سوالاتی در مورد اینکه حالت تجمع چیست، چه ویژگی‌ها و خواصی از جامدات، مایعات و گازها دارند در چندین دوره آموزشی در نظر گرفته می‌شوند. سه حالت کلاسیک از ماده وجود دارد که ویژگی‌های مشخصه ساختار خود را دارند. درک آنها نکته مهمی در درک علوم زمین، موجودات زنده و فعالیت های تولیدی است. این سوالات توسط فیزیک، شیمی، جغرافیا، زمین شناسی، شیمی فیزیک و سایر رشته های علمی مطالعه می شود. موادی که تحت شرایط خاصی در یکی از سه حالت اصلی قرار دارند، می توانند با افزایش یا کاهش دما یا فشار تغییر کنند. اجازه دهید انتقال های احتمالی از یک حالت تجمع به حالت دیگر را در نظر بگیریم، زیرا در طبیعت، فناوری و زندگی روزمره انجام می شود.

حالت تجمیع چیست؟

کلمه منشأ لاتین "aggrego" در ترجمه به روسی به معنای "چسب کردن" است. اصطلاح علمی به حالت همان جسم، ماده اشاره دارد. وجود جامدات، گازها و مایعات در مقادیر دمایی معین و فشارهای مختلف مشخصه تمام پوسته های زمین است. علاوه بر سه حالت کلی پایه، حالت چهارم نیز وجود دارد. در دمای بالا و فشار ثابت، گاز به پلاسما تبدیل می شود. برای درک بهتر حالت تجمع، لازم است کوچکترین ذرات تشکیل دهنده مواد و اجسام را به خاطر بسپارید.

نمودار بالا نشان می دهد: a - گاز. ب - مایع؛ c یک بدنه سفت است. در چنین شکل هایی، دایره ها عناصر ساختاری مواد را نشان می دهند. این یک نماد است، در واقع، اتم ها، مولکول ها، یون ها توپ های جامد نیستند. اتم ها از یک هسته با بار مثبت تشکیل شده اند که الکترون های دارای بار منفی با سرعت بالایی در اطراف آن حرکت می کنند. آگاهی از ساختار میکروسکوپی ماده به درک بهتر تفاوت هایی که بین اشکال مختلف تجمع وجود دارد کمک می کند.

ایده هایی در مورد جهان خرد: از یونان باستان تا قرن هفدهم

اولین اطلاعات در مورد ذرات تشکیل دهنده بدن فیزیکی در یونان باستان ظاهر شد. متفکران دموکریتوس و اپیکور چنین مفهومی را به عنوان اتم معرفی کردند. آنها معتقد بودند که این کوچکترین ذرات غیر قابل تقسیم از مواد مختلف دارای شکل، اندازه های معین، قادر به حرکت و تعامل با یکدیگر هستند. اتمیسم پیشرفته ترین آموزش یونان باستان برای زمان خود شد. اما رشد آن در قرون وسطی کند شد. از آن زمان دانشمندان توسط تفتیش عقاید کلیسای کاتولیک روم مورد آزار و اذیت قرار گرفتند. بنابراین، تا زمان مدرن، مفهوم روشنی از وضعیت تجمع ماده وجود نداشت. تنها پس از قرن هفدهم، دانشمندان R. Boyle، M. Lomonosov، D. Dalton، A. Lavoisier مفاد نظریه اتمی-مولکولی را تدوین کردند که حتی امروزه نیز اهمیت خود را از دست نداده است.

اتم ها، مولکول ها، یون ها - ذرات میکروسکوپی ساختار ماده

در قرن بیستم، زمانی که میکروسکوپ الکترونی اختراع شد، پیشرفت قابل توجهی در درک جهان کوچک رخ داد. با در نظر گرفتن اکتشافاتی که قبلاً توسط دانشمندان انجام شده بود، می‌توان تصویری هماهنگ از ریزجهان جمع‌آوری کرد. تئوری هایی که وضعیت و رفتار کوچکترین ذرات ماده را توصیف می کنند کاملاً پیچیده هستند، آنها به میدان تعلق دارند. برای درک ویژگی های حالات مجموع مختلف ماده کافی است نام و ویژگی های ذرات ساختاری اصلی را بدانید که متفاوت هستند. مواد

1. اتم ها از نظر شیمیایی ذرات غیر قابل تقسیم هستند. در واکنش های شیمیایی حفظ می شود، اما در هسته ای از بین می رود. فلزات و بسیاری از مواد دیگر از ساختار اتمی در شرایط عادی حالت جامد تجمع دارند.
2. مولکول ها ذراتی هستند که در واکنش های شیمیایی شکسته و تشکیل می شوند. اکسیژن، آب، دی اکسید کربن، گوگرد. حالت تجمع اکسیژن، نیتروژن، دی اکسید گوگرد، کربن، اکسیژن در شرایط عادی گازی است.
3. یون‌ها ذرات باردار هستند که اتم‌ها و مولکول‌ها هنگام به دست آوردن یا از دست دادن الکترون به آنها تبدیل می‌شوند - ذرات با بار منفی میکروسکوپی. بسیاری از نمک ها ساختار یونی دارند، به عنوان مثال، نمک خوراکی، آهن و سولفات مس.

موادی وجود دارند که ذرات آنها به روش خاصی در فضا قرار دارند. موقعیت متقابل مرتب اتم ها، یون ها، مولکول ها شبکه کریستالی نامیده می شود. معمولا شبکه های کریستالی یونی و اتمی برای جامدات، مولکولی - برای مایعات و گازها معمولی هستند. الماس سختی بالایی دارد. شبکه کریستالی اتمی آن توسط اتم های کربن تشکیل شده است. اما گرافیت نرم نیز از اتم های این عنصر شیمیایی تشکیل شده است. فقط آنها در فضا قرار دارند. حالت معمول تجمع گوگرد جامد است اما در دماهای بالا این ماده به مایع و توده بی شکل تبدیل می شود.

مواد در حالت جامد از تجمع

جامدات در شرایط عادی حجم و شکل خود را حفظ می کنند. به عنوان مثال، یک دانه شن، یک دانه شکر، نمک، یک تکه سنگ یا فلز. اگر شکر گرم شود، ماده شروع به ذوب شدن می کند و به مایع قهوه ای چسبناک تبدیل می شود. گرمایش را متوقف کنید - دوباره یک جامد دریافت می کنیم. این بدان معنی است که یکی از شرایط اصلی برای تبدیل یک جامد به مایع، گرم شدن آن یا افزایش انرژی درونی ذرات ماده است. حالت جامد تجمع نمکی که در غذا استفاده می شود نیز قابل تغییر است. اما برای ذوب نمک سفره به دمای بالاتری نسبت به حرارت دادن شکر نیاز دارید. واقعیت این است که شکر از مولکول ها و نمک سفره از یون های باردار تشکیل شده است که به شدت جذب یکدیگر می شوند. جامدات به شکل مایع شکل خود را حفظ نمی کنند زیرا شبکه های کریستالی شکسته می شوند.

