Сколько существует агрегатных состояний вещества


Агрегатные состояния вещества

Все вещества могут существовать в трех агрегатных состояниях — твердом, жидкоми газообразном. Четвертым агрегатным состоянием вещества часто считают плазму. Переходы между ними сопровождаются скачкообразным изменением ряда физических свойств (плотности, теплопроводности и др.).

Агрегатное состояние зависит от физических условий, в которых находится вещество. Существование у вещества нескольких агрегатных состояний обусловлено различиями в тепловом движении его молекул (атомов) и в их взаимодействии при разных условиях.

Газ — агрегатное состояние вещества, в котором частицы не связаны или весьма слабо связаны силами взаимодействия; кинетическая энергия теплового движения его частиц (молекул, атомов) значительно превосходит потенциальную энергию взаимодействий между ними, поэтому частицы движутся почти свободно, целиком заполняя сосуд, в котором находятся, и принимают его форму. Любое вещество можно перевести в газообразное, изменяя давление и температуру.


Жидкость — агрегатное состояние вещества, промежуточное между твердым и газообразным. Для нее характерна большая подвижность частиц и малое свободное пространство между ними. Это приводит к тому, что жидкости сохраняют свой объем и принимают форму сосуда. В то же время жидкость обладает рядом только ей присущих свойств, одно из которых — текучесть.

В жидкости молекулы размещаются очень близко друг к другу. Поэтому плотность жидкости гораздо больше плотности газов (при нормальном давлении). Свойства жидкости по всем направлениям одинаковы (изотропны) за исключением жидких кристаллов.

При нагревании или уменьшении плотности свойства жидкости, теплопроводность, вязкость меняются, как правило, в сторону сближения со свойствами газов.

Тепловое движение молекул жидкости состоит из сочетания коллективных колебательных движений и происходящих время от времени скачков молекул из одних положений равновесия в другие. При наличии внешней силы, сохраняющей свое направление более длительное время, чем интервалы между скачками, молекулы перемещаются в направлении этой силы, что и приводит к текучести жидкости.

Твердые тела — агрегатное состояние вещества, характеризующееся стабильностью формы и характером теплового движения атомов. Это движение вызывает колебания атомов (или ионов), из которых состоит твердое тело. Амплитуда колебаний обычно мала по сравнению с межатомными расстояниями.


Структура твердых тел многообразна, но, тем не менее, их можно разделять на кристаллы и аморфные тела.

В кристаллах атомы (или ионы) расположены в пространстве в узлах кристаллической решетки и колеблются около них. Строгая периодичность в расположении атомов приводит к сохранению порядка на больших расстояниях.

В аморфных телах атомы колеблются около хаотически расположенных точек. Свойства аморфных тел: они изотропны, не имеют постоянной температуры плавления, обладают текучестью.

По типам химической связи твердые тела делят на три класса, каждый из которых характеризуется определенным пространственным распределением электронов: 1) ионные кристаллы (NaCl, KaCl); 2) ковалентные (алмаз, Ge, Si); 3) металлические.

Кристаллическая структура твердых тел зависит от сил, действующих между атомами и частицами. Одни и те же атомы могут образовывать различные структуры — серое и белое олово, графит и алмаз.

Полиморфизм — способность некоторых веществ существовать в состояниях с различной атомно-кристаллической структурой (сера, кремнезем имеют более чем две полиморфные модификации).

Одиночные кристаллы называют монокристаллами. У монокристаллов некоторые свойства анизотропны, т. е. зависят от направления (механические, оптические и электрические). Естественная анизотропия — характерная особенность кристаллов; например, пластинка слюды легко расщепляется на тонкие листочки вдоль определенной плоскости (параллельно этой плоскости силы сцепления между частицами слюды наименьшие).


Твердое тело, состоящее из большого числа маленьких кристаллов, называют поликристаллическим. Поликристаллические материалы изотропны.

Плазма — частично или полностью ионизированный газ, в котором плотности отрицательных и положительных зарядов одинаковы. При сильном нагревании любое вещество испаряется, превращается в газ. Если увеличивать температуру и далее, резко усиливается процесс термической ионизации. Молекулы газа начнут распадаться на составляющие их атомы, которые затем превращаются в ионы. В состоянии плазмы находится подавляющая часть вещества Вселенной: звезды, галактические туманности и межзвездная среда. Около Земли плазма существует в виде солнечного ветра и ионосферы. На поверхности Земли в естественных условиях плазма — редкий гость, появляющийся лишь при вспышках молний. В лабораторных условиях плазма впервые появилась в виде газового разряда. Она заполняет лампы дневного света, стеклянные трубки неоновой рекламы и т. д. За последние годы применение плазмы существенно расширилось. Высокотемпературная плазма (Т ~ 106-108К) из смеси дейтерия с тритием используется для осуществления управляемого термоядерного синтеза; низкотемпературная плазма (Т =< 105 К) — в различных газоразрядных приборах: газовых лазерах, ионных приборах, МГД-генера-торах и так далее.

