Solid na estado ng bagay. Pinagsama-samang estado ng tubig. Mga ideya tungkol sa microworld: mula sa Sinaunang Greece hanggang ika-17 siglo
Kahulugan 1
Pinagsama-samang estado ng bagay(mula sa Latin na "aggrego" ay nangangahulugang "nakakabit ako", "nagbibigkis ako") - ito ang mga estado ng parehong sangkap sa solid, likido at gas na anyo.
Sa panahon ng paglipat mula sa isang estado patungo sa isa pa, ang isang biglaang pagbabago sa enerhiya, entropy, density at iba pang mga katangian ng bagay ay sinusunod.
Solid at likidong katawan
Kahulugan 2Solids- Ito ang mga katawan na nakikilala sa pamamagitan ng pagiging matatag ng kanilang hugis at dami.
SA mga solido Ang mga distansya ng intermolecular ng palakol ay maliit, at ang potensyal na enerhiya ng mga molekula ay maihahambing sa kinetic energy.
Ang mga solidong katawan ay nahahati sa 2 uri:
- mala-kristal;
- Walang hugis.
Ang mga mala-kristal na katawan lamang ang nasa estado ng thermodynamic equilibrium. Ang mga amorphous na katawan, sa katunayan, ay mga metatable na estado, na katulad ng istraktura sa hindi balanse, na dahan-dahang nagkikristal sa mga likido. Sa isang amorphous na katawan, ang isang labis na mabagal na proseso ng pagkikristal ay nagaganap, isang proseso ng unti-unting pagbabago ng isang sangkap sa isang mala-kristal na yugto. Ang pagkakaiba sa pagitan ng isang kristal at isang amorphous na solid ay pangunahing nakasalalay sa anisotropy ng mga katangian nito. Ang mga katangian ng isang mala-kristal na katawan ay tinutukoy depende sa direksyon sa espasyo. Ang iba't ibang proseso (halimbawa, thermal conductivity, electrical conductivity, liwanag, tunog) ay nagpapalaganap sa iba't ibang direksyon ng solid body sa iba't ibang paraan. Ngunit ang mga amorphous na katawan (halimbawa, salamin, resin, plastik) ay isotropic, tulad ng mga likido. Ang pagkakaiba sa pagitan ng mga amorphous na katawan at mga likido ay nakasalalay lamang sa katotohanan na ang huli ay tuluy-tuloy, ang mga static na deformation ng gupit ay hindi nangyayari sa kanila.
Ang mga mala-kristal na katawan ay may tamang istraktura ng molekular. Ito ay dahil sa tamang istraktura na ang kristal ay may anisotropic properties. Ang tamang pag-aayos ng mga atomo ng kristal ay lumilikha ng tinatawag na kristal na sala-sala. Sa iba't ibang direksyon, ang lokasyon ng mga atomo sa sala-sala ay iba, na humahantong sa anisotropy. Ang mga atomo (mga ion o buong molekula) sa kristal na sala-sala ay nagsasagawa ng random na oscillatory motion malapit sa mga gitnang posisyon, na itinuturing na mga node ng crystal na sala-sala. Kung mas mataas ang temperatura, mas mataas ang enerhiya ng mga oscillations, at samakatuwid ang average na amplitude ng mga oscillations. Depende sa amplitude ng mga oscillations, ang laki ng kristal ay tinutukoy. Ang pagtaas sa amplitude ng mga oscillations ay humahantong sa isang pagtaas sa laki ng katawan. Kaya, ipinaliwanag ang thermal expansion ng solids.
Kahulugan 3
mga likidong katawan- Ito ang mga katawan na may tiyak na volume, ngunit walang nababanat na hugis.
Ang isang sangkap sa estado ng likido ay nailalarawan sa pamamagitan ng malakas na intermolecular na interaksyon at mababang compressibility. Ang isang likido ay sumasakop sa isang intermediate na posisyon sa pagitan ng isang solid at isang gas. Ang mga likido, tulad ng mga gas, ay may mga katangiang isotopiko. Bilang karagdagan, ang likido ay may ari-arian ng pagkalikido. Sa loob nito, tulad ng sa mga gas, walang shear stress (shear stress) na katawan. Ang mga likido ay mabigat, iyon ay, ang kanilang tiyak na grabidad ay maihahambing sa tiyak na gravity ng mga solido. Malapit sa mga temperatura ng pagkikristal, ang kanilang mga kapasidad ng init at iba pang mga katangian ng thermal ay malapit sa mga solido. Sa mga likido, ang tamang pag-aayos ng mga atomo ay sinusunod sa isang naibigay na lawak, ngunit sa maliliit na lugar lamang. Dito, ang mga atomo ay nagsasagawa rin ng oscillatory motion sa paligid ng mga node ng quasicrystalline cell, ngunit, hindi katulad ng mga atomo ng isang solidong katawan, pana-panahon silang tumatalon mula sa isang node patungo sa isa pa. Bilang resulta, ang paggalaw ng mga atomo ay magiging napakakomplikado: oscillatory, ngunit sa parehong oras, ang sentro ng mga oscillations ay gumagalaw sa kalawakan.
Kahulugan 4Gas Ito ay isang estado ng bagay kung saan ang mga distansya sa pagitan ng mga molekula ay napakalaki.
Ang mga puwersa ng pakikipag-ugnayan sa pagitan ng mga molekula sa mababang presyon ay maaaring mapabayaan. Pinupuno ng mga particle ng gas ang buong volume na ibinibigay para sa gas. Ang mga gas ay itinuturing na sobrang init o unsaturated na mga singaw. Ang isang espesyal na uri ng gas ay plasma (isang bahagyang o ganap na ionized na gas kung saan ang mga densidad ng positibo at negatibong mga singil ay halos pareho). Iyon ay, ang plasma ay isang gas ng mga sisingilin na particle na nakikipag-ugnayan sa isa't isa gamit ang mga de-koryenteng pwersa sa isang malaking distansya, ngunit walang malapit at malayong mga particle.
Tulad ng alam mo, ang mga sangkap ay maaaring lumipat mula sa isang estado ng pagsasama-sama patungo sa isa pa.
Kahulugan 5
Pagsingaw- ito ang proseso ng pagbabago ng estado ng pagsasama-sama ng isang sangkap, kung saan ang mga molekula ay lumilipad mula sa ibabaw ng isang likido o solidong katawan, ang kinetic energy na kung saan ay nagpapalit ng potensyal na enerhiya ng pakikipag-ugnayan ng mga molekula.
Ang evaporation ay isang phase transition. Sa panahon ng pagsingaw, ang bahagi ng likido o solid ay na-convert sa singaw.
Kahulugan 6
Ang isang sangkap sa isang gas na estado na nasa dinamikong ekwilibriyo na may likido ay tinatawag na saturated lantsa. Sa kasong ito, ang pagbabago sa panloob na enerhiya ng katawan ay katumbas ng:
∆ U = ± m r (1) ,
kung saan ang m ay ang masa ng katawan, ang r ay ang tiyak na init ng singaw (J / k g).
Kahulugan 7
Pagkondensasyon ay ang reverse process ng vaporization.
Ang pagbabago sa panloob na enerhiya ay kinakalkula ng formula (1).
Kahulugan 8
Natutunaw- Ito ang proseso ng pag-convert ng substance mula sa solid state tungo sa liquid state, ang proseso ng pagbabago ng state ng aggregation ng substance.
Kapag ang isang sangkap ay pinainit, ang panloob na enerhiya ay tumataas, samakatuwid, ang bilis ng thermal paggalaw ng mga molekula ay tumataas. Kapag ang isang sangkap ay umabot sa punto ng pagkatunaw nito, ang kristal na sala-sala ng isang solid ay nawasak. Ang mga bono sa pagitan ng mga particle ay nawasak din, at ang enerhiya ng pakikipag-ugnayan sa pagitan ng mga particle ay tumataas. Ang init na inililipat sa katawan ay napupunta upang mapataas ang panloob na enerhiya ng katawan na ito, at ang bahagi ng enerhiya ay ginugugol sa paggawa ng trabaho upang baguhin ang volume ng katawan kapag ito ay natutunaw. Para sa maraming mala-kristal na katawan, tumataas ang volume kapag natunaw, ngunit may mga pagbubukod (halimbawa, yelo, cast iron). Ang mga amorphous na katawan ay walang tiyak na punto ng pagkatunaw. Ang pagkatunaw ay isang phase transition, na kung saan ay nailalarawan sa pamamagitan ng isang biglaang pagbabago sa kapasidad ng init sa temperatura ng pagkatunaw. Ang punto ng pagkatunaw ay nakasalalay sa sangkap at nananatiling pare-pareho sa panahon ng proseso. Kung gayon ang pagbabago sa panloob na enerhiya ng katawan ay katumbas ng:
∆ U = ± m λ (2) ,
kung saan ang λ ay ang tiyak na init ng pagsasanib (D f / k g) .
Kahulugan 9
Pagkikristal ay ang kabaligtaran na proseso ng pagkatunaw.
Ang pagbabago sa panloob na enerhiya ay kinakalkula ng formula (2).
Ang pagbabago sa panloob na enerhiya ng bawat katawan ng system sa panahon ng pag-init o paglamig ay kinakalkula ng formula:
∆ U = m c ∆ T (3) ,
kung saan ang c ay ang tiyak na kapasidad ng init ng sangkap, J hanggang g K, △ T ay ang pagbabago sa temperatura ng katawan.
Kahulugan 10
Kung isinasaalang-alang ang mga pagbabagong-anyo ng mga sangkap mula sa isang estado ng pagsasama-sama patungo sa isa pa, hindi magagawa ng isa nang wala ang tinatawag na mga equation ng balanse ng init: ang kabuuang dami ng init na inilabas sa isang thermally insulated system ay katumbas ng dami ng init (kabuuan) na nasisipsip sa sistemang ito.
Q 1 + Q 2 + Q 3 + . . . + Q n = Q " 1 + Q " 2 + Q " 3 + . . . + Q " k .
Sa esensya, ang equation ng balanse ng init ay ang batas sa pag-iingat ng enerhiya para sa mga proseso ng paglipat ng init sa mga thermally insulated system.
Halimbawa 1
Sa isang heat-insulated na sisidlan ay may tubig at yelo na may temperatura t i = 0 ° C. Ang masa ng tubig m υ at yelo m i ay ayon sa pagkakabanggit ay katumbas ng 0.5 kg at 60 g. Ang singaw ng tubig na mass m p = 10 g ay ipinapasok sa tubig sa temperatura t p = 100 ° C. Ano ang magiging temperatura ng tubig sa sisidlan pagkatapos maitatag ang thermal equilibrium? Sa kasong ito, ang kapasidad ng init ng sisidlan ay hindi kailangang isaalang-alang.
