Toutes les substances peuvent être dans différents états d'agrégation : solide, liquide, gazeux et plasma. Dans les temps anciens, on croyait que le monde était composé de terre, d’eau, d’air et de feu. Les états agrégés des substances correspondent à cette division visuelle. L'expérience montre que les frontières entre les états d'agrégation sont très arbitraires. Les gaz à basse pression et basse température sont considérés comme idéaux ; les molécules qu'ils contiennent correspondent à des points matériels qui ne peuvent entrer en collision que selon les lois de l'impact élastique. Les forces d'interaction entre les molécules au moment de l'impact sont négligeables et les collisions elles-mêmes se produisent sans perte d'énergie mécanique. Mais à mesure que la distance entre les molécules augmente, l’interaction des molécules doit également être prise en compte. Ces interactions commencent à affecter la transition d’un état gazeux à un état liquide ou solide. Différents types d'interactions peuvent se produire entre les molécules.

Les forces d'interaction intermoléculaire ne sont pas saturables, contrairement aux forces d'interaction chimique des atomes, conduisant à la formation de molécules. Ils peuvent être électrostatiques en raison des interactions entre particules chargées. L'expérience a montré que l'interaction mécanique quantique, qui dépend de la distance et de l'orientation mutuelle des molécules, est négligeable à des distances entre molécules supérieures à 10 -9 M. Dans les gaz raréfiés, elle peut être négligée ou on peut supposer que l'énergie potentielle d'interaction est pratiquement égal à zéro. Sur de courtes distances, cette énergie est faible et des forces d'attraction mutuelle agissent

à - répulsion et force mutuelles

l'attraction et la répulsion des molécules sont équilibrées et F= 0. Ici, les forces sont déterminées par leur lien avec l'énergie potentielle. Mais les particules se déplacent, possédant une certaine réserve d'énergie cinétique.

gii. Laissez une molécule être immobile et une autre entre en collision avec elle, disposant d'une telle réserve d'énergie. À mesure que les molécules se rapprochent, les forces d'attraction effectuent un travail positif et l'énergie potentielle de leur interaction diminue à mesure que l'on s'éloigne, tandis que l'énergie cinétique (et la vitesse) augmente. Lorsque la distance diminue, les forces attractives seront remplacées par des forces répulsives. Le travail effectué par la molécule contre ces forces est négatif.

La molécule se rapprochera d'une molécule stationnaire jusqu'à ce que son énergie cinétique soit complètement convertie en potentiel. Distance minimale d, la distance à laquelle les molécules peuvent s'approcher s'appelle diamètre effectif de la molécule. Après l'arrêt, la molécule commencera à s'éloigner sous l'influence de forces répulsives à une vitesse croissante. Après avoir parcouru à nouveau la distance, la molécule tombera dans la région des forces attractives, ce qui ralentira son élimination. Le diamètre effectif dépend de la réserve initiale d'énergie cinétique, c'est-à-dire cette valeur n'est pas constante. À distances égales, l'énergie potentielle d'interaction a une valeur infiniment grande ou une « barrière » qui empêche les centres des molécules de s'approcher d'une distance plus petite. Le rapport de l'énergie d'interaction potentielle moyenne à l'énergie cinétique moyenne détermine l'état d'agrégation d'une substance : pour les gaz, pour les liquides, pour les solides

La matière condensée comprend les liquides et les solides. En eux, les atomes et les molécules sont proches, presque en contact. La distance moyenne entre les centres des molécules dans les liquides et les solides est de l'ordre de (2 -5) 10 -10 m. Leurs densités sont également approximativement les mêmes. Les distances interatomiques dépassent tellement les distances auxquelles les nuages ​​d’électrons se pénètrent que des forces répulsives apparaissent. A titre de comparaison, dans les gaz, dans des conditions normales, la distance moyenne entre les molécules est d'environ 33 10 -10 m.

DANS liquides l'interaction intermoléculaire a un effet plus fort, le mouvement thermique des molécules se manifeste par de faibles vibrations autour de la position d'équilibre et saute même d'une position à une autre. Par conséquent, ils n’ont qu’un ordre à courte portée dans l’arrangement des particules, c’est-à-dire une cohérence dans l’arrangement des particules les plus proches uniquement et une fluidité caractéristique.

Solides Ils se caractérisent par une rigidité structurelle, ont un volume et une forme précisément définis, qui changent beaucoup moins sous l'influence de la température et de la pression. Dans les solides, des états amorphes et cristallins sont possibles. Il existe également des substances intermédiaires - les cristaux liquides. Mais les atomes des solides ne sont pas du tout stationnaires, comme on pourrait le penser. Chacun d'eux fluctue en permanence sous l'influence de forces élastiques intervenant entre ses voisins. La plupart des éléments et composés ont une structure cristalline au microscope.

Ainsi, les grains de sel de table ressemblent à des cubes parfaits. Dans les cristaux, les atomes sont fixés aux sites du réseau cristallin et ne peuvent vibrer qu'à proximité des sites du réseau. Les cristaux constituent de véritables solides, et les solides comme le plastique ou l'asphalte occupent une position intermédiaire entre les solides et les liquides. Un corps amorphe, comme un liquide, a un ordre à courte portée, mais la probabilité de sauts est faible. Ainsi, le verre peut être considéré comme un liquide surfondu avec une viscosité accrue. Les cristaux liquides ont la fluidité des liquides, mais conservent la disposition ordonnée des atomes et ont des propriétés anisotropes.

Les liaisons chimiques des atomes (et environ) dans les cristaux sont les mêmes que dans les molécules. La structure et la rigidité des solides sont déterminées par les différences dans les forces électrostatiques qui lient les atomes qui composent le corps. Le mécanisme qui lie les atomes en molécules peut conduire à la formation de structures périodiques solides qui peuvent être considérées comme des macromolécules. Comme les molécules ioniques et covalentes, il existe des cristaux ioniques et covalents. Les réseaux ioniques des cristaux sont maintenus ensemble par des liaisons ioniques (voir Fig. 7.1). La structure du sel de table est telle que chaque ion sodium a six voisins : les ions chlore. Cette répartition correspond à une énergie minimale, c'est-à-dire que lorsqu'une telle configuration est formée, l'énergie maximale est libérée. Par conséquent, lorsque la température descend en dessous du point de fusion, des cristaux purs ont tendance à se former. À mesure que la température augmente, l’énergie cinétique thermique est suffisante pour rompre la liaison, le cristal commencera à fondre et la structure commencera à s’effondrer. Le polymorphisme cristallin est la capacité de former des états avec des structures cristallines différentes.

Lorsque la répartition de la charge électrique dans les atomes neutres change, de faibles interactions entre voisins peuvent se produire. Cette liaison est appelée moléculaire ou van der Waals (comme dans une molécule d'hydrogène). Mais des forces d'attraction électrostatique peuvent également apparaître entre des atomes neutres, aucun réarrangement ne se produit alors dans les coques électroniques des atomes. La répulsion mutuelle lorsque les couches électroniques se rapprochent déplace le centre de gravité des charges négatives par rapport aux charges positives. Chacun des atomes induit un dipôle électrique chez l’autre, ce qui conduit à leur attraction. Il s’agit de l’action de forces intermoléculaires ou forces de Van der Waals, qui ont un grand rayon d’action.

Parce qu’un atome d’hydrogène est si petit et que son électron peut être facilement déloger, il est souvent attiré par deux atomes à la fois, formant ainsi une liaison hydrogène. La liaison hydrogène est également responsable de l’interaction des molécules d’eau entre elles. Cela explique bon nombre des propriétés uniques de l’eau et de la glace (Fig. 7.4).

Une liaison covalente(ou atomique) est obtenu grâce à l'interaction interne d'atomes neutres. Un exemple d’une telle liaison est la liaison dans la molécule de méthane. La variété de carbone hautement liée est le diamant (quatre atomes d'hydrogène sont remplacés par quatre atomes de carbone).