حالت مایع تجمع نمک در حین ذوب با شکستن پیوند بین یون ها در کریستال ها توضیح داده می شود. ذرات باردار آزاد می شوند که می توانند بارهای الکتریکی را حمل کنند. نمک های مذاب الکتریسیته را هدایت می کنند و رسانا هستند. در صنایع شیمیایی، متالورژی و مهندسی، جامدات را به مایع تبدیل می کنند تا ترکیبات جدیدی از آنها به دست آید یا شکل های متفاوتی به آنها بدهد. آلیاژهای فلزی به طور گسترده مورد استفاده قرار می گیرند. چندین راه برای به دست آوردن آنها وجود دارد که با تغییر در وضعیت تجمع مواد خام جامد همراه است.

مایع یکی از حالت های اساسی تجمع است

اگر 50 میلی لیتر آب را در یک فلاسک ته گرد بریزید، متوجه می شوید که این ماده بلافاصله به شکل ظرف شیمیایی در می آید. اما به محض اینکه آب را از فلاسک بیرون می ریزیم، مایع بلافاصله روی سطح میز پخش می شود. حجم آب یکسان باقی می ماند - 50 میلی لیتر، و شکل آن تغییر می کند. این ویژگی ها مشخصه شکل مایع وجود ماده است. مایعات بسیاری از مواد آلی هستند: الکل ها، روغن های گیاهی، اسیدها.

شیر یک امولسیون است، یعنی مایعی که در آن قطرات چربی وجود دارد. یک ماده معدنی مایع مفید روغن است. از چاه ها با استفاده از دکل های حفاری در خشکی و اقیانوس استخراج می شود. آب دریا نیز یک ماده خام برای صنعت است. تفاوت آن با آب شیرین رودخانه ها و دریاچه ها در محتوای مواد محلول، عمدتاً نمک است. در طول تبخیر از سطح آب، تنها مولکول های H 2 O به حالت بخار می روند، املاح باقی می مانند. روش های به دست آوردن مواد مفید از آب دریا و روش های تصفیه آن بر اساس این خاصیت است.

با حذف کامل املاح، آب مقطر به دست می آید. در 100 درجه سانتی گراد می جوشد و در 0 درجه سانتی گراد یخ می زند. آب نمک در دماهای مختلف می جوشد و به یخ تبدیل می شود. به عنوان مثال، آب در اقیانوس منجمد شمالی در دمای سطح 2 درجه سانتی گراد یخ می زند.

حالت کل جیوه در شرایط عادی یک مایع است. این فلز خاکستری نقره ای معمولاً با دماسنج های پزشکی پر می شود. هنگامی که گرم می شود، ستون جیوه روی مقیاس بالا می رود، ماده منبسط می شود. چرا از الکل با رنگ قرمز استفاده می شود و جیوه استفاده نمی شود؟ این با خواص فلز مایع توضیح داده می شود. در یخبندان 30 درجه، حالت تجمع جیوه تغییر می کند، ماده جامد می شود.

اگر دماسنج پزشکی خراب باشد و جیوه به بیرون ریخته شده باشد، جمع آوری توپ های نقره با دست خطرناک است. استنشاق بخار جیوه مضر است، این ماده بسیار سمی است. کودکان در چنین مواردی باید از والدین، بزرگسالان کمک بگیرند.

حالت گازی

گازها نمی توانند حجم یا شکل خود را حفظ کنند. فلاسک را تا بالا با اکسیژن پر کنید (فرمول شیمیایی آن O 2 است). به محض باز کردن فلاسک، مولکول های ماده شروع به مخلوط شدن با هوای اتاق می کنند. این به دلیل حرکت براونی است. حتی دموکریتوس دانشمند یونان باستان معتقد بود که ذرات ماده در حرکت دائمی هستند. در جامدات، در شرایط عادی، اتم‌ها، مولکول‌ها، یون‌ها فرصت خروج از شبکه بلوری را ندارند تا خود را از پیوند با ذرات دیگر رها کنند. این تنها زمانی امکان پذیر است که مقدار زیادی انرژی از خارج تامین شود.

در مایعات، فاصله بین ذرات کمی بیشتر از جامدات است؛ آنها به انرژی کمتری برای شکستن پیوندهای بین مولکولی نیاز دارند. به عنوان مثال، حالت تجمع مایع اکسیژن تنها زمانی مشاهده می شود که دمای گاز به -183 درجه سانتیگراد کاهش یابد. در 223- درجه سانتی گراد، مولکول های O 2 یک جامد را تشکیل می دهند. هنگامی که دما از مقادیر داده شده بالاتر می رود، اکسیژن به گاز تبدیل می شود. در این شکل است که در شرایط عادی است. در شرکت های صنعتی، تاسیسات ویژه ای برای جداسازی هوای جو و گرفتن نیتروژن و اکسیژن از آن وجود دارد. ابتدا هوا خنک و مایع شده و سپس به تدریج دما را افزایش می دهند. نیتروژن و اکسیژن در شرایط مختلف به گاز تبدیل می شوند.

جو زمین دارای ۲۱ درصد اکسیژن و ۷۸ درصد ازت حجمی است. به صورت مایع، این مواد در پوشش گازی سیاره یافت نمی شوند. اکسیژن مایع دارای رنگ آبی روشن است و با فشار بالا در سیلندرهایی برای استفاده در مراکز پزشکی پر می شود. در صنعت و ساختمان، گازهای مایع برای بسیاری از فرآیندها ضروری هستند. اکسیژن برای جوشکاری گاز و برش فلزات، در شیمی - برای واکنش های اکسیداسیون مواد معدنی و آلی مورد نیاز است. اگر دریچه یک سیلندر اکسیژن را باز کنید، فشار کاهش می یابد، مایع به گاز تبدیل می شود.

پروپان مایع، متان و بوتان به طور گسترده در انرژی، حمل و نقل، صنعت و فعالیت های خانگی استفاده می شود. این مواد از گاز طبیعی یا در هنگام ترک خوردن (شکاف) مواد اولیه نفتی به دست می آیند. مخلوط کربن مایع و گاز نقش مهمی در اقتصاد بسیاری از کشورها ایفا می کند. اما ذخایر نفت و گاز طبیعی به شدت کاهش یافته است. به گفته دانشمندان، این ماده خام برای 100-120 سال دوام می آورد. یک منبع جایگزین انرژی جریان هوا (باد) است. رودخانه های پر جریان، جزر و مد در سواحل دریاها و اقیانوس ها برای راه اندازی نیروگاه ها استفاده می شود.

