseniz ve gerekli miktarı sağlarsanız sıcaklık rejimi madde duvardan yukarı doğru tırmanmaya başlayacak ve sonunda kendi kendine dışarı çıkacaktır.
Görünüşe göre, burada bir maddenin kendi enerjisini (zaten mümkün olan tüm seviyelerin en düşük seviyesinde olan) düşürmeye yönelik nafile bir girişimiyle karşı karşıyayız.
Soğutma ekipmanı kullanılarak atomların yavaşlatılması, Bose veya Bose-Einstein yoğunlaşması olarak bilinen tekil bir kuantum durumu üretir. Bu fenomen, 1925 yılında A. Einstein tarafından, istatistiksel mekaniğin kütlesiz fotonlardan kütle taşıyan atomlara kadar değişen parçacıklar için oluşturulduğu S. Bose'un çalışmasının genelleştirilmesinin bir sonucu olarak tahmin edildi (Einstein'ın kayıp olduğu düşünülen el yazması keşfedildi). 2005 yılında Leiden Üniversitesi kütüphanesinde). Bose ve Einstein'ın çabaları, Bose'un, bozon adı verilen tamsayı spinli özdeş parçacıkların istatistiksel dağılımını tanımlayan, Bose-Einstein istatistiklerine tabi bir gaz kavramıyla sonuçlandı. Örneğin bireysel temel parçacıklar (fotonlar ve tüm atomlar) olan bozonlar birbirleriyle aynı kuantum durumlarında olabilir. Einstein, bozon atomlarını çok düşük sıcaklıklara soğutmanın onların mümkün olan en düşük kuantum durumuna dönüşmesine (veya başka bir deyişle yoğunlaşmasına) neden olacağını öne sürdü. Böyle bir yoğunlaşmanın sonucu ortaya çıkacak yeni form maddeler.
Bu geçiş, herhangi bir iç serbestlik derecesi olmayan, etkileşime girmeyen parçacıklardan oluşan homojen üç boyutlu bir gaz için kritik sıcaklığın altında meydana gelir.

3. Fermiyon yoğunlaşması- Bir maddenin mesnede benzer fakat yapı olarak farklı bir şekilde toplanma durumu. Mutlak sıfıra yaklaştıkça atomlar kendi açısal momentumlarının (spin) büyüklüğüne bağlı olarak farklı davranırlar. Bozonların tam sayı dönüşleri varken, fermiyonların dönüşleri 1/2'nin (1/2, 3/2, 5/2) katlarıdır. Fermiyonlar, iki fermiyonun aynı kuantum durumuna sahip olamayacağını belirten Pauli dışlama ilkesine uyar. Bozonlar için böyle bir yasak yoktur ve bu nedenle tek bir kuantum durumunda var olma ve dolayısıyla Bose-Einstein yoğunlaşmasını oluşturma fırsatına sahiptirler. Bu yoğunlaşmanın oluşma süreci süperiletken duruma geçişten sorumludur.
Elektronların spini 1/2 olduğundan fermiyon olarak sınıflandırılırlar. Çiftler halinde birleşirler (Cooper çiftleri olarak adlandırılır), bunlar daha sonra bir Bose yoğuşması oluşturur.
Amerikalı bilim insanları fermiyon atomlarından derin soğutmayla bir tür molekül elde etmeye çalıştılar. Gerçek moleküllerden farkı, atomlar arasında hiçbir kimyasal bağın bulunmamasıydı; atomlar sadece bağlantılı bir şekilde birlikte hareket ediyorlardı. Atomlar arasındaki bağın Cooper çiftlerindeki elektronlar arasındaki bağdan bile daha güçlü olduğu ortaya çıktı. Ortaya çıkan fermiyon çiftlerinin toplam dönüşü artık 1/2'nin katı değildir, bu nedenle zaten bozonlar gibi davranırlar ve tek kuantum durumuna sahip bir Bose yoğunlaşması oluşturabilirler. Deney sırasında, potasyum-40 atomlu bir gaz 300 nanokelvin'e soğutulurken, gaz optik tuzak adı verilen bir tuzakla kapatıldı. Daha sonra, atomlar arasındaki etkileşimlerin doğasını değiştirmenin mümkün olduğu harici bir manyetik alan uygulandı - güçlü itme yerine güçlü çekim gözlemlenmeye başlandı. Manyetik alanın etkisini analiz ederken atomların Cooper elektron çiftleri gibi davranmaya başladığı değeri bulmak mümkün oldu. Deneyin bir sonraki aşamasında bilim insanları fermiyon yoğunlaşması için süperiletkenlik etkileri elde etmeyi bekliyorlar.