Ainsi, le carbone, construit sur une liaison covalente, forme un cristal en forme de diamant. Chaque atome est entouré de quatre atomes formant un tétraèdre régulier. Mais chacun d’eux est aussi le sommet du tétraèdre voisin. Dans d’autres conditions, les mêmes atomes de carbone cristallisent en graphite. Dans le graphite, ils sont également reliés par des liaisons atomiques, mais forment des plans de cellules hexagonales en nid d'abeille capables de cisaillement. La distance entre les atomes situés aux sommets des hexaèdres est de 0,142 nm. Les couches sont situées à une distance de 0,335 nm, soit sont faiblement liés, le graphite est donc plastique et mou (Fig. 7.5). En 1990, la recherche a connu un essor provoqué par l'annonce de la découverte d'une nouvelle substance - fullérite, constitué de molécules de carbone - fullerènes. Cette forme de carbone est moléculaire, c'est-à-dire L'élément minimum n'est pas un atome, mais une molécule. Il porte le nom de l'architecte R. Fuller, qui a obtenu en 1954 un brevet pour la construction de structures constituées d'hexagones et de pentagones constituant un hémisphère. Molécule de 60 des atomes de carbone d'un diamètre de 0,71 nm ont été découverts en 1985, puis des molécules ont été découvertes, etc. Ils avaient tous des surfaces stables,

mais les molécules les plus stables étaient C 60 et AVEC 70 . Il est logique de supposer que le graphite est utilisé comme matière première pour la synthèse des fullerènes. Si tel est le cas, le rayon du fragment hexagonal devrait être de 0,37 nm. Mais il s'est avéré qu'il était égal à 0,357 nm. Cette différence de 2% est due au fait que les atomes de carbone sont situés sur une surface sphérique aux sommets de 20 hexaèdres réguliers hérités du graphite et de 12 pentaèdres réguliers, soit Le design ressemble à un ballon de football. Il s'avère que lorsqu'ils sont « cousus » dans une sphère fermée, certains des hexaèdres plats se sont transformés en pentaèdres. À température ambiante, les molécules C60 se condensent en une structure dans laquelle chaque molécule a 12 voisines espacées de 0,3 nm. À T= 349 K, une transition de phase du premier ordre se produit - le réseau est réorganisé en un réseau cubique. Le cristal lui-même est un semi-conducteur, mais lorsqu'un métal alcalin est ajouté au film cristallin C 60, la supraconductivité se produit à une température de 19 K. Si l'un ou l'autre atome est introduit dans cette molécule creuse, il peut être utilisé comme base pour créer un support de stockage avec une densité d'information ultra-élevée : la densité d'enregistrement atteindra 4-10 12 bits/cm 2 . A titre de comparaison, un film en matériau ferromagnétique donne une densité d'enregistrement de l'ordre de 10 7 bits/cm 2 et les disques optiques, soit technologie laser, - 10 8 bits/cm 2. Ce carbone possède également d’autres propriétés uniques, particulièrement importantes en médecine et en pharmacologie.

Se manifeste dans des cristaux métalliques connexion métallique, lorsque tous les atomes d’un métal abandonnent leurs électrons de valence « pour un usage collectif ». Ils sont faiblement liés aux squelettes atomiques et peuvent se déplacer librement le long du réseau cristallin. Environ 2/5 des éléments chimiques sont des métaux. Dans les métaux (à l'exception du mercure), une liaison se forme lorsque les orbitales vacantes des atomes métalliques se chevauchent et que les électrons sont éliminés en raison de la formation d'un réseau cristallin. Il s’avère que les cations du réseau sont enveloppés de gaz électronique. Une liaison métallique se produit lorsque les atomes se rassemblent à une distance inférieure à la taille du nuage d'électrons externes. Avec cette configuration (principe de Pauli), l'énergie des électrons externes augmente et les noyaux voisins commencent à attirer ces électrons externes, brouillant les nuages ​​​​d'électrons, les répartissant uniformément dans tout le métal et les transformant en un gaz d'électrons. C'est ainsi que naissent les électrons de conduction, qui expliquent la conductivité électrique élevée des métaux. Dans les cristaux ioniques et covalents, les électrons externes sont pratiquement liés et la conductivité de ces solides est très faible, on les appelle isolateurs.

L'énergie interne des liquides est déterminée par la somme des énergies internes des sous-systèmes macroscopiques en lesquels il peut être mentalement divisé, et des énergies d'interaction de ces sous-systèmes. L'interaction s'effectue grâce à des forces moléculaires avec un rayon d'action de l'ordre de 10 à 9 M. Pour les macrosystèmes, l'énergie d'interaction est proportionnelle à la surface de contact, elle est donc petite, comme la fraction de la couche superficielle, mais cela n'est pas nécessaire. C'est ce qu'on appelle l'énergie de surface et doit être prise en compte dans les problèmes impliquant la tension superficielle. En règle générale, les liquides occupent un volume plus grand à poids égal, c’est-à-dire qu’ils ont une densité plus faible. Mais pourquoi les volumes de glace et de bismuth diminuent-ils lors de la fonte et, même après le point de fusion, maintiennent-ils cette tendance pendant un certain temps ? Il s'avère que ces substances à l'état liquide sont plus denses.

Dans un liquide, chaque atome subit l’action de ses voisins et oscille à l’intérieur du puits de potentiel anisotrope qu’ils créent. Contrairement à un corps solide, ce trou est peu profond, puisque les voisins éloignés n’ont quasiment aucune influence. L'environnement immédiat des particules dans un liquide change, c'est-à-dire que le liquide s'écoule. Lorsqu'une certaine température est atteinte, le liquide bout ; pendant l'ébullition, la température reste constante. L'énergie entrante est dépensée pour rompre les liaisons et le liquide, une fois complètement brisé, se transforme en gaz.

Les densités des liquides sont bien supérieures aux densités des gaz aux mêmes pressions et températures. Ainsi, le volume d’eau à ébullition ne représente que 1/1600 du volume de la même masse de vapeur d’eau. Le volume de liquide dépend peu de la pression et de la température. Dans des conditions normales (20 °C et pression 1,013 10 5 Pa), l'eau occupe un volume de 1 litre. Lorsque la température descend jusqu'à 10 °C, le volume ne diminue que de 0,0021 et lorsque la pression augmente, il diminue de moitié.

Bien qu’il n’existe pas encore de modèle idéal simple d’un liquide, sa microstructure est suffisamment étudiée et permet d’expliquer qualitativement la plupart de ses propriétés macroscopiques. Le fait que dans les liquides la cohésion des molécules soit plus faible que dans un corps solide a été remarqué par Galilée ; Il a été surpris que de grosses gouttes d'eau s'accumulent sur les feuilles de chou et ne se répandent pas sur la feuille. Le mercure renversé ou les gouttes d'eau sur une surface grasse prennent la forme de petites boules en raison de l'adhérence. Si les molécules d’une substance sont attirées par les molécules d’une autre substance, on parle de mouiller, par exemple la colle et le bois, l'huile et le métal (malgré l'énorme pression, l'huile reste retenue dans les roulements). Mais l’eau monte dans des tubes minces appelés capillaires, et plus le tube est fin, plus il monte haut. Il ne peut y avoir d’autre explication que l’effet de mouiller l’eau et le verre. Les forces de mouillage entre le verre et l’eau sont plus importantes qu’entre les molécules d’eau. Avec le mercure, l'effet est inverse : le mouillage du mercure et du verre est plus faible que les forces d'adhésion entre atomes de mercure. Galilée a remarqué qu'une aiguille lubrifiée avec de la graisse pouvait flotter sur l'eau, bien que cela contredise la loi d'Archimède. Lorsque l'aiguille flotte, vous pouvez

mais remarquez une légère déviation de la surface de l’eau, essayant pour ainsi dire de se redresser. Les forces d'adhésion entre les molécules d'eau sont suffisantes pour empêcher l'aiguille de tomber dans l'eau. La couche superficielle protège l'eau comme un film, c'est tension superficielle, ce qui tend à donner à l'eau la forme la plus petite surface - sphérique. Mais l’aiguille ne flottera plus à la surface de l’alcool, car lorsque de l’alcool est ajouté à l’eau, la tension superficielle diminue et l’aiguille coule. Le savon réduit également la tension superficielle, de sorte que la mousse savonneuse chaude, pénétrant dans les fissures et les crevasses, élimine mieux la saleté, en particulier celles contenant de la graisse, alors que l'eau propre s'enroulerait simplement en gouttelettes.

Le plasma est le quatrième état de la matière, qui est un gaz constitué d'un ensemble de particules chargées interagissant sur de longues distances. Dans ce cas, le nombre de charges positives et négatives est approximativement égal, de sorte que le plasma est électriquement neutre. Des quatre éléments, le plasma correspond au feu. Pour transformer un gaz en plasma, il faut ioniser, retirer les électrons des atomes. L'ionisation peut être réalisée par chauffage, décharge électrique ou rayonnement dur. La matière dans l’Univers est principalement dans un état ionisé. Dans les étoiles, l'ionisation est provoquée thermiquement, dans les nébuleuses raréfiées et les gaz interstellaires, par le rayonnement ultraviolet des étoiles. Notre Soleil est également constitué de plasma ; son rayonnement ionise les couches supérieures de l'atmosphère terrestre, appelées ionosphère, la possibilité de communication radio longue distance dépend de son état. Dans des conditions terrestres, le plasma est rarement trouvé - dans les lampes fluorescentes ou dans un arc de soudage électrique. Dans les laboratoires et en technologie, le plasma est le plus souvent obtenu par décharge électrique. Dans la nature, c'est la foudre qui fait cela. Lors de l'ionisation par une décharge, des avalanches d'électrons se produisent, semblables à un processus de réaction en chaîne. Pour obtenir de l'énergie thermonucléaire, la méthode d'injection est utilisée : des ions gazeux accélérés à des vitesses très élevées sont injectés dans des pièges magnétiques, attirant les électrons de l'environnement et formant du plasma. L'ionisation par pression - ondes de choc - est également utilisée. Cette méthode d'ionisation se produit dans les étoiles super denses et éventuellement dans le noyau terrestre.