اکسیژن، مانند سایر گازها، می تواند در حالت چهارم تجمع قرار داشته باشد که نشان دهنده یک پلاسما است. انتقال غیرمعمول از حالت جامد به حالت گازی یکی از ویژگی های مشخصه ید کریستالی است. یک ماده بنفش تیره تحت تصعید قرار می گیرد - با دور زدن حالت مایع به گاز تبدیل می شود.

انتقال از یک شکل کل ماده به شکل دیگر چگونه انجام می شود؟

تغییرات در حالت کل مواد با تبدیلات شیمیایی همراه نیست، اینها پدیده های فیزیکی هستند. با افزایش دما، بسیاری از جامدات ذوب شده و به مایع تبدیل می شوند. افزایش بیشتر دما می تواند منجر به تبخیر، یعنی به حالت گازی ماده شود. در طبیعت و اقتصاد، چنین انتقالی مشخصه یکی از مواد اصلی روی زمین است. یخ، مایع، بخار حالت های آب در شرایط مختلف خارجی هستند. ترکیب یکسان است، فرمول آن H 2 O است. در دمای 0 درجه سانتیگراد و کمتر از این مقدار، آب متبلور می شود، یعنی تبدیل به یخ می شود. هنگامی که دما افزایش می یابد، کریستال های حاصل از بین می روند - یخ ذوب می شود، دوباره آب مایع به دست می آید. هنگامی که گرم می شود، تبخیر تشکیل می شود - تبدیل آب به گاز - حتی در دماهای پایین ادامه می یابد. به عنوان مثال، گودال های یخ زده به تدریج ناپدید می شوند زیرا آب تبخیر می شود. حتی در هوای یخبندان، لباس های خیس خشک می شوند، اما این روند طولانی تر از روزهای گرم است.

تمام انتقال های ذکر شده آب از یک حالت به حالت دیگر برای ماهیت زمین اهمیت زیادی دارد. پدیده های جوی، آب و هوا و آب و هوا با تبخیر آب از سطح اقیانوس ها، انتقال رطوبت به صورت ابر و مه به خشکی، بارش (باران، برف، تگرگ) همراه است. این پدیده ها اساس چرخه آب جهانی در طبیعت را تشکیل می دهند.

حالات کل گوگرد چگونه تغییر می کند؟

گوگرد در شرایط عادی بلورهای براق روشن یا پودر زرد روشن است، یعنی جامد است. حالت کل گوگرد با گرم شدن تغییر می کند. ابتدا، هنگامی که دما به 190 درجه سانتیگراد افزایش می یابد، ماده زرد رنگ ذوب می شود و به مایع متحرک تبدیل می شود.

اگر به سرعت گوگرد مایع را در آب سرد بریزید، یک توده آمورف قهوه ای به دست می آورید. با گرم شدن بیشتر مذاب گوگرد، چسبناک تر و تیره تر می شود. در دمای بالاتر از 300 درجه سانتیگراد، حالت تجمع گوگرد دوباره تغییر می کند، این ماده خواص مایع را به دست می آورد، متحرک می شود. این انتقال به دلیل توانایی اتم های عنصر برای تشکیل زنجیره ای با طول های مختلف به وجود می آید.

چرا مواد می توانند در حالت های فیزیکی متفاوت باشند؟

حالت تجمع گوگرد - یک ماده ساده - در شرایط عادی جامد است. دی اکسید گوگرد یک گاز است، اسید سولفوریک یک مایع روغنی سنگین تر از آب است. برخلاف اسیدهای کلریدریک و نیتریک، فرار نیست، مولکول‌ها از سطح آن تبخیر نمی‌شوند. گوگرد پلاستیکی که از حرارت دادن کریستال ها به دست می آید چه حالتی از تجمع دارد؟

در شکل آمورف، این ماده دارای ساختار مایع است که سیالیت کمی دارد. اما گوگرد پلاستیکی به طور همزمان شکل خود را (به عنوان یک جامد) حفظ می کند. کریستال های مایعی وجود دارند که دارای تعدادی خواص مشخصه جامدات هستند. بنابراین، وضعیت ماده در شرایط مختلف به ماهیت، دما، فشار و سایر شرایط خارجی آن بستگی دارد.

ویژگی های ساختار جامدات چیست؟

تفاوت های موجود بین حالت های تجمع اصلی ماده با برهمکنش بین اتم ها، یون ها و مولکول ها توضیح داده می شود. به عنوان مثال، چرا حالت مجموع جامد ماده منجر به توانایی اجسام برای حفظ حجم و شکل می شود؟ در شبکه کریستالی یک فلز یا نمک، ذرات ساختاری به یکدیگر جذب می شوند. در فلزات، یون های دارای بار مثبت با به اصطلاح "گاز الکترون" - تجمع الکترون های آزاد در یک قطعه فلز - برهم کنش می کنند. کریستال های نمک به دلیل جذب ذرات باردار مخالف - یون ها به وجود می آیند. فاصله بین واحدهای ساختاری فوق جامد بسیار کمتر از اندازه خود ذرات است. در این حالت جاذبه الکترواستاتیکی عمل می کند، قدرت می دهد و دافعه به اندازه کافی قوی نیست.

برای از بین بردن حالت جامد تجمع یک ماده، باید تلاش کرد. فلزات، نمک ها، کریستال های اتمی در دمای بسیار بالا ذوب می شوند. به عنوان مثال، آهن در دمای بالاتر از 1538 درجه سانتیگراد به مایع تبدیل می شود. تنگستن نسوز است و برای ساخت رشته های رشته ای برای لامپ ها استفاده می شود. آلیاژهایی وجود دارند که در دمای بالای 3000 درجه سانتیگراد به مایع تبدیل می شوند. بسیاری از روی زمین در حالت جامد هستند. این ماده اولیه با کمک تجهیزات موجود در معادن و معادن استخراج می شود.

برای جدا کردن حتی یک یون از یک کریستال، لازم است مقدار زیادی انرژی صرف شود. اما بالاخره کافی است نمک را در آب حل کنید تا شبکه کریستالی متلاشی شود! این پدیده با خواص شگفت انگیز آب به عنوان یک حلال قطبی توضیح داده می شود. مولکول های H 2 O با یون های نمک برهمکنش می کنند و پیوند شیمیایی بین آنها را از بین می برند. بنابراین، انحلال یک اختلاط ساده از مواد مختلف نیست، بلکه یک فعل و انفعال فیزیکی و شیمیایی بین آنهاست.

مولکول های مایعات چگونه برهم کنش می کنند؟

آب می تواند مایع، جامد و گاز (بخار) باشد. اینها حالتهای اصلی تجمع آن در شرایط عادی هستند. مولکول های آب از یک اتم اکسیژن تشکیل شده اند که دو اتم هیدروژن به آن پیوند دارند. یک قطبش پیوند شیمیایی در مولکول وجود دارد، یک بار منفی جزئی روی اتم های اکسیژن ظاهر می شود. هیدروژن به قطب مثبت مولکول تبدیل می شود و به اتم اکسیژن یک مولکول دیگر جذب می شود. این "پیوند هیدروژنی" نامیده می شود.