4. Süperakışkan madde- Bir maddenin neredeyse hiç viskozitesinin olmadığı ve akış sırasında katı bir yüzeyle sürtünme yaşamadığı bir durum. Bunun sonucu, örneğin, süperakışkan helyumun yerçekimi kuvvetine karşı duvarları boyunca kaptan duvarları boyunca tamamen kendiliğinden "dışarı çıkması" gibi ilginç bir etkidir. Elbette burada enerjinin korunumu yasasına aykırı bir durum söz konusu değil. Sürtünme kuvvetlerinin yokluğunda, helyum yalnızca yerçekimi kuvvetleri, helyum ile kabın duvarları arasındaki ve helyum atomları arasındaki atomlar arası etkileşim kuvvetleri tarafından etki eder. Yani atomlar arası etkileşimin kuvvetleri, diğer tüm kuvvetlerin birleşiminden üstündür. Sonuç olarak, helyum mümkün olduğu kadar tüm yüzeylere yayılma eğilimindedir ve bu nedenle kabın duvarları boyunca "hareket eder". 1938'de Sovyet bilim adamı Pyotr Kapitsa, helyumun süperakışkan halde bulunabileceğini kanıtladı.
Helyumun alışılmadık özelliklerinin çoğunun uzun süredir bilindiğini belirtmekte fayda var. Ancak, hatta son yıllar bu kimyasal element bizi ilginç ve beklenmeyen etkiler. Böylece, 2004 yılında Pennsylvania Üniversitesi'nden Moses Chan ve Eun-Syong Kim, helyumun tamamen yeni bir halini (süper akışkan bir katı) elde etmeyi başardıklarını duyurarak bilim dünyasının ilgisini çekti. Bu durumda, kristal kafesteki bazı helyum atomları diğerlerinin etrafından akabilir ve böylece helyum kendi içinden akabilir. “Süper sertlik” etkisi teorik olarak 1969'da tahmin edilmişti. Ve sonra 2004'te deneysel bir onay varmış gibi görünüyordu. Ancak daha sonra yapılan çok ilginç deneyler, her şeyin o kadar basit olmadığını ve daha önce katı helyumun aşırı akışkanlığı olarak kabul edilen olgunun bu şekilde yorumlanmasının belki de yanlış olduğunu gösterdi.
ABD'deki Brown Üniversitesi'nden Humphrey Maris liderliğindeki bilim adamlarının yaptığı deney basit ve zarifti. Bilim adamları, sıvı helyum içeren kapalı bir tankın içine ters bir test tüpü yerleştirdiler. Test tüpündeki ve rezervuardaki helyumun bir kısmını, test tüpünün içindeki sıvı ve katı arasındaki sınır rezervuardakinden daha yüksek olacak şekilde dondurdular. Başka bir deyişle, test tüpünün üst kısmında sıvı helyum vardı, alt kısmında katı helyum vardı, rezervuarın katı fazına sorunsuz bir şekilde geçti ve üzerine sıvıdan daha düşük bir miktar sıvı helyum döküldü. Test tüpündeki seviye. Sıvı helyum, katı helyumun içinden sızmaya başlarsa, o zaman seviye farkı azalır ve o zaman katı süperakışkan helyumdan bahsedebiliriz. Prensip olarak 13 deneyin üçünde seviye farkı aslında azaldı.

5. Süper sert madde- Maddenin şeffaf olduğu ve sıvı gibi "akabildiği" ancak aslında viskoziteden yoksun olduğu bir toplanma durumu. Bu tür sıvılar uzun yıllardır bilinmektedir ve bunlara süperakışkanlar adı verilmektedir. Gerçek şu ki, eğer bir süperakışkan karıştırılırsa neredeyse sonsuza kadar dolaşacaktır, oysa normal bir sıvı eninde sonunda sakinleşecektir. İlk iki süperakışkan, araştırmacılar tarafından helyum-4 ve helyum-3 kullanılarak oluşturuldu. Neredeyse mutlak sıfıra, eksi 273 santigrat dereceye kadar soğutuldular. Ve helyum-4'ten Amerikalı bilim adamları süper katı bir cisim elde etmeyi başardılar. Donmuş helyumu 60 kat daha fazla basınçla sıkıştırdılar ve ardından maddeyle dolu camı dönen bir diskin üzerine yerleştirdiler. 0,175 santigrat derece sıcaklıkta disk aniden daha serbest bir şekilde dönmeye başladı ve bilim insanları bunun helyumun bir süper cisim haline geldiğini gösterdiğini söylüyor.

6. Katı- denge konumları etrafında küçük titreşimler gerçekleştiren, şeklin stabilitesi ve atomların termal hareketinin doğası ile karakterize edilen bir maddenin toplanma durumu. Katıların kararlı durumu kristaldir. Atomlar arasında iyonik, kovalent, metalik ve diğer türde bağlara sahip katılar bulunur ve bu onların fiziksel özelliklerinin çeşitliliğini belirler. Katıların elektriksel ve diğer bazı özellikleri esas olarak atomlarının dış elektronlarının hareketinin doğası tarafından belirlenir. Elektriksel özelliklerine göre katılar dielektriklere, yarı iletkenlere ve metallere ayrılır; manyetik özelliklerine göre katılar diyamanyetik, paramanyetik ve düzenli manyetik yapıya sahip cisimlere ayrılır. Katıların özelliklerine ilişkin çalışmalar, gelişimi teknolojinin ihtiyaçları tarafından teşvik edilen geniş bir alan olan katı hal fiziği ile birleşti.

7. Amorf katı- atomların ve moleküllerin düzensiz düzenlenmesi nedeniyle fiziksel özelliklerin izotropisi ile karakterize edilen, bir maddenin yoğunlaşmış bir toplanma durumu. Amorf katılarda atomlar rastgele konumlanmış noktalar etrafında titreşirler. Kristal halinden farklı olarak, katı amorf durumdan sıvıya geçiş kademeli olarak gerçekleşir. Çeşitli maddeler amorf durumdadır: cam, reçineler, plastikler vb.