Toute force agissant sur les ions et les électrons provoque un courant électrique. S’il n’est pas couplé aux champs extérieurs et n’est pas enfermé à l’intérieur du plasma, il se polarise. Le plasma obéit aux lois des gaz, mais lorsqu'un champ magnétique est appliqué, qui régule le mouvement des particules chargées, il présente des propriétés totalement inhabituelles pour un gaz. Dans un champ magnétique puissant, les particules commencent à tourner autour des lignes de champ et se déplacent librement le long du champ magnétique. Ils disent que ce mouvement hélicoïdal déplace la structure des lignes de champ et que le champ est « gelé » dans le plasma. Le plasma raréfié est décrit par un système de particules, tandis que le plasma plus dense est décrit par un modèle liquide.

La conductivité électrique élevée du plasma constitue sa principale différence avec le gaz. La conductivité du plasma froid de la surface solaire (0,8 · 10 -19 J) atteint la conductivité des métaux, et à température thermonucléaire (1,6 · 10 -15 J) le plasma d'hydrogène conduit le courant 20 fois mieux que le cuivre dans des conditions normales. Le plasma étant capable de conduire du courant, le modèle d’un liquide conducteur lui est souvent appliqué. Il est considéré comme un milieu continu, bien que sa compressibilité le distingue du liquide ordinaire, mais cette différence n'apparaît que dans les écoulements dont la vitesse est supérieure à la vitesse du son. Le comportement d'un fluide conducteur est étudié dans une science appelée hydrodynamique magnétique. Dans l’espace, tout plasma est un conducteur idéal et les lois du champ gelé ont de nombreuses applications. Le modèle d'un liquide conducteur permet de comprendre le mécanisme de confinement du plasma par un champ magnétique. Ainsi, des flux de plasma sont émis par le Soleil et affectent l’atmosphère terrestre. Le flux lui-même n'a pas de champ magnétique, mais un champ étranger ne peut pas y pénétrer selon la loi du gel. Les flux solaires de plasma repoussent les champs magnétiques interplanétaires étrangers hors du voisinage du Soleil. Une cavité magnétique apparaît là où le champ est plus faible. Lorsque ces flux de plasma corpusculaire s'approchent de la Terre, ils entrent en collision avec le champ magnétique terrestre et sont contraints de circuler autour de celle-ci selon la même loi. Il s’agit d’une sorte de cavité où le champ magnétique est collecté et où les flux de plasma ne pénètrent pas. Les particules chargées détectées par les fusées et les satellites s'accumulent à sa surface - c'est la ceinture de rayonnement externe de la Terre. Ces idées ont également été utilisées pour résoudre les problèmes de confinement du plasma par un champ magnétique dans des dispositifs spéciaux - les tokamaks (de l'abréviation des mots : chambre toroïdale, aimant). Avec du plasma entièrement ionisé contenu dans ces systèmes et dans d’autres, les espoirs reposent sur l’obtention d’une réaction thermonucléaire contrôlée sur Terre. Cela fournirait une source d’énergie propre et bon marché (eau de mer). Des travaux sont également en cours pour produire et conserver du plasma à l’aide d’un rayonnement laser focalisé.

Cours 4. États agrégés de la matière

1. État solide de la matière.

2. État liquide de la matière.

3. État gazeux de la matière.

Les substances peuvent être dans trois états d'agrégation : solide, liquide et gazeux. À très haute température, un type d'état gazeux apparaît - le plasma (état plasma).

1. L'état solide de la matière se caractérise par le fait que l'énergie d'interaction entre les particules est supérieure à l'énergie cinétique de leur mouvement. La plupart des substances à l’état solide ont une structure cristalline. Chaque substance forme des cristaux d'une certaine forme. Par exemple, le chlorure de sodium contient des cristaux sous forme de cubes, l'alun sous forme d'octaèdres et le nitrate de sodium sous forme de prismes.

La forme cristalline de la substance est la plus stable. La disposition des particules dans un solide est représentée sous la forme d'un réseau, aux nœuds duquel se trouvent certaines particules reliées par des lignes imaginaires. Il existe quatre principaux types de réseaux cristallins : atomiques, moléculaires, ioniques et métalliques.

Réseau cristallin atomique formé d'atomes neutres reliés par des liaisons covalentes (diamant, graphite, silicium). Réseau cristallin moléculaire contiennent du naphtalène, du saccharose, du glucose. Les éléments structurels de ce réseau sont des molécules polaires et apolaires. Réseau cristallin ionique formé d'ions chargés positivement et négativement (chlorure de sodium, chlorure de potassium) alternant régulièrement dans l'espace. Tous les métaux ont un réseau cristallin métallique. Ses nœuds contiennent des ions chargés positivement, entre lesquels se trouvent des électrons à l'état libre.

Les substances cristallines présentent un certain nombre de caractéristiques. L'un d'eux est l'anisotropie - la dissemblance des propriétés physiques d'un cristal dans différentes directions à l'intérieur du cristal.

2. À l'état liquide de la matière, l'énergie d'interaction intermoléculaire des particules est proportionnelle à l'énergie cinétique de leur mouvement. Cet état est intermédiaire entre gazeux et cristallin. Contrairement aux gaz, d'importantes forces d'attraction mutuelle agissent entre les molécules liquides, ce qui détermine la nature du mouvement moléculaire. Le mouvement thermique d'une molécule liquide comprend des vibrations et des translation. Chaque molécule oscille autour d'un certain point d'équilibre pendant un certain temps, puis se déplace et reprend une position d'équilibre. Cela détermine sa fluidité. Les forces d’attraction intermoléculaire empêchent les molécules de s’éloigner les unes des autres lorsqu’elles se déplacent.

Les propriétés des liquides dépendent également du volume des molécules et de la forme de leur surface. Si les molécules du liquide sont polaires, elles se combinent (s'associent) en un complexe complexe. De tels liquides sont dits associés (eau, acétone, alcool). Οʜᴎ ont un t kip plus élevé, une volatilité plus faible et une constante diélectrique plus élevée.

Comme vous le savez, les liquides ont une tension superficielle. Tension superficielle- ϶ᴛᴏ énergie superficielle par unité de surface : ϭ = E/S, où ϭ est la tension superficielle ; E – énergie de surface ; S – superficie. Plus les liaisons intermoléculaires dans un liquide sont fortes, plus sa tension superficielle est élevée. Les substances qui réduisent la tension superficielle sont appelées tensioactifs.

Une autre propriété des liquides est la viscosité. La viscosité est la résistance qui se produit lorsque certaines couches d'un liquide se déplacent par rapport à d'autres lors de son mouvement. Certains liquides ont une viscosité élevée (miel, mala), tandis que d'autres ont une faible viscosité (eau, alcool éthylique).

3. À l'état gazeux d'une substance, l'énergie d'interaction intermoléculaire des particules est inférieure à leur énergie cinétique. Pour cette raison, les molécules de gaz ne sont pas maintenues ensemble, mais se déplacent librement dans le volume. Les gaz sont caractérisés par les propriétés suivantes : 1) répartition uniforme dans tout le volume du récipient dans lequel ils se trouvent ; 2) faible densité par rapport aux liquides et aux solides ; 3) compressibilité facile.

Dans un gaz, les molécules sont situées à très grande distance les unes des autres, les forces d'attraction entre elles sont faibles. Aux grandes distances entre les molécules, ces forces sont pratiquement absentes. Un gaz dans cet état est généralement appelé idéal. Les gaz réels à haute pression et basse température n'obéissent pas à l'équation d'état d'un gaz parfait (équation de Mendeleev-Clapeyron), puisque dans ces conditions des forces d'interaction entre molécules commencent à apparaître.

Les connaissances les plus courantes concernent trois états d'agrégation : liquide, solide, gazeux ; ils rappellent parfois le plasma, moins souvent les cristaux liquides. Récemment, une liste de 17 phases de la matière, tirée du célèbre () Stephen Fry, s'est répandue sur Internet. C'est pourquoi nous vous en parlerons plus en détail, car... Il faudrait en savoir un peu plus sur la matière, ne serait-ce que pour mieux comprendre les processus qui se déroulent dans l'Univers.

La liste des états agrégés de la matière donnée ci-dessous s'étend des états les plus froids aux plus chauds, etc. pourra être poursuivie. En même temps, il faut comprendre que depuis l'état gazeux (n°11), le plus « non compressé », de part et d'autre de la liste, le degré de compression de la substance et sa pression (avec quelques réserves pour de tels (les états hypothétiques comme quantiques, en faisceau ou faiblement symétriques) augmentent. Après le texte, un graphique visuel des transitions de phase de la matière est affiché.