حالت مایع تجمع با فواصل بین ذرات ساختاری قابل مقایسه با اندازه آنها مشخص می شود. جاذبه وجود دارد، اما ضعیف است، بنابراین آب شکل خود را حفظ نمی کند. تبخیر به دلیل از بین رفتن پیوندها اتفاق می افتد که حتی در دمای اتاق روی سطح مایع رخ می دهد.

آیا فعل و انفعالات بین مولکولی در گازها وجود دارد؟

حالت گازی یک ماده با مایع و جامد در تعدادی پارامتر متفاوت است. بین ذرات ساختاری گازها شکاف های بزرگی وجود دارد که بسیار بزرگتر از اندازه مولکول ها است. در این صورت نیروهای جذب اصلاً کار نمی کنند. حالت گازی تجمع مشخصه مواد موجود در ترکیب هوا است: نیتروژن، اکسیژن، دی اکسید کربن. در شکل زیر مکعب اول با گاز، دومی با مایع و سومی با جامد پر شده است.

بسیاری از مایعات فرار هستند، مولکول های یک ماده از سطح آنها جدا شده و به هوا می روند. به عنوان مثال، اگر یک سواب پنبه آغشته به آمونیاک را به دهانه یک بطری باز اسید هیدروکلریک بیاورید، دود سفید ظاهر می شود. درست در هوا، یک واکنش شیمیایی بین اسید هیدروکلریک و آمونیاک رخ می دهد، کلرید آمونیوم به دست می آید. این ماده در چه حالتی از ماده قرار دارد؟ ذرات آن که دود سفید را تشکیل می دهند، کوچکترین بلورهای جامد نمک هستند. این آزمایش باید زیر یک هود اگزوز انجام شود، مواد سمی هستند.

نتیجه

وضعیت کل گاز توسط بسیاری از فیزیکدانان و شیمیدانان برجسته مورد مطالعه قرار گرفت: آووگادرو، بویل، گی-لوساک، کلیپرون، مندلیف، لو شاتلیه. دانشمندان قوانینی را تدوین کرده اند که رفتار مواد گازی را در واکنش های شیمیایی در هنگام تغییر شرایط خارجی توضیح می دهد. قوانین باز نه تنها وارد کتاب های درسی فیزیک و شیمی مدرسه و دانشگاه شد. بسیاری از صنایع شیمیایی مبتنی بر دانش در مورد رفتار و خواص مواد در حالت های مختلف تجمع هستند.

سخنرانی 4. حالات مجموع ماده

1. حالت جامد ماده.

2. حالت مایع ماده.

3. حالت گازی ماده.

مواد می توانند در سه حالت تجمع باشند: جامد، مایع و گاز. در دماهای بسیار بالا، نوعی حالت گازی ایجاد می شود - پلاسما (حالت پلاسما).

1. حالت جامد ماده با این واقعیت مشخص می شود که انرژی برهمکنش بین ذرات از انرژی جنبشی حرکت آنها بیشتر است. اکثر مواد در حالت جامد دارای ساختار کریستالی هستند. هر ماده بلورهایی با شکل خاصی را تشکیل می دهد. به عنوان مثال، کلرید سدیم دارای کریستال هایی به شکل مکعب، زاج به شکل هشت وجهی، نیترات سدیم به شکل منشور است.

شکل کریستالی یک ماده پایدارترین شکل آن است. آرایش ذرات در یک جسم جامد به صورت شبکه ای به تصویر کشیده شده است که در گره های آن ذرات خاصی با خطوط خیالی به هم متصل شده اند. چهار نوع اصلی شبکه کریستالی وجود دارد: اتمی، مولکولی، یونی و فلزی.

شبکه کریستال اتمیتوسط اتم های خنثی که توسط پیوندهای کووالانسی (الماس، گرافیت، سیلیکون) به هم متصل شده اند، تشکیل شده است. شبکه کریستالی مولکولینفتالین، ساکارز، گلوکز دارند. عناصر ساختاری این شبکه مولکول های قطبی و غیر قطبی هستند. شبکه کریستالی یونیاین توسط یون های دارای بار مثبت و منفی (کلرید سدیم، کلرید پتاسیم) که به طور منظم در فضا متناوب می شوند، تشکیل می شود. همه فلزات دارای یک شبکه کریستالی فلزی هستند. در گره های آن یون هایی با بار مثبت وجود دارد که بین آنها الکترون هایی در حالت آزاد وجود دارد.

مواد کریستالی دارای تعدادی ویژگی هستند. یکی از آنها ناهمسانگردی است - ϶ᴛᴏ عدم تشابه خواص فیزیکی یک کریستال در جهات مختلف در داخل کریستال.

2. در حالت مایع ماده، انرژی برهمکنش بین مولکولی ذرات با انرژی جنبشی حرکت آنها متناسب است. این حالت حد واسط بین گازی و کریستالی است. بر خلاف گازها، نیروهای زیادی از جاذبه متقابل بین مولکول های مایع عمل می کنند که ماهیت حرکت مولکولی را تعیین می کند. حرکت حرارتی یک مولکول مایع شامل ارتعاش و انتقال است. هر مولکول برای مدتی حول نقطه تعادل خاصی نوسان می کند و سپس حرکت می کند و دوباره موقعیت تعادلی را اشغال می کند. این سیال بودن آن را تعیین می کند. نیروهای جاذبه بین مولکولی اجازه نمی دهد مولکول ها در طول حرکت خود از یکدیگر دور شوند.

خواص مایعات به حجم مولکول ها و شکل سطح آنها نیز بستگی دارد. اگر مولکول های مایع قطبی باشند، آنگاه با هم ترکیب می شوند و به یک کمپلکس پیچیده تبدیل می شوند. چنین مایعاتی همراه (آب، استون، الکل) نامیده می شوند. Oʜᴎ دارای t kip بالاتر، فراریت کمتر، ثابت دی الکتریک بالاتر است.

همانطور که می دانید مایعات کشش سطحی دارند. کشش سطحی- ϶ᴛᴏ انرژی سطح در واحد سطح: ϭ = E/S، که ϭ کشش سطحی است. E انرژی سطحی است. S مساحت سطح است. هرچه پیوندهای بین مولکولی در یک مایع قوی تر باشد، کشش سطحی آن بیشتر است. موادی که کشش سطحی را کاهش می دهند سورفکتانت نامیده می شوند.

