Ալկոհոլների ֆիզիկական վիճակը. Ալկոհոլների հայեցակարգը. Ի՞նչ հատկանիշներ կան պինդ մարմինների կառուցվածքում:

Դասախոսություն 4. Նյութի ագրեգատային վիճակներ

1. Նյութի պինդ վիճակ.

2. Նյութի հեղուկ վիճակ.

3. Նյութի գազային վիճակ.

Նյութերը կարող են լինել ագրեգացման երեք վիճակում՝ պինդ, հեղուկ և գազային: Շատ բարձր ջերմաստիճաններում առաջանում է գազային վիճակի տեսակ՝ պլազմա (պլազմային վիճակ)։

1. Նյութի պինդ վիճակը բնութագրվում է նրանով, որ մասնիկների փոխազդեցության էներգիան ավելի բարձր է, քան նրանց շարժման կինետիկ էներգիան։ Պինդ վիճակում գտնվող նյութերի մեծ մասն ունի բյուրեղային կառուցվածք։ Յուրաքանչյուր նյութ ձևավորում է որոշակի ձևի բյուրեղներ: Օրինակ՝ նատրիումի քլորիդն ունի բյուրեղներ՝ խորանարդի տեսքով, շիբը՝ ութանիստ, իսկ նատրիումի նիտրատը՝ պրիզմաների տեսքով։

Նյութի բյուրեղային ձևն ամենակայունն է։ Մասնիկների դասավորությունը պինդ մարմնի մեջ պատկերված է վանդակի տեսքով, որի հանգույցներում կան որոշակի մասնիկներ՝ կապված երևակայական գծերով։ Բյուրեղային ցանցերի չորս հիմնական տեսակ կա՝ ատոմային, մոլեկուլային, իոնային և մետաղական։

Ատոմային բյուրեղյա վանդակձևավորվում են չեզոք ատոմներով, որոնք միացված են կովալենտային կապերով (ադամանդ, գրաֆիտ, սիլիցիում): Մոլեկուլային բյուրեղյա վանդակունեն նաֆթալին, սախարոզա, գլյուկոզա: Այս ցանցի կառուցվածքային տարրերն են բևեռային և ոչ բևեռային մոլեկուլները: Իոնային բյուրեղյա վանդակձևավորվում է դրական և բացասական լիցքավորված իոններով (նատրիումի քլորիդ, կալիումի քլորիդ) պարբերաբար փոփոխվող տարածության մեջ։ Բոլոր մետաղներն ունեն մետաղական բյուրեղյա վանդակ: Նրա հանգույցները պարունակում են դրական լիցքավորված իոններ, որոնց միջև ազատ վիճակում էլեկտրոններ կան։

Բյուրեղային նյութերն ունեն մի շարք առանձնահատկություններ. Դրանցից մեկը անիզոտրոպիան է՝ բյուրեղի ֆիզիկական հատկությունների տարբերությունը բյուրեղի ներսում տարբեր ուղղություններով:

2. Նյութի հեղուկ վիճակում մասնիկների միջմոլեկուլային փոխազդեցության էներգիան համաչափ է նրանց շարժման կինետիկ էներգիային։ Այս վիճակը միջանկյալ է գազային և բյուրեղայինի միջև: Ի տարբերություն գազերի, հեղուկ մոլեկուլների միջև գործում են փոխադարձ ձգողականության մեծ ուժեր, որոնք որոշում են մոլեկուլային շարժման բնույթը։ Հեղուկի մոլեկուլի ջերմային շարժումը ներառում է թրթռումային և թարգմանական: Յուրաքանչյուր մոլեկուլ որոշ ժամանակ տատանվում է որոշակի հավասարակշռության կետի շուրջ, այնուհետև շարժվում է և կրկին հավասարակշռության դիրք է գրավում: Սա որոշում է դրա հեղուկությունը: Միջմոլեկուլային ներգրավման ուժերը թույլ չեն տալիս մոլեկուլներին շարժվել միմյանցից հեռու:

Հեղուկների հատկությունները կախված են նաև մոլեկուլների ծավալից և դրանց մակերեսի ձևից։ Եթե ​​հեղուկի մոլեկուլները բևեռային են, ապա դրանք միանում են (ասոցացվում) բարդ բարդույթի մեջ։ Նման հեղուկները կոչվում են ասոցիացված (ջուր, ացետոն, ալկոհոլ): Օʜᴎ ունեն ավելի բարձր t kip, ունեն ավելի ցածր փոփոխականություն և ավելի բարձր դիէլեկտրական հաստատուն:

Ինչպես գիտեք, հեղուկներն ունեն մակերեսային լարվածություն։ Մակերեւութային լարվածություն- ϶ᴛᴏ մակերևութային էներգիա մեկ միավոր մակերեսի համար. ϭ = E/S, որտեղ ϭ մակերևութային լարվածությունն է. E - մակերեսային էներգիա; S - մակերեսի մակերեսը: Որքան ուժեղ են միջմոլեկուլային կապերը հեղուկում, այնքան մեծ է նրա մակերևութային լարվածությունը: Այն նյութերը, որոնք նվազեցնում են մակերեսային լարվածությունը, կոչվում են մակերևութային ակտիվ նյութեր:

Հեղուկների մեկ այլ հատկություն մածուցիկությունն է։ Մածուցիկությունը դիմադրություն է, որն առաջանում է, երբ հեղուկի որոշ շերտեր շարժվում են մյուսների համեմատ, երբ այն շարժվում է: Որոշ հեղուկներ ունեն բարձր մածուցիկություն (մեղր, մալա), իսկ մյուսները՝ ցածր մածուցիկություն (ջուր, էթիլային սպիրտ)։

3. Նյութի գազային վիճակում մասնիկների միջմոլեկուլային փոխազդեցության էներգիան փոքր է նրանց կինետիկ էներգիայից։ Այդ իսկ պատճառով գազի մոլեկուլները միմյանց հետ չեն պահվում, այլ ազատորեն շարժվում են ծավալով։ Գազերը բնութագրվում են հետևյալ հատկություններով. 2) ցածր խտություն՝ համեմատած հեղուկների և պինդ մարմինների հետ. 3) հեշտ սեղմելիություն.

Գազում մոլեկուլները գտնվում են միմյանցից շատ մեծ հեռավորության վրա, նրանց միջև ձգողական ուժերը փոքր են։ Մոլեկուլների միջև մեծ հեռավորությունների վրա այդ ուժերը գործնականում բացակայում են: Այս վիճակում գտնվող գազը սովորաբար կոչվում է իդեալական: Բարձր ճնշման և ցածր ջերմաստիճանի իրական գազերը չեն ենթարկվում իդեալական գազի վիճակի հավասարմանը (Մենդելեև-Կլապեյրոնի հավասարում), քանի որ այս պայմաններում սկսում են ի հայտ գալ մոլեկուլների միջև փոխազդեցության ուժեր:

Բոլոր նյութերը կարող են լինել ագրեգացման տարբեր վիճակներում՝ պինդ, հեղուկ, գազային և պլազմա։ Հին ժամանակներում կարծում էին, որ աշխարհը բաղկացած է հողից, ջրից, օդից և կրակից: Նյութերի ագրեգատային վիճակները համապատասխանում են այս տեսողական բաժանմանը։ Փորձը ցույց է տալիս, որ ագրեգացման վիճակների միջև սահմանները շատ կամայական են: Ցածր ճնշման և ցածր ջերմաստիճանի գազերը համարվում են իդեալական, դրանցում պարունակվող մոլեկուլները համապատասխանում են նյութական կետերին, որոնք կարող են բախվել միայն առաձգական ազդեցության օրենքների համաձայն: Մոլեկուլների փոխազդեցության ուժերը հարվածի պահին աննշան են, և բախումները ինքնին տեղի են ունենում առանց մեխանիկական էներգիայի կորստի: Բայց քանի որ մոլեկուլների միջև հեռավորությունը մեծանում է, պետք է հաշվի առնել նաև մոլեկուլների փոխազդեցությունը։ Այս փոխազդեցությունները սկսում են ազդել գազային վիճակից հեղուկի կամ պինդի անցման վրա: Մոլեկուլների միջև կարող են առաջանալ տարբեր տեսակի փոխազդեցություններ:

Միջմոլեկուլային փոխազդեցության ուժերը հագեցված չեն, տարբերվում են ատոմների քիմիական փոխազդեցության ուժերից՝ հանգեցնելով մոլեկուլների առաջացման։ Նրանք կարող են լինել էլեկտրաստատիկ լիցքավորված մասնիկների փոխազդեցության պատճառով: Փորձը ցույց է տվել, որ քվանտային մեխանիկական փոխազդեցությունը, որը կախված է մոլեկուլների հեռավորությունից և փոխադարձ կողմնորոշումից, աննշան է 10-9 մ-ից ավելի մոլեկուլների միջև: Հազվագյուտ գազերում այն ​​կարող է անտեսվել կամ կարելի է ենթադրել, որ փոխազդեցության պոտենցիալ էներգիան գործնականում հավասար է զրոյի։ Փոքր հեռավորությունների վրա այս էներգիան փոքր է, և գործում են փոխադարձ գրավիչ ուժեր

at - փոխադարձ վանում և ուժ

մոլեկուլների ներգրավումն ու վանումը հավասարակշռված են և F= 0. Այստեղ ուժերը որոշվում են պոտենցիալ էներգիայի հետ նրանց կապով, բայց մասնիկները շարժվում են՝ ունենալով կինետիկ էներգիայի որոշակի պաշար։

gii. Թող մի մոլեկուլ անշարժ լինի, իսկ մյուսը բախվի նրան՝ ունենալով էներգիայի նման պաշար։ Երբ մոլեկուլները մոտենում են միմյանց, գրավիչ ուժերը դրական աշխատանք են կատարում, և դրանց փոխազդեցության պոտենցիալ էներգիան փոքրանում է հեռավորության վրա, միևնույն ժամանակ մեծանում է կինետիկ էներգիան (և արագությունը): Երբ հեռավորությունը փոքրանում է, գրավիչ ուժերը կփոխարինվեն վանող ուժերով։ Այս ուժերի դեմ մոլեկուլի կատարած աշխատանքը բացասական է։

Մոլեկուլը կմոտենա անշարժ մոլեկուլին, քանի դեռ նրա կինետիկ էներգիան ամբողջությամբ չի վերածվել պոտենցիալի: Նվազագույն հեռավորություն դ,այն հեռավորությունը, որին կարող են մոտենալ մոլեկուլները, կոչվում է մոլեկուլի արդյունավետ տրամագիծը.Կանգ առնելուց հետո մոլեկուլը կսկսի հեռանալ վանող ուժերի ազդեցության տակ աճող արագությամբ։ Կրկին անցնելով տարածությունը՝ մոլեկուլը կընկնի գրավիչ ուժերի շրջան, ինչը կդանդաղեցնի դրա հեռացումը։ Արդյունավետ տրամագիծը կախված է կինետիկ էներգիայի սկզբնական պահուստից, այսինքն. այս արժեքը հաստատուն չէ: Հավասար հեռավորությունների վրա փոխազդեցության պոտենցիալ էներգիան ունի անսահման մեծ արժեք կամ «պատնեշ», որը թույլ չի տալիս մոլեկուլների կենտրոններին մոտենալ ավելի փոքր հեռավորությանը: Միջին պոտենցիալ փոխազդեցության էներգիայի և միջին կինետիկ էներգիայի հարաբերակցությունը որոշում է նյութի ագրեգացման վիճակը՝ գազերի, հեղուկների, պինդ մարմինների համար։

Խտացրած նյութը ներառում է հեղուկներ և պինդ նյութեր: Դրանցում ատոմներն ու մոլեկուլները գտնվում են մոտ, գրեթե շոշափելի։ Հեղուկների և պինդ մարմինների մոլեկուլների կենտրոնների միջև միջին հեռավորությունը (2 -5) 10 -10 մ է, դրանց խտությունները նույնպես մոտավորապես նույնն են։ Միջատոմային հեռավորությունները գերազանցում են այն հեռավորությունները, որոնցով էլեկտրոնային ամպերը այնքան են թափանցում միմյանց, որ առաջանում են վանող ուժեր։ Համեմատության համար նշենք, որ գազերում նորմալ պայմաններում միջին հեռավորությունը մոլեկուլների միջև կազմում է մոտ 33 10 -10 մ:

IN հեղուկներմիջմոլեկուլային փոխազդեցությունն ավելի ուժեղ ազդեցություն ունի, մոլեկուլների ջերմային շարժումը դրսևորվում է հավասարակշռության դիրքի շուրջ թույլ թրթռումներով և նույնիսկ ցատկում մի դիրքից մյուսը: Հետևաբար, դրանք մասնիկների դասավորության մեջ ունեն միայն փոքր հեռահարության կարգ, այսինքն՝ հետևողականություն միայն մոտակա մասնիկների դասավորության մեջ և բնորոշ հոսունություն։

Պինդ նյութերԴրանք բնութագրվում են կառուցվածքային կոշտությամբ, ունեն հստակ սահմանված ծավալ և ձև, որոնք շատ ավելի քիչ են փոխվում ջերմաստիճանի և ճնշման ազդեցության տակ։ Պինդ մարմիններում հնարավոր են ամորֆ և բյուրեղային վիճակներ։ Կան նաև միջանկյալ նյութեր՝ հեղուկ բյուրեղներ։ Բայց պինդ մարմիններում ատոմները բոլորովին անշարժ չեն, ինչպես կարելի է մտածել: Նրանցից յուրաքանչյուրը մշտապես տատանվում է իր հարևանների միջև առաջացող առաձգական ուժերի ազդեցության տակ: Տարրերի և միացությունների մեծ մասը մանրադիտակի տակ ունեն բյուրեղային կառուցվածք:

Այսպիսով, սեղանի աղի հատիկները կատարյալ խորանարդի տեսք ունեն։ Բյուրեղներում ատոմները ամրագրված են բյուրեղային ցանցի տեղերում և կարող են թրթռալ միայն վանդակավոր տեղամասերի մոտ։ Բյուրեղները իրական պինդ մարմիններ են կազմում, իսկ պինդները, ինչպիսիք են պլաստիկը կամ ասֆալտը, միջանկյալ դիրք են զբաղեցնում պինդ և հեղուկների միջև: Ամորֆ մարմինը, ինչպես հեղուկը, ունի կարճ հեռահարության կարգ, սակայն թռիչքների հավանականությունը փոքր է։ Այսպիսով, ապակին կարելի է համարել գերսառեցված հեղուկ՝ բարձրացված մածուցիկությամբ։ Հեղուկ բյուրեղներն ունեն հեղուկների հեղուկություն, բայց պահպանում են ատոմների դասավորվածությունը և ունեն հատկությունների անիզոտրոպություն։