8. Sıvı kristal bir maddenin aynı anda hem kristal hem de sıvı özelliklerini sergilediği spesifik bir toplanma durumudur. Hemen tüm maddelerin sıvı kristal halinde olamayacağına dikkat edilmelidir. Ancak bazıları organik madde Karmaşık moleküllere sahip olduklarından, belirli bir toplanma durumu (sıvı kristal) oluşturabilirler. Bu durum, belirli maddelerin kristalleri eridiğinde ortaya çıkar. Eridiklerinde sıradan sıvılardan farklı olarak sıvı kristal faz oluşur. Bu faz, kristalin erime sıcaklığından, ısıtıldığında sıvı kristalin sıradan bir sıvıya dönüştüğü daha yüksek bir sıcaklığa kadar olan aralıkta bulunur.
Sıvı kristalin sıvıdan ve sıradan kristalden farkı nedir ve bunlara benzerliği nedir? Sıradan bir sıvı gibi sıvı kristal de akışkanlığa sahiptir ve yerleştirildiği kabın şeklini alır. Herkesin bildiği kristallerden bu yönüyle farklıdır. Ancak onu bir sıvıyla birleştiren bu özelliğine rağmen kristallere özgü bir özellik taşır. Bu, kristali oluşturan moleküllerin uzaydaki sıralamasıdır. Doğru, bu sıralama sıradan kristallerdeki kadar eksiksiz değildir, ancak yine de sıvı kristallerin, onları sıradan sıvılardan ayıran özelliklerini önemli ölçüde etkiler. Bir sıvı kristali oluşturan moleküllerin eksik uzaysal sıralaması, sıvı kristallerde moleküllerin ağırlık merkezlerinin uzaysal düzenlemesinde kısmi bir düzen olabilmesine rağmen tam bir düzenin olmamasıyla ortaya çıkar. Bu, katı bir kristal kafese sahip olmadıkları anlamına gelir. Bu nedenle sıvı kristaller de sıradan sıvılar gibi akışkanlık özelliğine sahiptir.
Sıvı kristallerin onları sıradan kristallere yaklaştıran zorunlu bir özelliği, moleküllerin uzaysal yönelim sırasının varlığıdır. Oryantasyondaki bu sıra, örneğin bir sıvı kristal numunesindeki moleküllerin tüm uzun eksenlerinin aynı şekilde yönlendirilmiş olmasıyla kendini gösterebilir. Bu moleküllerin uzun bir şekle sahip olması gerekir. Bir sıvı kristalde, moleküler eksenlerin en basit adlandırılmış düzenine ek olarak, moleküllerin daha karmaşık yönelimsel düzeni de meydana gelebilir.
Moleküler eksenlerin düzenine bağlı olarak sıvı kristaller üç türe ayrılır: nematik, smektik ve kolesterik.
Sıvı kristallerin fiziği ve uygulamaları üzerine araştırmalar şu anda geniş bir alanda yürütülmektedir. Gelişmiş ülkeler barış. Yurtiçi araştırmalar hem akademik hem de endüstriyel araştırma kurumlarında yoğunlaşmıştır ve uzun bir geleneğe sahiptir. V.K.'nin otuzlu yıllarda Leningrad'da tamamlanan çalışmaları geniş çapta tanındı ve tanındı. Fredericks'ten V.N.'ye. Tsvetkova. Son yıllarda sıvı kristallerin hızlı incelenmesi, yerli araştırmacıların genel olarak sıvı kristaller ve özel olarak sıvı kristallerin optikleri üzerine yapılan çalışmaların geliştirilmesine önemli katkılar sağladığını gördü. Böylece I.G. Chistyakova, A.P. Kapustina, S.A. Brazovsky, S.A. Pikina, L.M. Blinov ve diğer birçok Sovyet araştırmacısı, bilim camiası tarafından geniş çapta tanınmaktadır ve sıvı kristallerin bir dizi etkili teknik uygulamasının temelini oluşturmaktadır.
Sıvı kristallerin varlığı çok uzun zaman önce, yani 1888'de, yani neredeyse bir asır önce tespit edildi. Her ne kadar bilim insanları maddenin bu durumuyla 1888'den önce karşılaşsa da resmi olarak daha sonra keşfedildi.
Sıvı kristalleri ilk keşfeden Avusturyalı botanikçi Reinitzer'di. Sentezlediği yeni madde kolesteril benzoat üzerinde çalışırken, 145°C sıcaklıkta bu maddenin kristallerinin eriyerek ışığı güçlü bir şekilde dağıtan bulanık bir sıvı oluşturduğunu keşfetti. Isıtma devam ettikçe, 179°C sıcaklığa ulaşıldığında sıvı berrak hale gelir, yani optik olarak sıradan bir sıvı, örneğin su gibi davranmaya başlar. Kolesteril benzoat bulanık fazda beklenmedik özellikler gösterdi. Reinitzer, bu fazı polarizasyon mikroskobu altında inceleyerek bunun çift kırılma sergilediğini keşfetti. Bu, ışığın kırılma indisinin, yani ışığın bu fazdaki hızının polarizasyona bağlı olduğu anlamına gelir.

9. Sıvı- katı hal (hacimin korunması, belirli bir gerilme mukavemeti) ve gaz halindeki durumun (şekil değişkenliği) özelliklerini birleştiren bir maddenin toplanma durumu. Sıvılar, parçacıkların (moleküller, atomlar) düzenlenmesinde kısa menzilli düzen ve moleküllerin termal hareketinin kinetik enerjisinde ve potansiyel etkileşim enerjisinde küçük bir farkla karakterize edilir. Sıvı moleküllerin termal hareketi, denge konumları etrafındaki salınımlardan ve bir denge konumundan diğerine nispeten nadir sıçramalardan oluşur; sıvının akışkanlığı bununla ilişkilidir.