خاصیت دیگر مایعات ویسکوزیته است. ویسکوزیته - ϶ᴛᴏ مقاومتی است که زمانی رخ می دهد که برخی از لایه های یک مایع نسبت به بقیه در هنگام حرکت حرکت می کنند. برخی از مایعات ویسکوزیته بالایی دارند (عسل، کوچک)، در حالی که برخی دیگر (آب، الکل اتیلیک) کم هستند.

3. در حالت گازی ماده، انرژی برهمکنش بین مولکولی ذرات کمتر از انرژی جنبشی آنهاست. به همین دلیل، مولکول های گاز در کنار هم قرار نمی گیرند، بلکه آزادانه در حجم حرکت می کنند. گازها با ویژگی های زیر مشخص می شوند: 1) توزیع یکنواخت در کل حجم ظرفی که در آن قرار دارند. 2) چگالی کم در مقایسه با مایعات و جامدات. 3) تراکم پذیری آسان

در یک گاز، مولکول ها در فاصله بسیار زیادی از یکدیگر قرار دارند، نیروهای جاذبه بین آنها کم است. در فواصل زیاد بین مولکول ها، این نیروها عملاً وجود ندارند. گاز در این حالت ایده آل نامیده می شود. گازهای واقعی در فشارهای بالا و دماهای پایین از معادله حالت یک گاز ایده آل (معادله مندلیف-کلاپیرون) تبعیت نمی کنند، زیرا در این شرایط نیروهای برهمکنش بین مولکول ها شروع به آشکار شدن می کنند.

همه مواد می توانند در حالت های مختلف تجمع باشند - جامد، مایع، گاز و پلاسما. در دوران باستان اعتقاد بر این بود: جهان از خاک، آب، هوا و آتش تشکیل شده است. حالات مجموع مواد با این تقسیم بصری مطابقت دارد. تجربه نشان می دهد که مرزهای بین حالت های کل بسیار دلخواه است. گازها در فشارهای پایین و دماهای پایین ایده آل در نظر گرفته می شوند، مولکول های موجود در آنها با نقاط مادی مطابقت دارند که فقط طبق قوانین برخورد الاستیک می توانند با هم برخورد کنند. نیروهای برهمکنش بین مولکول ها در لحظه برخورد ناچیز است، خود برخورد بدون از دست دادن انرژی مکانیکی رخ می دهد. اما با افزایش فاصله بین مولکول ها، برهمکنش مولکول ها نیز باید در نظر گرفته شود. این فعل و انفعالات شروع به تأثیرگذاری بر انتقال از حالت گازی به مایع یا جامد می کنند. انواع مختلفی از فعل و انفعالات می تواند بین مولکول ها رخ دهد.

نیروهای برهمکنش بین مولکولی اشباع ندارند و با نیروهای برهمکنش شیمیایی اتم ها متفاوت است و منجر به تشکیل مولکول ها می شود. آنها می توانند در هنگام تعامل بین ذرات باردار الکترواستاتیک باشند. تجربه نشان داده است که برهمکنش مکانیکی کوانتومی که به فاصله و جهت گیری متقابل مولکول ها بستگی دارد، در فواصل بین مولکول های بیش از 9-10 متر ناچیز است. انرژی تعامل عملاً صفر است. در فواصل کوچک، این انرژی کوچک است، در , نیروهای جاذبه متقابل عمل می کنند

در - دافعه و نیروی متقابل

جاذبه و دافعه مولکول ها متعادل است و F= 0. در اینجا نیروها از طریق ارتباط آنها با انرژی پتانسیل تعیین می شوند.اما ذرات حرکت می کنند و ذخیره خاصی از انرژی جنبشی دارند.

گی بگذارید یک مولکول بی حرکت باشد و دیگری با داشتن چنین منبع انرژی با آن برخورد کند. هنگامی که مولکول ها به یکدیگر نزدیک می شوند، نیروهای جاذبه کار مثبت انجام می دهند و انرژی پتانسیل برهمکنش آنها تا فاصله ای کاهش می یابد و در عین حال انرژی جنبشی (و سرعت) افزایش می یابد. هنگامی که فاصله کمتر شود، نیروهای جاذبه با نیروهای دافعه جایگزین می شوند. کار انجام شده توسط مولکول در برابر این نیروها منفی است.

مولکول تا زمانی که انرژی جنبشی آن به طور کامل به پتانسیل تبدیل شود به مولکول بی حرکت نزدیک می شود. حداقل فاصله د،کدام مولکول ها می توانند به یکدیگر نزدیک شوند نامیده می شود قطر مولکولی موثرپس از توقف، مولکول تحت تأثیر نیروهای دافعه با افزایش سرعت شروع به دور شدن می کند. پس از گذراندن مجدد مسافت، مولکول به منطقه نیروهای جاذبه می افتد که سرعت حذف آن را کاهش می دهد. قطر موثر به ذخیره اولیه انرژی جنبشی بستگی دارد، یعنی. این مقدار ثابت نیست در فواصل مساوی با انرژی پتانسیل برهمکنش، دارای یک مقدار بی‌نهایت بزرگ یا «موانع» است که از نزدیک شدن مراکز مولکول‌ها در فاصله کوتاه‌تر جلوگیری می‌کند. نسبت میانگین انرژی پتانسیل تعامل به میانگین انرژی جنبشی وضعیت تجمع یک ماده را تعیین می کند: برای گازها برای مایعات، برای جامدات.

محیط های متراکم مایع و جامد هستند. در آنها، اتم ها و مولکول ها نزدیک و تقریباً لمس کننده قرار دارند. میانگین فاصله بین مراکز مولکول ها در مایعات و جامدات در حدود (5-2) 10-10 متر است و چگالی آنها تقریباً یکسان است. فواصل بین اتمی بیش از فواصلی است که ابرهای الکترونی در آن به یکدیگر نفوذ می کنند، به طوری که نیروهای دافعه ایجاد می شود. برای مقایسه، در گازها در شرایط عادی، میانگین فاصله بین مولکول ها حدود 33 10-10 متر است.

که در مایعاتبرهمکنش بین مولکولی بارزتر است، حرکت حرارتی مولکول ها خود را در نوسانات ضعیف در اطراف موقعیت تعادل نشان می دهد و حتی از یک موقعیت به موقعیت دیگر می پرد. بنابراین، آنها فقط نظم کوتاه بردی در آرایش ذرات دارند، یعنی ثبات در آرایش تنها نزدیکترین ذرات، و سیالیت مشخصه.

مواد جامدبا سفتی ساختار مشخص می شوند، حجم و شکل دقیقی دارند که تحت تأثیر دما و فشار بسیار کمتر تغییر می کنند. در جامدات، حالت های آمورف و کریستالی امکان پذیر است. مواد واسطه ای نیز وجود دارد - کریستال های مایع. اما اتم های موجود در جامدات آنطور که ممکن است تصور شود اصلاً بی حرکت نیستند. هر یک از آنها تحت تأثیر نیروهای الاستیکی که بین همسایگان ایجاد می شود همیشه در نوسان است. بیشتر عناصر و ترکیبات ساختار بلوری زیر میکروسکوپ دارند.

بنابراین، دانه های نمک مانند مکعب های ایده آل به نظر می رسند. در کریستال ها، اتم ها در گره های شبکه بلوری ثابت هستند و فقط می توانند در نزدیکی گره های شبکه ارتعاش کنند. کریستال ها جامدات واقعی را تشکیل می دهند و جامداتی مانند پلاستیک یا آسفالت، به طور معمول، یک موقعیت میانی بین جامدات و مایعات را اشغال می کنند. جسم بی شکل، مانند مایع، دارای نظم کوتاه برد است، اما احتمال پرش کم است. بنابراین، شیشه را می توان به عنوان یک مایع فوق خنک در نظر گرفت که ویسکوزیته آن افزایش یافته است. کریستال های مایع سیالیت مایعات را دارند، اما نظم آرایش اتم ها را حفظ می کنند و خواص ناهمسانگردی دارند.

پیوندهای شیمیایی اتم ها (و تقریباً در داخل) در کریستال ها مانند مولکول ها است. ساختار و سفتی جامدات با تفاوت نیروهای الکترواستاتیکی که اتم‌های سازنده بدن را به هم متصل می‌کنند، تعیین می‌شود. مکانیسمی که اتم ها را به مولکول ها متصل می کند می تواند منجر به تشکیل ساختارهای تناوبی جامد شود که می توانند به عنوان ماکرومولکول در نظر گرفته شوند. مانند مولکول های یونی و کووالانسی، کریستال های یونی و کووالانسی نیز وجود دارد. شبکه های یونی در کریستال ها توسط پیوندهای یونی به هم متصل می شوند (شکل 7.1 را ببینید). ساختار نمک خوراکی به گونه ای است که هر یون سدیم شش همسایه دارد - یون کلرید. این توزیع مربوط به حداقل انرژی است، یعنی وقتی چنین پیکربندی شکل می‌گیرد، حداکثر انرژی آزاد می‌شود. بنابراین، با کاهش دما به زیر نقطه ذوب، تمایل به تشکیل کریستال های خالص مشاهده می شود. با افزایش دما، انرژی جنبشی حرارتی برای شکستن پیوند کافی است، کریستال شروع به ذوب شدن می کند و ساختار فرو می ریزد. پلی مورفیسم کریستالی توانایی تشکیل حالت هایی با ساختارهای کریستالی مختلف است.

هنگامی که توزیع بار الکتریکی در اتم های خنثی تغییر می کند، یک برهمکنش ضعیف بین همسایگان می تواند رخ دهد. این پیوند را پیوند مولکولی یا واندروالسی می نامند (مانند مولکول هیدروژن). اما نیروهای جاذبه الکترواستاتیکی نیز می‌توانند بین اتم‌های خنثی به وجود بیایند، سپس هیچ گونه بازآرایی در لایه‌های الکترونی اتم‌ها رخ نمی‌دهد. دافعه متقابل در طول نزدیک شدن به پوسته های الکترونی، مرکز ثقل بارهای منفی را نسبت به بارهای مثبت تغییر می دهد. هر یک از اتم ها یک دوقطبی الکتریکی را در دیگری القا می کند و این منجر به جذب آنها می شود. این عمل نیروهای بین مولکولی یا نیروهای واندروالس است که شعاع عمل زیادی دارند.

از آنجایی که اتم هیدروژن بسیار کوچک است و الکترون آن به راحتی جابجا می شود، اغلب به طور همزمان به دو اتم جذب می شود و یک پیوند هیدروژنی تشکیل می دهد. پیوند هیدروژنی همچنین مسئول برهمکنش مولکول های آب با یکدیگر است. بسیاری از خواص منحصر به فرد آب و یخ را توضیح می دهد (شکل 7.4).

پیوند کووالانسی(یا اتمی) به دلیل تعامل داخلی اتم های خنثی به دست می آید. نمونه ای از چنین پیوندی، پیوند موجود در مولکول متان است. شکل بسیار پیوند خورده کربن الماس است (چهار اتم هیدروژن با چهار اتم کربن جایگزین می شود).

بنابراین، کربن که بر روی یک پیوند کووالانسی ساخته شده است، کریستالی را به شکل الماس تشکیل می دهد. هر اتم توسط چهار اتم احاطه شده است که یک چهار وجهی منظم را تشکیل می دهند. اما هر یک از آنها به طور همزمان راس چهار وجهی همسایه است. در شرایط دیگر، همان اتم‌های کربن متبلور می‌شوند گرافیتدر گرافیت، آنها همچنین توسط پیوندهای اتمی به هم متصل می شوند، اما صفحاتی از سلول های لانه زنبوری شش ضلعی را تشکیل می دهند که قادر به برش هستند. فاصله بین اتم های واقع در راس شش ضلعی ها 0.142 نانومتر است. لایه ها در فاصله 0.335 نانومتر قرار دارند، یعنی. پیوند ضعیفی دارد، بنابراین گرافیت پلاستیکی و نرم است (شکل 7.5). در سال 1990، رونق کار تحقیقاتی به دلیل پیامی در مورد دریافت یک ماده جدید رخ داد - فولریت،متشکل از مولکول های کربن - فولرن ها. این شکل از کربن مولکولی است. کوچکترین عنصر یک اتم نیست، بلکه یک مولکول است. نام آن از معمار آر. فولر گرفته شده است که در سال 1954 حق ثبت اختراع ساخت سازه ها را از شش ضلعی ها و پنج ضلعی هایی که یک نیمکره را تشکیل می دهند، دریافت کرد. مولکول از 60 اتم های کربن با قطر 0.71 نانومتر در سال 1985 کشف شد، سپس مولکول ها و غیره کشف شد. همه آنها سطوح ثابتی داشتند،

اما مولکول های C 60 و با 70 . منطقی است که فرض کنیم از گرافیت به عنوان ماده اولیه برای سنتز فولرن ها استفاده می شود. اگر چنین است، شعاع قطعه شش ضلعی باید 0.37 نانومتر باشد. اما معلوم شد که برابر با 0.357 نانومتر است. این تفاوت 2 درصدی به این دلیل است که اتم های کربن روی سطح کروی در راس 20 شش ضلعی منظم به ارث رسیده از گرافیت و 12 پنج ضلعی منظم قرار دارند. طراحی شبیه توپ فوتبال است. معلوم می شود که هنگام "دوختن" به یک کره بسته، برخی از شش ضلعی های مسطح تبدیل به پنج وجهی می شوند. در دمای اتاق، مولکول های C 60 به ساختاری متراکم می شوند که در آن هر مولکول دارای 12 همسایه است که با فاصله 0.3 نانومتر از هم فاصله دارند. در تی= 349 K، یک انتقال فاز مرتبه اول رخ می دهد - شبکه به یک مکعب بازآرایی می شود. کریستال خود یک نیمه رسانا است، اما زمانی که یک فلز قلیایی به یک فیلم کریستالی C 60 اضافه می شود، ابررسانایی در دمای 19 کلوین رخ می دهد. اگر یک یا آن اتم به این مولکول توخالی وارد شود، می توان از آن به عنوان پایه ای برای ایجاد یک رسانه ذخیره سازی با چگالی اطلاعات فوق العاده بالا: چگالی ضبط به 4-10 12 بیت بر سانتی متر مربع می رسد. برای مقایسه، یک فیلم از مواد فرومغناطیسی چگالی ضبط مرتبه 10 7 بیت / سانتی متر مربع، و دیسک های نوری، یعنی. تکنولوژی لیزر، - 10 8 بیت / سانتی متر مربع. این کربن خواص منحصر به فرد دیگری نیز دارد که در پزشکی و فارماکولوژی از اهمیت ویژه ای برخوردار است.

خود را در کریستال های فلزی نشان می دهد پیوند فلزی،زمانی که تمام اتم های یک فلز الکترون های ظرفیت خود را "برای استفاده جمعی" اهدا می کنند. آنها ضعیف به هسته های اتمی متصل هستند و می توانند آزادانه در امتداد شبکه کریستالی حرکت کنند. حدود 2/5 از عناصر شیمیایی فلزات هستند. در فلزات (به جز جیوه) زمانی پیوند ایجاد می شود که اوربیتال های خالی اتم های فلز با یکدیگر همپوشانی داشته باشند و الکترون ها به دلیل تشکیل شبکه کریستالی جدا شوند. به نظر می رسد که کاتیون های شبکه در گاز الکترون پوشانده شده اند. پیوند فلزی زمانی رخ می دهد که اتم ها در فاصله ای کمتر از اندازه ابر الکترونی بیرونی به یکدیگر نزدیک شوند. با این پیکربندی (اصل پائولی)، انرژی الکترون‌های خارجی افزایش می‌یابد، و هسته‌های همسایه‌ها شروع به جذب این الکترون‌های خارجی می‌کنند، ابرهای الکترونی را تار می‌کنند، آنها را به طور مساوی روی فلز توزیع می‌کنند و به گاز الکترونی تبدیل می‌کنند. به این ترتیب الکترون های رسانایی به وجود می آیند که رسانایی الکتریکی بالای فلزات را توضیح می دهند. در بلورهای یونی و کووالانسی، الکترون‌های بیرونی عملاً به هم متصل هستند و رسانایی این جامدات بسیار کم است. عایق ها

انرژی درونی مایعات با مجموع انرژی‌های درونی زیرسیستم‌های ماکروسکوپی که می‌توان آن را از نظر ذهنی به آن‌ها تقسیم کرد و انرژی‌های متقابل این زیرسیستم‌ها تعیین می‌شود. برهمکنش از طریق نیروهای مولکولی با برد حدود 9-10 متر انجام می شود. برای ماکروسیستم ها، انرژی برهمکنش متناسب با سطح تماس است، بنابراین مانند کسر لایه سطحی کوچک است، اما این ضروری نیست. انرژی سطحی نامیده می شود و باید در مسائل مربوط به کشش سطحی مورد توجه قرار گیرد. به طور معمول، مایعات حجم بیشتری را با وزن مساوی اشغال می کنند، یعنی چگالی کمتری دارند. اما چرا حجم یخ و بیسموت با ذوب شدن کاهش می یابد و حتی پس از نقطه ذوب این روند را برای مدتی حفظ می کند؟ به نظر می رسد که این مواد در حالت مایع متراکم تر هستند.

در یک مایع، هر اتم توسط همسایگانش اثر می گذارد و در چاه پتانسیل ناهمسانگردی که آنها ایجاد می کنند، نوسان می کند. برخلاف بدن جامد، این چاه عمیق نیست، زیرا همسایگان دور تقریباً هیچ تأثیری ندارند. نزدیکترین محیط ذرات در مایع تغییر می کند، یعنی مایع جریان می یابد. وقتی به دمای معینی رسید، مایع به جوش می‌آید و در هنگام جوشیدن، دما ثابت می‌ماند. انرژی دریافتی صرف شکستن پیوندها می شود و هنگامی که به طور کامل شکسته می شوند، مایع به گاز تبدیل می شود.

چگالی مایعات بسیار بیشتر از چگالی گازها در فشارها و دماهای یکسان است. بنابراین، حجم آب در زمان جوش تنها 1/1600 حجم همان جرم بخار آب است. حجم مایع بستگی کمی به فشار و دما دارد. در شرایط عادی (20 درجه سانتیگراد و فشار 105/1013 پاسکال)، آب حجمی معادل 1 لیتر را اشغال می کند. با کاهش دما به 10 درجه سانتیگراد، حجم تنها 0.0021 کاهش می یابد، با افزایش فشار - ضریب دو.

اگرچه هنوز هیچ مدل ایده آل ساده ای از یک مایع وجود ندارد، ریزساختار آن به اندازه کافی مورد مطالعه قرار گرفته است و توضیح کیفی بسیاری از خواص ماکروسکوپی آن را ممکن می سازد. گالیله متوجه این واقعیت شد که پیوستگی مولکول ها در مایعات ضعیف تر از جامدات است. او تعجب کرد که قطرات بزرگ آب روی برگ های کلم جمع می شود و روی برگ پخش نمی شود. قطرات جیوه یا آب ریخته شده روی یک سطح چرب به دلیل چسبندگی به شکل گلوله های کوچک در می آیند. هنگامی که مولکول های یک ماده به مولکول های یک ماده دیگر جذب می شود، به آن می گویند خیس شدن،به عنوان مثال، چسب و چوب، روغن و فلز (با وجود فشار زیاد، روغن در یاتاقان ها حفظ می شود). اما آب در لوله‌های نازکی که مویرگ‌ها نامیده می‌شوند بالا می‌آید و هرچه بالاتر می‌رود، لوله نازک‌تر می‌شود. هیچ توضیحی جز اثر خیس شدن آب و لیوان نمی تواند داشته باشد. نیروهای خیس کننده بین شیشه و آب بیشتر از بین مولکول های آب است. با جیوه، اثر معکوس می شود: خیس شدن جیوه و شیشه ضعیف تر از نیروهای منسجم بین اتم های جیوه است. گالیله متوجه شد که یک سوزن روغنی می تواند روی آب شناور باشد، اگرچه این با قانون ارشمیدس در تضاد است. وقتی سوزن شناور شد،

اما متوجه یک انحراف جزئی در سطح آب شوید که به طور معمول تمایل به صاف شدن دارد. نیروهای انسجام بین مولکول های آب برای جلوگیری از افتادن سوزن در آب کافی است. لایه سطحی، مانند یک فیلم، از آب محافظت می کند، این است کشش سطحی،که تمایل دارد به شکل آب کوچکترین سطح - کروی را بدهد. اما سوزن دیگر روی سطح الکل شناور نخواهد بود، زیرا وقتی الکل به آب اضافه می شود، کشش سطحی کاهش می یابد و سوزن فرو می رود. صابون همچنین کشش سطحی را کاهش می‌دهد، بنابراین کف صابون داغ که به شکاف‌ها و شکاف‌ها نفوذ می‌کند، برای از بین بردن کثیفی، به‌ویژه چربی‌ها، بهتر است، در حالی که آب خالص به سادگی به صورت قطرات جمع می‌شود.

پلاسما چهارمین حالت تجمعی ماده است که گازی از مجموعه ای از ذرات باردار است که در فواصل زیاد برهم کنش دارند. در این حالت، تعداد بارهای مثبت و منفی تقریباً برابر است، به طوری که پلاسما از نظر الکتریکی خنثی است. از میان چهار عنصر، پلاسما مربوط به آتش است. برای تبدیل یک گاز به حالت پلاسما، لازم است یونیزه کردنالکترون ها را از اتم ها جدا می کند. یونیزاسیون را می توان با گرم کردن، با عمل تخلیه الکتریکی یا با تشعشع سخت انجام داد. ماده در جهان عمدتاً در حالت یونیزه است. در ستارگان، یونیزاسیون به صورت حرارتی، در سحابی‌های کمیاب و گازهای بین ستاره‌ای، توسط تابش فرابنفش ستاره‌ها ایجاد می‌شود. خورشید ما نیز از پلاسما تشکیل شده است، تابش آن لایه های بالایی جو زمین را یونیزه می کند، به نام یون کره،امکان ارتباط رادیویی دوربرد بستگی به شرایط آن دارد. در شرایط زمینی، پلاسما نادر است - در لامپ های فلورسنت یا در قوس الکتریکی. در آزمایشگاه ها و فناوری، پلاسما اغلب توسط تخلیه الکتریکی تولید می شود. در طبیعت، این کار توسط رعد و برق انجام می شود. در طول یونیزاسیون توسط تخلیه، بهمن های الکترونی شبیه به فرآیند یک واکنش زنجیره ای به وجود می آیند. برای به دست آوردن انرژی گرما هسته ای، از روش تزریق استفاده می شود: یون های گازی که با سرعت های بسیار بالا شتاب می گیرند به تله های مغناطیسی تزریق می شوند، الکترون ها را از محیط جذب می کنند و پلاسما را تشکیل می دهند. یونیزاسیون فشار نیز استفاده می شود - امواج ضربه ای. این روش یونیزاسیون در ستارگان فوق متراکم و احتمالاً در هسته زمین یافت می شود.

هر نیرویی که بر یون ها و الکترون ها وارد شود باعث ایجاد جریان الکتریکی می شود. اگر به میدان های خارجی متصل نباشد و در داخل پلاسما بسته نباشد، پلاریزه می شود. پلاسما از قوانین گاز تبعیت می کند، اما زمانی که یک میدان مغناطیسی اعمال می شود، که حرکت ذرات باردار را تنظیم می کند، خواصی از خود نشان می دهد که برای یک گاز کاملاً غیرعادی است. در یک میدان مغناطیسی قوی، ذرات شروع به چرخش در اطراف خطوط نیرو می کنند و در امتداد میدان مغناطیسی آزادانه حرکت می کنند. گفته می شود که این حرکت مارپیچ ساختار خطوط میدان را جابجا می کند و میدان به داخل پلاسما "یخ زده" می شود. پلاسمای کمیاب توسط سیستمی از ذرات توصیف می شود، در حالی که پلاسمای متراکم تر توسط یک مدل مایع توصیف می شود.

رسانایی الکتریکی بالای پلاسما تفاوت اصلی آن با گاز است. رسانایی پلاسمای سرد در سطح خورشید (0.8 10 -19 J) به رسانایی فلزات می رسد و در دمای گرما هسته ای (1.6 10-15 J) پلاسمای هیدروژن 20 برابر بهتر از مس در شرایط عادی جریان را هدایت می کند. از آنجایی که پلاسما قادر به هدایت جریان است، مدل مایع رسانا اغلب برای آن اعمال می شود. این یک محیط پیوسته در نظر گرفته می شود، اگرچه تراکم پذیری آن را از یک مایع معمولی متمایز می کند، اما این تفاوت فقط در جریان هایی که سرعت آنها بیشتر از سرعت صوت است آشکار می شود. رفتار یک سیال رسانا در علمی به نام بررسی می شود هیدرودینامیک مغناطیسیدر فضا، هر پلاسما یک رسانای ایده آل است و قوانین میدان یخ زده به طور گسترده ای استفاده می شود. مدل یک سیال رسانا درک مکانیسم محصور شدن پلاسما توسط یک میدان مغناطیسی را ممکن می سازد. بنابراین، جریان های پلاسما از خورشید خارج می شوند و جو زمین را تحت تأثیر قرار می دهند. جریان به خودی خود میدان مغناطیسی ندارد، اما طبق قانون انجماد، میدان خارجی نمی تواند به درون آن نفوذ کند. جریان های خورشیدی پلاسما میدان های مغناطیسی بین سیاره ای خارجی را از مجاورت خورشید بیرون می راند. یک حفره مغناطیسی ظاهر می شود، جایی که میدان ضعیف تر است. هنگامی که این جریان های پلاسمایی جسمی به زمین نزدیک می شوند، با میدان مغناطیسی زمین برخورد می کنند و طبق همان قانون مجبور می شوند در اطراف آن جریان پیدا کنند. به نظر می رسد نوعی غار است که در آن میدان مغناطیسی جمع آوری شده و جریان های پلاسما در آن نفوذ نمی کنند. ذرات باردار روی سطح آن جمع می شوند که توسط موشک ها و ماهواره ها شناسایی شدند - این کمربند تشعشع بیرونی زمین است. این ایده ها همچنین در حل مشکلات محصور شدن پلاسما توسط یک میدان مغناطیسی در دستگاه های خاص - توکامک (از مخفف کلمات: محفظه حلقوی، آهنربا) استفاده شد. با وجود پلاسمای کاملاً یونیزه شده در این سیستم‌ها و سایر سیستم‌ها، امیدها برای به دست آوردن یک واکنش گرما هسته‌ای کنترل‌شده در زمین بسته شده است. این یک منبع انرژی پاک و ارزان (آب دریا) را فراهم می کند. همچنین کار برای به دست آوردن و حفظ پلاسما با استفاده از تابش لیزر متمرکز در حال انجام است.