Բյուրեղներում ատոմների (և մոտ ներս) քիմիական կապերը նույնն են, ինչ մոլեկուլներում: Պինդ մարմինների կառուցվածքը և կոշտությունը որոշվում են էլեկտրաստատիկ ուժերի տարբերություններով, որոնք իրար են կապում մարմինը կազմող ատոմները։ Ատոմները մոլեկուլների հետ կապող մեխանիզմը կարող է հանգեցնել պինդ պարբերական կառուցվածքների առաջացմանը, որոնք կարող են դիտվել որպես մակրոմոլեկուլներ։ Ինչպես իոնային և կովալենտային մոլեկուլները, կան իոնային և կովալենտ բյուրեղներ: Բյուրեղներում իոնային վանդակները միմյանց պահում են իոնային կապերով (տես նկ. 7.1): Սեղանի աղի կառուցվածքն այնպիսին է, որ յուրաքանչյուր նատրիումի իոն ունի վեց հարեւան՝ քլորի իոններ։ Այս բաշխումը համապատասխանում է նվազագույն էներգիայի, այսինքն, երբ ձևավորվում է նման կոնֆիգուրացիա, առավելագույն էներգիան ազատվում է: Հետեւաբար, քանի որ ջերմաստիճանը իջնում ​​է հալման կետից ցածր, նկատվում է մաքուր բյուրեղներ առաջացնելու միտում: Երբ ջերմաստիճանը բարձրանում է, ջերմային կինետիկ էներգիան բավարար է կապը կոտրելու համար, բյուրեղը կսկսի հալվել, և կառուցվածքը կսկսի փլուզվել: Բյուրեղային պոլիմորֆիզմը տարբեր բյուրեղային կառուցվածքներով վիճակներ ձևավորելու ունակություն է:

Երբ չեզոք ատոմներում էլեկտրական լիցքի բաշխումը փոխվում է, հարևանների միջև թույլ փոխազդեցություններ կարող են առաջանալ: Այս կապը կոչվում է մոլեկուլային կամ վան դեր Վալս (ինչպես ջրածնի մոլեկուլում): Բայց էլեկտրաստատիկ ձգողականության ուժերը կարող են առաջանալ նաև չեզոք ատոմների միջև, այնուհետև ատոմների էլեկտրոնային թաղանթներում վերադասավորումներ չեն լինում։ Փոխադարձ վանումը, երբ էլեկտրոնային թաղանթները մոտենում են միմյանց, փոխում է բացասական լիցքերի ծանրության կենտրոնը դրական լիցքերի համեմատ: Ատոմներից յուրաքանչյուրը մյուսի մեջ առաջացնում է էլեկտրական դիպոլ, և դա հանգեցնում է նրանց ձգողության: Սա միջմոլեկուլային ուժերի կամ վան դեր Վալսի ուժերի գործողությունն է, որոնք ունեն գործողության մեծ շառավիղ։

Քանի որ ջրածնի ատոմն այնքան փոքր է, և նրա էլեկտրոնը կարող է հեշտությամբ տեղահանվել, այն հաճախ ձգվում է դեպի երկու ատոմ՝ ձևավորելով ջրածնային կապ։ Ջրածնային կապը նույնպես պատասխանատու է ջրի մոլեկուլների փոխազդեցության համար: Այն բացատրում է ջրի և սառույցի եզակի հատկություններից շատերը (նկ. 7.4):

Կովալենտային կապ(կամ ատոմային) ձեռք է բերվում չեզոք ատոմների ներքին փոխազդեցության շնորհիվ։ Նման կապի օրինակ է կապը մեթանի մոլեկուլում։ Ածխածնի բարձր կապակցված բազմազանությունը ադամանդն է (ջրածնի չորս ատոմները փոխարինվում են չորս ածխածնի ատոմներով):

Այսպիսով, ածխածինը, որը կառուցված է կովալենտային կապի վրա, կազմում է ադամանդի տեսքով բյուրեղ։ Յուրաքանչյուր ատոմ շրջապատված է չորս ատոմներով՝ կազմելով կանոնավոր քառաեդրոն։ Բայց նրանցից յուրաքանչյուրը նաև հարևան քառանիստի գագաթն է։ Այլ պայմաններում նույն ածխածնի ատոմները բյուրեղանում են գրաֆիտ.Գրաֆիտում դրանք նույնպես միացված են ատոմային կապերով, բայց ձևավորում են վեցանկյուն բջիջների հարթություններ, որոնք կարող են կտրվել: Վեցանկյունների գագաթներում գտնվող ատոմների միջև հեռավորությունը 0,142 նմ է։ Շերտերը գտնվում են 0,335 նմ հեռավորության վրա, այսինքն. թույլ են կապված, ուստի գրաֆիտը պլաստիկ է և փափուկ (նկ. 7.5): 1990-ին հետազոտությունների բում եղավ, որը պայմանավորված էր նոր նյութի հայտնաբերման հայտարարությամբ. ֆուլերիտ,կազմված ածխածնի մոլեկուլներից՝ ֆուլերեններից։ Ածխածնի այս ձևը մոլեկուլային է, այսինքն. Նվազագույն տարրը ատոմ չէ, այլ մոլեկուլ: Այն անվանվել է ի պատիվ ճարտարապետ Ռ.Ֆուլերի, ով 1954 թվականին արտոնագիր է ստացել կիսագնդը կազմող վեցանկյուններից և հնգանկյուններից պատրաստված կառույցներ կառուցելու համար։ Մոլեկուլը 60 1985 թվականին հայտնաբերվել են 0,71 նմ տրամագծով ածխածնի ատոմներ, այնուհետև հայտնաբերվել են մոլեկուլներ և այլն։ Նրանք բոլորն ունեին կայուն մակերեսներ,

բայց ամենակայուն մոլեկուլներն էին C 60 և ՀԵՏ 70 . Տրամաբանական է ենթադրել, որ գրաֆիտը օգտագործվում է որպես սկզբնական նյութ ֆուլլերենների սինթեզի համար։ Եթե ​​դա այդպես է, ապա վեցանկյուն հատվածի շառավիղը պետք է լինի 0,37 նմ։ Բայց պարզվեց, որ այն հավասար է 0,357 նմ-ի։ Այս 2% տարբերությունը պայմանավորված է նրանով, որ ածխածնի ատոմները գտնվում են գնդաձև մակերեսի վրա գրաֆիտից ժառանգված 20 կանոնավոր վեցանկյունների և 12 կանոնավոր հնգաթևերի գագաթներում, այսինքն. Դիզայնը հիշեցնում է ֆուտբոլի գնդակ։ Պարզվում է, որ փակ գնդիկի մեջ «կարվելիս» հարթ վեցանիստներից մի քանիսը վերածվել են հնգամյակների։ Սենյակային ջերմաստիճանում C60 մոլեկուլները խտանում են մի կառուցվածքի, որտեղ յուրաքանչյուր մոլեկուլ ունի 12 հարևան՝ միմյանցից 0,3 նմ հեռավորության վրա: ժամը Տ= 349 K, տեղի է ունենում առաջին կարգի փուլային անցում - վանդակը վերադասավորվում է խորանարդի մեջ: Բյուրեղն ինքնին կիսահաղորդիչ է, բայց երբ C 60 բյուրեղային թաղանթին ավելացվում է ալկալիական մետաղ, գերհաղորդականությունը տեղի է ունենում 19 Կ ջերմաստիճանում: Եթե այս կամ այն ​​ատոմը մտցվի այս խոռոչ մոլեկուլի մեջ, այն կարող է հիմք ծառայել: ստեղծելով տեղեկատվության գերբարձր խտությամբ պահեստային միջավայր. ձայնագրման խտությունը կհասնի 4-10 12 բիթ/սմ 2: Համեմատության համար, ֆերոմագնիսական նյութի թաղանթը տալիս է 10 7 բիթ/սմ 2 կարգի ձայնագրման խտություն, իսկ օպտիկական սկավառակները, այսինքն. լազերային տեխնոլոգիա, - 10 8 բիթ/սմ 2: Այս ածխածինը ունի նաև այլ յուրահատուկ հատկություններ, որոնք հատկապես կարևոր են բժշկության և դեղագիտության մեջ:

Դրսեւորվում է մետաղական բյուրեղներում մետաղական միացում,երբ մետաղի բոլոր ատոմները հրաժարվում են իրենց վալենտային էլեկտրոններից «կոլեկտիվ օգտագործման համար»: Նրանք թույլ կապված են ատոմային կմախքների հետ և կարող են ազատորեն շարժվել բյուրեղային ցանցի երկայնքով: Քիմիական տարրերի մոտ 2/5-ը մետաղներ են։ Մետաղներում (բացառությամբ սնդիկի) կապ է առաջանում, երբ մետաղի ատոմների դատարկ ուղեծրերը համընկնում են, և էլեկտրոնները հեռացվում են բյուրեղային ցանցի առաջացման պատճառով։ Պարզվում է, որ վանդակավոր կատիոնները պարուրված են էլեկտրոնային գազով։ Մետաղական կապն առաջանում է, երբ ատոմները միանում են արտաքին էլեկտրոնների ամպի չափից փոքր հեռավորության վրա։ Այս կոնֆիգուրացիայով (Պաուլիի սկզբունքով) արտաքին էլեկտրոնների էներգիան մեծանում է, և հարևան միջուկները սկսում են գրավել այդ արտաքին էլեկտրոնները՝ պղտորելով էլեկտրոնային ամպերը, հավասարաչափ բաշխելով դրանք մետաղի վրա և վերածելով դրանք էլեկտրոնային գազի։ Ահա թե ինչպես են առաջանում հաղորդական էլեկտրոնները, որոնք բացատրում են մետաղների բարձր էլեկտրական հաղորդունակությունը։ Իոնային և կովալենտային բյուրեղներում արտաքին էլեկտրոնները գործնականում կապված են, և այդ պինդ մարմինների հաղորդունակությունը շատ փոքր է, դրանք կոչվում են. մեկուսիչներ.

Հեղուկների ներքին էներգիան որոշվում է մակրոսկոպիկ ենթահամակարգերի ներքին էներգիաների գումարով, որոնց այն կարելի է մտավոր բաժանել, և այդ ենթահամակարգերի փոխազդեցության էներգիաները։ Փոխազդեցությունն իրականացվում է մոլեկուլային ուժերի միջոցով, որոնց գործողության շառավիղը 10-9 մ է: Մակրոհամակարգերի համար փոխազդեցության էներգիան համաչափ է շփման մակերեսին, ուստի այն փոքր է, ինչպես մակերեսային շերտի բաժինը, բայց սա անհրաժեշտ չէ. Այն կոչվում է մակերեսային էներգիա և պետք է հաշվի առնել մակերևութային լարվածության հետ կապված խնդիրներում: Որպես կանոն, հեղուկները ավելի մեծ ծավալ են զբաղեցնում հավասար քաշով, այսինքն, նրանք ունեն ավելի ցածր խտություն: Բայց ինչո՞ւ են սառույցի և բիսմութի ծավալները հալման ժամանակ նվազում և նույնիսկ հալման կետից հետո որոշ ժամանակ պահպանում են այդ միտումը։ Պարզվում է, որ հեղուկ վիճակում այդ նյութերն ավելի խիտ են։

Հեղուկի մեջ յուրաքանչյուր ատոմի վրա ազդում են իր հարևանները, և այն տատանվում է անիզոտրոպ պոտենցիալ ջրհորի ներսում, որը նրանք ստեղծում են: Ի տարբերություն պինդ մարմնի՝ այս անցքը մակերեսային է, քանի որ հեռավոր հարևանները գրեթե ազդեցություն չունեն։ Հեղուկի մեջ մասնիկների անմիջական միջավայրը փոխվում է, այսինքն՝ հեղուկը հոսում է: Որոշակի ջերմաստիճանի հասնելու դեպքում հեղուկը եռում է, եռման ժամանակ ջերմաստիճանը մնում է հաստատուն։ Մուտքային էներգիան ծախսվում է կապերը խզելու վրա, իսկ հեղուկն ամբողջությամբ կոտրվելով՝ վերածվում է գազի։

Հեղուկների խտությունը շատ ավելի մեծ է, քան գազերի խտությունը նույն ճնշման և ջերմաստիճանի դեպքում: Այսպիսով, ջրի ծավալը եռման ժամանակ կազմում է ջրի գոլորշու նույն զանգվածի ծավալի միայն 1/1600-ը։ Հեղուկի ծավալը քիչ է կախված ճնշումից և ջերմաստիճանից։ Նորմալ պայմաններում (20 °C և ճնշում 1,013 10 5 Պա) ջուրը զբաղեցնում է 1 լիտր ծավալ։ Երբ ջերմաստիճանը իջնում ​​է մինչև 10 °C, ծավալը նվազում է միայն 0,0021-ով, իսկ երբ ճնշումը մեծանում է, ծավալը նվազում է կիսով չափ։

Չնայած դեռ չկա հեղուկի պարզ իդեալական մոդել, դրա միկրոկառուցվածքը բավականաչափ ուսումնասիրված է և հնարավորություն է տալիս որակապես բացատրել նրա մակրոսկոպիկ հատկությունների մեծ մասը: Այն փաստը, որ հեղուկներում մոլեկուլների միաձուլումը ավելի թույլ է, քան պինդ մարմնում, նշել է Գալիլեոն. Նա զարմացավ, որ ջրի մեծ կաթիլները կուտակվել են կաղամբի տերեւների վրա ու չեն տարածվել տերեւի վրա։ Յուղոտ մակերեսի վրա թափված սնդիկը կամ ջրի կաթիլները կպչունության պատճառով ստանում են փոքրիկ գնդիկների տեսք։ Եթե ​​մի նյութի մոլեկուլները ձգվում են մեկ այլ նյութի մոլեկուլներով, մենք խոսում ենք դրա մասին թրջվելը,օրինակ սոսինձ և փայտ, յուղ և մետաղ (չնայած ահռելի ճնշմանը, յուղը պահվում է առանցքակալների մեջ): Բայց ջուրը բարձրանում է բարակ խողովակներով, որոնք կոչվում են մազանոթներ, և որքան բարակ է խողովակը, այնքան այն բարձրանում է: Այլ բացատրություն, բացի ջրի ու ապակու թրջման ազդեցությունից, չի կարող լինել։ Ապակու և ջրի միջև թրջող ուժերը ավելի մեծ են, քան ջրի մոլեկուլների միջև: Սնդիկի դեպքում ազդեցությունը հակառակն է՝ սնդիկի և ապակու թրջումը ավելի թույլ է, քան սնդիկի ատոմների միջև սոսնձման ուժերը: Գալիլեոն նկատեց, որ ճարպով յուղված ասեղը կարող է լողալ ջրի վրա, թեև դա հակասում է Արքիմեդի օրենքին։ Երբ ասեղը լողում է, կարող եք