Larawan 1
Solusyon
Tukuyin natin kung aling mga proseso ang isinasagawa sa system, kung aling mga pinagsama-samang estado ng bagay na aming naobserbahan at kung alin ang aming nakuha.
Ang singaw ng tubig ay namumuo, naglalabas ng init.
thermal napupunta ang enerhiya sa natutunaw na yelo at, marahil, pag-init ng tubig na makukuha at nakuha mula sa yelo.
Una sa lahat, suriin natin kung gaano karaming init ang inilabas sa panahon ng paghalay ng magagamit na masa ng singaw:
Q p = - r m p ; Q p \u003d 2, 26 10 6 10 - 2 \u003d 2, 26 10 4 (D w),
dito mula sa mga reference na materyales mayroon kaming r = 2.26 10 6 J k g - ang tiyak na init ng singaw (ito ay ginagamit din para sa condensation).
Upang matunaw ang yelo, kailangan mo ang sumusunod na dami ng init:
Q i \u003d λ m i Q i \u003d 6 10 - 2 3, 3 10 5 ≈ 2 10 4 (D w),
dito, mula sa mga reference na materyales, mayroon tayong λ = 3, 3 10 5 J k g - ang tiyak na init ng pagtunaw ng yelo.
Lumalabas na ang singaw ay nagbibigay ng higit na init kaysa sa kinakailangan, para lamang matunaw ang umiiral na yelo, na nangangahulugang isinusulat namin ang equation ng balanse ng init tulad ng sumusunod:
r m p + c m p (T p - T) = λ m i + c (m υ + m i) (T - T i) .
Inilalabas ang init sa panahon ng paghalay ng singaw ng mass m p at paglamig ng tubig na nabuo mula sa singaw mula sa temperatura T p hanggang sa nais na T . Ang init ay nasisipsip kapag ang yelo na may mass m i ay natutunaw at ang tubig na may mass m υ + m i ay pinainit mula sa temperatura T i hanggang T . Ipahiwatig ang T - T i = ∆ T para sa pagkakaiba ng T p - T na nakukuha natin:
T p - T = T p - T i - ∆ T = 100 - ∆ T .
Ang equation ng balanse ng init ay magiging ganito:
r m p + c m p (100 - ∆ T) = λ m i + c (m υ + m i) ∆ T ; c (m υ + m i + m p) ∆ T = r m p + c m p 100 - λ m i ; ∆ T = r m p + c m p 100 - λ m i c m υ + m i + m p .
Gumawa tayo ng mga kalkulasyon, isinasaalang-alang ang katotohanan na ang kapasidad ng init ng tubig ay tabular
c \u003d 4, 2 10 3 J k g K, T p \u003d t p + 273 \u003d 373 K, T i \u003d t i + 273 \u003d 273 K: ∆ T \u003d 2, 26 4 - 10 . , 2 10 3 10 - 2 10 2 - 6 10 - 2 3, 3 10 5 4, 2 10 3 5, 7 10 - 1 ≈ 3 (K),
pagkatapos T = 273 + 3 = 276 K
Sagot: Ang temperatura ng tubig sa sisidlan pagkatapos ng pagtatatag ng thermal equilibrium ay magiging 276 K.
Halimbawa 2
Ipinapakita ng Figure 2 ang isang seksyon ng isotherm, na tumutugma sa paglipat ng isang sangkap mula sa isang mala-kristal patungo sa isang likidong estado. Ano ang tumutugma sa seksyong ito sa p, T diagram?
Pagguhit 2
Sagot: Ang buong hanay ng mga estado na ipinapakita sa p , V diagram bilang isang pahalang na segment ng linya sa p , T diagram ay ipinapakita ng isang punto, na tumutukoy sa mga halaga ng p at T , kung saan ang pagbabago mula sa isang estado ng nagaganap ang pagsasama-sama sa isa pa.
Kung may napansin kang pagkakamali sa text, mangyaring i-highlight ito at pindutin ang Ctrl+Enter
Ang pinakakaraniwang kaalaman ay tungkol sa tatlong estado ng pagsasama-sama: likido, solid, gas, kung minsan ay iniisip nila ang plasma, mas madalas na likidong kristal. Kamakailan lamang isang listahan ng 17 mga yugto ng bagay, na kinuha mula sa sikat na () Stephen Fry, ay kumalat sa Internet. Samakatuwid, pag-uusapan natin ang mga ito nang mas detalyado, dahil. ang isa ay dapat na malaman ng kaunti pa tungkol sa bagay, kung lamang upang mas maunawaan ang mga prosesong nagaganap sa Uniberso.
Ang listahan ng mga pinagsama-samang estado ng bagay na ibinigay sa ibaba ay tumataas mula sa pinakamalamig na estado hanggang sa pinakamainit, at iba pa. maaaring ipagpatuloy. Kasabay nito, dapat itong maunawaan na mula sa puno ng gas na estado (No. 11), ang pinaka "pinalawak", sa magkabilang panig ng listahan, ang antas ng compression ng bagay at ang presyon nito (na may ilang mga reserbasyon para sa naturang hindi na-explore na hypothetical nagsasaad bilang quantum, ray, o mahinang simetriko) na pagtaas. Pagkatapos ng teksto ay ibibigay ang visual graph ng mga phase transition ng matter.
1. Quantum- ang estado ng pagsasama-sama ng bagay, na nakamit kapag ang temperatura ay bumaba sa ganap na zero, bilang isang resulta kung saan ang mga panloob na bono ay nawawala at ang bagay ay gumuho sa mga libreng quark.
2. Bose-Einstein condensate- ang pinagsama-samang estado ng bagay, na nakabatay sa mga boson na pinalamig sa mga temperaturang malapit sa absolute zero (mas mababa sa isang milyon ng isang degree sa itaas ng absolute zero). Sa ganoong malakas na paglamig na estado, ang isang sapat na malaking bilang ng mga atomo ay nahahanap ang kanilang mga sarili sa kanilang pinakamababang posibleng mga estado ng quantum, at ang mga epekto ng quantum ay nagsisimulang magpakita ng kanilang mga sarili sa antas ng macroscopic. Ang Bose-Einstein condensate (madalas na tinutukoy bilang isang "Bose condensate", o simpleng "likod") ay nangyayari kapag pinalamig mo ang isa o isa pa. elemento ng kemikal sa lubhang mababang temperatura(karaniwan ay hanggang sa isang temperatura na nasa itaas lamang ng absolute zero, minus 273 degrees Celsius, ang teoretikal na temperatura kung saan ang lahat ay huminto sa paggalaw).
Dito nagsisimula ang mga kakaibang bagay. Ang mga prosesong karaniwang nakikita lamang sa antas ng atom ay nangyayari na ngayon sa mga kaliskis na sapat na malaki upang maobserbahan sa mata. Halimbawa, kung maglagay ka ng "likod" sa isang beaker at ibigay ang nais na temperatura, ang substansiya ay magsisimulang gumapang pataas sa dingding at kalaunan ay lalabas nang mag-isa.
Tila, narito tayo ay nakikitungo sa isang walang saysay na pagtatangka ng bagay na babaan ang sarili nitong enerhiya (na nasa pinakamababa na sa lahat ng posibleng antas).
Ang pagpapabagal sa mga atomo gamit ang mga kagamitan sa paglamig ay nagdudulot ng isang natatanging estado ng kabuuan na kilala bilang isang Bose condensate, o Bose-Einstein. Ang hindi pangkaraniwang bagay na ito ay hinulaang noong 1925 ni A. Einstein, bilang resulta ng paglalahat ng gawain ni S. Bose, kung saan ang mga istatistikal na mekanika ay itinayo para sa mga particle, mula sa walang masa na mga photon hanggang sa mga atomo na may masa (manuskrito ni Einstein, na itinuturing na nawala, ay natagpuan sa aklatan ng Leiden University noong 2005). Ang resulta ng mga pagsisikap nina Bose at Einstein ay ang Bose na konsepto ng isang gas, na sumusunod sa mga istatistika ng Bose-Einstein, na naglalarawan sa istatistikal na pamamahagi ng mga magkaparehong particle na may integer spin, na tinatawag na boson. Ang mga boson, na, halimbawa, ay parehong indibidwal na elementarya na mga particle - mga photon, at buong atoms, ay maaaring maging kasama ng isa't isa sa parehong quantum states. Iminungkahi ni Einstein na ang paglamig ng mga atomo - boson sa napakababang temperatura, ay magdudulot sa kanila na pumunta (o, sa madaling salita, mag-condense) sa pinakamababang posibleng quantum state. Ang resulta ng naturang condensation ay ang paglitaw ng isang bagong anyo ng bagay.
Ang paglipat na ito ay nangyayari sa ibaba ng kritikal na temperatura, na para sa isang homogenous na tatlong-dimensional na gas na binubuo ng mga hindi nakikipag-ugnayan na mga particle na walang anumang panloob na antas ng kalayaan.
3. Fermionic condensate- ang estado ng pagsasama-sama ng isang sangkap, katulad ng pag-back, ngunit naiiba sa istraktura. Kapag papalapit sa absolute zero, ang mga atom ay kumikilos nang iba depende sa laki ng kanilang sariling angular momentum (spin). Ang mga boson ay may mga integer spin, habang ang mga fermion ay may mga spin na multiple ng 1/2 (1/2, 3/2, 5/2). Ang mga fermion ay sumusunod sa prinsipyo ng pagbubukod ng Pauli, na nagsasaad na ang dalawang fermion ay hindi maaaring magkaroon ng parehong quantum state. Para sa mga boson, walang ganoong pagbabawal, at samakatuwid mayroon silang pagkakataon na umiral sa isang estado ng kabuuan at sa gayon ay bumubuo ng tinatawag na Bose-Einstein condensate. Ang proseso ng pagbuo ng condensate na ito ay responsable para sa paglipat sa superconducting state.
Ang mga electron ay may spin 1/2 at samakatuwid ay mga fermion. Pinagsasama-sama sila sa mga pares (tinatawag na mga pares ng Cooper), na pagkatapos ay bumubuo ng isang Bose condensate.
Sinubukan ng mga Amerikanong siyentipiko na makakuha ng isang uri ng molekula mula sa mga atomo ng fermion sa pamamagitan ng malalim na paglamig. Ang pagkakaiba sa mga tunay na molekula ay wala kemikal na dumidikit- lumipat lang sila nang magkasama, sa paraang magkakaugnay. Ang bono sa pagitan ng mga atomo ay naging mas malakas kaysa sa pagitan ng mga electron sa mga pares ng Cooper. Para sa mga pares ng fermion na nabuo, ang kabuuang pag-ikot ay hindi na isang multiple ng 1/2, samakatuwid, sila ay kumikilos na tulad ng mga boson at maaaring bumuo ng Bose condensate na may iisang quantum state. Sa panahon ng eksperimento, ang isang gas ng potassium-40 atoms ay pinalamig hanggang 300 nanokelvins, habang ang gas ay nakapaloob sa isang tinatawag na optical trap. Pagkatapos ay inilapat ang isang panlabas na magnetic field, sa tulong kung saan posible na baguhin ang likas na katangian ng mga pakikipag-ugnayan sa pagitan ng mga atomo - sa halip na malakas na pagtanggi, nagsimulang maobserbahan ang malakas na atraksyon. Kapag pinag-aaralan ang impluwensya ng magnetic field, posible na makahanap ng ganoong halaga kung saan nagsimulang kumilos ang mga atomo tulad ng mga pares ng mga electron ng Cooper. Sa susunod na yugto ng eksperimento, iminungkahi ng mga siyentipiko na makuha ang mga epekto ng superconductivity para sa fermionic condensate.