Источник: sfiz.ru

Свойства агрегатных состояний

Физики изучили различные вещества, их свойства и то, при каких условиях эти вещества меняют свое агрегатное состояние.

Газы


Важно: Газы не имеют своей формы и не имеют своего объема. Они займут весь предложенный объем.

В газах расстояние между молекулами гораздо больше размеров самих молекул.

Притяжение между молекулами мало. А скорости молекул достаточно высоки. А чем выше скорость, тем больше энергия движения (кинетическая энергия) молекулы.

Поэтому, молекулы газа могут свободно перемещаться по всему объему, предоставленному этому газу. А если газ выпустить из баллона, то молекулы газа разлетятся во все стороны.

Примечание: При комнатной температуре молекулы воздуха движутся в среднем со скоростью, примерно 500 метров в секунду.

Жидкости

Важно: Жидкости не имеют своей формы, они займут предложенную им форму. Но, жидкости имеют свой объем.

В жидкостях молекулы располагаются очень близко, так, что они касаются друг друга. Поэтому, жидкости сжать не получается!

Однако, молекулы жидкости все еще могут передвигаться по всему объему жидкости. Но скорости молекул во много раз меньше, чем в газах. Поэтому, молекулы в жидкостях будут двигаться гораздо медленней.

Примечание:

  • Когда мы сжимаем тело, мы уменьшаем расстояние между его молекулами.
  • Физики иногда вместо слов «сжимать тело» говорят «уменьшать объем тела».

Твердые тела

Важно: Твердые тела имеют свою форму. Они, так же, имеют свой объем.

В твердых телах молекулы, как и в жидкостях, располагаются очень близко друг к другу. Однако, в твердых телах маленькие частички образуют решетчатую структуру. Поэтому, двигаться по твердому телу они не могут. Но под воздействием температуры они могут вибрировать (колебаться), оставаясь при этому на месте.

Все твердые тела по упорядоченности расположения маленьких частиц можно разделить на аморфные и кристаллические тела.

Различают аморфные и кристаллические твердые тела. То, будет ли твердое тело аморфным, или кристаллическим, зависит от того, насколько упорядочены мельчайшие частицы, из которых состоит это твердое тело — молекулы.

Выводы

  1. Одно и то же вещество может находиться в твердом, жидком и газообразном состояниях. Эти состояния называют агрегатными состояниями вещества.
  2. При переходе из одного агрегатного состояние в другое, молекулы вещества не изменяются. Изменяется лишь расстояние между ними и их взаимное действие на соседние молекулы.
  3. Газы не имеют своей формы и не имеют своего объема. Они займут весь предложенный объем.
  4. Жидкости не имеют своей формы, они займут предложенную им форму. Зато, жидкости имеют свой объем.
  5. Переход из жидкого в газообразное состояние – это испарение, а из газообразного в жидкое состояние – конденсация;
  6. Твердые тела имеют свою собственную форму и свой объем.
  7. Все твердые тела по их строению можно разделить на аморфные и кристаллические.

Источник: formulki.ru

Наверняка со школы всем известно, что бывает 4 агрегатных состояния вещества — твёрдое, жидкое, газообразное и плазма. Последнее известно вам многим, хотя и не все представляют, что это такое. Но ведь агрегатных состояний куда больше!

Основных, самых распространённых, пять. Но если учитывать все необычные состояния веществ, то получится около 15. Итак, в каких же формах бывает вещество?

P.S. твёрдое, жидкое и газообразное я описывать не буду — вы все про них знаете🙃

Плазма

Четвёртое агрегатное состояние, про которое знает большинство людей. Это состояние образуется при нагревании газа. Когда температуры очень высокие, некоторые электроны отсоединяются от своих ядер и начинают хаотично летать среди газового облака — настолько много стало у них энергии. Образуется так называемый ионизированный газ.


Плазма, в отличие от газа, отлично проводит электрический ток — поэтому её используют, к примеру, в газоразрядных лампах. А получают её очень просто — либо нагревом свыше 1 миллиона градусов, либо пропусканием электрического тока.

Кстати, плазму применяют и в сварке — плазменная сварка начинает использоваться повсеместно и её можно сделать чуть ли не своими руками!

Конденсат Бозе-Эйнштейна

Если можно очень сильно нагреть вещество, почему его нельзя очень сильно охладить? Ответ на этот вопрос даёт абсолютный ноль — значение температуры в -273,15 °C или 0 К (Кельвинов). При этой температуре у любых частиц пропадает вся кинетическая энергия и молекулы перестают двигаться. Тем не менее, абсолютный ноль недостижим, так как даже при отсутствии энергии атомы продолжают колебаться — это происходит из-за особенностей квантового мира.

Но если мы будем очень близко подходить к значению абсолютного нуля, то получим Конденсат Бозе-Эйнштейна — агрегатное состояние вещества, когда квантовые эффекты начинают проявляться на макроскопическом уровне. До сих пор это состояние изучено крайне мало, но тем не менее, мы смогли заморозить даже свет! Учёные сумели охладить пучок фотонов до 0.0000001 К, и при этом они начали себя вести как одна громадная волна.


Аморфные вещества

Итак, аморфные тела находятся между твёрдыми и жидкими веществами. у них есть кристаллическая решётка (как у углерода или кремния), но она не является строго упорядоченной, а имеет достаточно пространства для того, чтобы "плавать" (как это делают молекулы воды).

Самым известным примером аморфного тела является стекло. И хотя на бытовом уровне разница между ним и стеной из кремния незаметна, это всё же абсолютно разные состояния — нужно лишь посмотреть в микроскоп!

Кстати, то, что стекло стекает со временем вниз — это миф. Старые стёкла, обладающие такой особенностью, просто страдали от несовершенств изготовления стёкол в прошлом. Можете проверить этот миф на современных стёклах — хоть 1000 лет смотрите на них, ничего не увидите 🙂

Сверхтекучие жидкости


Эта особенность начинает проявляться при приближении к абсолютному нулю. Когда учёные охлаждали гелий, то заметили, что в какой-то момент времени он становится настолько текучим, что чуть ли не нарушает законы гравитации и поверхностного натяжения и ползёт вверх по стенкам пробирки!

Второе замечательное свойство этих жидкостей — это сверхпроводимость. То есть неважно, какого объёма была бы жидкость. Нагрей её в одном месте — и она моментально распределит всё тепло в своём объёме и передаст его в другую точку!

Кстати, некоторые конденсаты Бозе-Эйнштейна обладают теми же свойствами. И всё же это два разных агрегатных состояния.

Вырожденный газ

Отправляемся в космос! Здесь могут быть просто дикие формы материи. Вы же знаете, как образуются чёрные дыры? Когда масса звезды очень большая, а её радиус, напротив, очень мал, то вещество начинает сжиматься, пока не коллапсирует (очень быстро сжимается) в чёрную дыру. Из неё уже ничто не сможет вырваться…

Мы не знаем, из чего состоят чёрные дыры. Но мы знаем, что вещество предколлапсирующей звезды — это электронно-вырожденный газ, когда гравитация пытается "опустить" электроны с высших слоёв на низшие, а сами электроны этого сделать не дают.


Любопытно ещё вещество, из которого состоят нейтронные звёзды. Как понятно из названия, эти звёзды состоят целиком из нейтронов, что очень и очень ненормально… Как раз эту ненормальность и называют нейтронно-вырожденным веществом

Фотонное вещество

Помните, вам говорили, что частицы света, фотоны, не имеют массу? Забудьте. Тут физики из MIT и Гарварда научились замедлять фотоны настолько, что они начинают обмениваться энергией между собой и даже формировать "молекулы света"!

На самом деле фотоны остаются безмассовыми и молекула света выглядит молекулой просто внешне. Хотя это свойство можно будет использовать в будущих изобретениях — к примеру, в световых мечах, которые до этого момента казались детской мечтой.

Кварк-глюонная плазма

Теперь прыгнем назад во времени — в самое начало, на 13.8 миллиарда световых лет. После Большого взрыва не было звёзд и планет, не было молекул и атомов, даже электронов, протонов и нейтронов. Вся материя существовала в форме кварков (частичек материи) и глюонов (переносчиков взаимодействий между кварками). Температура там была настолько огромной, что наши законы физики попросту не работали при ней! Все частицы двигались со скоростью света, и этому бульону потребовалось долгое время, чтобы остыть.

Кстати, кварк-глюонная плазма существует не только в наших теориях — учёные смогли получить её на Большом Адронном Коллайдере и узнали много интересного про её свойства.

Источник: zen.yandex.ru


You May Also Like

About the Author: admind

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте, как обрабатываются ваши данные комментариев.