բայց նկատեք ջրի մակերևույթի մի փոքր շեղում, փորձելով ուղղվել, կարծես թե: Ջրի մոլեկուլների միջև սոսնձման ուժերը բավարար են, որպեսզի ասեղը չընկնի ջրի մեջ: Մակերեւութային շերտը պաշտպանում է ջուրը, ինչպես ֆիլմը, սա է մակերեսային լարվածություն,որը ձգտում է ջրի ձևին տալ ամենափոքր մակերեսը՝ գնդաձև։ Բայց ասեղն այլևս չի լողանա ալկոհոլի մակերեսի վրա, քանի որ երբ սպիրտ են ավելացնում ջրին, մակերեսային լարվածությունը նվազում է, և ասեղը խորտակվում է։ Օճառը նաև նվազեցնում է մակերևութային լարվածությունը, ուստի տաք օճառի փրփուրը, թափանցելով ճաքերի և ճեղքերի մեջ, ավելի լավ է լվանում կեղտը, հատկապես յուղ պարունակող կեղտը, մինչդեռ մաքուր ջուրը պարզապես կաթիլների է վերածվում:

Պլազման նյութի չորրորդ վիճակն է, որը գազ է, որը կազմված է լիցքավորված մասնիկների հավաքածուից, որոնք փոխազդում են երկար հեռավորությունների վրա։ Այս դեպքում դրական և բացասական լիցքերի թիվը մոտավորապես հավասար է, այնպես որ պլազման էլեկտրականորեն չեզոք է: Չորս տարրերից պլազման համապատասխանում է կրակին։ Գազը պլազմային վիճակի վերածելու համար այն պետք է լինի իոնացնել,հեռացնել էլեկտրոնները ատոմներից. Իոնացումը կարող է իրականացվել ջեռուցման, էլեկտրական լիցքաթափման կամ կոշտ ճառագայթման միջոցով: Տիեզերքում նյութը հիմնականում իոնացված վիճակում է։ Աստղերում իոնացումն առաջանում է ջերմային ճանապարհով, հազվագյուտ միգամածություններում և միջաստղային գազերում՝ աստղերի ուլտրամանուշակագույն ճառագայթմամբ: Մեր Արևը նույնպես բաղկացած է պլազմայից, նրա ճառագայթումը իոնացնում է երկրագնդի մթնոլորտի վերին շերտերը, որը կոչվում է. իոնոսֆերա,հեռավոր ռադիոկապի հնարավորությունը կախված է դրա վիճակից։ Ցամաքային պայմաններում պլազմա հազվադեպ է հայտնաբերվում՝ լյումինեսցենտային լամպերում կամ էլեկտրական եռակցման աղեղում։ Լաբորատորիաներում և տեխնոլոգիաներում պլազման առավել հաճախ ստացվում է էլեկտրական լիցքաթափման միջոցով: Բնության մեջ կայծակն անում է դա։ Լիցքաթափման միջոցով իոնացման ժամանակ տեղի են ունենում էլեկտրոնային ավալանշներ, որոնք նման են շղթայական ռեակցիայի գործընթացին: Ջերմամիջուկային էներգիա ստանալու համար կիրառվում է ներարկման մեթոդը՝ շատ մեծ արագությամբ արագացված գազի իոնները ներարկվում են մագնիսական թակարդների մեջ՝ ներգրավելով էլեկտրոնները շրջակա միջավայրից, ձևավորելով պլազմա։ Օգտագործվում է նաև ճնշման իոնացում՝ հարվածային ալիքներ։ Իոնացման այս մեթոդը տեղի է ունենում գերխիտ աստղերում և, հնարավոր է, Երկրի միջուկում:

Իոնների և էլեկտրոնների վրա ազդող ցանկացած ուժ առաջացնում է էլեկտրական հոսանք: Եթե ​​այն միացված չէ արտաքին դաշտերին և փակ չէ պլազմայի ներսում, այն դառնում է բևեռացված: Պլազման ենթարկվում է գազի օրենքներին, բայց երբ կիրառվում է մագնիսական դաշտ, որը կարգավորում է լիցքավորված մասնիկների շարժումը, այն ցուցադրում է գազի համար բոլորովին անսովոր հատկություններ։ Ուժեղ մագնիսական դաշտում մասնիկները սկսում են պտտվել դաշտի գծերի շուրջ, և նրանք ազատորեն շարժվում են մագնիսական դաշտի երկայնքով: Նրանք ասում են, որ այս պարուրաձև շարժումը փոխում է դաշտային գծերի կառուցվածքը և դաշտը «սառեցնում» է պլազմայի մեջ։ Հազվագյուտ պլազման նկարագրվում է մասնիկների համակարգով, մինչդեռ ավելի խիտ պլազման նկարագրվում է հեղուկ մոդելով:

Պլազմայի բարձր էլեկտրական հաղորդունակությունը նրա հիմնական տարբերությունն է գազից: Արեգակնային մակերեսի սառը պլազմայի հաղորդունակությունը (0,8 10 -19 Ջ) հասնում է մետաղների հաղորդունակությանը, իսկ ջերմամիջուկային ջերմաստիճանում (1,6 10 -15 Ջ) ջրածնի պլազման նորմալ պայմաններում 20 անգամ ավելի լավ է անցկացնում հոսանքը, քան պղնձը։ Քանի որ պլազման ունակ է հոսանք անցկացնել, դրա վրա հաճախ կիրառվում է հաղորդիչ հեղուկի մոդելը: Այն համարվում է շարունակական միջավայր, թեև նրա սեղմելիությունը տարբերում է սովորական հեղուկից, սակայն այդ տարբերությունն ի հայտ է գալիս միայն այն հոսքերում, որոնց արագությունը ավելի մեծ է, քան ձայնի արագությունը։ Հաղորդող հեղուկի վարքագիծը ուսումնասիրվում է գիտության մեջ, որը կոչվում է մագնիսական հիդրոդինամիկա.Տիեզերքում ցանկացած պլազմա իդեալական հաղորդիչ է, իսկ սառեցված դաշտի օրենքները լայն կիրառություն ունեն։ Հաղորդող հեղուկի մոդելը թույլ է տալիս հասկանալ մագնիսական դաշտի միջոցով պլազմայի սահմանափակման մեխանիզմը: Այսպիսով, պլազմային հոսքերը արտանետվում են Արևից, որոնք ազդում են Երկրի մթնոլորտի վրա: Հոսքն ինքնին չունի մագնիսական դաշտ, բայց կողմնակի դաշտը չի կարող ներթափանցել դրա մեջ՝ համաձայն սառեցման օրենքի։ Արեգակնային պլազմային հոսքերը արտաքին միջմոլորակային մագնիսական դաշտերը դուրս են մղում Արեգակի շրջակայքից: Այնտեղ, որտեղ դաշտն ավելի թույլ է, հայտնվում է մագնիսական խոռոչ: Երբ այս կորպուսկուլյար պլազմայի հոսքերը մոտենում են Երկրին, նրանք բախվում են Երկրի մագնիսական դաշտին և ստիպված են լինում հոսել նրա շուրջը նույն օրենքի համաձայն։ Պարզվում է, որ դա մի տեսակ խոռոչ է, որտեղ հավաքվում է մագնիսական դաշտը, և որտեղ պլազմայի հոսքերը չեն ներթափանցում։ Լիցքավորված մասնիկները, որոնք հայտնաբերվել են հրթիռների և արբանյակների կողմից, կուտակվում են դրա մակերեսին. սա Երկրի արտաքին ճառագայթային գոտին է: Այս գաղափարները օգտագործվել են նաև մագնիսական դաշտի միջոցով պլազմայի սահմանափակման խնդիրների լուծման ժամանակ հատուկ սարքերում՝ tokamaks (բառերի հապավումից՝ toroidal chamber, magnet): Այս և այլ համակարգերում պարունակվող լիովին իոնացված պլազմայի հետ հույսեր են կապվում Երկրի վրա վերահսկվող ջերմամիջուկային ռեակցիայի ստացման վրա: Սա կապահովի էներգիայի մաքուր և էժան աղբյուր (ծովային ջուր): Աշխատանքներ են տարվում նաև կենտրոնացված լազերային ճառագայթման միջոցով պլազմայի արտադրության և պահպանման ուղղությամբ:

«Ալկոհոլներ» թեմայով շնորհանդես քիմիայում՝ powerpoint ֆորմատով։ Դպրոցականների համար նախատեսված շնորհանդեսը պարունակում է 12 սլայդ, որտեղ քիմիական տեսակետից խոսվում է սպիրտների, նրանց ֆիզիկական հատկությունների, ջրածնի հալոգենիդների հետ ռեակցիաների մասին։

Հատվածներ շնորհանդեսից

Պատմությունից

Գիտեի՞ք, որ դեռ 4-րդ դարում. մ.թ.ա ե. մարդիկ գիտեի՞ն, թե ինչպես պատրաստել էթիլային սպիրտ պարունակող ըմպելիքներ: Գինին արտադրվում էր մրգերի և հատապտուղների հյութերի խմորումից։ Սակայն նրանք շատ ավելի ուշ սովորեցին դրանից հանել արբեցնող բաղադրիչը։ 11-րդ դարում Ալքիմիկոսները հայտնաբերել են ցնդող նյութի գոլորշիներ, որոնք արտազատվում են գինին տաքացնելիս։

Ֆիզիկական հատկություններ

• Ստորին սպիրտները հեղուկներ են, որոնք շատ լուծելի են ջրում, անգույն և առանց հոտի։
• Բարձրագույն սպիրտները պինդ նյութեր են, որոնք չեն լուծվում ջրում։

Ֆիզիկական հատկությունների առանձնահատկությունը. ագրեգացման վիճակ

• Մեթիլային սպիրտ (սպիրտների հոմոլոգ շարքի առաջին ներկայացուցիչը) հեղուկ է։ Միգուցե այն բարձր մոլեկուլային քաշ ունի՞: Ոչ Ածխածնի երկօքսիդից շատ ավելի քիչ: Հետո ի՞նչ է դա։
• Պարզվում է, որ ամբողջ իմաստը ջրածնային կապերի մեջ է, որոնք ձևավորվում են ալկոհոլի մոլեկուլների միջև և թույլ չեն տալիս առանձին մոլեկուլներին թռչել:

Ֆիզիկական հատկությունների առանձնահատկությունը՝ լուծելիությունը ջրում

• Ստորին սպիրտները լուծելի են ջրում, իսկ բարձր սպիրտները՝ անլուծելի։ Ինչո՞ւ։
• Ջրածնային կապերը չափազանց թույլ են ալկոհոլի մոլեկուլը, որն ունի մեծ անլուծելի մաս, ջրի մոլեկուլների միջև պահելու համար:

Ֆիզիկական հատկությունների առանձնահատկությունը՝ կծկում

• Ինչու՞ հաշվարկային խնդիրներ լուծելիս մարդիկ երբեք չեն օգտագործում ծավալը, այլ միայն զանգվածը։
• Խառնեք 500 մլ սպիրտ և 500 մլ ջուր։ Ստանում ենք 930 մլ լուծույթ։ Ալկոհոլի և ջրի մոլեկուլների միջև ջրածնային կապերն այնքան ուժեղ են, որ լուծույթի ընդհանուր ծավալը նվազում է, նրա «սեղմումը» (լատիներեն contraktio - սեղմում):

Արդյո՞ք սպիրտները թթուներ են:

• Սպիրտները փոխազդում են ալկալային մետաղների հետ։ Այս դեպքում հիդրօքսիլ խմբի ջրածնի ատոմը փոխարինվում է մետաղով։ Թթվի տեսք ունի:
• Բայց սպիրտների թթվային հատկությունները չափազանց թույլ են, այնքան թույլ, որ սպիրտները չեն ազդում ցուցանիշների վրա։

Բարեկամություն ճանապարհային ոստիկանության հետ.

• Արդյո՞ք ալկոհոլը բարեկամական է ճանապարհային ոստիկանության հետ: Բայց ինչպես!
• Ձեզ երբևէ կանգնեցե՞լ է ճանապարհային ոստիկանության տեսուչը: Դուք երբևէ շնչե՞լ եք խողովակի մեջ:
• Եթե ​​ձեր բախտը չբերի, ալկոհոլը ենթարկվում է օքսիդացման ռեակցիայի, որի արդյունքում գույնը փոխվում է, և դուք պետք է տուգանք վճարեք։

Ջուր ենք տալիս 1

Ջրի հեռացում – ջրազրկումը կարող է լինել ներմոլեկուլային, եթե ջերմաստիճանը 140 աստիճանից ավելի է։ Սա պահանջում է կատալիզատոր՝ խտացված ծծմբաթթու:

Ջուր վերադարձրեք 2

Եթե ​​ջերմաստիճանը նվազեցվի, և կատալիզատորը մնա նույնը, ապա տեղի կունենա միջմոլեկուլային ջրազրկում:

Ռեակցիան ջրածնի հալոգենիդների հետ:

Այս ռեակցիան շրջելի է և պահանջում է կատալիզատոր՝ խտացված ծծմբաթթու:

Ընկերանալ, թե չընկերանալ ալկոհոլի հետ.