1. Quantique- un état d'agrégation de la matière, atteint lorsque la température descend jusqu'au zéro absolu, à la suite duquel les liaisons internes disparaissent et la matière s'effondre en quarks libres.

2. Condensat de Bose-Einstein- un état d'agrégation de matière dont la base est constituée de bosons, refroidis à des températures proches du zéro absolu (moins d'un millionième de degré au-dessus du zéro absolu). Dans un état aussi fortement refroidi, un nombre suffisamment grand d’atomes se retrouvent dans leurs états quantiques minimaux possibles et les effets quantiques commencent à se manifester au niveau macroscopique. Un condensat de Bose-Einstein (souvent appelé condensat de Bose, ou simplement « beck ») se produit lorsque vous refroidissez un élément chimique à des températures extrêmement basses (généralement juste au-dessus du zéro absolu, moins 273 degrés Celsius). , est la température théorique à laquelle tout cesse de bouger).
C’est là que des choses complètement étranges commencent à se produire avec la substance. Les processus habituellement observés uniquement au niveau atomique se produisent désormais à des échelles suffisamment grandes pour être observées à l’œil nu. Par exemple, si vous placez « retour » dans un bécher de laboratoire et fournissez la température souhaitée, la substance commencera à remonter la paroi et finira par sortir d'elle-même.
Apparemment, nous avons ici affaire à une vaine tentative d’une substance d’abaisser sa propre énergie (qui est déjà au plus bas de tous les niveaux possibles).
Le ralentissement des atomes à l’aide d’un équipement de refroidissement produit un état quantique singulier connu sous le nom de condensat de Bose, ou Bose-Einstein. Ce phénomène a été prédit en 1925 par A. Einstein, à la suite d'une généralisation des travaux de S. Bose, où la mécanique statistique a été construite pour des particules allant des photons sans masse aux atomes porteurs de masse (le manuscrit d'Einstein, considéré comme perdu, a été découvert à la bibliothèque de l'Université de Leiden en 2005). Les efforts de Bose et d'Einstein ont abouti au concept de Bose de gaz soumis aux statistiques de Bose-Einstein, qui décrit la distribution statistique de particules identiques à spin entier appelées bosons. Les bosons, qui sont, par exemple, des particules élémentaires individuelles - des photons et des atomes entiers - peuvent être dans les mêmes états quantiques les uns avec les autres. Einstein a proposé que le refroidissement des atomes de bosons à des températures très basses les amènerait à se transformer (ou, en d’autres termes, à se condenser) dans l’état quantique le plus bas possible. Le résultat d’une telle condensation sera l’émergence d’une nouvelle forme de matière.
Cette transition se produit en dessous de la température critique, qui correspond à un gaz tridimensionnel homogène constitué de particules sans interaction et sans aucun degré de liberté interne.

3. Condensat de fermions- un état d'agrégation d'une substance, semblable au support, mais de structure différente. À mesure qu’ils s’approchent du zéro absolu, les atomes se comportent différemment en fonction de l’ampleur de leur propre moment cinétique (spin). Les bosons ont des spins entiers, tandis que les fermions ont des spins multiples de 1/2 (1/2, 3/2, 5/2). Les fermions obéissent au principe d'exclusion de Pauli, qui stipule que deux fermions ne peuvent pas avoir le même état quantique. Il n'existe pas d'interdiction de ce type pour les bosons et ils ont donc la possibilité d'exister dans un état quantique et de former ainsi ce qu'on appelle le condensat de Bose-Einstein. Le processus de formation de ce condensat est responsable du passage à l’état supraconducteur.
Les électrons ont un spin de 1/2 et sont donc classés comme fermions. Ils se combinent en paires (appelées paires de Cooper), qui forment alors un condensat de Bose.
Des scientifiques américains ont tenté d'obtenir une sorte de molécules à partir d'atomes de fermions par refroidissement profond. La différence avec les molécules réelles était qu’il n’y avait pas de liaison chimique entre les atomes : ils se déplaçaient simplement ensemble de manière corrélée. La liaison entre les atomes s’est avérée encore plus forte qu’entre les électrons des paires de Cooper. Les paires de fermions résultantes ont un spin total qui n'est plus un multiple de 1/2, elles se comportent donc déjà comme des bosons et peuvent former un condensat de Bose avec un seul état quantique. Au cours de l’expérience, un gaz contenant 40 atomes de potassium a été refroidi à 300 nanokelvins, tandis que le gaz était enfermé dans ce qu’on appelle un piège optique. Ensuite, un champ magnétique externe a été appliqué, à l'aide duquel il a été possible de modifier la nature des interactions entre les atomes - au lieu d'une forte répulsion, une forte attraction a commencé à être observée. En analysant l'influence du champ magnétique, il a été possible de trouver une valeur à laquelle les atomes ont commencé à se comporter comme des paires d'électrons de Cooper. Lors de la prochaine étape de l'expérience, les scientifiques espèrent obtenir des effets de supraconductivité pour le condensat de fermions.

4. Substance superfluide- un état dans lequel une substance n'a pratiquement aucune viscosité et, pendant son écoulement, ne subit pas de frottement avec une surface solide. La conséquence en est, par exemple, un effet aussi intéressant que la « sortie » spontanée complète de l'hélium superfluide du récipient le long de ses parois contre la force de gravité. Bien entendu, il n’y a ici aucune violation de la loi de conservation de l’énergie. En l’absence de forces de friction, l’hélium est uniquement soumis aux forces de gravité, c’est-à-dire aux forces d’interaction interatomique entre l’hélium et les parois du récipient et entre les atomes d’hélium. Ainsi, les forces d’interaction interatomique dépassent toutes les autres forces combinées. De ce fait, l’hélium a tendance à se répandre le plus possible sur toutes les surfaces possibles, et donc à « voyager » le long des parois du vaisseau. En 1938, le scientifique soviétique Piotr Kapitsa a prouvé que l’hélium pouvait exister à l’état superfluide.
Il convient de noter que bon nombre des propriétés inhabituelles de l’hélium sont connues depuis un certain temps. Cependant, ces dernières années, cet élément chimique nous gâte avec des effets intéressants et inattendus. Ainsi, en 2004, Moses Chan et Eun-Syong Kim de l'Université de Pennsylvanie ont intrigué le monde scientifique en annonçant qu'ils avaient réussi à obtenir un tout nouvel état d'hélium : un solide superfluide. Dans cet état, certains atomes d’hélium du réseau cristallin peuvent circuler autour d’autres, et l’hélium peut ainsi circuler à travers lui-même. L’effet de « superdureté » a été théoriquement prédit en 1969. Et puis, en 2004, il semble y avoir une confirmation expérimentale. Cependant, des expériences ultérieures très intéressantes ont montré que tout n'est pas si simple et que cette interprétation du phénomène, auparavant acceptée comme la superfluidité de l'hélium solide, est peut-être incorrecte.
L'expérience des scientifiques dirigés par Humphrey Maris de l'Université Brown aux États-Unis était simple et élégante. Les scientifiques ont placé un tube à essai renversé dans un réservoir fermé contenant de l'hélium liquide. Ils ont gelé une partie de l’hélium dans le tube à essai et dans le réservoir de telle sorte que la frontière entre liquide et solide à l’intérieur du tube à essai était plus haute que dans le réservoir. En d'autres termes, dans la partie supérieure du tube à essai il y avait de l'hélium liquide, dans la partie inférieure il y avait de l'hélium solide, il passait en douceur dans la phase solide du réservoir, au-dessus de laquelle on versait un peu d'hélium liquide - plus bas que le liquide niveau dans le tube à essai. Si l'hélium liquide commençait à s'échapper à travers l'hélium solide, la différence de niveaux diminuerait et nous pourrions alors parler d'hélium superfluide solide. Et en principe, dans trois des 13 expériences, la différence de niveaux a effectivement diminué.

5. Substance ultra dure- un état d'agrégation dans lequel la matière est transparente et peut « s'écouler » comme un liquide, mais en fait elle est dépourvue de viscosité. De tels liquides sont connus depuis de nombreuses années ; ils sont appelés superfluides. Le fait est que si un superfluide est agité, il circulera presque indéfiniment, alors qu’un fluide normal finira par se calmer. Les deux premiers superfluides ont été créés par des chercheurs utilisant de l’hélium-4 et de l’hélium-3. Ils ont été refroidis jusqu'à un zéro presque absolu, soit moins 273 degrés Celsius. Et à partir de l'hélium 4, les scientifiques américains ont réussi à obtenir un corps supersolide. Ils ont compressé l’hélium gelé avec une pression plus de 60 fois supérieure, puis ont placé le verre rempli de la substance sur un disque rotatif. À une température de 0,175 degrés Celsius, le disque a soudainement commencé à tourner plus librement, ce qui, selon les scientifiques, indique que l'hélium est devenu un supercorps.