4. Superfluid matter- isang estado kung saan ang sangkap ay talagang walang lagkit, at sa panahon ng daloy ay hindi ito nakakaranas ng alitan na may solidong ibabaw. Ang kinahinatnan nito ay, halimbawa, tulad ng isang kawili-wiling epekto bilang ang kumpletong kusang "gumagapang" ng superfluid helium mula sa sisidlan sa kahabaan ng mga pader nito laban sa grabidad. Ang mga paglabag sa batas ng konserbasyon ng enerhiya dito, siyempre, hindi. Sa kawalan ng mga puwersa ng friction, ang mga puwersa ng grabidad lamang ang kumikilos sa helium, mga puwersa ng interatomic na pakikipag-ugnayan sa pagitan ng helium at ng mga dingding ng sisidlan at sa pagitan ng mga atomo ng helium. Kaya, ang mga puwersa ng interatomic na pakikipag-ugnayan ay lumampas sa lahat ng iba pang pwersang pinagsama. Bilang isang resulta, ang helium ay may posibilidad na kumalat hangga't maaari sa lahat ng posibleng mga ibabaw, at samakatuwid ay "naglalakbay" kasama ang mga dingding ng sisidlan. Noong 1938, pinatunayan ng siyentipikong Sobyet na si Pyotr Kapitsa na ang helium ay maaaring umiral sa isang superfluid na estado.
Kapansin-pansin na marami sa mga hindi pangkaraniwang katangian ng helium ay matagal nang kilala. Gayunpaman, sa mga nakaraang taon"sinisira" tayo ng elementong kemikal na ito ng kawili-wili at hindi inaasahang mga epekto. Kaya, noong 2004, inintriga nina Moses Chan at Eun-Syong Kim ng Unibersidad ng Pennsylvania ang siyentipikong mundo sa pagsasabing nagtagumpay sila sa pagkuha ng ganap na bagong estado ng helium - isang superfluid solid. Sa ganitong estado, ang ilang mga atomo ng helium sa kristal na sala-sala ay maaaring dumaloy sa iba, at ang helium ay maaaring dumaloy sa sarili nito. Ang epekto ng "superhardness" ay theoretically hinulaang pabalik noong 1969. At noong 2004 - parang pang-eksperimentong kumpirmasyon. Gayunpaman, sa ibang pagkakataon at napaka-curious na mga eksperimento ay nagpakita na ang lahat ay hindi gaanong simple, at, marahil, ang gayong interpretasyon ng hindi pangkaraniwang bagay, na dati ay kinuha para sa superfluidity ng solid helium, ay hindi tama.
Ang eksperimento ng mga siyentipiko na pinamumunuan ni Humphrey Maris mula sa Brown University sa USA ay simple at eleganteng. Ang mga siyentipiko ay naglagay ng isang test tube na nakabaligtad sa isang saradong tangke ng likidong helium. Ang bahagi ng helium sa test tube at sa tangke ay nagyelo sa paraang ang hangganan sa pagitan ng likido at solid sa loob ng test tube ay mas mataas kaysa sa tangke. Sa madaling salita, mayroong likidong helium sa itaas na bahagi ng test tube, at solidong helium sa ibabang bahagi; maayos itong pumasa sa solidong yugto ng tangke, kung saan ibinuhos ang isang maliit na likidong helium - mas mababa kaysa sa antas ng likido. sa test tube. Kung ang likidong helium ay nagsimulang tumagos sa solid, kung gayon ang pagkakaiba sa antas ay bababa, at pagkatapos ay maaari nating pag-usapan ang solid superfluid helium. At sa prinsipyo, sa tatlo sa 13 eksperimento, bumaba ang pagkakaiba sa antas.
5. Napakahirap na bagay- isang estado ng pagsasama-sama kung saan ang bagay ay transparent at maaaring "daloy" tulad ng isang likido, ngunit sa katunayan ito ay walang lagkit. Ang ganitong mga likido ay kilala sa loob ng maraming taon at tinatawag na mga superfluid. Ang katotohanan ay kung ang superfluid ay hinalo, ito ay magpapalipat-lipat halos magpakailanman, habang ang normal na likido ay tuluyang huminahon. Ang unang dalawang superfluid ay nilikha ng mga mananaliksik gamit ang helium-4 at helium-3. Sila ay pinalamig halos sa ganap na zero - sa minus 273 degrees Celsius. At mula sa helium-4, ang mga Amerikanong siyentipiko ay nakakuha ng isang napakalakas na katawan. Na-compress nila ang frozen helium sa pamamagitan ng presyon ng higit sa 60 beses, at pagkatapos ay ang baso na puno ng sangkap ay na-install sa isang umiikot na disk. Sa temperatura na 0.175 degrees Celsius, ang disk ay biglang nagsimulang umikot nang mas malaya, na, ayon sa mga siyentipiko, ay nagpapahiwatig na ang helium ay naging isang superbody.
6. Solid- ang estado ng pagsasama-sama ng bagay, na nailalarawan sa katatagan ng anyo at ang likas na katangian ng thermal motion ng mga atomo, na gumagawa ng maliliit na vibrations sa paligid ng mga posisyon ng balanse. Ang matatag na estado ng mga solid ay mala-kristal. May mga solidong may ionic, covalent, metal, at iba pang uri ng mga bono sa pagitan ng mga atomo, na tumutukoy sa pagkakaiba-iba ng mga ito. pisikal na katangian. Ang mga elektrikal at ilang iba pang mga katangian ng mga solid ay pangunahing tinutukoy ng likas na katangian ng paggalaw ng mga panlabas na electron ng mga atomo nito. Ayon sa kanilang mga de-koryenteng katangian, ang mga solid ay nahahati sa mga dielectric, semiconductors, at mga metal; ayon sa kanilang mga magnetic na katangian, sila ay nahahati sa mga diamagnet, paramagnet, at mga katawan na may nakaayos na magnetic na istraktura. Ang mga pagsisiyasat sa mga katangian ng solids ay nagkaisa sa isang malaking larangan—solid-state physics, na ang pag-unlad nito ay pinasigla ng mga pangangailangan ng teknolohiya.
7. Amorphous solid- isang condensed na estado ng pagsasama-sama ng isang sangkap, na nailalarawan sa pamamagitan ng isotropy ng mga pisikal na katangian dahil sa hindi maayos na pag-aayos ng mga atomo at molekula. Sa amorphous solids, ang mga atom ay nag-vibrate sa paligid ng mga random na matatagpuan na mga punto. Hindi tulad ng mala-kristal na estado, ang paglipat mula sa isang solidong amorphous hanggang sa likido ay nangyayari nang unti-unti. Ang iba't ibang mga sangkap ay nasa amorphous na estado: baso, resin, plastik, atbp.
8. Liquid na kristal- ito ay isang tiyak na estado ng pagsasama-sama ng isang sangkap kung saan ito ay sabay na nagpapakita ng mga katangian ng isang kristal at isang likido. Dapat tayong agad na gumawa ng isang reserbasyon na hindi lahat ng mga sangkap ay maaaring nasa likidong kristal na estado. Gayunpaman, ang ilang mga organikong sangkap na may kumplikadong mga molekula ay maaaring bumuo ng isang tiyak na estado ng pagsasama-sama - likidong kristal. Ang estado na ito ay isinasagawa sa panahon ng pagtunaw ng mga kristal ng ilang mga sangkap. Kapag natunaw ang mga ito, nabuo ang isang likido-kristal na bahagi, na naiiba sa mga ordinaryong likido. Ang bahaging ito ay umiiral sa hanay mula sa temperatura ng pagkatunaw ng kristal hanggang sa ilang mas mataas na temperatura, kapag pinainit kung saan ang likidong kristal ay nagiging isang ordinaryong likido.
Paano naiiba ang isang likidong kristal mula sa isang likido at isang ordinaryong kristal at paano ito katulad sa kanila? Tulad ng isang ordinaryong likido, ang isang likidong kristal ay may pagkalikido at tumatagal ng anyo ng isang sisidlan kung saan ito inilalagay. Ito ay naiiba sa mga kristal na kilala ng lahat. Gayunpaman, sa kabila ng pag-aari na ito, na pinagsasama ito ng isang likido, mayroon itong katangian na katangian ng mga kristal. Ito ang pag-order sa espasyo ng mga molekula na bumubuo sa kristal. Totoo, ang pag-order na ito ay hindi kumpleto tulad ng sa mga ordinaryong kristal, ngunit, gayunpaman, ito ay makabuluhang nakakaapekto sa mga katangian ng mga likidong kristal, na nagpapakilala sa kanila mula sa mga ordinaryong likido. Ang hindi kumpletong spatial na pag-order ng mga molekula na bumubuo ng isang likidong kristal ay nagpapakita mismo sa katotohanan na sa mga likidong kristal ay walang kumpletong pagkakasunud-sunod sa spatial na pag-aayos ng mga sentro ng grabidad ng mga molekula, bagaman maaaring mayroong isang bahagyang pagkakasunud-sunod. Nangangahulugan ito na wala silang matibay na kristal na sala-sala. Samakatuwid, ang mga likidong kristal, tulad ng mga ordinaryong likido, ay may pag-aari ng pagkalikido.
Ang isang obligadong pag-aari ng mga likidong kristal, na naglalapit sa kanila sa mga ordinaryong kristal, ay ang pagkakaroon ng isang order sa spatial na oryentasyon ng mga molekula. Ang ganitong pagkakasunud-sunod sa oryentasyon ay maaaring magpakita mismo, halimbawa, sa katotohanan na ang lahat ng mahabang axes ng mga molekula sa isang sample ng likidong kristal ay nakatuon sa parehong paraan. Ang mga molekulang ito ay dapat magkaroon ng isang pinahabang hugis. Bilang karagdagan sa pinakasimpleng pinangalanang pag-order ng mga axes ng mga molekula, ang isang mas kumplikadong oryentasyon na pagkakasunud-sunod ng mga molekula ay maaaring maisakatuparan sa isang likidong kristal.
Depende sa uri ng pag-order ng mga molecular axes, ang mga likidong kristal ay nahahati sa tatlong uri: nematic, smectic at cholesteric.
Ang pananaliksik sa pisika ng mga likidong kristal at ang kanilang mga aplikasyon ay kasalukuyang isinasagawa sa isang malawak na harapan sa lahat ng mga pinaka-maunlad na bansa sa mundo. Ang lokal na pananaliksik ay puro sa akademiko at industriyal na mga institusyong pananaliksik at may mahabang tradisyon. Ang mga gawa ni V.K. Frederiks kay V.N. Tsvetkov. Sa mga nagdaang taon, ang mabilis na pag-aaral ng mga likidong kristal, ang mga mananaliksik ng Russia ay gumagawa din ng isang makabuluhang kontribusyon sa pagbuo ng teorya ng mga likidong kristal sa pangkalahatan at, sa partikular, ang mga optika ng mga likidong kristal. Kaya, ang mga gawa ng I.G. Chistyakova, A.P. Kapustina, S.A. Brazovsky, S.A. Pikina, L.M. Si Blinov at maraming iba pang mga mananaliksik ng Sobyet ay malawak na kilala sa komunidad na pang-agham at nagsisilbing pundasyon para sa isang bilang ng mga epektibong teknikal na aplikasyon ng mga likidong kristal.
Ang pagkakaroon ng mga likidong kristal ay itinatag ng napakatagal na panahon, lalo na noong 1888, iyon ay, halos isang siglo na ang nakalipas. Bagaman nakatagpo ng mga siyentipiko ang kalagayang ito ng bagay bago ang 1888, opisyal na itong natuklasan nang maglaon.
Ang unang nakatuklas ng mga likidong kristal ay ang Austrian botanist na si Reinitzer. Sa pagsisiyasat ng bagong substance na cholesteryl benzoate na na-synthesize niya, nalaman niya na sa temperatura na 145 ° C, ang mga kristal ng substance na ito ay natutunaw, na bumubuo ng maulap na likido na malakas na nakakalat ng liwanag. Sa patuloy na pag-init, kapag umabot sa temperatura na 179 ° C, ang likido ay nagiging malinaw, iyon ay, nagsisimula itong kumilos nang optically tulad ng isang ordinaryong likido, tulad ng tubig. Ang Cholesteryl benzoate ay nagpakita ng mga hindi inaasahang katangian sa magulo na yugto. Sinusuri ang bahaging ito sa ilalim ng isang polarizing microscope, nalaman ni Reinitzer na mayroon itong birefringence. Nangangahulugan ito na ang refractive index ng liwanag, iyon ay, ang bilis ng liwanag sa yugtong ito, ay nakasalalay sa polariseysyon.
9. likido- ang estado ng pagsasama-sama ng isang sangkap, pinagsasama ang mga tampok ng isang solidong estado (konserbasyon ng lakas ng tunog, isang tiyak na lakas ng makunat) at isang gas na estado (pagbabago ng hugis). Ang isang likido ay nailalarawan sa pamamagitan ng isang maikling hanay na pagkakasunud-sunod sa pag-aayos ng mga particle (molekula, atomo) at isang maliit na pagkakaiba sa kinetic energy ng thermal motion ng mga molekula at ang kanilang potensyal na enerhiya ng pakikipag-ugnayan. Ang thermal motion ng liquid molecules ay binubuo ng mga oscillations sa paligid ng equilibrium positions at medyo bihirang tumalon mula sa isang equilibrium position papunta sa isa pa, na nauugnay sa fluidity ng liquid.
10. Supercritical fluid(GFR) ay ang estado ng pagsasama-sama ng isang substansiya, kung saan nawawala ang pagkakaiba sa pagitan ng likido at gas. Ang anumang sangkap sa temperatura at presyon sa itaas ng kritikal na punto ay isang supercritical fluid. Ang mga katangian ng isang substance sa supercritical state ay intermediate sa pagitan ng mga katangian nito sa gas at liquid phase. Kaya, ang SCF ay may mataas na density, malapit sa likido, at mababang lagkit, tulad ng mga gas. Ang diffusion coefficient sa kasong ito ay may intermediate na halaga sa pagitan ng likido at gas. Ang mga sangkap sa supercritical na estado ay maaaring gamitin bilang mga pamalit para sa mga organikong solvent sa mga proseso ng laboratoryo at pang-industriya. Ang supercritical na tubig at supercritical na carbon dioxide ay nakatanggap ng pinakamalaking interes at pamamahagi kaugnay ng ilang mga katangian.
Isa sa pinaka mahahalagang katangian supercritical state - ay ang kakayahang matunaw ang mga sangkap. Sa pamamagitan ng pagbabago ng temperatura o presyon ng likido, maaaring baguhin ng isa ang mga katangian nito sa isang malawak na hanay. Kaya, posible na makakuha ng isang likido na ang mga katangian ay malapit sa alinman sa isang likido o isang gas. Kaya, ang dissolving power ng isang fluid ay tumataas sa pagtaas ng density (sa isang pare-pareho ang temperatura). Dahil ang density ay tumataas sa pagtaas ng presyon, ang pagbabago ng presyon ay maaaring makaapekto sa dissolving power ng fluid (sa isang pare-parehong temperatura). Sa kaso ng temperatura, ang pag-asa ng mga katangian ng likido ay medyo mas kumplikado - sa isang pare-pareho ang density, ang dissolving power ng fluid ay tumataas din, gayunpaman, malapit sa kritikal na punto, ang isang bahagyang pagtaas sa temperatura ay maaaring humantong sa isang matalim na pagbaba sa density , at, nang naaayon, dissolving power. Ang mga supercritical fluid ay naghahalo sa isa't isa nang walang katiyakan, kaya kapag naabot ang kritikal na punto ng pinaghalong, ang sistema ay palaging magiging single-phase. Ang tinatayang kritikal na temperatura ng binary mixture ay maaaring kalkulahin bilang arithmetic mean ng mga kritikal na parameter ng mga substance Tc(mix) = (mole fraction ng A) x TcA + (mole fraction ng B) x TcB.
11. puno ng gas- (French gaz, mula sa Greek chaos - chaos), ang pinagsama-samang estado ng bagay, kung saan ang kinetic energy ng thermal motion ng mga particle nito (molecules, atoms, ions) ay makabuluhang lumampas sa potensyal na enerhiya ng mga pakikipag-ugnayan sa pagitan nila, at samakatuwid ay ang malayang gumagalaw ang mga particle, pantay na pinupuno ang kawalan ng mga panlabas na patlang, ang buong dami na ibinigay sa kanila.
12. Plasma- (mula sa Greek plasma - na-moder, hugis), isang estado ng bagay, na isang ionized gas, kung saan ang mga konsentrasyon ng positibo at negatibong mga singil ay pantay (quasi-neutrality). Ang karamihan sa mga bagay sa Uniberso ay nasa estado ng plasma: mga bituin, galactic nebulae at ang interstellar medium. Malapit sa Earth, ang plasma ay umiiral sa anyo ng solar wind, magnetosphere, at ionosphere. Ang high-temperature plasma (T ~ 106 - 108 K) mula sa pinaghalong deuterium at tritium ay sinisiyasat na may layuning ipatupad ang kinokontrol na thermonuclear fusion. Ang low-temperature plasma (T Ј 105K) ay ginagamit sa iba't ibang gas-discharge device (gas lasers, ion device, MHD generators, plasma torches, plasma engine, atbp.), pati na rin sa teknolohiya (tingnan ang Plasma metalurgy, Plasma drilling, teknolohiya ng plasma).
13. Masisira ang bagay- ay isang intermediate na yugto sa pagitan ng plasma at neutronium. Ito ay sinusunod sa white dwarfs, plays mahalagang papel sa ebolusyon ng mga bituin. Kapag ang mga atomo ay nasa ilalim ng mga kondisyon ng napakataas na temperatura at presyon, nawawala ang kanilang mga electron (pumupunta sila sa isang electron gas). Sa madaling salita, sila ay ganap na ionized (plasma). Ang presyon ng naturang gas (plasma) ay tinutukoy ng presyon ng elektron. Kung ang density ay napakataas, ang lahat ng mga particle ay napipilitang lumapit sa isa't isa. Ang mga electron ay maaaring nasa mga estado na may ilang partikular na enerhiya, at ang dalawang electron ay hindi maaaring magkaroon ng parehong enerhiya (maliban kung ang kanilang mga spin ay magkasalungat). Kaya, sa isang siksik na gas, ang lahat ng mas mababang antas ng enerhiya ay napupuno ng mga electron. Ang ganitong gas ay tinatawag na degenerate. Sa ganitong estado, ang mga electron ay nagpapakita ng isang degenerate na presyon ng elektron na sumasalungat sa mga puwersa ng grabidad.
14. Neutronium— estado ng pagsasama-sama kung saan pumasa ang bagay sa ilalim ng ultrahigh pressure, na hindi pa maaabot sa laboratoryo, ngunit umiiral sa loob ng neutron star. Sa panahon ng paglipat sa estado ng neutron, ang mga electron ng bagay ay nakikipag-ugnayan sa mga proton at nagiging mga neutron. Bilang resulta, ang bagay sa estado ng neutron ay ganap na binubuo ng mga neutron at may density ng pagkakasunud-sunod ng nuclear. Ang temperatura ng sangkap sa kasong ito ay hindi dapat masyadong mataas (sa katumbas ng enerhiya, hindi hihigit sa isang daang MeV).
Sa isang malakas na pagtaas sa temperatura (daan-daang MeV pataas), sa estado ng neutron, ang iba't ibang mga meson ay nagsisimulang ipanganak at mapuksa. Sa karagdagang pagtaas ng temperatura, nangyayari ang deconfinement, at ang bagay ay pumasa sa estado ng quark-gluon plasma. Hindi na ito binubuo ng mga hadron, ngunit ng patuloy na ipinanganak at nawawalang mga quark at gluon.
15. Quark-gluon plasma(chromoplasm) - pinagsama-samang estado ng matter sa high-energy physics at elementary particle physics, kung saan ang hadronic matter ay pumasa sa isang estado na katulad ng estado kung saan ang mga electron at ions ay nasa ordinaryong plasma.
Karaniwan ang bagay sa hadrons ay nasa tinatawag na walang kulay ("puti") na estado. Iyon ay, ang mga quark ng iba't ibang kulay ay nagbabayad sa bawat isa. Ang isang katulad na estado ay umiiral sa ordinaryong bagay - kapag ang lahat ng mga atom ay neutral sa kuryente, iyon ay,
Ang mga positibong singil sa mga ito ay binabayaran ng mga negatibo. Sa mataas na temperatura, ang ionization ng mga atom ay maaaring mangyari, habang ang mga singil ay pinaghihiwalay, at ang sangkap ay nagiging, gaya ng sinasabi nila, "quasi-neutral". Iyon ay, ang buong ulap ng bagay sa kabuuan ay nananatiling neutral, at ang mga indibidwal na particle nito ay tumigil sa pagiging neutral. Marahil, ang parehong bagay ay maaaring mangyari sa hadronic matter - sa napakataas na enerhiya, ang kulay ay inilabas at ginagawang "quasi-colorless" ang sangkap.
Malamang, ang bagay ng Uniberso ay nasa estado ng quark-gluon plasma sa mga unang sandali pagkatapos ng Big Bang. Ngayon ang quark-gluon plasma ay maaaring mabuo sa maikling panahon sa mga banggaan ng mga particle ng napakataas na enerhiya.
Ang quark-gluon plasma ay nakuha sa eksperimento sa RHIC accelerator sa Brookhaven National Laboratory noong 2005. Ang pinakamataas na temperatura ng plasma na 4 trilyon degrees Celsius ay nakuha doon noong Pebrero 2010.
16. Kakaibang sangkap- estado ng pagsasama-sama, kung saan ang bagay ay na-compress sa limitasyon ng mga halaga ng density, maaari itong umiral sa anyo ng "quark soup". Ang isang kubiko sentimetro ng bagay sa estadong ito ay tumitimbang ng bilyun-bilyong tonelada; bukod pa rito, gagawin nitong kaparehong "kakaibang" anyo ang anumang normal na substansiya kung saan ito nakipag-ugnayan sa pagpapalabas ng malaking halaga ng enerhiya.
Ang enerhiya na maaaring ilabas sa panahon ng pagbabago ng sangkap ng core ng isang bituin sa isang "kakaibang sangkap" ay hahantong sa isang napakalakas na pagsabog ng isang "quark nova" - at, ayon kay Leahy at Wyed, ito ay tiyak ang pagsabog na ito na naobserbahan ng mga astronomo noong Setyembre 2006.
Ang proseso ng pagbuo ng sangkap na ito ay nagsimula sa isang ordinaryong supernova, kung saan lumiko ang isang napakalaking bituin. Bilang resulta ng unang pagsabog, nabuo ang isang neutron star. Ngunit, ayon kina Leahy at Wyed, hindi siya nagtagal - dahil ang kanyang pag-ikot ay tila pinabagal ng kanyang sarili. magnetic field, nagsimula itong lumiit nang higit pa, sa pagbuo ng isang clot ng "kakaibang bagay", na humantong sa isang mas malakas na pagpapalabas ng enerhiya kaysa sa isang maginoo na pagsabog ng supernova - at ang mga panlabas na layer ng sangkap ng dating neutron star, lumilipad papunta sa nakapalibot na espasyo sa bilis na malapit sa bilis ng liwanag .
17. Malakas na simetriko bagay- ito ay isang sangkap na naka-compress sa isang lawak na ang mga microparticle sa loob nito ay patong-patong sa bawat isa, at ang katawan mismo ay bumagsak sa Black hole. Ang terminong "symmetry" ay ipinaliwanag tulad ng sumusunod: Kunin natin ang pinagsama-samang estado ng bagay na kilala ng lahat mula sa bangko ng paaralan - solid, likido, gas. Para sa katiyakan, isaalang-alang ang isang perpektong walang katapusan na kristal bilang isang solid. Mayroon itong tiyak, tinatawag na discrete symmetry na may kinalaman sa pagsasalin. Nangangahulugan ito na kung ang kristal na sala-sala ay inilipat sa isang distansya na katumbas ng agwat sa pagitan ng dalawang mga atomo, walang magbabago dito - ang kristal ay magkakasabay sa sarili nito. Kung ang kristal ay natunaw, kung gayon ang simetrya ng nagresultang likido ay magkakaiba: tataas ito. Sa isang kristal, ang mga punto lamang na malayo sa isa't isa sa ilang mga distansya, ang tinatawag na mga node ng kristal na sala-sala, kung saan matatagpuan ang magkaparehong mga atomo, ay katumbas.
Ang likido ay homogenous sa buong dami nito, ang lahat ng mga punto nito ay hindi makikilala sa isa't isa. Nangangahulugan ito na ang mga likido ay maaaring ilipat sa pamamagitan ng anumang di-makatwirang mga distansya (at hindi lamang ng ilang mga discrete, tulad ng sa isang kristal) o paikutin ng anumang mga arbitrary na anggulo (na hindi maaaring gawin sa mga kristal) at ito ay magkakasabay sa sarili nito. Mas mataas ang antas ng symmetry nito. Ang gas ay mas simetriko: ang likido ay sumasakop sa isang tiyak na dami sa sisidlan at mayroong isang kawalaan ng simetrya sa loob ng sisidlan, kung saan mayroong likido, at mga punto kung saan wala. Ang gas, sa kabilang banda, ay sumasakop sa buong volume na ibinigay dito, at sa ganitong diwa ang lahat ng mga punto nito ay hindi nakikilala sa isa't isa. Gayunpaman, mas tama na magsalita dito hindi tungkol sa mga punto, ngunit tungkol sa maliliit, ngunit macroscopic na mga elemento, dahil sa antas ng mikroskopiko mayroon pa ring mga pagkakaiba. Sa ilang mga punto sa oras mayroong mga atomo o molekula, habang ang iba ay wala. Ang simetrya ay sinusunod lamang sa karaniwan, alinman sa ilang macroscopic na mga parameter ng volume, o sa oras.
Ngunit wala pa ring agarang simetrya sa antas ng mikroskopiko. Kung ang sangkap ay na-compress nang napakalakas, sa mga presyon na hindi katanggap-tanggap sa pang-araw-araw na buhay, na-compress upang ang mga atomo ay durog, ang kanilang mga shell ay tumagos sa isa't isa, at ang nuclei ay nagsimulang hawakan, ang simetrya ay bumangon sa antas ng mikroskopiko. Ang lahat ng mga nuclei ay pareho at pinindot laban sa isa't isa, hindi lamang interatomic, kundi pati na rin ang mga internuclear na distansya, at ang sangkap ay nagiging homogenous (kakaibang sangkap).
Ngunit mayroon ding antas ng submicroscopic. Ang nuclei ay binubuo ng mga proton at neutron na gumagalaw sa loob ng nucleus. May konting espasyo din sa pagitan nila. Kung patuloy kang mag-compress upang ang nuclei ay durog din, ang mga nucleon ay mahigpit na magdidikit sa isa't isa. Pagkatapos, sa antas ng submicroscopic, lilitaw ang simetrya, na wala kahit sa loob ng ordinaryong nuclei.
Mula sa sinabi, makikita ng isa ang isang tiyak na kalakaran: mas mataas ang temperatura at mas mataas ang presyon, mas nagiging simetriko ang sangkap. Batay sa mga pagsasaalang-alang na ito, ang sangkap na naka-compress sa maximum ay tinatawag na malakas na simetriko.
18. Mahinang simetriko bagay- isang estado na kabaligtaran ng malakas na simetriko na bagay sa mga katangian nito, na naroroon sa pinakaunang Uniberso sa isang temperatura na malapit sa temperatura ng Planck, marahil 10-12 segundo pagkatapos ng Big Bang, kapag ang malakas, mahina at electromagnetic na pwersa ay iisang superforce. . Sa estadong ito, ang bagay ay na-compress sa isang lawak na ang masa nito ay na-convert sa enerhiya, na nagsisimulang lumaki, iyon ay, lumawak nang walang katiyakan. Hindi pa posible na makamit ang mga enerhiya para sa pang-eksperimentong produksyon ng superpower at ang paglipat ng bagay sa yugtong ito sa ilalim ng mga kondisyong terrestrial, bagaman ang mga naturang pagtatangka ay ginawa sa Large Hadron Collider upang pag-aralan ang unang bahagi ng uniberso. Dahil sa kawalan ng pakikipag-ugnayan ng gravitational sa komposisyon ng superforce na bumubuo sa sangkap na ito, ang superforce ay hindi sapat na simetriko kumpara sa supersymmetric na puwersa, na naglalaman ng lahat ng 4 na uri ng pakikipag-ugnayan. Samakatuwid, ang estado ng pagsasama-sama ay nakatanggap ng ganoong pangalan.
19. Radiation matter- ito, sa katunayan, ay hindi na isang sangkap, ngunit enerhiya sa pinakadalisay nitong anyo. Gayunpaman, ito ang hypothetical na estado ng pagsasama-sama na kukuha ng katawan na umabot sa bilis ng liwanag. Maaari rin itong makuha sa pamamagitan ng pag-init ng katawan sa temperatura ng Planck (1032K), iyon ay, sa pamamagitan ng pagpapakalat ng mga molekula ng sangkap sa bilis ng liwanag. Tulad ng mga sumusunod mula sa teorya ng relativity, kapag ang bilis ay umabot sa higit sa 0.99 s, ang masa ng katawan ay nagsisimulang lumaki nang mas mabilis kaysa sa "normal" na acceleration, bilang karagdagan, ang katawan ay humahaba, nagpainit, iyon ay, nagsisimula itong nagniningning sa infrared spectrum. Kapag tumatawid sa threshold ng 0.999 s, ang katawan ay kapansin-pansing nagbabago at nagsisimula ng isang mabilis na phase transition hanggang sa beam state. Tulad ng sumusunod mula sa pormula ni Einstein, na kinuha nang buo, ang lumalaking masa ng pangwakas na sangkap ay binubuo ng mga masa na nahihiwalay mula sa katawan sa anyo ng thermal, X-ray, optical at iba pang radiation, ang enerhiya ng bawat isa ay inilalarawan ng susunod na termino sa formula. Kaya, ang isang katawan na papalapit sa bilis ng liwanag ay magsisimulang mag-radiate sa lahat ng spectra, lumalaki ang haba at bumagal sa oras, pagnipis sa haba ng Planck, iyon ay, kapag naabot ang bilis c, ang katawan ay magiging isang walang katapusang haba at manipis. sinag na gumagalaw sa bilis ng liwanag at binubuo ng mga photon na walang haba, at ang walang katapusang masa nito ay ganap na magiging enerhiya. Samakatuwid, ang naturang sangkap ay tinatawag na radiation.
Pinagsama-samang estado ng bagay(mula sa Latin aggrego - ikinakabit ko, kumonekta ako) - ito ay mga estado ng parehong sangkap, ang mga paglipat sa pagitan ng kung saan ay tumutugma sa mga biglaang pagbabago sa libreng enerhiya, density at iba pang mga pisikal na parameter ng sangkap.
Gas (French gaz, nagmula sa Greek chaos - chaos)- Ito pinagsama-samang estado ng bagay, kung saan ang mga puwersa ng pakikipag-ugnayan ng mga particle nito na pumupuno sa buong volume na ibinigay sa kanila ay bale-wala. Sa mga gas, ang mga intermolecular na distansya ay malaki at ang mga molekula ay halos malayang gumagalaw.
Ang mga gas ay maaaring ituring na sobrang init o mababang-puspos na mga singaw. Sa itaas ng ibabaw ng bawat likido, bilang isang resulta, mayroong singaw. Kapag ang presyon ng singaw ay tumaas sa isang tiyak na limitasyon, na tinatawag na saturated vapor pressure, ang pagsingaw ng likido ay humihinto, dahil ang likido ay nagiging pareho. Ang pagbaba sa dami ng saturated steam ay nagdudulot ng mga bahagi ng singaw, sa halip na pagtaas ng presyon. Samakatuwid, ang presyon ng singaw ay hindi maaaring mas mataas. Ang saturation state ay nailalarawan sa pamamagitan ng saturation mass na nakapaloob sa 1 m3 ng saturated vapor mass, na depende sa temperatura. Saturated na singaw maaaring maging unsaturated kung tumaas ang volume o tumaas ang temperatura. Kung ang temperatura ng singaw ay mas mataas kaysa sa punto na tumutugma sa isang ibinigay na presyon, ang singaw ay tinatawag na superheated.
Ang plasma ay isang bahagyang o ganap na naka-ionize na gas kung saan ang mga densidad ng mga positibo at negatibong singil ay halos pareho. Ang araw, mga bituin, mga ulap ng interstellar matter ay binubuo ng mga gas - neutral o ionized (plasma). Hindi tulad ng ibang mga estado ng pagsasama-sama, ang plasma ay isang gas ng mga sisingilin na particle (ions, electron) na elektrikal na nakikipag-ugnayan sa isa't isa sa malalayong distansya, ngunit walang alinman sa short-range o long-range na mga order sa pag-aayos ng mga particle.
likido- Ito ay isang estado ng pagsasama-sama ng isang substance, intermediate sa pagitan ng solid at gaseous. Ang mga likido ay may ilang mga katangian ng isang solid (pinapanatili ang dami nito, bumubuo ng isang ibabaw, may isang tiyak na lakas ng makunat) at isang gas (kumukuha ng hugis ng sisidlan kung saan ito matatagpuan). Ang thermal motion ng mga molekula (atoms) ng isang likido ay isang kumbinasyon ng maliliit na pagbabagu-bago sa paligid ng mga posisyon ng ekwilibriyo at madalas na pagtalon mula sa isang posisyon ng balanse patungo sa isa pa. Kasabay nito, ang mabagal na paggalaw ng mga molekula at ang kanilang mga oscillations sa loob ng maliliit na volume ay nangyayari, ang madalas na pagtalon ng mga molekula ay lumalabag sa pangmatagalang pagkakasunud-sunod sa pag-aayos ng mga particle at nagiging sanhi ng pagkalikido ng mga likido, at ang mga maliliit na oscillations sa paligid ng mga posisyon ng balanse ay nagiging sanhi ng pagkakaroon ng maikling -range order sa mga likido.Ang mga likido at solido, hindi tulad ng mga gas, ay maaaring ituring bilang mataas na condensed media. Sa kanila, ang mga molekula (atom) ay matatagpuan na mas malapit sa isa't isa at ang mga puwersa ng pakikipag-ugnayan ay ilang mga order ng magnitude na mas malaki kaysa sa mga gas. Samakatuwid, ang mga likido at solid ay may makabuluhang limitadong pagkakataon para sa pagpapalawak, malinaw na hindi maaaring sakupin ang isang di-makatwirang dami, ngunit sa mga pare-pareho ay pinapanatili nila ang kanilang lakas ng tunog, kahit na anong dami ang inilagay. Ang mga paglipat mula sa isang estado ng pagsasama-sama na mas nakaayos sa istraktura patungo sa isang hindi gaanong nakaayos ay maaari ding mangyari nang tuluy-tuloy. Kaugnay nito, sa halip na ang konsepto ng estado ng pagsasama-sama, ipinapayong gumamit ng mas malawak na konsepto - ang konsepto ng yugto.
yugto ay ang kabuuan ng lahat ng bahagi ng sistema na may parehong komposisyon ng kemikal at nasa parehong estado. Ito ay nabibigyang katwiran sa pamamagitan ng sabay-sabay na pagkakaroon ng thermodynamically equilibrium phase sa isang multiphase system: mga likido na may sarili nitong puspos na singaw; tubig at yelo sa punto ng pagkatunaw; dalawang immiscible likido (isang pinaghalong tubig na may triethylamine), naiiba sa konsentrasyon; ang pagkakaroon ng amorphous solids na nagpapanatili ng istraktura ng likido (amorphous state).
Amorphous solid state ng matter ay isang uri ng supercooled na estado ng isang likido at naiiba sa mga ordinaryong likido sa isang makabuluhang mas mataas na lagkit at mga numerong halaga kinetic na katangian.
Crystalline solid state ng matter- ito ay isang estado ng pagsasama-sama, na kung saan ay nailalarawan sa pamamagitan ng malalaking puwersa ng pakikipag-ugnayan sa pagitan ng mga particle ng isang sangkap (mga atom, molekula, ion). Ang mga particle ng mga solido ay nag-o-oscillate sa paligid ng average na mga posisyon ng equilibrium, na tinatawag na mga node ng crystal lattice; ang istraktura ng mga sangkap na ito ay nailalarawan isang mataas na antas pagkakasunud-sunod (pangmatagalang at panandaliang pagkakasunud-sunod) - kaayusan sa pagkakaayos (pagkakasunud-sunod ng koordinasyon), sa oryentasyon (pagkakasunud-sunod ng oryentasyon) ng mga partikulo ng istruktura, o pagkakasunud-sunod ng mga pisikal na katangian (halimbawa, sa oryentasyon ng mga magnetic moment o electric dipole sandali). Ang rehiyon ng pagkakaroon ng isang normal na bahagi ng likido para sa mga purong likido, likido at likidong mga kristal ay limitado mula sa gilid ng mababang temperatura sa pamamagitan ng mga phase transition, ayon sa pagkakabanggit, hanggang sa solid (crystallization), superfluid, at liquid-anisotropic na estado.
Sa pang-araw-araw na pagsasanay, ang isang tao ay kailangang makitungo nang hindi hiwalay sa mga indibidwal na atomo, molekula at ion, ngunit sa mga tunay na sangkap - isang pinagsama-samang isang malaking bilang ng mga particle. Depende sa likas na katangian ng kanilang pakikipag-ugnayan, apat na uri ng pinagsama-samang estado ang nakikilala: solid, likido, gas at plasma. Ang isang sangkap ay maaaring magbago mula sa isang estado ng pagsasama-sama patungo sa isa pa bilang isang resulta ng isang kaukulang phase transition.
Ang pagkakaroon ng isang sangkap sa isang partikular na estado ng pagsasama-sama ay dahil sa mga puwersa na kumikilos sa pagitan ng mga particle, ang distansya sa pagitan nila at ang mga tampok ng kanilang paggalaw. Ang bawat estado ng pagsasama-sama ay nailalarawan sa pamamagitan ng isang hanay ng ilang mga katangian.
Mga katangian ng mga sangkap depende sa estado ng pagsasama-sama:
| estado | ari-arian |
| puno ng gas |
|
| likido |
|
| solid |
|
Alinsunod sa antas ng pagkakasunud-sunod sa system, ang bawat estado ng pagsasama-sama ay nailalarawan sa pamamagitan ng sarili nitong ratio sa pagitan ng kinetic at potensyal na enerhiya ng mga particle. Sa mga solido, ang potensyal ay nangingibabaw sa kinetic, dahil ang mga particle ay sumasakop sa ilang mga posisyon at nag-oocillate lamang sa kanilang paligid. Para sa mga gas, mayroong isang kabaligtaran na ugnayan sa pagitan ng mga potensyal at kinetic na enerhiya, bilang isang kinahinatnan ng katotohanan na ang mga molekula ng gas ay palaging gumagalaw nang random, at halos walang magkakaugnay na puwersa sa pagitan nila, kaya ang gas ay sumasakop sa buong volume. Sa kaso ng mga likido, ang kinetic at potensyal na enerhiya ng mga particle ay humigit-kumulang pareho, ang isang hindi matibay na bono ay kumikilos sa pagitan ng mga particle, samakatuwid ang pagkalikido at isang pare-pareho ang dami ay likas sa mga likido.
Kapag ang mga particle ng isang sangkap ay bumubuo ng isang regular na geometric na istraktura, at ang enerhiya ng mga bono sa pagitan ng mga ito ay mas malaki kaysa sa enerhiya ng mga thermal vibrations, na pumipigil sa pagkawasak ng umiiral na istraktura, nangangahulugan ito na ang sangkap ay nasa isang solidong estado. Ngunit simula sa isang tiyak na temperatura, ang enerhiya ng mga thermal vibrations ay lumampas sa enerhiya ng mga bono sa pagitan ng mga particle. Sa kasong ito, ang mga particle, bagaman nananatili silang nakikipag-ugnay, ay gumagalaw nang may kaugnayan sa bawat isa. Bilang isang resulta, ang geometric na istraktura ay nasira at ang sangkap ay pumasa sa isang likidong estado. Kung ang mga thermal fluctuation ay tumaas nang labis na ang koneksyon sa pagitan ng mga particle ay halos nawala, ang sangkap ay nakakakuha ng isang gas na estado. Sa isang "ideal" na gas, ang mga particle ay malayang gumagalaw sa lahat ng direksyon.
Kapag tumaas ang temperatura, ang sangkap ay pumasa mula sa isang nakaayos na estado (solid) sa isang hindi maayos na estado (gase); ang likidong estado ay intermediate sa mga tuntunin ng pag-order ng mga particle.
Ang ikaapat na estado ng pagsasama-sama ay tinatawag na plasma - isang gas na binubuo ng pinaghalong neutral at ionized na mga particle at mga electron. Nabubuo ang plasma sa napakataas na temperatura (10 5 -10 7 0 C) dahil sa malaking enerhiya ng banggaan ng mga particle na may pinakamataas na kaguluhan sa paggalaw. Ang isang ipinag-uutos na tampok ng plasma, pati na rin ang iba pang mga estado ng bagay, ay ang elektrikal na neutralidad nito. Ngunit bilang isang resulta ng hindi maayos na paggalaw ng mga particle sa plasma, ang mga hiwalay na sisingilin na microzone ay maaaring lumitaw, dahil kung saan ito ay nagiging isang mapagkukunan ng electromagnetic radiation. Sa estado ng plasma, mayroong bagay sa, mga bituin, iba pang mga bagay sa kalawakan, pati na rin sa mga prosesong thermonuclear.
Ang bawat estado ng pagsasama-sama ay tinutukoy, una sa lahat, sa pamamagitan ng hanay ng mga temperatura at presyon, samakatuwid, para sa isang visual na quantitative na katangian, isang phase diagram ng isang sangkap ang ginagamit, na nagpapakita ng pag-asa ng estado ng pagsasama-sama sa presyon at temperatura.
Diagram ng estado ng matter na may mga phase transition curve: 1 - melting-crystallization, 2 - boiling-condensation, 3 - sublimation-desublimation
Ang diagram ng estado ay binubuo ng tatlong pangunahing mga lugar, na tumutugma sa mala-kristal, likido at gas na estado. Ang mga indibidwal na rehiyon ay pinaghihiwalay ng mga kurba na sumasalamin sa mga phase transition:
- solid sa likido at vice versa, likido sa solid (melting-crystallization curve - may tuldok na berdeng graph)
- likido sa gas at baligtarin ang conversion ng gas sa likido (boiling-condensation curve - asul na graph)
- solid sa gaseous at gaseous sa solid (sublimation-desublimation curve - pulang graph).
Ang mga coordinate ng intersection ng mga curve na ito ay tinatawag na triple point, kung saan, sa ilalim ng mga kondisyon ng isang tiyak na presyon P \u003d P in at isang tiyak na temperatura T \u003d T in, ang isang sangkap ay maaaring magkakasamang mabuhay sa tatlong estado ng pagsasama-sama nang sabay-sabay. at ang likido at solidong estado ay may parehong presyon ng singaw. Ang mga coordinate na Pv at Tv ay ang tanging mga halaga ng presyon at temperatura kung saan ang lahat ng tatlong mga yugto ay maaaring magkakasamang mabuhay nang sabay-sabay.
Ang punto K sa phase diagram ng estado ay tumutugma sa temperatura Tk - ang tinatawag na kritikal na temperatura, kung saan ang kinetic energy ng mga particle ay lumampas sa enerhiya ng kanilang pakikipag-ugnayan at samakatuwid ang linya ng paghihiwalay sa pagitan ng mga phase ng likido at gas ay nabura, at ang sangkap ay umiiral sa gas na estado sa anumang presyon.
Ito ay sumusunod mula sa pagsusuri ng phase diagram na sa isang mataas na presyon na mas malaki kaysa sa triple point (P c), ang pag-init ng isang solid ay nagtatapos sa pagkatunaw nito, halimbawa, sa P 1, ang pagtunaw ay nangyayari sa punto. d. Ang karagdagang pagtaas ng temperatura mula T d hanggang T e ay humahantong sa pagkulo ng sangkap sa isang ibinigay na presyon P 1 . Sa isang presyon Р 2 mas mababa kaysa sa presyon sa triple point Р в, ang pag-init ng sangkap ay humahantong sa paglipat nito nang direkta mula sa mala-kristal hanggang sa gas na estado (point q), iyon ay, sa sublimation. Para sa karamihan ng mga sangkap, ang presyon sa triple point ay mas mababa kaysa sa saturation vapor pressure (P in
P saturated steam, samakatuwid, kapag ang mga kristal ng naturang mga sangkap ay pinainit, hindi sila natutunaw, ngunit sumingaw, iyon ay, sumasailalim sila sa sublimation. Halimbawa, ang mga iodine crystal o "dry ice" (solid CO 2) ay kumikilos sa ganitong paraan.
Pagsusuri ng State Diagram estado ng gas
Sa ilalim ng normal na kondisyon (273 K, 101325 Pa), parehong mga simpleng substance, ang mga molekula nito ay binubuo ng isa (He, Ne, Ar) o ilang simpleng atoms (H 2, N 2, O 2), at mga kumplikadong substance na may mababang molar mass (CH 4, HCl, C 2 H 6).
Dahil ang kinetic energy ng mga gas particle ay lumampas sa kanilang potensyal na enerhiya, ang mga molekula sa gas na estado ay patuloy na gumagalaw nang random. Dahil sa malaking distansya sa pagitan ng mga particle, ang mga puwersa ng intermolecular interaction sa mga gas ay napakaliit na hindi sapat upang maakit ang mga particle sa isa't isa at panatilihing magkasama. Ito ay para sa kadahilanang ito na ang mga gas ay walang sariling hugis at nailalarawan sa pamamagitan ng mababang density at mataas na kakayahang i-compress at palawakin. Samakatuwid, ang gas ay patuloy na pinindot sa mga dingding ng sisidlan kung saan ito matatagpuan, pantay sa lahat ng direksyon.
Upang pag-aralan ang kaugnayan sa pagitan ng pinakamahalagang mga parameter ng gas (presyon P, temperatura T, dami ng sangkap n, molar mass M, mass m), ang pinakasimpleng modelo ng gas na estado ng bagay ay ginagamit - perpektong gas, na batay sa mga sumusunod na pagpapalagay:
- ang pakikipag-ugnayan sa pagitan ng mga particle ng gas ay maaaring mapabayaan;
- ang mga particle mismo ay mga materyal na punto na walang sariling sukat.
Ang pinaka-pangkalahatang equation na naglalarawan sa perpektong modelo ng gas ay itinuturing na mga equation Mendeleev-Clapeyron para sa isang nunal ng isang sangkap:
Gayunpaman, ang pag-uugali ng isang tunay na gas ay naiiba, bilang isang panuntunan, mula sa perpektong isa. Ito ay ipinaliwanag, una, sa pamamagitan ng katotohanan na sa pagitan ng mga molekula ng isang tunay na gas ay mayroon pa ring mga hindi gaanong kabuluhan na puwersa ng kapwa pagkahumaling na pumipilit sa gas sa isang tiyak na lawak. Sa pag-iisip na ito, ang kabuuang presyon ng gas ay tumataas ng halaga a/v2, na isinasaalang-alang ang karagdagang panloob na presyon dahil sa kapwa pagkahumaling ng mga molekula. Bilang resulta, ang kabuuang presyon ng gas ay ipinahayag ng kabuuan P+ A/v2. Pangalawa, ang mga molekula ng isang tunay na gas ay may, kahit na maliit, ngunit medyo tiyak na dami b , kaya ang aktwal na dami ng lahat ng gas sa kalawakan ay V- b . Kapag pinapalitan ang mga itinuturing na halaga sa equation ng Mendeleev-Clapeyron, nakukuha namin ang equation ng estado ng isang tunay na gas, na tinatawag na van der Waals equation:
saan A At b ay mga empirical coefficient na tinutukoy sa pagsasanay para sa bawat tunay na gas. Ito ay itinatag na ang koepisyent a ay may malaking halaga para sa mga gas na madaling matunaw (halimbawa, CO 2, NH 3), at ang coefficient b - sa kabaligtaran, mas mataas ang sukat, mas malaki ang mga molekula ng gas (halimbawa, mga gas na hydrocarbon).
Ang van der Waals equation ay naglalarawan ng pag-uugali ng isang tunay na gas na mas tumpak kaysa sa Mendeleev-Clapeyron equation, na, gayunpaman, ay malawakang ginagamit sa mga praktikal na kalkulasyon dahil sa malinaw na pisikal na kahulugan nito. Kahit na ang perpektong estado ng isang gas ay isang limitado, haka-haka na kaso, ang pagiging simple ng mga batas na tumutugma dito, ang posibilidad ng kanilang aplikasyon upang ilarawan ang mga katangian ng maraming mga gas sa mababang presyon at mataas na temperatura, ay ginagawang napaka-maginhawa ng perpektong modelo ng gas. .
Liquid na estado ng bagay
Ang likidong estado ng anumang partikular na sangkap ay thermodynamically stable sa isang tiyak na hanay ng mga temperatura at mga pressure na katangian ng kalikasan (komposisyon) ng sangkap. Ang pinakamataas na limitasyon ng temperatura ng estado ng likido ay ang punto ng kumukulo sa itaas kung saan ang isang sangkap sa ilalim ng mga kondisyon ng matatag na presyon ay nasa isang gas na estado. Ang mas mababang limitasyon ng matatag na estado ng pagkakaroon ng isang likido ay ang temperatura ng pagkikristal (solidification). Ang mga temperatura ng pagkulo at pagkikristal na sinusukat sa presyon na 101.3 kPa ay tinatawag na normal.
Para sa mga ordinaryong likido, ang isotropy ay likas - ang pagkakapareho ng mga pisikal na katangian sa lahat ng direksyon sa loob ng sangkap. Minsan ginagamit din ang ibang mga termino para sa isotropy: invariance, symmetry na may kinalaman sa pagpili ng direksyon.
Sa pagbuo ng mga pananaw sa kalikasan ng likidong estado, ang konsepto ng kritikal na estado, na natuklasan ni Mendeleev (1860), ay may malaking kahalagahan:
Ang kritikal na estado ay isang estado ng balanse kung saan ang limitasyon ng paghihiwalay sa pagitan ng likido at singaw nito ay nawawala, dahil ang likido at ang puspos na singaw nito ay nakakakuha ng parehong pisikal na katangian.
Sa kritikal na estado, ang mga halaga ng parehong densidad at tiyak na dami ng likido at ang puspos na singaw nito ay nagiging pareho.
Ang likidong estado ng bagay ay intermediate sa pagitan ng gas at solid. Ang ilang mga katangian ay naglalapit sa estado ng likido sa solid. Kung ang mga solidong sangkap ay nailalarawan sa pamamagitan ng isang mahigpit na pagkakasunud-sunod ng mga particle, na umaabot sa layo na daan-daang libong interatomic o intermolecular radii, kung gayon sa likidong estado, bilang panuntunan, hindi hihigit sa ilang sampu ng mga order na particle ang sinusunod. Ito ay ipinaliwanag sa pamamagitan ng katotohanan na ang pagkakasunud-sunod sa pagitan ng mga particle sa iba't ibang lugar ng isang likidong sangkap ay mabilis na bumangon, at tulad ng mabilis na "labo" muli ng mga thermal vibrations ng mga particle. Kasabay nito, ang pangkalahatang density ng "pag-iimpake" ng mga particle ay naiiba nang kaunti mula sa solid, kaya ang density ng mga likido ay hindi gaanong naiiba sa density ng karamihan sa mga solido. Bilang karagdagan, ang kakayahan ng mga likido na mag-compress ay halos kasing liit ng mga solido (mga 20,000 beses na mas mababa kaysa sa mga gas).
Structural analysis nakumpirma na ang tinatawag na maikling hanay ng order, na nangangahulugan na ang bilang ng pinakamalapit na "kapitbahay" ng bawat molekula at ang kanilang magkaparehong kaayusan ay halos pareho sa kabuuan ng volume.
Ang isang medyo maliit na bilang ng mga particle ng iba't ibang komposisyon, na konektado sa pamamagitan ng mga puwersa ng intermolecular na pakikipag-ugnayan, ay tinatawag kumpol . Kung ang lahat ng mga particle sa isang likido ay pareho, kung gayon ang ganitong kumpol ay tinatawag iugnay . Nasa mga kumpol at mga kaakibat na sinusunod ang short-range order.