Հետաքրքիր հարց. Ալկոհոլը քսենոբիոտիկ է. նյութեր, որոնք չեն հայտնաբերվել մարդու մարմնում, բայց ազդում են նրա կենսական գործառույթների վրա: Ամեն ինչ կախված է դոզանից:

1. Ալկոհոլսնուցիչ է, որն օրգանիզմին էներգիա է ապահովում: Միջնադարում օրգանիզմն իր էներգիայի մոտ 25%-ը ստանում էր ալկոհոլ օգտագործելու միջոցով։
2. Ալկոհոլը դեղամիջոց է, որն ունի ախտահանիչ և հակաբակտերիալ ազդեցություն։
3. Ալկոհոլը թույն է, որը խաթարում է բնական կենսաբանական պրոցեսները, քայքայում ներքին օրգաններն ու հոգեկանը և չափից ավելի օգտագործման դեպքում հանգեցնում է մահվան:

Ամենատարածված գիտելիքները ագրեգացման երեք վիճակների մասին են՝ հեղուկ, պինդ, գազային, երբեմն հիշում են պլազման, ավելի քիչ՝ հեղուկ բյուրեղային։ Վերջերս համացանցում տարածվել է մատերիայի 17 փուլերի ցուցակը, որը վերցված է հայտնի () Սթիվեն Ֆրայից։ Ուստի դրանց մասին ավելի մանրամասն կպատմենք, քանի որ... դուք պետք է մի փոքր ավելին իմանաք նյութի մասին, թեկուզ միայն Տիեզերքում տեղի ունեցող գործընթացները ավելի լավ հասկանալու համար:

Ստորև տրված նյութի ընդհանուր վիճակների ցանկը մեծանում է ամենացուրտ վիճակներից մինչև ամենաթեժը և այլն: կարող է շարունակվել։ Միևնույն ժամանակ, պետք է հասկանալ, որ գազային վիճակից (թիվ 11), ամենից «չսեղմված», մինչև ցուցակի երկու կողմերը, նյութի սեղմման աստիճանը և դրա ճնշումը (նման չուսումնասիրվածների համար որոշ վերապահումներով. հիպոթետիկ վիճակները՝ որպես քվանտ, ճառագայթ կամ թույլ սիմետրիկ) մեծանում են: Տեքստից հետո ցուցադրվում է նյութի փուլային անցումների տեսողական գրաֆիկ:

1. Քվանտ- նյութի ագրեգացման վիճակ, որը ձեռք է բերվում, երբ ջերմաստիճանը իջնում ​​է բացարձակ զրոյի, որի արդյունքում ներքին կապերը անհետանում են, և նյութը քայքայվում է ազատ քվարկների:

2. Բոզե-Էյնշտեյն կոնդենսատ- նյութի ագրեգացման վիճակ, որի հիմքում ընկած են բոզոնները, որոնք սառչում են բացարձակ զրոյին մոտ ջերմաստիճանում (բացարձակ զրոյից բարձր աստիճանի մեկ միլիոներորդականից պակաս): Նման ուժեղ սառեցված վիճակում բավական մեծ թվով ատոմներ հայտնվում են իրենց նվազագույն հնարավոր քվանտային վիճակներում, և քվանտային էֆեկտները սկսում են դրսևորվել մակրոսկոպիկ մակարդակում: Bose-Einstein կոնդենսատը (հաճախ կոչվում է Bose condensate, կամ պարզապես «beck») առաջանում է, երբ դուք սառեցնում եք քիմիական տարրը ծայրահեղ ցածր ջերմաստիճանների (սովորաբար բացարձակ զրոյից անմիջապես բարձր, մինուս 273 աստիճան Ցելսիուս): , այն տեսական ջերմաստիճանն է, որի դեպքում ամեն ինչ: դադարում է շարժվել):
Այստեղ է, որ բոլորովին տարօրինակ բաներ են սկսում տեղի ունենալ նյութի հետ։ Գործընթացները, որոնք սովորաբար դիտվում են միայն ատոմային մակարդակում, այժմ տեղի են ունենում այնքան մեծ մասշտաբներով, որոնք կարող են դիտվել անզեն աչքով: Օրինակ, եթե «հետ» տեղադրեք լաբորատոր բաժակի մեջ և ապահովեք ցանկալի ջերմաստիճանը, նյութը կսկսի սողալ դեպի պատը և ի վերջո ինքնուրույն դուրս կգա:
Ըստ երևույթին, այստեղ գործ ունենք նյութի կողմից սեփական էներգիան իջեցնելու ապարդյուն փորձի հետ (որն արդեն իսկ ամենացածր մակարդակի վրա է բոլոր հնարավոր մակարդակներում):
Սառեցման սարքավորումների միջոցով ատոմների դանդաղեցումը առաջացնում է եզակի քվանտային վիճակ, որը հայտնի է որպես Bose կամ Bose-Einstein կոնդենսատ: Այս երևույթը կանխատեսվել է 1925 թվականին Ա. Էյնշտեյնի կողմից՝ Ս. Բոզեի աշխատանքի ընդհանրացման արդյունքում, որտեղ վիճակագրական մեխանիկան կառուցվել է անզանգված ֆոտոններից մինչև զանգված կրող ատոմների մասնիկների համար (Հայտնաբերվել է Էյնշտեյնի կորած համարվող ձեռագիրը։ Լեյդենի համալսարանի գրադարանում 2005 թ.): Bose-ի և Einstein-ի ջանքերի արդյունքը դարձավ Bose-ի հայեցակարգը գազի մասին, որը ենթակա է Bose-Einstein վիճակագրությանը, որը նկարագրում է բոզոններ կոչվող ամբողջ թվով սպին ունեցող միանման մասնիկների վիճակագրական բաշխումը: Բոզոնները, որոնք, օրինակ, առանձին տարրական մասնիկներ են՝ ֆոտոններ և ամբողջ ատոմներ, կարող են լինել միմյանց հետ նույն քվանտային վիճակներում։ Էյնշտեյնն առաջարկեց, որ բոզոնի ատոմների սառեցումը մինչև շատ ցածր ջերմաստիճանի կհանգեցնի նրանց փոխակերպմանը (կամ, այլ կերպ ասած, խտացման) հնարավոր ամենացածր քվանտային վիճակին: Նման խտացման արդյունքը կլինի նյութի նոր ձևի առաջացումը։
Այս անցումը տեղի է ունենում կրիտիկական ջերմաստիճանից ցածր, որը նախատեսված է միատարր եռաչափ գազի համար, որը բաղկացած է չփոխազդող մասնիկներից՝ առանց ազատության որևէ ներքին աստիճանի:

3. Ֆերմիոնի կոնդենսատ- նյութի ագրեգացման վիճակ, որը նման է թիկունքին, բայց կառուցվածքով տարբեր: Երբ մոտենում են բացարձակ զրոյին, ատոմները տարբեր կերպ են վարվում՝ կախված իրենց սեփական անկյունային իմպուլսի (սպին) մեծությունից: Բոզոններն ունեն ամբողջ թվային սպիններ, մինչդեռ ֆերմիոնները ունեն 1/2 (1/2, 3/2, 5/2) բազմապատիկ սպիններ։ Ֆերմիոնները ենթարկվում են Պաուլիի բացառման սկզբունքին, որն ասում է, որ ոչ մի երկու ֆերմիոն չի կարող ունենալ նույն քվանտային վիճակը։ Բոզոնների համար նման արգելք չկա, և, հետևաբար, նրանք հնարավորություն ունեն գոյություն ունենալ մեկ քվանտային վիճակում և դրանով ձևավորել այսպես կոչված Բոզ-Էյնշտեյն կոնդենսատ: Այս կոնդենսատի առաջացման գործընթացը պատասխանատու է գերհաղորդիչ վիճակի անցման համար:
Էլեկտրոնները ունեն պտույտի 1/2 և, հետևաբար, դասակարգվում են որպես ֆերմիոններ: Նրանք միավորվում են զույգերի մեջ (կոչվում են Cooper զույգեր), որոնք հետո ձևավորում են Bose կոնդենսատ:
Ամերիկացի գիտնականները փորձել են ֆերմիոնի ատոմներից մի տեսակ մոլեկուլներ ստանալ խորը սառեցման միջոցով։ Իրական մոլեկուլներից տարբերությունն այն էր, որ ատոմների միջև քիմիական կապ չկար. նրանք ուղղակի փոխկապակցված կերպով շարժվում էին միասին: Պարզվեց, որ ատոմների միջև կապը նույնիսկ ավելի ուժեղ է, քան Կուպերի զույգերի էլեկտրոնների միջև: Ստացված ֆերմիոնների զույգերն ունեն ընդհանուր սպին, որն այլևս 1/2-ի բազմապատիկ չէ, հետևաբար, նրանք արդեն իրենց բոզոնների նման են պահում և կարող են ձևավորել Bose կոնդենսատ մեկ քվանտային վիճակով։ Փորձի ընթացքում կալիում-40 ատոմներից բաղկացած գազը սառեցվեց մինչև 300 նանոկելվին, մինչդեռ գազը փակվեց այսպես կոչված օպտիկական թակարդում: Այնուհետեւ կիրառվեց արտաքին մագնիսական դաշտ, որի օգնությամբ հնարավոր եղավ փոխել ատոմների փոխազդեցության բնույթը՝ ուժեղ վանման փոխարեն սկսեց դիտվել ուժեղ ձգողականություն։ Մագնիսական դաշտի ազդեցությունը վերլուծելիս հնարավոր եղավ գտնել մի արժեք, որի դեպքում ատոմները սկսեցին իրենց պահել այնպես, ինչպես Կուպերի զույգ էլեկտրոնները։ Փորձի հաջորդ փուլում գիտնականները ակնկալում են ֆերմիոնային կոնդենսատի համար գերհաղորդականության ազդեցություն ստանալ:

4. Գերհեղուկ նյութ- վիճակ, երբ նյութը գործնականում չունի մածուցիկություն, և հոսքի ընթացքում այն ​​չի զգում շփում ամուր մակերեսի հետ: Դրա հետևանքն է, օրինակ, այնպիսի հետաքրքիր էֆեկտ, ինչպիսին է գերհեղուկ հելիումի ամբողջական ինքնաբուխ «դուրս գալը» նավի պատերի երկայնքով՝ ընդդեմ ձգողության ուժի: Իհարկե, այստեղ էներգիայի պահպանման օրենքի խախտում չկա։ Շփման ուժերի բացակայության դեպքում հելիումի վրա գործում են միայն գրավիտացիոն ուժերը՝ հելիումի և նավի պատերի և հելիումի ատոմների միջև միջատոմային փոխազդեցության ուժերը։ Այսպիսով, միջատոմային փոխազդեցության ուժերը գերազանցում են բոլոր մյուս ուժերին միասին վերցրած։ Արդյունքում, հելիումը հակված է հնարավորինս տարածվել բոլոր հնարավոր մակերեսների վրա, և, հետևաբար, «ճանապարհորդում» է նավի պատերի երկայնքով: 1938 թվականին խորհրդային գիտնական Պյոտր Կապիցան ապացուցեց, որ հելիումը կարող է գոյություն ունենալ գերհեղուկ վիճակում։
Հարկ է նշել, որ հելիումի շատ անսովոր հատկություններ հայտնի են բավականին երկար ժամանակ: Այնուամենայնիվ, վերջին տարիներին այս քիմիական տարրը մեզ շոյում է հետաքրքիր և անսպասելի ազդեցություններով: Այսպիսով, 2004-ին Մոզես Չանը և Յուն-Սյոնգ Քիմը Փենսիլվանիայի համալսարանից հետաքրքրեցին գիտական ​​աշխարհին այն հայտարարությամբ, որ իրենց հաջողվել է ստանալ հելիումի բոլորովին նոր վիճակ՝ գերհեղուկ պինդ: Այս վիճակում, բյուրեղային ցանցի որոշ հելիումի ատոմներ կարող են հոսել մյուսների շուրջը, և հելիումը կարող է այդպիսով հոսել իր միջով: «Գերկարծրության» էֆեկտը տեսականորեն կանխատեսվել էր դեռևս 1969 թ. Եվ հետո 2004-ին կարծես փորձնական հաստատում կար: Սակայն ավելի ուշ և շատ հետաքրքիր փորձերը ցույց տվեցին, որ ամեն ինչ այնքան էլ պարզ չէ, և, հավանաբար, երևույթի այս մեկնաբանությունը, որը նախկինում ընդունվում էր որպես պինդ հելիումի գերհոսունություն, ճիշտ չէ։
ԱՄՆ-ի Բրաունի համալսարանից Համֆրի Մարիսի գլխավորած գիտնականների փորձը պարզ ու էլեգանտ էր։ Գիտնականները շրջված փորձանոթ են տեղադրել հեղուկ հելիում պարունակող փակ տանկի մեջ: Նրանք փորձանոթում և ջրամբարում սառեցրել են հելիումի մի մասը այնպես, որ փորձանոթի ներսում հեղուկի և պինդի սահմանն ավելի բարձր է, քան ջրամբարում։ Այսինքն՝ փորձանոթի վերևի մասում հեղուկ հելիում կար, ներքևում՝ պինդ հելիում, սահուն անցավ ջրամբարի պինդ փուլ, որի վերևում մի քիչ հեղուկ հելիում էր լցվել՝ հեղուկից ցածր։ մակարդակը փորձանոթում: Եթե ​​հեղուկ հելիումը սկսեր արտահոսել պինդ հելիումի միջով, ապա մակարդակների տարբերությունը կնվազեր, և այդ ժամանակ կարելի է խոսել պինդ գերհեղուկ հելիումի մասին։ Եվ սկզբունքորեն, 13 փորձերից երեքում մակարդակների տարբերությունն իրականում նվազել է։

5. Գերկարծր նյութ- ագրեգացիայի վիճակ, որի դեպքում նյութը թափանցիկ է և կարող է «հոսել» հեղուկի պես, բայց իրականում այն ​​զուրկ է մածուցիկությունից: Նման հեղուկները հայտնի են երկար տարիներ, դրանք կոչվում են գերհեղուկներ: Փաստն այն է, որ եթե գերհեղուկը խառնվի, այն գրեթե ընդմիշտ կշրջանառվի, մինչդեռ սովորական հեղուկը ի վերջո կհանգստանա: Առաջին երկու գերհեղուկները ստեղծվել են հետազոտողների կողմից՝ օգտագործելով հելիում-4 և հելիում-3: Դրանք սառեցվել են գրեթե բացարձակ զրոյի՝ մինուս 273 աստիճան Ցելսիուսի վրա։ Իսկ հելիում-4-ից ամերիկացի գիտնականներին հաջողվել է գերպինդ մարմին ստանալ։ Նրանք սեղմել են սառեցված հելիումը ավելի քան 60 անգամ ճնշումով, իսկ հետո նյութով լցված ապակին տեղադրել պտտվող սկավառակի վրա։ Ցելսիուսի 0,175 աստիճան ջերմաստիճանի դեպքում սկավառակը հանկարծ սկսել է ավելի ազատ պտտվել, ինչը, ըստ գիտնականների, վկայում է այն մասին, որ հելիումը վերածվել է գերմարմինի:

6. Պինդ- նյութի ագրեգացման վիճակ, որը բնութագրվում է ձևի կայունությամբ և ատոմների ջերմային շարժման բնույթով, որոնք փոքր թրթռումներ են կատարում հավասարակշռության դիրքերի շուրջ։ Պինդ մարմինների կայուն վիճակը բյուրեղային է։ Ատոմների միջև առկա են իոնային, կովալենտային, մետաղական և այլ տեսակի կապերով պինդ մարմիններ, որոնք որոշում են նրանց ֆիզիկական հատկությունների բազմազանությունը։ Պինդ մարմինների էլեկտրական և որոշ այլ հատկություններ հիմնականում որոշվում են նրա ատոմների արտաքին էլեկտրոնների շարժման բնույթով։ Իրենց էլեկտրական հատկությունների հիման վրա պինդ մարմինները բաժանվում են դիէլեկտրիկների, կիսահաղորդիչների և մետաղների, իսկ մագնիսական հատկությունների հիման վրա պինդները բաժանվում են դիամագնիսական, պարամագնիսական և կարգավորված մագնիսական կառուցվածք ունեցող մարմինների։ Պինդ մարմինների հատկությունների ուսումնասիրությունները միաձուլվել են մի մեծ բնագավառում՝ պինդ վիճակի ֆիզիկայի մեջ, որի զարգացումը խթանում է տեխնոլոգիայի կարիքները։

7. Ամորֆ պինդ- նյութի ագրեգացման խտացված վիճակ, որը բնութագրվում է ֆիզիկական հատկությունների իզոտրոպիայով՝ ատոմների և մոլեկուլների խաթարված դասավորության պատճառով։ Ամորֆ պինդ մարմիններում ատոմները թրթռում են պատահականորեն տեղակայված կետերի շուրջ։ Ի տարբերություն բյուրեղային վիճակի, պինդ ամորֆից հեղուկի անցումը տեղի է ունենում աստիճանաբար։ Տարբեր նյութեր ամորֆ վիճակում են՝ ապակի, խեժեր, պլաստմասսա և այլն։

8. Հեղուկ բյուրեղյանյութի ագրեգացման հատուկ վիճակ է, որում այն ​​միաժամանակ ցուցաբերում է բյուրեղի և հեղուկի հատկություններ։ Անմիջապես պետք է նշել, որ ոչ բոլոր նյութերը կարող են լինել հեղուկ բյուրեղային վիճակում: Այնուամենայնիվ, բարդ մոլեկուլներով որոշ օրգանական նյութեր կարող են ձևավորել ագրեգացման հատուկ վիճակ՝ հեղուկ բյուրեղային: Այս վիճակն առաջանում է, երբ որոշակի նյութերի բյուրեղները հալվում են: Երբ դրանք հալվում են, առաջանում է հեղուկ բյուրեղային փուլ, որը տարբերվում է սովորական հեղուկներից։ Այս փուլը գոյություն ունի բյուրեղի հալման ջերմաստիճանից մինչև որոշ ավելի բարձր ջերմաստիճանի միջակայքում, երբ տաքացնելիս հեղուկ բյուրեղը վերածվում է սովորական հեղուկի:
Ինչպե՞ս է հեղուկ բյուրեղը տարբերվում հեղուկից և սովորական բյուրեղից և ինչո՞վ է այն նման նրանց: Ինչպես սովորական հեղուկը, հեղուկ բյուրեղն ունի հեղուկություն և ընդունում է այն տարայի ձևը, որի մեջ դրված է: Ահա թե ինչով է այն տարբերվում բոլորին հայտնի բյուրեղներից։ Սակայն, չնայած այս հատկությանը, որը միավորում է այն հեղուկի հետ, այն ունի բյուրեղներին բնորոշ հատկություն։ Սա բյուրեղը ձևավորող մոլեկուլների տարածության մեջ է: Ճիշտ է, այս պատվերը այնքան ամբողջական չէ, որքան սովորական բյուրեղներում, բայց, այնուամենայնիվ, այն զգալիորեն ազդում է հեղուկ բյուրեղների հատկությունների վրա, ինչը նրանց տարբերում է սովորական հեղուկներից։ Հեղուկ բյուրեղ կազմող մոլեկուլների ոչ լրիվ տարածական դասավորությունը դրսևորվում է նրանով, որ հեղուկ բյուրեղներում մոլեկուլների ծանրության կենտրոնների տարածական դասավորության ամբողջական կարգ չկա, թեև կարող է լինել մասնակի կարգ։ Սա նշանակում է, որ նրանք չունեն կոշտ բյուրեղյա վանդակ: Ուստի հեղուկ բյուրեղները, ինչպես սովորական հեղուկները, ունեն հեղուկության հատկություն։
Հեղուկ բյուրեղների պարտադիր հատկությունը, որը նրանց մոտեցնում է սովորական բյուրեղներին, մոլեկուլների տարածական կողմնորոշման կարգի առկայությունն է։ Կողմնորոշման այս կարգը կարող է դրսևորվել, օրինակ, նրանով, որ հեղուկ բյուրեղային նմուշի մոլեկուլների բոլոր երկար առանցքները նույն կերպ են կողմնորոշված։ Այս մոլեկուլները պետք է ունենան երկարավուն ձև։ Ի լրումն մոլեկուլային առանցքների ամենապարզ անվանումով դասավորության, հեղուկ բյուրեղներում կարող է առաջանալ մոլեկուլների ավելի բարդ կողմնորոշման կարգ:
Կախված մոլեկուլային առանցքների դասավորության տեսակից՝ հեղուկ բյուրեղները բաժանվում են երեք տեսակի՝ նեմատիկ, սմեկտիկական և խոլեստերին։
Հեղուկ բյուրեղների ֆիզիկայի և դրանց կիրառման վերաբերյալ հետազոտությունները ներկայումս լայնորեն իրականացվում են աշխարհի բոլոր ամենազարգացած երկրներում: Ներքին հետազոտությունները կենտրոնացած են ինչպես ակադեմիական, այնպես էլ արդյունաբերական գիտահետազոտական ​​հաստատություններում և ունեն երկարատև ավանդույթ: Լենինգրադում երեսունականներին ավարտված Վ.Կ.-ի աշխատանքները լայն ճանաչում և ճանաչում են ձեռք բերել։ Ֆրեդերիկսը Վ.Ն. Ցվետկովա. Վերջին տարիներին հեղուկ բյուրեղների արագ ուսումնասիրությամբ տեղական հետազոտողները նույնպես զգալի ներդրում են ունեցել ընդհանրապես հեղուկ բյուրեղների և, մասնավորապես, հեղուկ բյուրեղների օպտիկայի ուսումնասիրության զարգացման գործում: Այսպիսով, աշխատանքները Ի.Գ. Չիստյակովա, Ա.Պ. Կապուստինա, Ս.Ա. Բրազովսկին, Ս.Ա. Պիկինա, Լ.Մ. Բլինովը և շատ այլ խորհրդային հետազոտողներ լայնորեն հայտնի են գիտական ​​հանրությանը և ծառայում են որպես հեղուկ բյուրեղների մի շարք արդյունավետ տեխնիկական կիրառությունների հիմք:
Հեղուկ բյուրեղների գոյությունը հաստատվել է շատ վաղուց՝ մասնավորապես 1888 թվականին, այսինքն՝ գրեթե մեկ դար առաջ։ Թեև գիտնականները նյութի այս վիճակին հանդիպել են մինչև 1888 թվականը, այն պաշտոնապես բացահայտվել է ավելի ուշ:
Առաջինը, ով հայտնաբերել է հեղուկ բյուրեղներ, ավստրիացի բուսաբան Ռեյնիցերն էր: Իր սինթեզած խոլեստերին բենզոատ նոր նյութը ուսումնասիրելիս նա հայտնաբերեց, որ 145°C ջերմաստիճանի դեպքում այս նյութի բյուրեղները հալչում են՝ առաջացնելով պղտոր հեղուկ, որն ուժեղորեն ցրում է լույսը։ Երբ տաքացումը շարունակվում է, 179°C ջերմաստիճանի հասնելուց հետո հեղուկը դառնում է թափանցիկ, այսինքն՝ այն սկսում է օպտիկական կերպով վարվել, ինչպես սովորական հեղուկը, օրինակ՝ ջուրը: Խոլեստերին բենզոատը ցույց տվեց անսպասելի հատկություններ պղտոր փուլում: Ուսումնասիրելով այս փուլը բևեռացնող մանրադիտակի տակ՝ Ռեյնիտցերը հայտնաբերեց, որ այն ցուցադրում է երկփեղկվածություն: Սա նշանակում է, որ լույսի բեկման ինդեքսը, այսինքն՝ լույսի արագությունը այս փուլում, կախված է բևեռացումից:

9. Հեղուկ- նյութի ագրեգացման վիճակը՝ համատեղելով պինդ վիճակի (ծավալի պահպանում, որոշակի առաձգական ուժ) և գազային վիճակի (ձևի փոփոխականություն) հատկանիշները։ Հեղուկները բնութագրվում են մասնիկների (մոլեկուլների, ատոմների) դասավորության կարճ հեռահար կարգով և մոլեկուլների ջերմային շարժման կինետիկ էներգիայի և դրանց փոխազդեցության պոտենցիալ էներգիայի փոքր տարբերությամբ։ Հեղուկի մոլեկուլների ջերմային շարժումը բաղկացած է հավասարակշռության դիրքերի շուրջ տատանումներից և համեմատաբար հազվադեպ ցատկումներից մի հավասարակշռության դիրքից մյուսը, և հեղուկի հեղուկությունը կապված է դրա հետ:

10. Գերկրիտիկական հեղուկ(SCF) նյութի ագրեգացման վիճակ է, որի դեպքում հեղուկ և գազային փուլերի տարբերությունը վերանում է: Ցանկացած նյութ իր կրիտիկական կետից բարձր ջերմաստիճանի և ճնշման դեպքում գերկրիտիկական հեղուկ է: Գերկրիտիկական վիճակում գտնվող նյութի հատկությունները միջանկյալ են նրա հատկությունների միջև գազային և հեղուկ փուլերում: Այսպիսով, SCF-ն ունի բարձր խտություն՝ մոտ հեղուկին և ցածր մածուցիկություն, ինչպես գազերը։ Դիֆուզիոն գործակիցն այս դեպքում ունի հեղուկի և գազի միջանկյալ արժեք: Գերկրիտիկական վիճակում գտնվող նյութերը կարող են օգտագործվել որպես օրգանական լուծիչների փոխարինիչներ լաբորատոր և արդյունաբերական գործընթացներում: Գերկրիտիկական ջուրը և գերկրիտիկական ածխածնի երկօքսիդը ստացել են ամենամեծ հետաքրքրությունը և բաշխումը որոշակի հատկությունների շնորհիվ:
Գերկրիտիկական վիճակի ամենակարեւոր հատկություններից է նյութերը լուծելու ունակությունը։ Փոխելով հեղուկի ջերմաստիճանը կամ ճնշումը, դուք կարող եք փոխել դրա հատկությունները լայն շրջանակում: Այսպիսով, հնարավոր է ձեռք բերել հեղուկ, որի հատկությունները մոտ են կամ հեղուկին կամ գազին: Այսպիսով, հեղուկի լուծարման ունակությունը մեծանում է խտության աճով (հաստատուն ջերմաստիճանում): Քանի որ խտությունը մեծանում է ճնշման աճով, ճնշումը փոխելը կարող է ազդել հեղուկի լուծարման կարողության վրա (հաստատուն ջերմաստիճանում): Ջերմաստիճանի դեպքում հեղուկի հատկությունների կախվածությունը որոշ չափով ավելի բարդ է. հաստատուն խտության դեպքում հեղուկի լուծարման ունակությունը նույնպես մեծանում է, բայց կրիտիկական կետի մոտ ջերմաստիճանի մի փոքր աճը կարող է հանգեցնել կտրուկ անկման: խտության մեջ, և, համապատասխանաբար, լուծարելու ունակությունը: Գերկրիտիկական հեղուկները խառնվում են միմյանց հետ առանց սահմանափակման, այնպես որ, երբ խառնուրդի կրիտիկական կետը հասնի, համակարգը միշտ կլինի միաֆազ: Երկուական խառնուրդի մոտավոր կրիտիկական ջերմաստիճանը կարող է հաշվարկվել որպես Tc(mix) = (մոլային բաժին A) x TcA + (մոլային բաժին B) x TcB նյութերի կրիտիկական պարամետրերի միջին թվաբանական:

11. Գազային- (ֆրանսերեն գազ, հունարենից քաոս - քաոս), նյութի ագրեգացման վիճակ, որի դեպքում նրա մասնիկների (մոլեկուլների, ատոմների, իոնների) ջերմային շարժման կինետիկ էներգիան զգալիորեն գերազանցում է նրանց միջև փոխազդեցության պոտենցիալ էներգիան և, հետևաբար, մասնիկները շարժվում են ազատորեն՝ արտաքին դաշտերի բացակայության դեպքում միատեսակ լրացնելով իրեն տրված ամբողջ ծավալը:

12. Պլազմա- (հունարենից պլազմա - քանդակված, ձևավորված), նյութի վիճակ, որը իոնացված գազ է, որի դեպքում դրական և բացասական լիցքերի կոնցենտրացիաները հավասար են (քվազի չեզոքություն): Տիեզերքում նյութի ճնշող մեծամասնությունը գտնվում է պլազմայի վիճակում՝ աստղեր, գալակտիկական միգամածություններ և միջաստղային միջավայր: Երկրի մոտ պլազման գոյություն ունի արևային քամու, մագնիտոսֆերայի և իոնոսֆերայի տեսքով: Դեյտերիումի և տրիտիումի խառնուրդից բարձր ջերմաստիճանի պլազման (T ~ 106 - 108K) ուսումնասիրվում է վերահսկվող ջերմամիջուկային միաձուլման իրականացման նպատակով։ Ցածր ջերմաստիճանի պլազման (T Ј 105K) օգտագործվում է գազալցման տարբեր սարքերում (գազի լազերներ, իոնային սարքեր, MHD գեներատորներ, պլազմատրոններ, պլազմային շարժիչներ և այլն), ինչպես նաև տեխնիկայում (տես Պլազմային մետալուրգիա, Պլազմային հորատում, Պլազմա։ տեխնոլոգիա):