10. Süperkritik akışkan(SCF), sıvı ve gaz fazları arasındaki farkın ortadan kalktığı bir maddenin toplanma durumudur. Kritik noktasının üzerinde sıcaklık ve basınçta bulunan herhangi bir madde süperkritik bir akışkandır. Süperkritik durumdaki bir maddenin özellikleri, gaz ve sıvı fazdaki özellikleri arasında orta düzeydedir. Böylece, SCF'nin yüksek yoğunluk Sıvıya yakın ve gazlar gibi viskozitesi düşük. Bu durumda difüzyon katsayısı sıvı ve gaz arasında bir ara değere sahiptir. Süperkritik durumdaki maddeler, laboratuvar ve endüstriyel işlemlerde organik çözücülerin yerine kullanılabilir. Süperkritik su ve süperkritik karbondioksit, belirli özelliklerinden dolayı en büyük ilgiyi ve dağıtımı almıştır.
Süperkritik durumun en önemli özelliklerinden biri maddeleri çözebilme yeteneğidir. Sıvının sıcaklığını veya basıncını değiştirerek özelliklerini geniş bir aralıkta değiştirebilirsiniz. Böylece özellikleri sıvıya veya gaza yakın olan bir akışkan elde etmek mümkündür. Bu nedenle, bir sıvının çözünme yeteneği artan yoğunlukla birlikte artar ( Sabit sıcaklık). Yoğunluk artan basınçla arttığından, basıncın değiştirilmesi sıvının (sabit bir sıcaklıkta) çözünme kabiliyetini etkileyebilir. Sıcaklık durumunda, sıvının özelliklerine bağımlılık biraz daha karmaşıktır; sabit yoğunlukta sıvının çözünme yeteneği de artar, ancak kritik noktaya yakın sıcaklıkta hafif bir artış keskin bir düşüşe neden olabilir yoğunluk ve buna bağlı olarak çözünme yeteneği. Süperkritik akışkanlar birbirleriyle sınırsız karışırlar, bu nedenle karışımın kritik noktasına ulaşıldığında sistem her zaman tek fazlı olacaktır. Yaklaşık Kritik sıcaklık ikili karışım, Tc(mix) = (mol fraksiyonu A) x TcA + (mol fraksiyonu B) x TcB maddelerinin kritik parametrelerinin aritmetik ortalaması olarak hesaplanabilir.

11. Gazlı- (Fransız gazı, Yunan kaosundan - kaos), parçacıklarının (moleküller, atomlar, iyonlar) termal hareketinin kinetik enerjisinin, aralarındaki etkileşimlerin potansiyel enerjisini önemli ölçüde aştığı bir maddenin toplanma durumu ve bu nedenle parçacıklar serbestçe hareket eder ve dış alanların yokluğunda kendisine sağlanan tüm hacmi eşit şekilde doldurur.

12. Plazma- (Yunan plazmasından - yontulmuş, şekillendirilmiş), pozitif ve negatif yüklerin konsantrasyonlarının eşit olduğu (yarı nötrlük) iyonize bir gaz olan maddenin durumu. Evrendeki maddenin büyük çoğunluğu plazma halindedir: yıldızlar, galaktik bulutsular ve yıldızlararası ortam. Dünya'nın yakınında plazma güneş rüzgarı, manyetosfer ve iyonosfer şeklinde bulunur. Kontrollü termonükleer füzyonun uygulanması amacıyla döteryum ve trityum karışımından elde edilen yüksek sıcaklıktaki plazma (T ~ 106 - 108K) üzerinde çalışılmaktadır. Düşük sıcaklık plazması (T Ј 105K) çeşitli gaz deşarj cihazlarında (gaz lazerleri, iyon cihazları, MHD jeneratörleri, plazmatronlar, plazma motorları vb.) ve ayrıca teknolojide kullanılır (bkz. Plazma metalurjisi, Plazma delme, Plazma teknoloji).

13. Dejenere madde— Plazma ve nötronyum arasında bir ara aşamadır. Beyaz cücelerde ve oyunlarda görülür önemli rol yıldızların evriminde. Atomlar aşırı yüksek sıcaklık ve basınca maruz kaldıklarında elektronlarını kaybederler (elektron gazı haline gelirler). Yani tamamen iyonize olmuşlardır (plazma). Böyle bir gazın (plazma) basıncı elektronların basıncıyla belirlenir. Yoğunluk çok yüksekse tüm parçacıklar birbirine yaklaşmaya zorlanır. Elektronlar belirli enerjilere sahip durumlarda bulunabilir ve iki elektron aynı enerjiye sahip olamaz (spinleri zıt olmadığı sürece). Böylece yoğun bir gazda tüm düşük enerji seviyeleri elektronlarla doludur. Böyle bir gaza dejenere denir. Bu durumda elektronlar, yerçekimi kuvvetlerine karşı koyan dejenere elektron basıncı sergilerler.

14. Nötronyum- Maddenin, laboratuvarda hala ulaşılamayan, ancak nötron yıldızlarının içinde bulunan ultra yüksek basınçta geçtiği bir toplanma durumu. Nötron durumuna geçiş sırasında maddenin elektronları protonlarla etkileşime girerek nötronlara dönüşür. Sonuç olarak, nötron durumundaki madde tamamen nötronlardan oluşur ve nükleer düzeyde bir yoğunluğa sahiptir. Maddenin sıcaklığı çok yüksek olmamalıdır (enerji eşdeğeri olarak yüz MeV'den fazla olmamalıdır).
Sıcaklığın güçlü bir artışıyla (yüzlerce MeV ve üzeri), çeşitli mezonlar doğmaya ve nötron halinde yok olmaya başlar. Sıcaklığın daha da artmasıyla birlikte dekonfinasyon meydana gelir ve madde kuark-gluon plazması durumuna geçer. Artık hadronlardan değil, sürekli doğup kaybolan kuarklardan ve gluonlardan oluşuyor.