Ang antas ng pagkakasunud-sunod sa iba't ibang mga likido ay depende sa temperatura. Sa mababang temperatura na bahagyang mas mataas sa punto ng pagkatunaw, ang antas ng pagkakasunud-sunod sa paglalagay ng mga particle ay napakataas. Habang tumataas ang temperatura, bumababa ito at, habang tumataas ang temperatura, lumalapit ang mga katangian ng likido sa mga katangian ng mga gas, at kapag naabot ang kritikal na temperatura, nawawala ang pagkakaiba sa pagitan ng likido at gas.
Ang kalapitan ng estado ng likido sa solidong estado ay kinumpirma ng mga halaga ng mga karaniwang enthalpies ng singaw DH 0 ng pagsingaw at pagtunaw ng DH 0 ng pagtunaw. Alalahanin na ang halaga ng DH 0 evaporation ay nagpapakita ng dami ng init na kailangan para ma-convert ang 1 mole ng likido sa singaw sa 101.3 kPa; ang parehong halaga ng init ay ginugugol sa paghalay ng 1 mole ng singaw sa isang likido sa ilalim ng parehong mga kondisyon (i.e. DH 0 evaporation = DH 0 condensation). Ang halaga ng init na kinakailangan upang ma-convert ang 1 mole ng solid sa isang likido sa 101.3 kPa ay tinatawag karaniwang enthalpy ng pagsasanib; ang parehong dami ng init ay inilabas sa panahon ng pagkikristal ng 1 mole ng likido sa ilalim ng normal na kondisyon ng presyon (DH 0 natutunaw = DH 0 crystallization). Ito ay kilala na ang DH 0 pagsingaw<< DН 0 плавления, поскольку переход из твердого состояния в жидкое сопровождается меньшим нарушением межмолекулярного притяжения, чем переход из жидкого в газообразное состояние.
Gayunpaman, ang iba pang mahahalagang katangian ng mga likido ay mas katulad ng mga gas. Kaya, tulad ng mga gas, ang mga likido ay maaaring dumaloy - ang ari-arian na ito ay tinatawag pagkalikido . Maaari nilang labanan ang daloy, iyon ay, sila ay likas lagkit . Ang mga katangiang ito ay naiimpluwensyahan ng mga kaakit-akit na puwersa sa pagitan ng mga molekula, ang molekular na bigat ng likidong sangkap, at iba pang mga kadahilanan. Ang lagkit ng mga likido ay halos 100 beses na mas malaki kaysa sa mga gas. Tulad ng mga gas, ang mga likido ay maaaring magkalat, ngunit sa isang mas mabagal na bilis dahil ang mga particle ng likido ay nakaimpake nang mas makapal kaysa sa mga particle ng gas.
Ang isa sa mga pinaka-kagiliw-giliw na katangian ng estado ng likido, na hindi katangian ng alinman sa mga gas o solid, ay pag-igting sa ibabaw .
Diagram ng pag-igting sa ibabaw ng isang likido Ang isang molekula na matatagpuan sa isang dami ng likido ay pantay na kumikilos sa pamamagitan ng mga puwersa ng intermolecular mula sa lahat ng panig. Gayunpaman, sa ibabaw ng likido, ang balanse ng mga puwersang ito ay nabalisa, bilang isang resulta kung saan ang mga molekula sa ibabaw ay nasa ilalim ng pagkilos ng ilang resultang puwersa, na nakadirekta sa loob ng likido. Para sa kadahilanang ito, ang likidong ibabaw ay nasa isang estado ng pag-igting. Ang pag-igting sa ibabaw ay ang pinakamababang puwersa na nagpapanatili sa mga particle ng isang likido sa loob at sa gayon ay pinipigilan ang ibabaw ng likido mula sa pagkontrata.
Istraktura at katangian ng mga solido
Karamihan sa mga kilalang substance, parehong natural at artipisyal, ay nasa solid state sa ilalim ng normal na kondisyon. Sa lahat ng mga compound na kilala ngayon, ang tungkol sa 95% ay mga solido, na naging mahalaga, dahil sila ang batayan ng hindi lamang istruktura, kundi pati na rin ang mga functional na materyales.
- Ang mga istrukturang materyales ay mga solido o ang kanilang mga komposisyon na ginagamit sa paggawa ng mga kasangkapan, gamit sa bahay, at iba't ibang istruktura.
- Ang mga functional na materyales ay mga solido, ang paggamit nito ay dahil sa pagkakaroon ng ilang mga kapaki-pakinabang na katangian sa kanila.
Halimbawa, ang bakal, aluminyo, kongkreto, keramika ay nabibilang sa mga istrukturang materyales, at ang mga semiconductor, mga phosphor ay nabibilang sa mga functional.
Sa solid state, ang mga distansya sa pagitan ng mga particle ng bagay ay maliit at may parehong pagkakasunud-sunod ng magnitude bilang ang mga particle mismo. Ang mga enerhiya ng pakikipag-ugnayan sa pagitan nila ay sapat na malaki, na pumipigil sa libreng paggalaw ng mga particle - maaari lamang silang mag-oscillate tungkol sa ilang mga posisyon ng balanse, halimbawa, sa paligid ng mga node ng kristal na sala-sala. Ang kawalan ng kakayahan ng mga particle na malayang gumalaw ay humahantong sa isa sa mga pinaka-katangian na katangian ng mga solido - ang pagkakaroon ng kanilang sariling hugis at dami. Ang kakayahang mag-compress ng mga solid ay napakaliit, at ang density ay mataas at maliit na nakasalalay sa mga pagbabago sa temperatura. Ang lahat ng mga proseso na nagaganap sa solid matter ay mabagal na nagaganap. Ang mga batas ng stoichiometry para sa mga solid ay may iba at, bilang panuntunan, mas malawak na kahulugan kaysa sa mga gas at likidong sangkap.
Ang detalyadong paglalarawan ng mga solido ay masyadong malaki para sa materyal na ito at samakatuwid ay sakop sa magkahiwalay na mga artikulo:, at.
Panitikan
1. Korovin N.V. Pangkalahatang kimika. - M.: Mas mataas. paaralan – 1990, 560 p.
2. Glinka N.L. Pangkalahatang kimika. - M .: Mas mataas. paaralan – 1983, 650 p.
Ugay Ya.A. Pangkalahatan at di-organikong kimika. - M.: Mas mataas. paaralan – 1997, 550
Lecture 3-5 (6 na oras)
Paksa 3. Pinagsama-samang estado ng bagay
Ang layunin ng panayam: upang isaalang-alang ang mga pangkalahatang katangian ng estado ng pagsasama-sama ng bagay; pag-aralan nang detalyado ang gas na estado ng bagay, ang mga batas ng perpektong gas (ang perpektong equation ng gas ng estado, ang mga batas ng Boyle-Mariotte, Gay-Lussac, Charles, Avogadro, Dalton); tunay na mga gas, van der Waals equation; kilalanin ang likido at solidong estado ng bagay; mga uri ng kristal na sala-sala: molecular, atomic-covalent, ionic, metallic at mixed type.
Mga isyung pinag-aaralan:
3.1. Pangkalahatang katangian ng pinagsama-samang estado ng bagay.
3.2. gas na estado ng bagay. Mga batas ng ideal na gas. mga tunay na gas.
3.3. Mga katangian ng likidong estado ng bagay.
3.4. Mga katangian ng solid state.
3.5. Mga uri ng kristal na sala-sala.
Halos lahat ng kilalang substance, depende sa mga kondisyon, ay nasa gas, likido, solid o plasma na estado. Ito ay tinatawag na pinagsama-samang estado ng bagay . Ang pinagsama-samang estado ay hindi nakakaapekto sa mga kemikal na katangian at kemikal na istraktura ng isang sangkap, ngunit nakakaapekto sa pisikal na estado (density, lagkit, temperatura, atbp.) at ang rate ng mga proseso ng kemikal. Halimbawa, ang tubig sa isang gas na estado ay singaw, sa isang likidong estado ito ay isang likido, sa isang solidong estado ito ay yelo, niyebe, hamog na nagyelo. Ang komposisyon ng kemikal ay pareho, ngunit ang mga pisikal na katangian ay naiiba. Ang pagkakaiba sa mga pisikal na katangian ay nauugnay sa iba't ibang mga distansya sa pagitan ng mga molekula ng isang sangkap at ang mga puwersa ng pagkahumaling sa pagitan ng mga ito.
Nailalarawan ang mga gas malalaking distansya sa pagitan ng mga molekula at maliliit na kaakit-akit na pwersa. Ang mga molekula ng gas ay nasa magulong paggalaw. Ipinapaliwanag nito ang katotohanan na ang density ng mga gas ay mababa, wala silang sariling hugis, sinasakop nila ang buong dami na ibinigay sa kanila, kapag nagbabago ang presyon, binabago ng mga gas ang kanilang dami.
nasa likidong estado ang mga molekula ay mas malapit nang magkasama, ang mga puwersa ng intermolecular attraction ay tumataas, ang mga molekula ay nasa magulong galaw ng pagsasalin. Samakatuwid, ang density ng mga likido ay mas malaki kaysa sa density ng mga gas, ang dami ay tiyak, halos hindi nakasalalay sa presyon, ngunit ang mga likido ay walang sariling hugis, ngunit kumuha ng anyo ng isang ibinigay na sisidlan. Ang mga ito ay nailalarawan sa pamamagitan ng isang "short range order", iyon ay, ang mga simula ng isang kristal na istraktura (tatalakayin sa ibang pagkakataon).
Sa mga solido Ang mga particle (mga molekula, atomo, ion) ay napakalapit sa isa't isa na ang mga puwersa ng pagkahumaling ay balanse ng mga puwersa ng pagtanggi, iyon ay, ang mga particle ay may mga oscillatory na galaw, at walang mga pagsasalin. Samakatuwid, ang mga particle ng solids ay matatagpuan sa ilang mga punto sa espasyo, sila ay nailalarawan sa pamamagitan ng "mahabang hanay" (tatalakayin sa ibaba), ang mga solid ay may isang tiyak na hugis, dami.
Plasma- ito ay anumang bagay kung saan ang mga particle na may elektrikal na sisingilin (mga electron, nuclei o ions) ay random na gumagalaw. Ang estado ng plasma sa kalikasan ay nangingibabaw at bumangon sa ilalim ng impluwensya ng mga ionizing factor: mataas na temperatura, electric discharge, high-energy electromagnetic radiation, atbp. Mayroong dalawang uri ng plasma: isothermal At gas-discharge . Ang una ay bumangon sa ilalim ng pagkilos ng mataas na temperatura, ay medyo matatag, umiiral nang mahabang panahon, halimbawa, ang araw, mga bituin, bola kidlat. Ang pangalawa ay lumitaw sa ilalim ng pagkilos ng isang electric discharge at matatag lamang sa pagkakaroon ng isang electric field, halimbawa, sa mga gas lighting tubes. Ang plasma ay maaaring isipin bilang isang ionized gas na sumusunod sa mga batas ng isang perpektong gas.