13. Այլասերված նյութ— միջանկյալ փուլ է պլազմայի և նեյտրոնիումի միջև։ Այն դիտվում է սպիտակ թզուկների մոտ և կարևոր դեր է խաղում աստղերի էվոլյուցիայի մեջ։ Երբ ատոմները ենթարկվում են չափազանց բարձր ջերմաստիճանի և ճնշման, նրանք կորցնում են իրենց էլեկտրոնները (դրանք դառնում են էլեկտրոնային գազ)։ Այսինքն՝ դրանք ամբողջությամբ իոնացված են (պլազմա)։ Նման գազի (պլազմայի) ճնշումը որոշվում է էլեկտրոնների ճնշմամբ։ Եթե ​​խտությունը շատ բարձր է, բոլոր մասնիկները հարկադրաբար մոտ են միմյանց: Էլեկտրոնները կարող են գոյություն ունենալ հատուկ էներգիաներ ունեցող վիճակներում, և ոչ մի երկու էլեկտրոն չի կարող ունենալ նույն էներգիան (եթե նրանց սպինները հակառակ չեն): Այսպիսով, խիտ գազում բոլոր ցածր էներգիայի մակարդակները լցված են էլեկտրոններով: Նման գազը կոչվում է դեգեներատ: Այս վիճակում էլեկտրոնները դրսևորում են դեգեներատիվ էլեկտրոնային ճնշում, որը հակազդում է ձգողության ուժերին:

14. Նեյտրոնիում- ագրեգացման վիճակ, որի մեջ նյութը անցնում է գերբարձր ճնշման տակ, որը դեռևս անհասանելի է լաբորատորիայում, բայց գոյություն ունի նեյտրոնային աստղերի ներսում: Նեյտրոնային վիճակին անցնելու ժամանակ նյութի էլեկտրոնները փոխազդում են պրոտոնների հետ և վերածվում նեյտրոնների։ Արդյունքում, նեյտրոնային վիճակում գտնվող նյութն ամբողջությամբ բաղկացած է նեյտրոններից և ունի միջուկի կարգի խտություն։ Նյութի ջերմաստիճանը չպետք է չափազանց բարձր լինի (էներգիայի համարժեքով, ոչ ավելի, քան հարյուր ՄՎ):
Ջերմաստիճանի ուժեղ աճով (հարյուրավոր MeV և ավելի) տարբեր մեզոններ սկսում են ծնվել և ոչնչացվել նեյտրոնային վիճակում։ Ջերմաստիճանի հետագա աճով տեղի է ունենում մեկուսացում, և նյութը անցնում է քվարկ-գլյուոնային պլազմայի վիճակի։ Այն այլևս բաղկացած է ոչ թե հադրոններից, այլ անընդհատ ծնվող և անհետացող քվարկներից և գլյուոններից։

15. Քվարկ-գլյուոնային պլազմա(քրոմոպլազմա) - բարձր էներգիայի ֆիզիկայում և տարրական մասնիկների ֆիզիկայում նյութի ագրեգացման վիճակ, որի դեպքում հադրոնային նյութը անցնում է այնպիսի վիճակի, ինչպիսին է այն վիճակին, երբ էլեկտրոններն ու իոնները հայտնաբերվում են սովորական պլազմայում:
Սովորաբար, հադրոններում նյութը գտնվում է այսպես կոչված անգույն («սպիտակ») վիճակում: Այսինքն՝ տարբեր գույների քվարկները ջնջում են միմյանց։ Նմանատիպ վիճակ գոյություն ունի սովորական նյութում, երբ բոլոր ատոմները էլեկտրականորեն չեզոք են, այսինքն.
Դրանցում դրական լիցքերը փոխհատուցվում են բացասական լիցքերով։ Բարձր ջերմաստիճանի դեպքում կարող է տեղի ունենալ ատոմների իոնացում, որի ընթացքում լիցքերը բաժանվում են, և նյութը դառնում է, ինչպես ասում են, «քվազի չեզոք»: Այսինքն՝ նյութի ամբողջ ամպը որպես ամբողջություն մնում է չեզոք, բայց նրա առանձին մասնիկները դադարում են չեզոք լինել։ Նույն բանը, ըստ երևույթին, կարող է տեղի ունենալ հադրոնիկ նյութի դեպքում. շատ բարձր էներգիաների դեպքում գույնն ազատվում է և նյութը դարձնում «քվազի անգույն»:
Ենթադրաբար, Մեծ պայթյունից հետո Տիեզերքի նյութը քվարկ-գլյուոնային պլազմայի վիճակում է եղել։ Այժմ քվարկ-գլյուոնային պլազման կարող է կարճ ժամանակով ձևավորվել շատ բարձր էներգիա ունեցող մասնիկների բախման ժամանակ։
Քվարկ-գլյուոնային պլազման փորձնականորեն արտադրվել է Բրուքհեյվենի ազգային լաբորատորիայի RHIC արագացուցչում 2005 թվականին: Պլազմայի առավելագույն ջերմաստիճանը՝ 4 տրիլիոն աստիճան Ցելսիուս, այնտեղ ձեռք է բերվել 2010 թվականի փետրվարին։

16. Տարօրինակ նյութ- ագրեգացման վիճակ, որի դեպքում նյութը սեղմվում է մինչև առավելագույն խտության արժեքները, այն կարող է գոյություն ունենալ «քվարկ ապուրի» տեսքով: Այս վիճակում նյութի մեկ խորանարդ սանտիմետրը կկշռի միլիարդավոր տոննա; Բացի այդ, այն ցանկացած նորմալ նյութ, որի հետ շփվում է, կվերածի նույն «տարօրինակ» ձևի՝ զգալի քանակությամբ էներգիա արտազատելով:
Էներգիան, որը կարող է արձակվել, երբ աստղի միջուկը վերածվի «տարօրինակ նյութի», կհանգեցնի «քվարկ նովայի» գերհզոր պայթյունի, և, ըստ Լիհիի և Ույեդի, սա հենց այն է, ինչ աստղագետները նկատեցին 2006 թվականի սեպտեմբերին:
Այս նյութի առաջացման գործընթացը սկսվել է սովորական գերնոր աստղից, որի մեջ վերածվել է զանգվածային աստղ: Առաջին պայթյունի արդյունքում առաջացել է նեյտրոնային աստղ։ Բայց, ըստ Լիհիի և Ուեյդի, այն շատ երկար չտևեց. քանի որ նրա պտույտը կարծես թե դանդաղեցրեց իր մագնիսական դաշտը, այն սկսեց էլ ավելի փոքրանալ՝ ձևավորելով «տարօրինակ նյութի» մի զանգված, ինչը հանգեցրեց հավասարաչափ ավելի հզոր սովորական գերնոր աստղի պայթյունի ժամանակ, էներգիայի արտազատում - և նախկին նեյտրոնային աստղի նյութի արտաքին շերտերը, որոնք թռչում են շրջակա տարածություն լույսի արագությանը մոտ արագությամբ:

17. Խիստ սիմետրիկ նյութ- սա մի նյութ է այնքան սեղմված, որ դրա ներսում գտնվող միկրոմասնիկները շերտավորվում են միմյանց վրա, և մարմինն ինքնին փլուզվում է սև խոռոչի մեջ: «Սիմետրիա» տերմինը բացատրվում է հետևյալ կերպ. Վերցնենք նյութի ագրեգատիվ վիճակները, որոնք հայտնի են բոլորին դպրոցից՝ պինդ, հեղուկ, գազային: Որոշակիության համար եկեք դիտարկենք իդեալական անսահման բյուրեղը որպես պինդ: Կա որոշակի, այսպես կոչված, դիսկրետ սիմետրիա փոխանցման նկատմամբ։ Սա նշանակում է, որ եթե բյուրեղային ցանցը տեղափոխեք երկու ատոմների միջև եղած միջակայքին հավասար հեռավորությամբ, դրանում ոչինչ չի փոխվի. բյուրեղը կհամընկնի ինքն իրեն: Եթե ​​բյուրեղը հալվի, ապա ստացված հեղուկի համաչափությունը տարբեր կլինի՝ կավելանա։ Բյուրեղի մեջ միմյանցից որոշակի հեռավորության վրա գտնվող միայն կետերը, այսպես կոչված, բյուրեղային ցանցի հանգույցները, որոնցում գտնվում էին միանման ատոմները, համարժեք էին:
Հեղուկը միատարր է ամբողջ ծավալով, նրա բոլոր կետերը միմյանցից չեն տարբերվում։ Սա նշանակում է, որ հեղուկները կարող են տեղաշարժվել ցանկացած կամայական հեռավորությամբ (և ոչ միայն որոշ դիսկրետներով, ինչպես բյուրեղներում) կամ պտտվել որևէ կամայական անկյունով (ինչն ընդհանրապես չի կարելի անել բյուրեղներում), և դա կհամընկնի ինքն իրեն։ Նրա համաչափության աստիճանն ավելի բարձր է։ Գազն էլ ավելի սիմետրիկ է. հեղուկը որոշակի ծավալ է զբաղեցնում անոթի մեջ, և անոթի ներսում կա անհամաչափություն, որտեղ հեղուկ կա և կետեր, որտեղ այն չկա: Գազը զբաղեցնում է իրեն հատկացված ողջ ծավալը, և այս առումով նրա բոլոր կետերը միմյանցից չեն տարբերվում։ Այնուամենայնիվ, այստեղ ավելի ճիշտ կլինի խոսել ոչ թե կետերի, այլ փոքր, բայց մակրոսկոպիկ տարրերի մասին, քանի որ մանրադիտակային մակարդակում դեռ կան տարբերություններ։ Ժամանակի որոշակի պահի որոշ կետերում կան ատոմներ կամ մոլեկուլներ, իսկ մյուսներում չկան: Համաչափությունը դիտվում է միայն միջինում, կամ որոշ մակրոսկոպիկ ծավալային պարամետրերի կամ ժամանակի ընթացքում:
Բայց մանրադիտակային մակարդակում դեռևս չկա ակնթարթային համաչափություն: Եթե ​​նյութը սեղմվում է շատ ուժեղ, առօրյա կյանքում անընդունելի ճնշման տակ, սեղմվում է այնպես, որ ատոմները ջախջախվում են, դրանց թաղանթները ներթափանցում են միմյանց, և միջուկները սկսում են դիպչել, միկրոսկոպիկ մակարդակում առաջանում է համաչափություն: Բոլոր միջուկները նույնական են և սեղմված միմյանց դեմ, կան ոչ միայն միջատոմային, այլև միջմիջուկային հեռավորություններ, և նյութը դառնում է միատարր (տարօրինակ նյութ)։
Բայց կա նաև ենթամանրադիտակային մակարդակ։ Միջուկները կազմված են պրոտոններից և նեյտրոններից, որոնք շարժվում են միջուկի ներսում։ Նրանց միջև կա նաև որոշակի տարածություն: Եթե ​​շարունակեք սեղմել այնպես, որ միջուկները փշրվեն, նուկլեոնները ամուր կսեղմվեն միմյանց դեմ։ Այնուհետև ենթամանրադիտակային մակարդակում կհայտնվի սիմետրիա, որը գոյություն չունի նույնիսկ սովորական միջուկների ներսում։
Ասվածից կարելի է նկատել մի շատ հստակ միտում. որքան բարձր է ջերմաստիճանը և որքան մեծ է ճնշումը, այնքան նյութը դառնում է սիմետրիկ։ Այս նկատառումներից ելնելով, առավելագույնը սեղմված նյութը կոչվում է խիստ սիմետրիկ:

18. Թույլ սիմետրիկ նյութ- Իր հատկություններով խիստ սիմետրիկ նյութին հակառակ վիճակ, որը առկա է շատ վաղ Տիեզերքում Պլանկի ջերմաստիճանին մոտ ջերմաստիճանում, հավանաբար Մեծ պայթյունից 10-12 վայրկյան հետո, երբ ուժեղ, թույլ և էլեկտրամագնիսական ուժերը ներկայացնում էին մեկ գերուժ: Այս վիճակում նյութն այնքան է սեղմվում, որ նրա զանգվածը վերածվում է էներգիայի, որը սկսում է փքվել, այսինքն՝ անվերջ ընդլայնվել։ Դեռևս հնարավոր չէ հասնել էներգիայի փորձարարական եղանակով գերհզորություն ստանալու և նյութը այս փուլ տեղափոխելու համար երկրային պայմաններում, թեև նման փորձեր են արվել Մեծ հադրոնային կոլայդերում՝ վաղ տիեզերքը ուսումնասիրելու համար: Այս նյութը ձևավորող գերուժում գրավիտացիոն փոխազդեցության բացակայության պատճառով գերուժը բավականաչափ սիմետրիկ չէ բոլոր 4 տեսակի փոխազդեցությունները պարունակող գերհամաչափ ուժի համեմատ։ Ուստի ագրեգացիայի այս վիճակը ստացել է նման անվանում.