6. Solide- un état d'agrégation d'une substance, caractérisé par la stabilité de sa forme et la nature du mouvement thermique des atomes, qui effectuent de petites vibrations autour des positions d'équilibre. L'état stable des solides est cristallin. Il existe des solides avec des liaisons ioniques, covalentes, métalliques et autres entre atomes, ce qui détermine la diversité de leurs propriétés physiques. Les propriétés électriques et certaines autres propriétés des solides sont principalement déterminées par la nature du mouvement des électrons externes de leurs atomes. Sur la base de leurs propriétés électriques, les solides sont divisés en diélectriques, semi-conducteurs et métaux ; sur la base de leurs propriétés magnétiques, les solides sont divisés en corps diamagnétiques, paramagnétiques et à structure magnétique ordonnée. Les études sur les propriétés des solides ont fusionné dans un vaste domaine : la physique du solide, dont le développement est stimulé par les besoins de la technologie.

7. Solide amorphe- un état d'agrégation condensé d'une substance, caractérisé par une isotropie des propriétés physiques due à la disposition désordonnée des atomes et des molécules. Dans les solides amorphes, les atomes vibrent autour de points situés au hasard. Contrairement à l’état cristallin, la transition de l’état solide amorphe à l’état liquide se fait progressivement. Diverses substances sont à l'état amorphe : verre, résines, plastiques, etc.

8. Cristaux liquides est un état d'agrégation spécifique d'une substance dans lequel elle présente simultanément les propriétés d'un cristal et d'un liquide. Il convient de noter d'emblée que toutes les substances ne peuvent pas être dans un état cristallin liquide. Cependant, certaines substances organiques dotées de molécules complexes peuvent former un état d'agrégation spécifique - cristal liquide. Cet état se produit lorsque les cristaux de certaines substances fondent. Lorsqu'ils fondent, une phase cristalline liquide se forme, différente des liquides ordinaires. Cette phase existe dans la plage allant de la température de fusion du cristal à une température plus élevée, lorsqu'elle est chauffée, à laquelle le cristal liquide se transforme en un liquide ordinaire.
En quoi un cristal liquide diffère-t-il d'un liquide et d'un cristal ordinaire et en quoi leur ressemble-t-il ? Comme un liquide ordinaire, un cristal liquide est fluide et prend la forme du récipient dans lequel il est placé. C’est en cela qu’il diffère des cristaux connus de tous. Cependant, malgré cette propriété qui l’unit à un liquide, il possède une propriété caractéristique des cristaux. C'est l'ordre dans l'espace des molécules qui forment le cristal. Certes, cet ordre n'est pas aussi complet que dans les cristaux ordinaires, mais il affecte néanmoins de manière significative les propriétés des cristaux liquides, ce qui les distingue des liquides ordinaires. L'ordre spatial incomplet des molécules formant un cristal liquide se manifeste par le fait que dans les cristaux liquides, il n'y a pas d'ordre complet dans l'arrangement spatial des centres de gravité des molécules, bien qu'il puisse y avoir un ordre partiel. Cela signifie qu’ils n’ont pas de réseau cristallin rigide. Par conséquent, les cristaux liquides, comme les liquides ordinaires, ont la propriété de fluidité.
Une propriété obligatoire des cristaux liquides, qui les rapproche des cristaux ordinaires, est la présence d'un ordre d'orientation spatiale des molécules. Cet ordre d’orientation peut se manifester, par exemple, par le fait que tous les grands axes des molécules d’un échantillon de cristaux liquides sont orientés de la même manière. Ces molécules doivent avoir une forme allongée. En plus de l’ordre nommé le plus simple des axes moléculaires, un ordre d’orientation plus complexe des molécules peut se produire dans un cristal liquide.
Selon le type d'ordre des axes moléculaires, les cristaux liquides sont divisés en trois types : nématiques, smectiques et cholestériques.
Des recherches sur la physique des cristaux liquides et leurs applications sont actuellement menées à grande échelle dans tous les pays les plus développés du monde. La recherche nationale est concentrée dans les instituts de recherche universitaires et industriels et a une longue tradition. Les œuvres de V.K., achevées dans les années trente à Léningrad, sont devenues largement connues et reconnues. Fredericks à V.N. Tsvetkova. Ces dernières années, l'étude rapide des cristaux liquides a permis aux chercheurs nationaux d'apporter également une contribution significative au développement de l'étude des cristaux liquides en général et, en particulier, de l'optique des cristaux liquides. Ainsi, les travaux d'I.G. Chistyakova, A.P. Kapustina, S.A. Brazovsky, S.A. Pikina, L.M. Blinov et de nombreux autres chercheurs soviétiques sont largement connus de la communauté scientifique et servent de base à un certain nombre d'applications techniques efficaces des cristaux liquides.
L'existence des cristaux liquides a été établie il y a longtemps, à savoir en 1888, soit il y a près d'un siècle. Bien que les scientifiques aient découvert cet état de la matière avant 1888, il n’a été officiellement découvert que plus tard.
Le premier à découvrir les cristaux liquides fut le botaniste autrichien Reinitzer. En étudiant la nouvelle substance qu'il a synthétisée, le cholestérol benzoate, il a découvert qu'à une température de 145°C, les cristaux de cette substance fondaient, formant un liquide trouble qui diffuse fortement la lumière. Au fur et à mesure que le chauffage se poursuit, lorsqu'il atteint une température de 179°C, le liquide devient clair, c'est-à-dire qu'il commence à se comporter optiquement comme un liquide ordinaire, par exemple de l'eau. Le benzoate de cholestérol a montré des propriétés inattendues dans la phase trouble. En examinant cette phase au microscope polarisant, Reinitzer a découvert qu'elle présente une biréfringence. Cela signifie que l'indice de réfraction de la lumière, c'est-à-dire la vitesse de la lumière dans cette phase, dépend de la polarisation.

9. Liquide- l'état d'agrégation d'une substance, combinant les caractéristiques d'un état solide (conservation du volume, une certaine résistance à la traction) et d'un état gazeux (variabilité de forme). Les liquides sont caractérisés par un ordre à courte distance dans la disposition des particules (molécules, atomes) et par une petite différence dans l'énergie cinétique du mouvement thermique des molécules et leur énergie potentielle d'interaction. Le mouvement thermique des molécules liquides est constitué d'oscillations autour de positions d'équilibre et de sauts relativement rares d'une position d'équilibre à une autre ; la fluidité du liquide y est associée.

10. Fluide supercritique(SCF) est un état d'agrégation d'une substance dans lequel la différence entre les phases liquide et gazeuse disparaît. Toute substance à une température et une pression supérieures à son point critique est un fluide supercritique. Les propriétés d'une substance à l'état supercritique sont intermédiaires entre ses propriétés en phase gazeuse et liquide. Ainsi, le SCF a une densité élevée, proche d’un liquide, et une faible viscosité, comme les gaz. Le coefficient de diffusion a dans ce cas une valeur intermédiaire entre liquide et gaz. Les substances à l'état supercritique peuvent être utilisées comme substituts aux solvants organiques dans les processus de laboratoire et industriels. L'eau supercritique et le dioxyde de carbone supercritique ont reçu le plus grand intérêt et la plus grande diffusion en raison de certaines propriétés.
L’une des propriétés les plus importantes de l’état supercritique est sa capacité à dissoudre des substances. En modifiant la température ou la pression du fluide, vous pouvez modifier ses propriétés dans une large plage. Ainsi, il est possible d'obtenir un fluide dont les propriétés sont proches soit d'un liquide, soit d'un gaz. Ainsi, la capacité de dissolution d’un fluide augmente avec l’augmentation de la densité (à température constante). Puisque la densité augmente avec l’augmentation de la pression, la modification de la pression peut influencer la capacité de dissolution du fluide (à température constante). Dans le cas de la température, la dépendance des propriétés du fluide est un peu plus complexe - à densité constante, la capacité de dissolution du fluide augmente également, mais près du point critique, une légère augmentation de la température peut entraîner une forte baisse. en densité et, par conséquent, en capacité de dissolution. Les fluides supercritiques se mélangent sans limite, ainsi lorsque le point critique du mélange est atteint, le système sera toujours monophasé. La température critique approximative d'un mélange binaire peut être calculée comme la moyenne arithmétique des paramètres critiques des substances Tc(mix) = (fraction molaire A) x TcA + (fraction molaire B) x TcB.

11. Gazeux- (gaz français, du grec chaos - chaos), état d'agrégation d'une substance dans lequel l'énergie cinétique du mouvement thermique de ses particules (molécules, atomes, ions) dépasse largement l'énergie potentielle des interactions entre elles, et donc les particules se déplacent librement, remplissant uniformément en l'absence de champs extérieurs tout le volume qui leur est fourni.

12.Plasma- (du grec plasma - sculpté, façonné), état de la matière qui est un gaz ionisé dans lequel les concentrations de charges positives et négatives sont égales (quasi-neutralité). La grande majorité de la matière de l’Univers est à l’état de plasma : les étoiles, les nébuleuses galactiques et le milieu interstellaire. Près de la Terre, le plasma existe sous la forme du vent solaire, de la magnétosphère et de l'ionosphère. Un plasma à haute température (T ~ 106 - 108K) issu d'un mélange de deutérium et de tritium est étudié dans le but de mettre en œuvre une fusion thermonucléaire contrôlée. Le plasma à basse température (T Ј 105K) est utilisé dans divers dispositifs à décharge gazeuse (lasers à gaz, dispositifs ioniques, générateurs MHD, plasmatrons, moteurs à plasma, etc.), ainsi qu'en technologie (voir Métallurgie du plasma, Forage au plasma, Plasma technologie) .

13. Matière dégénérée— est un étage intermédiaire entre le plasma et le neutronium. On l'observe chez les naines blanches et joue un rôle important dans l'évolution des étoiles. Lorsque les atomes sont soumis à des températures et des pressions extrêmement élevées, ils perdent leurs électrons (ils se transforment en gaz électronique). Autrement dit, ils sont complètement ionisés (plasma). La pression d'un tel gaz (plasma) est déterminée par la pression des électrons. Si la densité est très élevée, toutes les particules sont rapprochées les unes des autres. Les électrons peuvent exister dans des états avec des énergies spécifiques, et deux électrons ne peuvent pas avoir la même énergie (sauf si leurs spins sont opposés). Ainsi, dans un gaz dense, tous les niveaux d’énergie inférieurs sont remplis d’électrons. Un tel gaz est appelé dégénéré. Dans cet état, les électrons présentent une pression électronique dégénérée, qui contrecarre les forces de gravité.

14. Neutronium- un état d'agrégation dans lequel la matière passe à très haute pression, encore inaccessible en laboratoire, mais qui existe à l'intérieur des étoiles à neutrons. Lors du passage à l'état neutronique, les électrons de la substance interagissent avec les protons et se transforment en neutrons. En conséquence, la matière à l’état neutronique est entièrement constituée de neutrons et a une densité de l’ordre du nucléaire. La température de la substance ne doit pas être trop élevée (en équivalent énergétique, pas plus d'une centaine de MeV).
Avec une forte augmentation de la température (des centaines de MeV et plus), divers mésons commencent à naître et à s'annihiler à l'état neutronique. Avec une nouvelle augmentation de la température, le déconfinement se produit et la substance passe à l'état de plasma quark-gluon. Il ne s'agit plus de hadrons, mais de quarks et de gluons qui naissent et disparaissent constamment.

15. Plasma quarks-gluons(chromoplasme) - un état d'agrégation de la matière en physique des hautes énergies et en physique des particules élémentaires, dans lequel la matière hadronique passe dans un état similaire à l'état dans lequel les électrons et les ions se trouvent dans le plasma ordinaire.
Généralement, la matière contenue dans les hadrons est dans ce qu’on appelle l’état incolore (« blanc »). Autrement dit, les quarks de couleurs différentes s’annulent. Un état similaire existe dans la matière ordinaire, lorsque tous les atomes sont électriquement neutres, c'est-à-dire
les charges positives qu'ils contiennent sont compensées par des charges négatives. À des températures élevées, une ionisation des atomes peut se produire, au cours de laquelle les charges sont séparées et la substance devient, comme on dit, « quasi neutre ». C'est-à-dire que l'ensemble du nuage de matière reste neutre, mais ses particules individuelles cessent d'être neutres. Apparemment, la même chose peut se produire avec la matière hadronique : à des énergies très élevées, de la couleur est libérée et rend la substance « quasi incolore ».
Vraisemblablement, la matière de l’Univers était dans un état de plasma quark-gluon dans les premiers instants après le Big Bang. Désormais, un plasma de quarks et de gluons peut se former pendant une courte période lors de collisions de particules de très hautes énergies.
Du plasma quark-gluon a été produit expérimentalement à l'accélérateur RHIC du Brookhaven National Laboratory en 2005. La température maximale du plasma de 4 000 milliards de degrés Celsius y a été obtenue en février 2010.

16. Substance étrange- un état d'agrégation dans lequel la matière est comprimée jusqu'à des valeurs de densité maximales ; elle peut exister sous forme de « soupe de quarks ». Un centimètre cube de matière dans cet état pèsera des milliards de tonnes ; de plus, il transformera toute substance normale avec laquelle il entre en contact dans la même forme « étrange » en libérant une quantité importante d’énergie.
L'énergie qui peut être libérée lorsque le noyau de l'étoile se transforme en « matière étrange » conduira à une explosion super puissante d'un « quark nova » - et, selon Leahy et Uyed, c'est exactement ce que les astronomes ont observé en septembre 2006.
Le processus de formation de cette substance a commencé avec une supernova ordinaire, transformée en une étoile massive. À la suite de la première explosion, une étoile à neutrons s’est formée. Mais, selon Leahy et Uyed, cela n'a pas duré très longtemps : comme sa rotation semblait être ralentie par son propre champ magnétique, il a commencé à rétrécir encore plus, formant un amas de « matière étrange », ce qui a conduit à un mouvement uniforme. plus puissant lors d'une explosion de supernova ordinaire, la libération d'énergie - et les couches externes de matière de l'ancienne étoile à neutrons, volant dans l'espace environnant à une vitesse proche de la vitesse de la lumière.

17. Substance fortement symétrique- il s'agit d'une substance comprimée à tel point que les microparticules qu'elle contient se superposent et que le corps lui-même s'effondre dans un trou noir. Le terme « symétrie » s’explique comme suit : prenons les états agrégatifs de la matière connus de tous depuis l’école – solide, liquide, gazeux. Pour plus de précision, considérons un cristal infini idéal comme un solide. Il existe une certaine symétrie, dite discrète, en ce qui concerne le transfert. Cela signifie que si vous déplacez le réseau cristallin d'une distance égale à l'intervalle entre deux atomes, rien n'y changera - le cristal coïncidera avec lui-même. Si le cristal fond, alors la symétrie du liquide résultant sera différente : elle augmentera. Dans un cristal, seuls les points éloignés les uns des autres à certaines distances, appelés nœuds du réseau cristallin, dans lesquels se trouvaient des atomes identiques, étaient équivalents.
Le liquide est homogène dans tout son volume, tous ses points sont indiscernables les uns des autres. Cela signifie que les liquides peuvent être déplacés de n'importe quelle distance arbitraire (et pas seulement de quelques distances discrètes, comme dans un cristal) ou pivotés de n'importe quel angle arbitraire (ce qui ne peut pas du tout être fait dans les cristaux) et cela coïncidera avec lui-même. Son degré de symétrie est plus élevé. Le gaz est encore plus symétrique : le liquide occupe un certain volume dans le récipient et il existe une asymétrie à l'intérieur du récipient là où il y a du liquide et des points où il n'y en a pas. Le gaz occupe tout le volume qui lui est fourni et, en ce sens, tous ses points sont indiscernables les uns des autres. Pourtant, ici, il serait plus correct de parler non pas de points, mais d'éléments petits mais macroscopiques, car au niveau microscopique, il existe encore des différences. À certains moments, à un moment donné, il y a des atomes ou des molécules, alors qu'à d'autres, il n'y en a pas. La symétrie n'est observée qu'en moyenne, soit sur certains paramètres macroscopiques de volume, soit dans le temps.
Mais il n’existe toujours pas de symétrie instantanée au niveau microscopique. Si la substance est comprimée très fortement, à des pressions inacceptables dans la vie quotidienne, comprimée de telle sorte que les atomes s'écrasent, que leurs coquilles se pénètrent et que les noyaux commencent à se toucher, la symétrie apparaît au niveau microscopique. Tous les noyaux sont identiques et pressés les uns contre les autres, il existe des distances non seulement interatomiques, mais aussi internucléaires, et la substance devient homogène (substance étrange).
Mais il existe aussi un niveau submicroscopique. Les noyaux sont constitués de protons et de neutrons qui se déplacent à l'intérieur du noyau. Il y a aussi un peu d'espace entre eux. Si vous continuez à comprimer pour écraser les noyaux, les nucléons se presseront étroitement les uns contre les autres. Ensuite, au niveau submicroscopique, apparaîtra une symétrie qui n'existe pas même à l'intérieur des noyaux ordinaires.
De ce qui précède, on peut discerner une tendance très nette : plus la température et la pression sont élevées, plus la substance devient symétrique. Sur la base de ces considérations, une substance comprimée au maximum est dite hautement symétrique.

18. Matière faiblement symétrique- un état opposé à la matière fortement symétrique dans ses propriétés, présent dans le tout premier Univers à une température proche de celle de Planck, peut-être 10 à 12 secondes après le Big Bang, lorsque les forces fortes, faibles et électromagnétiques représentaient une seule superforce. Dans cet état, la substance est tellement comprimée que sa masse se transforme en énergie, qui commence à gonfler, c'est-à-dire à se dilater indéfiniment. Il n'est pas encore possible d'obtenir les énergies nécessaires pour obtenir expérimentalement une superpuissance et transférer la matière dans cette phase dans des conditions terrestres, bien que de telles tentatives aient été faites au Grand collisionneur de hadrons pour étudier l'univers primitif. En raison de l'absence d'interaction gravitationnelle dans la superforce qui forme cette substance, la superforce n'est pas suffisamment symétrique par rapport à la force supersymétrique contenant les 4 types d'interactions. C'est pourquoi cet état d'agrégation a reçu un tel nom.

19. Substance de rayon- il ne s'agit en fait plus de matière, mais d'énergie sous sa forme pure. Or, c’est précisément cet hypothétique état d’agrégation que prendra un corps ayant atteint la vitesse de la lumière. Il peut également être obtenu en chauffant le corps à la température de Planck (1032K), c'est-à-dire en accélérant les molécules de la substance jusqu'à la vitesse de la lumière. Comme il ressort de la théorie de la relativité, lorsqu'une vitesse atteint plus de 0,99 s, la masse du corps commence à croître beaucoup plus rapidement qu'avec une accélération « normale » ; de plus, le corps s'allonge, se réchauffe, c'est-à-dire qu'il commence à rayonnent dans le spectre infrarouge. En franchissant le seuil de 0,999 s, le corps change radicalement et entame une transition de phase rapide jusqu'à l'état de rayon. Comme il ressort de la formule d'Einstein, prise dans son intégralité, la masse croissante de la substance finale est constituée de masses séparées du corps sous forme de rayonnement thermique, radiologique, optique et autre, dont l'énergie de chacune est décrite par le terme suivant dans la formule. Ainsi, un corps qui s'approche de la vitesse de la lumière commencera à émettre dans tous les spectres, grandira en longueur et ralentira avec le temps, s'amincissant jusqu'à la longueur de Planck, c'est-à-dire qu'en atteignant la vitesse c, le corps se transformera en un corps infiniment long et faisceau mince, se déplaçant à la vitesse de la lumière et constitué de photons qui n'ont pas de longueur, et sa masse infinie sera entièrement convertie en énergie. Par conséquent, une telle substance est appelée rayon.

« Alcools » De l'histoire  Le saviez-vous au IVe siècle ? avant JC e. les gens savaient-ils comment préparer des boissons contenant de l'alcool éthylique ? Le vin était produit par fermentation de jus de fruits et de baies. Cependant, ils ont appris à en extraire le composant enivrant bien plus tard. Au 11ème siècle les alchimistes capturaient les vapeurs d'une substance volatile qui était libérée lorsque le vin était chauffé Définition Les alcools (alcools obsolètes) sont des composés organiques contenant un ou plusieurs groupes hydroxyle (hydroxyle, OH) directement liés à l'atome de carbone dans le radical hydrocarboné  La formule générale de les alcools sont CxHy(OH) n Formule générale des alcools saturés monohydriques CnH2n+1OH Classification des alcools Par le nombre de groupes hydroxyles CxHy(OH)n Alcools monohydriques CH3 - CH2 - CH2 OH Glycols dihydriques CH3 - CH - CH2 OH OH Glycérols triatomiques CH2 - CH - CH2 OH OH OH Classification des alcools Par Par la nature du radical hydrocarboné radical hydrocarboné CxHy(OH)n CxHy(OH)n Limite Limite CH3 CH3 –– CH CH2 CH2 2 ––CH 2 OH OH Insaturé Insaturé CH CH2 = CH CH––CH CH2 2 = 2 OH OH Aromatique Aromatique CH CH2 OH 2 --OH Nomenclature des alcools Regardez le tableau et tirez une conclusion sur la nomenclature des alcools NOMENCLATURE ET ISOMÉRITÉ Lors de la formation des noms d'alcools, un (générique ) un suffixe est ajouté au nom de l'hydrocarbure correspondant à l'alcool. Les chiffres après le suffixe indiquent la position du groupe hydroxyle dans la chaîne principale : H | H-C – OH | H méthanol H H H |3 |2 |1 H- C – C – C -OH | | | H H H propanol-1 H H H | 1 | 2 |3 H - C – C – C -H | | | H OH H propanol -2 TYPES D'ISOMÉRITÉ 1. Isomérie de la position du groupe fonctionnel (propanol–1 et propanol–2) 2. Isomérie du squelette carboné CH3-CH2-CH2-CH2-OH butanol-1 CH3-CH -CH2-OH | CH3 2-méthylpropanol-1 3. Isomérie interclasse - les alcools sont isomères des éthers : CH3-CH2-OH éthanol CH3-O-CH3 éther diméthylique Conclusion  Les noms des alcools monohydriques sont formés à partir du nom de l'hydrocarbure avec la chaîne carbonée la plus longue contenant un groupe hydroxyle en ajoutant le suffixe -ol  Pour les alcools polyhydriques, avant le suffixe -ol en grec (-di-, -tri-, ...) le nombre de groupes hydroxyle est indiqué  Par exemple : CH3-CH2-OH éthanol Types d'isomérie des alcools Structurel 1. Chaîne carbonée 2. Positions du groupe fonctionnel PROPRIÉTÉS PHYSIQUES  Les alcools inférieurs (C1-C11) sont des liquides volatils avec une odeur piquante  Les alcools supérieurs (C12- et plus) sont des solides avec une odeur agréable PROPRIÉTÉS PHYSIQUES Nom Formule Pl. g/cm3 c.à.p.C à ébullition.C Méthyle CH3OH 0,792 -97 64 Éthyle C2H5OH 0,790 -114 78 Propyle CH3CH2CH2OH 0,804 -120 92 Isopropyle CH3-CH(OH)-CH3 0,786 -88 82 Butyle CH3CH2CH2CH2OH 0,810 -90 118 Caractéristique des propriétés physiques : état d'agrégation L'alcool méthylique (le premier représentant de la série homologue des alcools) est un liquide. Peut-être a-t-il un poids moléculaire élevé ? Non. Beaucoup moins que le dioxyde de carbone. Alors qu'est-ce que c'est? R – O … H – O …H – O H R R Il s'avère que tout dépend des liaisons hydrogène qui se forment entre les molécules d'alcool et empêchent les molécules individuelles de s'envoler. Caractéristique des propriétés physiques : solubilité dans l'eau Les alcools inférieurs sont solubles dans l'eau, les alcools supérieurs les alcools sont insolubles. Pourquoi? CH3 – O…H – O…N – O N H CH3 Et si le radical est grand ? CH3 – CH2 – CH2 – CH2 – CH2 – O ... H – O H H Les liaisons hydrogène sont trop faibles pour retenir une molécule d'alcool, qui a une grande partie insoluble, entre les molécules d'eau Caractéristique des propriétés physiques : contraction Pourquoi le volume n'est-il jamais utilisé quand résoudre des problèmes de calcul ? mais uniquement en masse ? Mélangez 500 ml d'alcool et 500 ml d'eau. On obtient 930 ml de solution. Les liaisons hydrogène entre les molécules d'alcool et d'eau sont si fortes que le volume total de la solution diminue, sa « compression » (du latin contraktio - compression). Certains représentants d'alcools Alcool monohydrique - méthanol  Liquide incolore avec un point d'ébullition de 64C, une odeur caractéristique Plus léger que l'eau. Brûle avec une flamme incolore.  Utilisé comme solvant et carburant dans les moteurs à combustion interne. Le méthanol est un poison.  L'effet toxique du méthanol repose sur des dommages au système nerveux et vasculaire. L'ingestion de 5 à 10 ml de méthanol entraîne une intoxication grave et 30 ml ou plus entraîne la mort. Alcool monohydrique - éthanol  Liquide incolore avec une odeur caractéristique et un goût de brûlé, point d'ébullition 78C. Plus léger que l'eau. Se mélange avec elle dans toute relation. Facilement inflammable, brûle avec une flamme bleuâtre faiblement brillante. Amitié avec la police de la circulation Les alcooliques sont-ils amis avec la police de la circulation ? Mais comment! Avez-vous déjà été arrêté par un inspecteur de la police de la circulation ? Avez-vous déjà respiré dans un tube ? Si vous n'avez pas de chance, une réaction d'oxydation de l'alcool s'est produite, au cours de laquelle la couleur a changé, et vous avez dû payer une amende. Question intéressante. L'alcool est un xénobiotique, c'est-à-dire des substances que l'on ne trouve pas dans le corps humain, mais qui affectent ses fonctions vitales. Tout dépend de la dose. 1. L’alcool est un nutriment qui fournit de l’énergie au corps. Au Moyen Âge, le corps recevait environ 25 % de son énergie de la consommation d'alcool ; 2. L'alcool est un médicament qui a un effet désinfectant et antibactérien ; 3. L'alcool est un poison qui perturbe les processus biologiques naturels, détruit les organes internes et le psychisme et, en cas de consommation excessive, entraîne la mort. Utilisation de l'éthanol  L'alcool éthylique est utilisé dans la préparation de diverses boissons alcoolisées ;  En médecine pour la préparation d'extraits de plantes médicinales, ainsi que pour la désinfection ;  En cosmétique et parfumerie, l'éthanol est un solvant pour parfums et lotions.. Effets nocifs de l'éthanol  Au début de l'intoxication, les structures du cortex cérébral souffrent ; l'activité des centres cérébraux qui contrôlent le comportement est supprimée : le contrôle rationnel sur les actions est perdu et l'attitude critique envers soi-même diminue. I. P. Pavlov a appelé cette condition « une émeute du sous-cortex »  Avec une teneur très élevée en alcool dans le sang, l'activité des centres moteurs du cerveau est inhibée, la fonction du cervelet est principalement affectée - la personne perd complètement son orientation Nocif effets de l'éthanol  Les changements dans la structure du cerveau provoqués par de nombreuses années d'intoxication alcoolique sont presque irréversibles et même après une abstinence prolongée de boire de l'alcool, ils persistent. Si une personne ne peut pas s'arrêter, les écarts organiques et, par conséquent, mentaux par rapport à la norme augmentent.Effets nocifs de l'éthanol  L'alcool a un effet extrêmement néfaste sur les vaisseaux sanguins du cerveau. Au début de l'intoxication, ils se dilatent, le flux sanguin y ralentit, ce qui entraîne une congestion du cerveau. Ensuite, lorsqu'en plus de l'alcool, des produits nocifs de sa dégradation incomplète commencent à s'accumuler dans le sang, un spasme aigu se produit, une vasoconstriction se produit et des complications dangereuses se développent, telles que des accidents vasculaires cérébraux, entraînant un handicap grave, voire la mort. QUESTIONS DE RÉVISION 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. Un contenant sans étiquette contient de l'eau et l'autre contient de l'alcool. Est-il possible d’utiliser un indicateur pour les reconnaître ? À qui revient l’honneur d’obtenir de l’alcool pur ? L'alcool peut-il être un solide ? Le poids moléculaire du méthanol est de 32 et celui du dioxyde de carbone de 44. Tirez une conclusion sur l'état d'agrégation de l'alcool. Mélangez un litre d'alcool et un litre d'eau. Déterminez le volume du mélange. Comment tromper un inspecteur de la police de la circulation ? L'alcool absolu anhydre peut-il dégager de l'eau ? Que sont les xénobiotiques et quel est leur lien avec les alcools ? RÉPONSES 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. C’est impossible. Les indicateurs n'affectent pas les alcools et leurs solutions aqueuses. Bien sûr, les alchimistes. Peut-être si cet alcool contient 12 atomes de carbone ou plus. Aucune conclusion ne peut être tirée de ces données. Les liaisons hydrogène entre les molécules d’alcool, compte tenu du faible poids moléculaire de ces molécules, rendent le point d’ébullition de l’alcool anormalement élevé. Le volume du mélange ne sera pas de deux litres, mais beaucoup plus petit, environ 1 litre - 860 ml. Ne buvez pas en conduisant. Peut-être que si vous le chauffez et ajoutez du conc. acide sulfurique. Ne soyez pas paresseux et souvenez-vous de tout ce que vous avez entendu sur l’alcool, décidez vous-même une fois pour toutes quelle est votre dose……. et est-ce vraiment nécessaire ????? Alcool polyhydrique éthylène glycol  L'éthylène glycol est un représentant des alcools dihydriques saturés - glycols ;  Le nom glycols a été donné en raison du goût sucré de nombreux représentants de la série (grec « glycos » - sucré) ;  L'éthylène glycol est un liquide sirupeux au goût sucré, inodore et toxique. Se mélange bien avec l'eau et l'alcool, hygroscopique Application de l'éthylène glycol  Une propriété importante de l'éthylène glycol est la capacité d'abaisser le point de congélation de l'eau, c'est pourquoi la substance est largement utilisée comme composant des antigels automobiles et des liquides antigels ;  Il est utilisé pour produire du lavsan (fibre synthétique précieuse). L'éthylène glycol est un poison.  Les doses provoquant une intoxication mortelle à l'éthylène glycol varient considérablement - de 100 à 600 ml. Selon plusieurs auteurs, la dose mortelle pour l'homme est de 50 à 150 ml. Le taux de mortalité dû à l'éthylène glycol est très élevé et représente plus de 60 % de tous les cas d'intoxication ;  Le mécanisme de l'effet toxique de l'éthylène glycol n'a pas été suffisamment étudié à ce jour. L'éthylène glycol est rapidement absorbé (y compris à travers les pores de la peau) et circule dans le sang sous forme inchangée pendant plusieurs heures, atteignant sa concentration maximale au bout de 2 à 5 heures. Ensuite, sa teneur dans le sang diminue progressivement et elle se fixe dans les tissus.Alcool polyhydrique glycérine  La glycérine est un alcool saturé trihydrique. Liquide incolore, visqueux, hygroscopique et au goût sucré. Miscible à l'eau dans n'importe quelle proportion, c'est un bon solvant. Réagit avec l'acide nitrique pour former de la nitroglycérine. Avec les acides carboxyliques, il forme des graisses et des huiles CH2 – CH – CH2 OH OH OH Applications de la glycérine  Utilisé dans     la production d'explosifs à base de nitroglycérine ; Lors du traitement du cuir ; En tant que composant de certains adhésifs ; Dans la production de plastiques, la glycérine est utilisée comme plastifiant ; Dans la production de confiseries et de boissons (en tant qu'additif alimentaire E422) Réaction qualitative aux alcools polyhydriques Réaction qualitative aux alcools polyhydriques  La réaction aux alcools polyhydriques est leur interaction avec un précipité d'hydroxyde de cuivre (II) fraîchement obtenu, qui se dissout pour former un solution bleu-violet vif Tâches Remplissez la carte de travail pour la leçon ;  Répondre aux questions du test ;  Résoudre les mots croisés  Feuille de travail pour la leçon « Alcools »  Formule générale des alcools  Nommer les substances :  CH3OH  CH3-CH2-CH2-CH2-OH  CH2(OH)-CH2(OH)  Écrire la formule développée du propanol-2  Quelle est la définition de l'atomicité de l'alcool ?  Lister les applications de l'éthanol  Quels alcools sont utilisés dans l'industrie agroalimentaire ?  Quel alcool provoque une intoxication mortelle lorsque 30 ml pénètrent dans l'organisme ?  Quelle substance est utilisée comme liquide antigel ?  Comment distinguer l'alcool polyhydrique de l'alcool monohydrique ? Méthodes de préparation Laboratoire  Hydrolyse des haloalcanes : R-CL+NaOH R-OH+NaCL  Hydratation des alcènes : CH2=CH2+H2O C2H5OH  Hydrogénation des composés carbonylés Industriel  Synthèse du méthanol à partir du gaz de synthèse CO+2H2 CH3-OH (à pression élevée, haute température et catalyseur à base d'oxyde de zinc)  Hydratation des alcènes  Fermentation du glucose : C6H12O6 2C2H5OH+2CO2 Propriétés chimiques I. Réactions avec rupture de la liaison RO–H  Les alcools réagissent avec les métaux alcalins et alcalino-terreux, formant des sels composés - alcoolates 2СH CH CH OH + 2Na  2CH CH CH ONa + H  2CH CH OH + Ca  (CH CH O) Ca + H  3 2 3 2 2 3 3 2 2 2 2 2 2  Interaction avec les acides organiques (réaction d'estérification) conduit à la formation d'esters. CH COОH + HOC H  CH COОC H (acétate d'éthyle (acétate d'éthyle)) + H O 3 2 5 3 2 5 2 II. Réactions impliquant la rupture de la liaison R–OH Avec les halogénures d'hydrogène : R–OH + HBr  R–Br + H2O III. Réactions d'oxydation Les alcools brûlent : 2С3H7ОH + 9O2  6СO2 + 8H2O Sous l'action d'agents oxydants :  les alcools primaires se transforment en aldéhydes, les alcools secondaires en cétones IV. La déshydratation se produit lorsqu'elle est chauffée avec des réactifs d'élimination de l'eau (conc. H2SO4). 1. La déshydratation intramoléculaire conduit à la formation d'alcènes CH3–CH2–OH  CH2=CH2 + H2O 2. La déshydratation intermoléculaire donne des éthers R-OH + H-O–R  R–O–R(éther) + H2O