15. Kuark-gluon plazması(kromoplazma) - yüksek enerji fiziği ve fiziğinde maddenin toplanma durumu temel parçacıklar hadronik maddenin, sıradan plazmada elektronların ve iyonların bulunduğu duruma benzer bir duruma geçtiği yer.
Tipik olarak hadronlardaki madde renksiz (“beyaz”) haldedir. Yani farklı renkteki kuarklar birbirini iptal eder. Benzer bir durum da mevcut sıradan madde- tüm atomlar elektriksel olarak nötr olduğunda, yani,
içlerindeki pozitif yükler negatif olanlarla telafi edilir. Şu tarihte: yüksek sıcaklıklar Yükler ayrılırken atomların iyonlaşması meydana gelebilir ve madde, dedikleri gibi, "yarı nötr" hale gelir. Yani, madde bulutunun tamamı bir bütün olarak nötr kalır, ancak bireysel parçacıkları nötr olmaktan çıkar. Görünüşe göre aynı şey hadronik maddede de olabilir. yüksek enerjiler renk açığa çıkar ve maddeyi "yarı renksiz" hale getirir.
Muhtemelen Evren'in maddesi, olaydan sonraki ilk anlarda kuark-gluon plazması halindeydi. Büyük patlama. Artık kuark-gluon plazması Kısa bir zamançok yüksek enerjili parçacıkların çarpışması sırasında oluşur.
Kuark-gluon plazması, 2005 yılında Brookhaven Ulusal Laboratuvarı'ndaki RHIC hızlandırıcısında deneysel olarak üretildi. Maksimum sıcaklıkŞubat 2010'da 4 trilyon santigrat derecelik plazma elde edildi.

16. Garip madde- Maddenin maksimum yoğunluk değerlerine sıkıştırıldığı bir toplanma durumu; “kuark çorbası” formunda var olabilir. Bu durumdaki bir santimetreküp madde milyarlarca ton ağırlığında olacaktır; Ayrıca temas ettiği her normal maddeyi de önemli miktarda enerji açığa çıkararak aynı “garip” forma dönüştürecektir.
Yıldızın çekirdeği "garip maddeye" dönüştüğünde açığa çıkabilecek enerji, süper güçlü bir "kuark nova" patlamasına yol açacaktır - ve Leahy ve Uyed'e göre, gökbilimcilerin Eylül 2006'da gözlemlediği şey de tam olarak budur.
Bu maddenin oluşum süreci, büyük bir yıldızın dönüştüğü sıradan bir süpernova ile başladı. İlk patlama sonucunda bir nötron yıldızı oluştu. Ancak Leahy ve Uyed'e göre, dönüşü kendi hızıyla yavaşlamış gibi göründüğünden çok kısa ömürlü oldu. manyetik alan normal bir süpernova patlamasından çok daha güçlü bir enerji salınımına yol açan bir "tuhaf madde" kümesinin oluşmasıyla daha da fazla sıkışmaya başladı ve eski nötron yıldızının dış madde katmanları dağıldı. çevredeki uzayda ışık hızına yakın bir hızla hareket eder.

17. Güçlü simetrik madde- bu, içindeki mikropartiküllerin üst üste yerleştirileceği ve vücudun kendisinin çökeceği ölçüde sıkıştırılmış bir maddedir. Kara delik. “Simetri” kavramı şu şekilde açıklanmaktadır: Maddenin okuldan herkesin bildiği katı, sıvı, gaz halindeki toplu hallerini ele alalım. Kesinlik sağlamak için ideal sonsuz kristali katı olarak ele alalım. Aktarımla ilgili olarak ayrık simetri olarak adlandırılan belirli bir simetri vardır. Bu, kristal kafesi iki atom arasındaki aralığa eşit bir mesafe kadar hareket ettirirseniz, içinde hiçbir şeyin değişmeyeceği - kristalin kendisiyle çakışacağı anlamına gelir. Kristal eritilirse ortaya çıkan sıvının simetrisi farklı olacaktır: artacaktır. Bir kristalde, yalnızca belirli mesafelerde birbirinden uzak noktalar, aynı atomların bulunduğu kristal kafesin sözde düğümleri eşdeğerdi.
Sıvı tüm hacmi boyunca homojendir, tüm noktaları birbirinden ayırt edilemez. Bu, sıvıların herhangi bir keyfi mesafeyle (ve kristalde olduğu gibi yalnızca belirli mesafelerle değil) yer değiştirebileceği veya herhangi bir keyfi açıyla döndürülebileceği (ki bu kristallerde kesinlikle yapılamaz) ve kendisiyle çakışacağı anlamına gelir. Simetri derecesi daha yüksektir. Gaz daha da simetriktir: Sıvı, kap içinde belirli bir hacim kaplar ve kabın içinde sıvının olduğu yerde, olmadığı noktalarda bir asimetri vardır. Gaz kendisine sağlanan hacmin tamamını kaplar ve bu anlamda tüm noktaları birbirinden ayırt edilemez. Yine de burada noktalardan değil, küçük ama makroskobik unsurlardan bahsetmek daha doğru olur çünkü mikroskobik düzeyde hala farklılıklar vardır. Bazı noktalarda şu an Bazen atomlar veya moleküller vardır, ancak diğerleri yoktur. Simetri, bazı makroskobik hacim parametrelerinde veya zaman içinde yalnızca ortalama olarak gözlemlenir.
Ancak mikroskobik düzeyde hâlâ anlık bir simetri yok. Madde çok güçlü bir şekilde, günlük yaşamda kabul edilemez basınçlara sıkıştırılırsa, atomlar ezilecek, kabukları birbirine girecek ve çekirdekler temas edecek şekilde sıkıştırılırsa, mikroskobik düzeyde simetri ortaya çıkar. Tüm çekirdekler aynıdır ve birbirine bastırılır, sadece atomlar arası değil aynı zamanda nükleerler arası mesafeler de vardır ve madde homojen hale gelir (garip madde).
Ama aynı zamanda mikroskobik bir seviye de var. Çekirdekler, çekirdeğin içinde hareket eden proton ve nötronlardan oluşur. Aralarında da bir miktar boşluk var. Çekirdekleri ezecek şekilde sıkıştırmaya devam ederseniz, nükleonlar birbirlerine sıkı bir şekilde baskı yapacaklardır. Daha sonra, mikroskobik düzeyde, sıradan çekirdeklerin içinde bile bulunmayan simetri ortaya çıkacaktır.
Söylenenlerden çok kesin bir eğilim fark edilebilir: Sıcaklık ve basınç ne kadar yüksek olursa, madde o kadar simetrik hale gelir. Bu hususlara dayanarak, maksimuma sıkıştırılmış bir maddeye yüksek derecede simetrik denir.

18. Zayıf simetrik madde- Güçlü, zayıf ve elektromanyetik kuvvetlerin tek bir süper kuvveti temsil ettiği, Büyük Patlama'dan belki de 10-12 saniye sonra, Evrenin çok erken dönemlerinde Planck'ın sıcaklığına yakın bir sıcaklıkta mevcut olan, özellikleri bakımından güçlü simetrik maddenin tersi bir durum. Bu durumda madde, kütlesi enerjiye dönüşecek kadar sıkıştırılır, bu da şişmeye, yani süresiz olarak genişlemeye başlar. Büyük Hadron Çarpıştırıcısı'nda erken evreni incelemek için bu tür girişimlerde bulunulmasına rağmen, deneysel olarak süper güç elde etmek ve maddeyi bu aşamaya aktarmak için gerekli enerjileri karasal koşullar altında elde etmek henüz mümkün değildir. Bu maddeyi oluşturan süper kuvvette yerçekimsel etkileşimin bulunmaması nedeniyle, süper kuvvet, 4 etkileşim tipinin tümünü içeren süpersimetrik kuvvetle karşılaştırıldığında yeterince simetrik değildir. Bu nedenle bu toplanma durumu böyle bir isim almıştır.

19. Işın maddesi- aslında bu artık bir madde değil, ama saf formu enerji. Ancak ışık hızına ulaşmış bir cismin alacağı tam da bu varsayımsal toplanma durumudur. Ayrıca vücudun Planck sıcaklığına (1032K) ısıtılmasıyla, yani maddenin moleküllerinin ışık hızına kadar hızlandırılmasıyla da elde edilebilir. Görelilik teorisinden de anlaşılacağı gibi, hız 0,99 s'nin üzerine çıktığında, vücudun kütlesi "normal" ivmeye göre çok daha hızlı büyümeye başlar; ayrıca vücut uzar, ısınır, yani büyümeye başlar. kızılötesi spektrumda yayılır. 0,999 saniyelik eşiği aştığınızda, vücut radikal bir şekilde değişir ve ışın durumuna kadar hızlı bir faz geçişine başlar. Bütünüyle ele alındığında Einstein'ın formülünden aşağıdaki gibi, nihai maddenin büyüyen kütlesi termal, x-ışını, optik ve diğer radyasyon biçiminde vücuttan ayrılan kütlelerden oluşur ve her birinin enerjisi şu şekilde tanımlanır: Formüldeki bir sonraki terim. Böylece ışık hızına yaklaşan bir cisim, tüm spektrumlarda ışık yaymaya başlayacak, boyu uzayacak ve zamanla yavaşlayacak, Planck uzunluğuna kadar incelecek, yani c hızına ulaştığında sonsuz uzunluğa ulaşacak ve sonsuz uzunlukta bir cisim haline gelecektir. Işık hızında hareket eden, uzunluğu olmayan fotonlardan oluşan ve sonsuz kütlesi olan ince bir ışın tamamen enerjiye dönüşecektir. Bu nedenle böyle bir maddeye ışın denir.

Dersin Hedefleri:

• Maddenin toplam halleri hakkındaki bilgiyi derinleştirmek ve genelleştirmek, maddelerin hangi hallerde var olabileceğini incelemek.

Dersin Hedefleri:

Eğitimsel – katıların, gazların, sıvıların özellikleri hakkında bir fikir formüle edin.

Gelişimsel – öğrencilerin konuşma becerilerinin gelişimi, analiz, kapsanan ve çalışılan materyale ilişkin sonuçlar.

Eğitimsel - zihinsel çalışmayı aşılamak, çalışılan konuya olan ilgiyi artırmak için tüm koşulları yaratmak.

Anahtar terimler:

Toplama durumu- Maddenin belirli özelliklerle karakterize edilen bir halidir kalite özellikleri: - şekli ve hacmi koruma yeteneği veya yetersizliği; - kısa menzilli ve uzun menzilli düzenin varlığı veya yokluğu; - diğerleri.

Şekil 6. Sıcaklık değiştiğinde bir maddenin toplam durumu.

Bir maddenin katı halden sıvı hale geçmesine erime denir; bunun tersi olan işleme ise kristalleşme denir. Bir madde sıvıdan gaza geçtiğinde, bu işleme buharlaşma denir ve gazdan sıvıya yoğunlaşma denir. Ve sıvıyı atlayarak bir katıdan doğrudan gaza geçiş süblimasyondur, ters süreç ise süblimleşmedir.

1.Kristalleşme; 2. Erime; 3. Yoğuşma; 4. Buharlaşma;

5. Süblimasyon; 6. Süblimleşmenin giderilmesi.

Bu geçiş örneklerini sürekli olarak görüyoruz. Gündelik Yaşam. Buz eridiğinde suya dönüşür ve su da buharlaşarak buhar oluşturur. Eğer dikkate alınırsa ters taraf daha sonra yoğunlaşan buhar tekrar suya dönüşmeye başlar ve su da donarak buza dönüşür. Herhangi bir katı cismin kokusu süblimasyondur. Bazı moleküller vücuttan kaçar ve kokuyu yayan bir gaz oluşur. Ters işlemin bir örneği şuradadır: kış zamanı Havadaki buharın donarak camın üzerine yerleşmesi sonucu cam üzerinde oluşan desenler.

Video, bir maddenin toplanma durumundaki değişikliği göstermektedir.

Kontrol bloğu.

1. Su donduktan sonra buza dönüştü. Su molekülleri değişti mi?

2.Tıbbi eter iç mekanlarda kullanılır. Ve bu nedenle, orada genellikle güçlü bir şekilde onun kokusu duyulur. Eter hangi durumdadır?

3. Sıvının şekline ne olur?

4.Buz. Bu suyun hangi hali?

5. Su donarsa ne olur?

Ev ödevi.

Soruları cevapla:

1. Bir kabın hacminin yarısını gazla doldurmak mümkün müdür? Neden?

2. Azot ve oksijen oda sıcaklığında sıvı halde bulunabilir mi?

3. Demir ve cıva oda sıcaklığında gaz halinde bulunabilir mi?

4. Soğuk bir kış gününde nehrin üzerinde sis oluştu. Bu maddenin hangi halidir?

Maddenin üç toplanma durumu olduğuna inanıyoruz. Aslında en az on beş tane var ve bu koşulların listesi her geçen gün büyümeye devam ediyor. Bunlar: amorf katı, katı, nötronyum, kuark-gluon plazması, kuvvetli simetrik madde, zayıf simetrik madde, fermiyon yoğunlaşması, Bose-Einstein yoğunlaşması ve garip maddedir.

giriiş

1. Maddenin fiziksel hali gazdır

2. Maddenin fiziksel hali sıvıdır

3.Maddenin durumu – katı

4. Maddenin dördüncü hali plazmadır

Çözüm

Kullanılmış literatür listesi

giriiş

Bildiğiniz gibi doğadaki birçok madde üç halde bulunabilir: katı, sıvı ve gaz.

Bir maddenin parçacıkları arasındaki etkileşim en çok katı halde belirgindir. Moleküller arasındaki mesafe yaklaşık olarak kendi boyutlarına eşittir. Bu, parçacıkların hareket etmesini neredeyse imkansız hale getiren oldukça güçlü bir etkileşime yol açar: belirli bir denge konumu etrafında salınırlar. Şekillerini ve hacimlerini korurlar.

Sıvıların özellikleri aynı zamanda yapılarıyla da açıklanmaktadır. Sıvılardaki madde parçacıkları, katılara göre daha az yoğun etkileşime girer ve bu nedenle konumlarını aniden değiştirebilirler - sıvılar şekillerini korumazlar - akışkandırlar.

Gaz, birbirinden bağımsız olarak her yöne rastgele hareket eden moleküllerin topluluğudur. Gazların kendilerine ait bir şekilleri yoktur, kendilerine sağlanan hacmin tamamını kaplarlar ve kolayca sıkıştırılırlar.

Maddenin başka bir hali daha var; plazma.

Bu çalışmanın amacı, maddenin mevcut toplu durumlarını dikkate alarak tüm avantajlarını ve dezavantajlarını belirlemektir.

Bunu yapmak için aşağıdaki toplu durumları gerçekleştirmek ve dikkate almak gerekir:

2. sıvılar

3.katı maddeler

3. Maddenin durumu – katı

Sağlam, Bir maddenin diğer toplanma durumlarından farklı olarak dört toplanma durumundan biri (sıvılar, gazlar, plazma) şeklin kararlılığı ve denge konumları etrafında küçük titreşimler gerçekleştiren atomların termal hareketinin doğası. Göğüs kafesinin kristal halinin yanı sıra, camsı hali de içeren amorf bir hali de vardır. Kristaller, atomların düzenlenmesinde uzun menzilli düzen ile karakterize edilir. Amorf cisimlerde uzun menzilli bir düzen yoktur.

Tüm maddeler dört formdan birinde var olabilir. Her biri bir maddenin belirli bir toplanma durumudur. Dünyanın doğasında bunlardan üçünde aynı anda yalnızca bir tanesi temsil edilir. Bu su. Hem buharlaştığını hem de eridiğini ve sertleştiğini görmek kolaydır. Yani buhar, su ve buz. Bilim adamları maddenin toplam hallerini değiştirmeyi öğrendiler. Onlar için en büyük zorluk sadece plazmadır. Bu durum özel koşullar gerektirir.

Nedir, neye bağlıdır ve nasıl karakterize edilir?

Bir cismin maddenin farklı bir durumuna geçmesi, başka bir şeyin ortaya çıktığı anlamına gelmez. Madde aynı kalır. Eğer sıvının su molekülleri olsaydı buz ve buharın molekülleri aynı olurdu. Yalnızca konumları, hareket hızları ve birbirleriyle etkileşim güçleri değişecektir.

“Toplanma Durumları (8. Sınıf)” konusunu incelerken bunlardan sadece üçü dikkate alınır. Bunlar sıvı, gaz ve katıdır. Onların tezahürleri şunlara bağlıdır: fiziksel koşullar çevre. Bu koşulların özellikleri tabloda sunulmaktadır.

Toplama durumunun adı	sağlam	sıvı	gaz
Özellikleri	hacmiyle birlikte şeklini korur	Sabit bir hacmi vardır, kabın şeklini alır	sabit hacim ve şekle sahip değildir
Moleküler düzenleme	kristal kafesin düğüm noktalarında	düzensiz	kaotik
Aralarındaki mesafe	moleküllerin boyutuyla karşılaştırılabilir	moleküllerin boyutuna yaklaşık olarak eşit	boyutlarından önemli ölçüde daha büyük
Moleküller nasıl hareket eder?	bir kafes düğümü etrafında salınım yapmak	denge noktasından hareket etmeyin, ancak bazen büyük sıçramalar yapın	ara sıra çarpışmalarla düzensiz
Nasıl etkileşime giriyorlar?	güçlü bir şekilde etkileniyorlar	birbirlerinden güçlü bir şekilde etkileniyorlar	çekmeyin, darbeler sırasında itici kuvvetler ortaya çıkar

İlk durum: katı

Diğerlerinden temel farkı, moleküllerin kesinlikle Özel yer. İnsanlar katı bir toplanma durumundan bahsettiklerinde çoğunlukla kristalleri kastediyorlar. Kafes yapıları simetrik ve kesinlikle periyodiktir. Bu nedenle vücut ne kadar uzağa yayılırsa yayılsın her zaman korunur. Bir maddenin moleküllerinin titreşim hareketi bu kafesi yok etmeye yeterli değildir.

Ancak amorf cisimler de var. Atomların düzenlenmesinde katı bir yapıdan yoksundurlar. Her yerde olabilirler. Ama burası eskisi kadar sağlam kristal gövde. Amorf maddeler ile kristal maddeler arasındaki fark, bunların belirli bir erime (katılaşma) sıcaklığına sahip olmaması ve akışkanlık ile karakterize edilmesidir. Canlı örnekler cam ve plastik gibi maddeler.

İkinci durum: sıvı

Maddenin bu hali, katı ile gaz arasındaki bir geçiştir. Bu nedenle birinci ve ikincinin bazı özelliklerini birleştirir. Böylece parçacıklar arasındaki mesafe ve etkileşimleri kristallerdekine benzer. Ancak konumu ve hareketi gaza daha yakındır. Bu nedenle sıvı şeklini korumaz, içine döküldüğü kabın her tarafına yayılır.

Üçüncü durum: gaz

“Fizik” denilen bilim için gaz halindeki toplanma durumu son sırada yer almaz. O çalışıyor Dünya ve içindeki hava çok yaygındır.

Bu durumun özellikleri, moleküller arasında pratik olarak hiçbir etkileşim kuvvetinin bulunmamasıdır. Bu onların serbest hareketini açıklıyor. Bundan dolayı gaz halindeki madde kendisine sağlanan hacmin tamamını doldurur. Üstelik her şey bu duruma aktarılabilir, sadece sıcaklığı gereken miktarda artırmanız yeterlidir.

Dördüncü durum: plazma

Bir maddenin bu toplanma durumu, tamamen veya kısmen iyonize olmuş bir gazdır. Bu, içindeki negatif ve pozitif yüklü parçacıkların sayısının hemen hemen aynı olduğu anlamına gelir. Bu durum gaz ısıtıldığında ortaya çıkar. Daha sonra termal iyonizasyon sürecinde keskin bir hızlanma var. Moleküllerin atomlara bölünmesi gerçeğinden oluşur. İkincisi daha sonra iyonlara dönüşür.

Evrende bu durum çok yaygındır. Çünkü tüm yıldızları ve aralarındaki ortamı içerir. Sınırlar İçinde yeryüzü son derece nadir görülür. İyonosfer ve güneş rüzgarı dışında plazma yalnızca fırtına sırasında mümkündür. Şimşek çakmalarında atmosferik gazların maddenin dördüncü durumuna dönüştüğü koşullar yaratılır.

Ancak bu, plazmanın laboratuvarda yaratılmadığı anlamına gelmez. Yeniden üretmeyi başardığımız ilk şey gaz deşarjıydı. Plazma artık floresan lambaları ve neon reklamları dolduruyor.

Devletler arası geçiş nasıl sağlanır?

Bunu yapmak için belirli koşullar yaratmanız gerekir: sabit basınç ve belirli bir sıcaklık. Bu durumda, bir maddenin toplam halindeki bir değişikliğe, enerjinin salınması veya emilmesi eşlik eder. Üstelik bu geçiş ışık hızında gerçekleşmez, belli bir süre gerektirir. Tüm bu süre boyunca koşullar değişmeden kalmalıdır. Geçiş, bir maddenin termal dengeyi koruyan iki formda aynı anda bulunmasıyla gerçekleşir.

Maddenin ilk üç hali karşılıklı olarak birbirine dönüşebilir. Doğrudan süreçler ve ters süreçler vardır. Aşağıdaki isimlere sahiptirler:

• erime(katıdan sıvıya) ve kristalleşmeörneğin buzun erimesi ve suyun katılaşması;
• buharlaşma(sıvıdan gaza) ve yoğunlaşma Bunun bir örneği suyun buharlaşması ve buhardan üretilmesidir;
• süblimasyon(katıdan gaza) ve desüblime etmeörneğin, birincisi için kuru aromanın buharlaşması ve ikincisi için cam üzerinde ayaz desenler.

Erime ve kristalleşme fiziği

Bir katı ısıtılırsa, belirli bir sıcaklığa denir. erime noktası Belirli bir maddenin erimesi olarak adlandırılan toplanma durumunda bir değişiklik başlayacaktır. Bu süreç, enerjinin emilmesini içerir. ısı miktarı ve harfle belirtilir Q. Hesaplamak için bilmeniz gerekir özgül füzyon ısısı, belirtilen λ . Ve formül aşağıdaki ifadeyi alır:

S = λ * m m, erimeye katılan maddenin kütlesidir.

Ters işlem meydana gelirse, yani sıvının kristalleşmesi durumunda koşullar tekrarlanır. Tek fark enerjinin açığa çıkması ve formülde eksi işaretinin görünmesidir.

Buharlaşma ve yoğunlaşma fiziği

Madde ısıtılmaya devam ettikçe yoğun buharlaşmanın başladığı sıcaklığa yavaş yavaş yaklaşacaktır. Bu işleme buharlaşma denir. Yine enerjinin emilmesiyle karakterize edilir. Sadece hesaplamak için bilmeniz gerekenler özgül buharlaşma ısısı R. Ve formül şöyle olacak:

S = r * m.

Aynı miktarda ısının açığa çıkmasıyla ters işlem veya yoğuşma meydana gelir. Bu nedenle formülde yine bir eksi belirir.