19. Ճառագայթային նյութ- սա, փաստորեն, այլևս ամենևին էլ նյութ չէ, այլ էներգիա իր մաքուր տեսքով: Այնուամենայնիվ, ագրեգացման հենց այս հիպոթետիկ վիճակն է ընդունելու լույսի արագությանը հասած մարմինը: Այն կարելի է ստանալ նաև մարմինը տաքացնելով մինչև Պլանկի ջերմաստիճանը (1032K), այսինքն՝ արագացնելով նյութի մոլեկուլները մինչև լույսի արագությունը։ Ինչպես հետևում է հարաբերականության տեսությունից, երբ արագությունը հասնում է ավելի քան 0,99 վրկ-ի, մարմնի զանգվածը սկսում է աճել շատ ավելի արագ, քան «սովորական» արագացումով, բացի այդ, մարմինը երկարանում է, տաքանում, այսինքն՝ սկսում է աճել։ ճառագայթում ինֆրակարմիր սպեկտրում: 0,999 վ-ի շեմն անցնելիս մարմինն արմատապես փոխվում է և սկսում արագ փուլային անցում մինչև ճառագայթային վիճակ: Ինչպես հետևում է Էյնշտեյնի բանաձևից, ամբողջությամբ վերցված, վերջնական նյութի աճող զանգվածը բաղկացած է մարմնից առանձնացված զանգվածներից ջերմային, ռենտգենյան, օպտիկական և այլ ճառագայթման տեսքով, որոնցից յուրաքանչյուրի էներգիան նկարագրվում է. հաջորդ տերմինը բանաձևում: Այսպիսով, լույսի արագությանը մոտեցող մարմինը կսկսի արտանետվել բոլոր սպեկտրներում, կմեծանա երկարությամբ և կդանդաղի ժամանակի ընթացքում՝ նոսրանալով մինչև Պլանկի երկարությունը, այսինքն՝ հասնելով c արագությանը, մարմինը կվերածվի անսահման երկարության և բարակ ճառագայթը, որը շարժվում է լույսի արագությամբ և բաղկացած է ֆոտոններից, որոնք երկարություն չունեն, և նրա անսահման զանգվածն ամբողջությամբ կվերածվի էներգիայի։ Հետեւաբար, նման նյութը կոչվում է ճառագայթ:

Հարցերը, թե ինչ է ագրեգացման վիճակը, ինչ հատկանիշներ և հատկություններ ունեն պինդները, հեղուկները և գազերը, քննարկվում են մի քանի դասընթացների ընթացքում: Կան նյութի երեք դասական վիճակներ՝ իրենց բնորոշ կառուցվածքային հատկանիշներով։ Նրանց ըմբռնումը կարևոր կետ է Երկրի, կենդանի օրգանիզմների և արդյունաբերական գործունեության մասին գիտությունները հասկանալու համար: Այս հարցերն ուսումնասիրվում են ֆիզիկայի, քիմիայի, աշխարհագրության, երկրաբանության, ֆիզիկական քիմիայի և այլ գիտական ​​առարկաների կողմից: Նյութերը, որոնք որոշակի պայմաններում գտնվում են երեք հիմնական տիպերից մեկում, կարող են փոխվել ջերմաստիճանի և ճնշման բարձրացմամբ կամ նվազմամբ: Դիտարկենք հնարավոր անցումները ագրեգացիայի մի վիճակից մյուսին, քանի որ դրանք տեղի են ունենում բնության, տեխնիկայի և առօրյա կյանքում:

Ի՞նչ է ագրեգացիայի վիճակը:

Լատինական ծագում ունեցող «aggrego» բառը ռուսերեն թարգմանված նշանակում է «միանալ»: Գիտական ​​տերմինը վերաբերում է նույն մարմնի, նյութի վիճակին։ Պինդ մարմինների, գազերի և հեղուկների առկայությունը որոշակի ջերմաստիճաններում և տարբեր ճնշումներում բնորոշ է Երկրի բոլոր թաղանթներին։ Բացի ագրեգացման երեք հիմնական վիճակներից, կա նաև չորրորդը. Բարձր ջերմաստիճանի և մշտական ​​ճնշման դեպքում գազը վերածվում է պլազմայի: Ավելի լավ հասկանալու համար, թե ինչ է ագրեգացման վիճակը, անհրաժեշտ է հիշել ամենափոքր մասնիկները, որոնք կազմում են նյութեր և մարմիններ:

Վերևի դիագրամը ցույց է տալիս. ա - գազ; բ - հեղուկ; գ-ը պինդ մարմին է։ Նման նկարներում շրջանակները ցույց են տալիս նյութերի կառուցվածքային տարրերը։ Սա խորհրդանիշ է, իրականում ատոմները, մոլեկուլները և իոնները պինդ գնդակներ չեն: Ատոմները բաղկացած են դրական լիցքավորված միջուկից, որի շուրջ մեծ արագությամբ շարժվում են բացասական լիցքավորված էլեկտրոնները։ Նյութի մանրադիտակային կառուցվածքի մասին գիտելիքներն օգնում են ավելի լավ հասկանալ տարբեր ագրեգատ ձևերի միջև առկա տարբերությունները:

Գաղափարներ միկրոտիեզերքի մասին. Հին Հունաստանից մինչև 17-րդ դար

Ֆիզիկական մարմինները կազմող մասնիկների մասին առաջին տեղեկությունը հայտնվել է Հին Հունաստանում։ Մտածողներ Դեմոկրիտը և Էպիկուրը ներկայացրել են այնպիսի հասկացություն, ինչպիսին ատոմն է։ Նրանք կարծում էին, որ տարբեր նյութերի այս ամենափոքր անբաժան մասնիկները ունեն ձև, որոշակի չափեր և կարող են շարժվել և փոխազդել միմյանց հետ: Ատոմիզմը դարձավ Հին Հունաստանի ամենաառաջադեմ ուսմունքն իր ժամանակի համար: Բայց նրա զարգացումը դանդաղեց միջնադարում։ Այդ ժամանակվանից գիտնականները հալածվում էին Հռոմի կաթոլիկ եկեղեցու ինկվիզիցիայի կողմից: Հետևաբար, մինչև նոր ժամանակները հստակ պատկերացում չկար նյութի վիճակի մասին: Միայն 17-րդ դարից հետո են գիտնականներ Ռ.Բոյլը, Մ.Լոմոնոսովը, Դ.Դալթոնը, Ա.Լավուազյեն ձևակերպել ատոմային-մոլեկուլային տեսության դրույթները, որոնք այսօր չեն կորցրել իրենց նշանակությունը։

Ատոմներ, մոլեկուլներ, իոններ՝ նյութի կառուցվածքի մանրադիտակային մասնիկներ

Միկրոաշխարհը հասկանալու զգալի առաջընթաց տեղի ունեցավ 20-րդ դարում, երբ հայտնագործվեց էլեկտրոնային մանրադիտակը։ Հաշվի առնելով գիտնականների կողմից ավելի վաղ արված հայտնագործությունները՝ հնարավոր եղավ կազմել միկրոաշխարհի համահունչ պատկերը: Տեսությունները, որոնք նկարագրում են նյութի ամենափոքր մասնիկների վիճակն ու վարքագիծը, բավականին բարդ են, դրանք վերաբերում են ոլորտին: Որպեսզի հասկանանք նյութի տարբեր ագրեգատային վիճակների բնութագրերը, բավական է իմանալ ձևավորվող հիմնական կառուցվածքային մասնիկների անուններն ու բնութագրերը: տարբեր նյութեր.

1. Ատոմները քիմիապես անբաժանելի մասնիկներ են։ Դրանք պահպանվում են քիմիական ռեակցիաներում, սակայն ոչնչացվում են միջուկային ռեակցիաներում։ Մետաղները և ատոմային կառուցվածքի շատ այլ նյութեր նորմալ պայմաններում ունենում են ագրեգացման պինդ վիճակ։
2. Մոլեկուլները մասնիկներ են, որոնք քայքայվում և ձևավորվում են քիմիական ռեակցիաներում: թթվածին, ջուր, ածխաթթու գազ, ծծումբ: Թթվածնի, ազոտի, ծծմբի երկօքսիդի, ածխածնի, թթվածնի ֆիզիկական վիճակը նորմալ պայմաններում գազային է։
3. Իոնները լիցքավորված մասնիկներ են, որոնց ատոմներն ու մոլեկուլները դառնում են էլեկտրոններ ձեռք բերելու կամ կորցնելու դեպքում՝ մանրադիտակային բացասական լիցքավորված մասնիկներ։ Շատ աղեր ունեն իոնային կառուցվածք, օրինակ՝ կերակրի աղ, երկաթի սուլֆատ և պղնձի սուլֆատ:

Կան նյութեր, որոնց մասնիկները գտնվում են տիեզերքում որոշակի ձևով։ Ատոմների, իոնների և մոլեկուլների փոխադարձ դիրքը կոչվում է բյուրեղային ցանց։ Որպես կանոն, իոնային և ատոմային բյուրեղյա վանդակները բնորոշ են պինդ մարմիններին, մոլեկուլային՝ հեղուկների և գազերի համար: Ադամանդն առանձնանում է իր բարձր կարծրությամբ։ Նրա ատոմային բյուրեղյա վանդակը ձևավորվում է ածխածնի ատոմներից։ Սակայն փափուկ գրաֆիտը նույնպես բաղկացած է այս քիմիական տարրի ատոմներից։ Միայն թե դրանք տարբեր կերպ են տեղակայված տիեզերքում։ Ծծմբի ագրեգացման սովորական վիճակը պինդ է, սակայն բարձր ջերմաստիճանի դեպքում նյութը վերածվում է հեղուկի և ամորֆ զանգվածի։

Ագրեգացման պինդ վիճակում գտնվող նյութեր

Պինդները նորմալ պայմաններում պահպանում են իրենց ծավալն ու ձևը։ Օրինակ՝ ավազահատիկ, շաքարավազ, աղ, քարի կամ մետաղի կտոր։ Եթե ​​տաքացնում եք շաքարավազը, նյութը սկսում է հալվել՝ վերածվելով մածուցիկ շագանակագույն հեղուկի։ Եկեք դադարեցնենք ջեռուցումը և նորից պինդ կստանանք: Սա նշանակում է, որ պինդ նյութը հեղուկի անցնելու հիմնական պայմաններից է նրա տաքացումը կամ նյութի մասնիկների ներքին էներգիայի ավելացումը։ Սննդի համար օգտագործվող աղի ագրեգացման պինդ վիճակը նույնպես կարող է փոխվել։ Բայց սեղանի աղը հալեցնելու համար ավելի բարձր ջերմաստիճան է պետք, քան շաքարավազը տաքացնելիս։ Բանն այն է, որ շաքարը բաղկացած է մոլեկուլներից, իսկ կերակրի աղը՝ լիցքավորված իոններից, որոնք ավելի ուժեղ են ձգվում միմյանց նկատմամբ։ Հեղուկ վիճակում գտնվող պինդները չեն պահպանում իրենց ձևը, քանի որ բյուրեղային ցանցերը ոչնչացվում են:

Աղի հեղուկ ագրեգատ վիճակը հալվելիս բացատրվում է բյուրեղներում իոնների միջև կապերի խզմամբ։ Ազատվում են լիցքավորված մասնիկներ, որոնք կարող են էլեկտրական լիցքեր կրել։ Հալած աղերը էլեկտրական հոսանք են փոխանցում և հաղորդիչներ են։ Քիմիական, մետալուրգիական և ինժեներական արդյունաբերության մեջ պինդ մարմինները վերածվում են հեղուկի՝ նոր միացություններ ստանալու կամ դրանց տարբեր ձևեր ստանալու համար։ Մետաղների համաձուլվածքները լայն տարածում են գտել։ Դրանք ձեռք բերելու մի քանի եղանակ կա՝ կապված պինդ հումքի ագրեգացման վիճակի փոփոխության հետ։

Հեղուկը ագրեգացման հիմնական վիճակներից մեկն է

Եթե ​​50 մլ ջուր լցնեք կլոր հատակով կոլբայի մեջ, ապա կնկատեք, որ նյութն անմիջապես քիմիական անոթի տեսք կստանա։ Բայց հենց ջուրը լցնենք կոլբայի միջից, հեղուկն անմիջապես կտարածվի սեղանի մակերեսով։ Ջրի ծավալը կմնա անփոփոխ՝ 50 մլ, բայց դրա ձևը կփոխվի։ Թվարկված հատկանիշները բնորոշ են նյութի գոյության հեղուկ ձևին։ Շատ օրգանական նյութեր հեղուկներ են՝ սպիրտներ, բուսական յուղեր, թթուներ։

Կաթը էմուլսիա է, այսինքն՝ ճարպի կաթիլներ պարունակող հեղուկ։ Օգտակար հեղուկ ռեսուրս է նավթը: Այն արդյունահանվում է հորատանցքերից՝ օգտագործելով հորատման սարքերը ցամաքում և օվկիանոսում: Արդյունաբերության համար հումք է նաև ծովի ջուրը։ Գետերի և լճերի քաղցրահամ ջրից նրա տարբերությունը լուծված նյութերի, հիմնականում աղերի պարունակության մեջ է։ Ջրամբարների մակերեսից գոլորշիանալիս գոլորշի վիճակի են անցնում միայն H 2 O մոլեկուլները, մնում են լուծված նյութեր։ Այս հատկության վրա են հիմնված ծովի ջրից օգտակար նյութերի ստացման և դրա մաքրման մեթոդները։

Երբ աղերն ամբողջությամբ հանվում են, ստացվում է թորած ջուր։ Այն եռում է 100°C-ում, սառչում է 0°C-ում։ Աղաջրերը եռում են և վերածվում սառույցի այլ ջերմաստիճանի դեպքում: Օրինակ՝ Սառուցյալ օվկիանոսում ջուրը սառչում է 2 °C մակերեսի ջերմաստիճանում։

Սնդիկի ֆիզիկական վիճակը նորմալ պայմաններում հեղուկ է։ Այս արծաթափայլ մոխրագույն մետաղը սովորաբար օգտագործվում է բժշկական ջերմաչափերը լցնելու համար: Երբ տաքացվում է, սնդիկի սյունը բարձրանում է սանդղակի վրա, և նյութը ընդլայնվում է: Ինչու՞ է օգտագործվում կարմիր ներկով ներկված ալկոհոլը, և ոչ թե սնդիկը: Դա բացատրվում է հեղուկ մետաղի հատկություններով։ 30 աստիճան ցրտահարության ժամանակ սնդիկի ագրեգացման վիճակը փոխվում է, նյութը դառնում է պինդ։

Եթե ​​բժշկական ջերմաչափը կոտրվում է, և սնդիկը դուրս է թափվում, ապա արծաթե գնդիկները ձեռքերով հավաքելը վտանգավոր է։ Սնդիկի գոլորշի ներշնչելը վնասակար է, այս նյութը շատ թունավոր է։ Նման դեպքերում երեխաները պետք է դիմեն ծնողների և մեծահասակների օգնությանը:

Գազային վիճակ

Գազերը չեն կարողանում պահպանել ո՛չ իրենց ծավալը, ո՛չ ձևը։ Կոլբը մինչև վերև լցնենք թթվածնով (քիմիական բանաձևը O2 է): Հենց որ կոլբը բացենք, նյութի մոլեկուլները կսկսեն խառնվել սենյակի օդի հետ։ Դա տեղի է ունենում Բրաունի շարժման շնորհիվ: Նույնիսկ հին հույն գիտնական Դեմոկրիտը կարծում էր, որ նյութի մասնիկները մշտական ​​շարժման մեջ են։ Պինդ մարմիններում նորմալ պայմաններում ատոմները, մոլեկուլները և իոնները հնարավորություն չունեն դուրս գալ բյուրեղային ցանցից կամ ազատվել այլ մասնիկների հետ կապերից։ Դա հնարավոր է միայն այն դեպքում, երբ մեծ քանակությամբ էներգիա է մատակարարվում դրսից:

Հեղուկների մեջ մասնիկների միջև հեռավորությունը մի փոքր ավելի մեծ է, քան պինդ մարմիններում, նրանք ավելի քիչ էներգիա են պահանջում միջմոլեկուլային կապերը կոտրելու համար: Օրինակ՝ թթվածնի հեղուկ վիճակը դիտվում է միայն այն ժամանակ, երբ գազի ջերմաստիճանը նվազում է մինչև −183 °C։ −223 °C ջերմաստիճանում O 2 մոլեկուլները կազմում են պինդ նյութ։ Երբ ջերմաստիճանը բարձրանում է այս արժեքներից, թթվածինը վերածվում է գազի։ Հենց այս տեսքով է այն հայտնաբերվում նորմալ պայմաններում։ Արդյունաբերական ձեռնարկություններում գործում են հատուկ կայանքներ՝ մթնոլորտային օդը անջատելու և դրանից ազոտ ու թթվածին ստանալու համար։ Սկզբում օդը սառչում և հեղուկացվում է, այնուհետև ջերմաստիճանը աստիճանաբար բարձրանում է։ Ազոտն ու թթվածինը տարբեր պայմաններում վերածվում են գազերի։

Երկրի մթնոլորտը պարունակում է 21% ծավալային թթվածին և 78% ազոտ։ Այս նյութերը հեղուկ վիճակում չեն հայտնաբերվել մոլորակի գազային ծրարում։ Հեղուկ թթվածինը բաց կապույտ գույնի է և օգտագործվում է բալոնները բարձր ճնշման տակ լցնելու համար՝ բժշկական հաստատություններում օգտագործելու համար: Արդյունաբերության և շինարարության մեջ հեղուկ գազերն անհրաժեշտ են բազմաթիվ գործընթացներ իրականացնելու համար: Թթվածինն անհրաժեշտ է գազով եռակցման և մետաղների կտրման համար, իսկ քիմիայում՝ անօրգանական և օրգանական նյութերի օքսիդացման ռեակցիաների համար։ Եթե ​​բացում եք թթվածնի բալոնի փականը, ճնշումը նվազում է, և հեղուկը վերածվում է գազի։

Հեղուկացված պրոպանը, մեթանը և բութանը լայնորեն օգտագործվում են էներգետիկայի, տրանսպորտի, արդյունաբերության և կենցաղային գործունեության մեջ: Այս նյութերը ստացվում են բնական գազից կամ նավթային հումքի ճաքման (բաժանման) ժամանակ։ Ածխածնի հեղուկ և գազային խառնուրդները կարևոր դեր են խաղում շատ երկրների տնտեսություններում։ Սակայն նավթի և բնական գազի պաշարները խիստ սպառված են: Գիտնականների կարծիքով՝ այս հումքը կպահպանվի 100-120 տարի։ Էներգիայի այլընտրանքային աղբյուր է օդի հոսքը (քամին): Էլեկտրակայանների շահագործման համար օգտագործվում են արագահոս գետեր և մակընթացություններ ծովերի և օվկիանոսների ափերին:

Թթվածինը, ինչպես մյուս գազերը, կարող է լինել ագրեգացման չորրորդ վիճակում՝ ներկայացնելով պլազմա։ Անսովոր անցումը պինդ վիճակից գազային վիճակից բյուրեղային յոդի բնորոշ հատկանիշն է։ Մուգ մանուշակագույն նյութը ենթարկվում է սուբլիմացիայի՝ վերածվում է գազի՝ շրջանցելով հեղուկ վիճակը։

Ինչպե՞ս են անցումները կատարվում նյութի մի ընդհանուր ձևից մյուսին:

Նյութերի ագրեգատային վիճակի փոփոխությունները կապված չեն քիմիական փոխակերպումների հետ, դրանք ֆիզիկական երևույթներ են։ Ջերմաստիճանի բարձրացման հետ շատ պինդ նյութեր հալվում են և վերածվում հեղուկի։ Ջերմաստիճանի հետագա բարձրացումը կարող է հանգեցնել գոլորշիացման, այսինքն՝ նյութի գազային վիճակի։ Բնության և տնտեսության մեջ նման անցումները բնորոշ են Երկրի հիմնական նյութերից մեկին։ Սառույցը, հեղուկը, գոլորշին տարբեր արտաքին պայմաններում ջրի վիճակներ են։ Միացությունը նույնն է, նրա բանաձևը H 2 O է: 0 ° C ջերմաստիճանում և այս արժեքից ցածր ջուրը բյուրեղանում է, այսինքն՝ վերածվում սառույցի: Ջերմաստիճանի բարձրացման հետ առաջացած բյուրեղները ոչնչացվում են՝ սառույցը հալվում է, և նորից հեղուկ ջուր է ստացվում։ Երբ այն տաքացվում է, ձևավորվում է գոլորշիացում՝ ջրի վերածումը գազի՝ նույնիսկ ցածր ջերմաստիճանի դեպքում։ Օրինակ, սառած ջրափոսերը աստիճանաբար անհետանում են, քանի որ ջուրը գոլորշիանում է: Նույնիսկ ցրտաշունչ եղանակին թաց լվացքը չորանում է, բայց այս գործընթացը տևում է ավելի երկար, քան շոգ օրը:

Ջրի բոլոր թվարկված անցումները մի վիճակից մյուսը մեծ նշանակություն ունեն Երկրի բնության համար։ Մթնոլորտային երևույթները, կլիման և եղանակը կապված են Համաշխարհային օվկիանոսի մակերևույթից ջրի գոլորշիացման, ամպերի և մառախուղի տեսքով խոնավության ցամաք տեղափոխելու և տեղումների (անձրև, ձյուն, կարկուտ) հետ: Այս երևույթները հիմք են հանդիսանում բնության մեջ համաշխարհային ջրային շրջապտույտի համար:

Ինչպե՞ս են փոխվում ծծմբի ընդհանուր վիճակները:

Նորմալ պայմաններում ծծումբը վառ փայլուն բյուրեղներ է կամ բաց դեղին փոշի, այսինքն՝ պինդ նյութ է։ Ծծմբի ֆիզիկական վիճակը փոխվում է տաքանալիս։ Նախ, երբ ջերմաստիճանը բարձրանում է մինչև 190 °C, դեղին նյութը հալվում է՝ վերածվելով շարժական հեղուկի։

Եթե ​​հեղուկ ծծումբը արագ լցնեք սառը ջրի մեջ, ապա ստացվում է շագանակագույն ամորֆ զանգված։ Ծծմբի հալոցքի հետագա տաքացման դեպքում այն ​​դառնում է ավելի ու ավելի մածուցիկ և մթնում: 300 °C-ից բարձր ջերմաստիճանում կրկին փոխվում է ծծմբի ագրեգացման վիճակը, նյութը ձեռք է բերում հեղուկի հատկություններ և դառնում շարժական։ Այս անցումները առաջանում են տարրի ատոմների՝ տարբեր երկարությունների շղթաներ կազմելու ունակության շնորհիվ։

Ինչու՞ նյութերը կարող են լինել տարբեր ֆիզիկական վիճակներում:

Պարզ նյութի՝ ծծմբի ագրեգացման վիճակը սովորական պայմաններում պինդ է։ Ծծմբի երկօքսիդը գազ է, ծծմբաթթուն՝ ջրից ծանր յուղային հեղուկ։ Ի տարբերություն աղաթթուների և ազոտական ​​թթուների, այն ցնդող չէ, մոլեկուլները չեն գոլորշիանում նրա մակերեսից։ Ի՞նչ ագրեգացման վիճակ ունի պլաստիկ ծծումբը, որը ստացվում է բյուրեղների տաքացման արդյունքում։

Իր ամորֆ տեսքով նյութն ունի հեղուկի կառուցվածք՝ աննշան հոսունությամբ։ Բայց պլաստիկ ծծումբը միաժամանակ պահպանում է իր ձևը (որպես պինդ): Կան հեղուկ բյուրեղներ, որոնք ունեն պինդ մարմիններին բնորոշ մի շարք հատկություններ։ Այսպիսով, նյութի վիճակը տարբեր պայմաններում կախված է նրա բնույթից, ջերմաստիճանից, ճնշումից և այլ արտաքին պայմաններից։

Ի՞նչ հատկանիշներ կան պինդ մարմինների կառուցվածքում:

Նյութի հիմնական ագրեգատային վիճակների միջև գոյություն ունեցող տարբերությունները բացատրվում են ատոմների, իոնների և մոլեկուլների փոխազդեցությամբ: Օրինակ՝ ինչո՞ւ է նյութի պինդ վիճակը հանգեցնում մարմինների ծավալն ու ձևը պահպանելու կարողությանը։ Մետաղի կամ աղի բյուրեղային ցանցում կառուցվածքային մասնիկները ձգվում են միմյանց: Մետաղներում դրական լիցքավորված իոնները փոխազդում են այն բանի հետ, որը կոչվում է «էլեկտրոնային գազ»՝ ազատ էլեկտրոնների հավաքածու մետաղի կտորում։ Աղի բյուրեղները առաջանում են հակառակ լիցքավորված մասնիկների՝ իոնների ձգման շնորհիվ։ Պինդ մարմինների վերը նշված կառուցվածքային միավորների միջև հեռավորությունը շատ ավելի փոքր է, քան բուն մասնիկների չափերը: Այս դեպքում գործում է էլեկտրաստատիկ ձգողականությունը, այն ուժ է հաղորդում, բայց վանումը բավականաչափ ուժեղ չէ։

Նյութի ագրեգացման պինդ վիճակը ոչնչացնելու համար պետք է ջանքեր գործադրել: Մետաղները, աղերը և ատոմային բյուրեղները հալվում են շատ բարձր ջերմաստիճանում։ Օրինակ՝ երկաթը հեղուկ է դառնում 1538 °C-ից բարձր ջերմաստիճանում։ Վոլֆրամը հրակայուն է և օգտագործվում է լամպերի համար շիկացած թելեր պատրաստելու համար: Կան համաձուլվածքներ, որոնք հեղուկ են դառնում 3000 °C-ից բարձր ջերմաստիճանում։ Երկրի վրա շատերը գտնվում են ամուր վիճակում: Այս հումքը արդյունահանվում է հանքերում և քարհանքերում տեխնոլոգիայի կիրառմամբ:

Բյուրեղից թեկուզ մեկ իոն առանձնացնելու համար պետք է մեծ քանակությամբ էներգիա ծախսել։ Բայց բավական է աղը լուծել ջրի մեջ, որպեսզի բյուրեղյա վանդակը քայքայվի։ Այս երեւույթը բացատրվում է ջրի որպես բևեռային լուծիչի զարմանալի հատկություններով։ H 2 O մոլեկուլները փոխազդում են աղի իոնների հետ՝ քայքայելով նրանց միջև եղած քիմիական կապը։ Այսպիսով, տարրալուծումը տարբեր նյութերի պարզ խառնուրդ չէ, այլ նրանց միջև ֆիզիկաքիմիական փոխազդեցություն:

Ինչպե՞ս են փոխազդում հեղուկի մոլեկուլները:

Ջուրը կարող է լինել հեղուկ, պինդ և գազային (գոլորշու): Սրանք են նրա ագրեգացման հիմնական վիճակները նորմալ պայմաններում: Ջրի մոլեկուլները կազմված են մեկ թթվածնի ատոմից, որին միացված են ջրածնի երկու ատոմ։ Մոլեկուլում տեղի է ունենում քիմիական կապի բևեռացում, և թթվածնի ատոմների վրա առաջանում է մասնակի բացասական լիցք։ Ջրածինը դառնում է մոլեկուլի դրական բևեռը, որը ձգվում է մեկ այլ մոլեկուլի թթվածնի ատոմով: Սա կոչվում է «ջրածնային կապ»:

Ագրեգացման հեղուկ վիճակը բնութագրվում է կառուցվածքային մասնիկների միջև հեռավորությամբ, որը համեմատելի է դրանց չափերի հետ: Գրավչությունը կա, բայց թույլ է, ուստի ջուրը չի պահպանում իր ձևը: Գոլորշիացումը տեղի է ունենում կապերի ոչնչացման պատճառով, որը տեղի է ունենում հեղուկի մակերեսին նույնիսկ սենյակային ջերմաստիճանում:

Գազերի մեջ միջմոլեկուլային փոխազդեցություններ կա՞ն:

Նյութի գազային վիճակը տարբերվում է հեղուկից և պինդից մի շարք պարամետրերով։ Գազերի կառուցվածքային մասնիկների միջև կան մեծ բացեր, որոնք շատ ավելի մեծ են, քան մոլեկուլների չափերը։ Այս դեպքում ներգրավման ուժերը ընդհանրապես չեն գործում։ Ագրեգացման գազային վիճակը բնորոշ է օդում առկա նյութերին՝ ազոտ, թթվածին, ածխաթթու գազ։ Ստորև նկարում առաջին խորանարդը լցված է գազով, երկրորդում՝ հեղուկով, իսկ երրորդում՝ պինդ:

Շատ հեղուկներ ցնդող են, նյութի մոլեկուլները պոկվում են դրանց մակերեսից և գնում օդ։ Օրինակ, եթե ամոնիակի մեջ թաթախված բամբակյա շվաբրը բերեք աղաթթվի բաց շշի բացվածքին, սպիտակ ծուխ է հայտնվում։ Քիմիական ռեակցիան հիդրոքլորաթթվի և ամոնիակի միջև տեղի է ունենում հենց օդում՝ առաջացնելով ամոնիումի քլորիդ։ Ի՞նչ ագրեգացման վիճակում է այս նյութը: Նրա մասնիկները, որոնք ձևավորում են սպիտակ ծուխը, աղի փոքրիկ պինդ բյուրեղներ են: Այս փորձը պետք է կատարվի գլխարկի տակ, նյութերը թունավոր են։

Եզրակացություն

Գազի ագրեգացման վիճակն ուսումնասիրել են բազմաթիվ ականավոր ֆիզիկոսներ և քիմիկոսներ՝ Ավոգադրոն, Բոյլը, Գեյ-Լյուսակը, Կլայպերոնը, Մենդելեևը, Լե Շատելիեն։ Գիտնականները օրենքներ են ձևակերպել, որոնք բացատրում են գազային նյութերի վարքը քիմիական ռեակցիաներում, երբ փոխվում են արտաքին պայմանները։ Բաց օրինաչափությունները ներառված էին ոչ միայն ֆիզիկայի և քիմիայի դպրոցական և համալսարանական դասագրքերում: Շատ քիմիական արդյունաբերություններ հիմնված են ագրեգացման տարբեր վիճակներում նյութերի վարքի և հատկությունների մասին գիտելիքների վրա: