Agregasyonun durumunun ne olduğu, katıların, sıvıların ve gazların hangi özellikleri ve özellikleri ile ilgili sorular çeşitli eğitim kurslarında ele alınmaktadır. Maddenin kendine has yapısal özellikleri olan üç klasik hali vardır. Onların anlayışı, Dünya bilimlerini, canlı organizmaları ve endüstriyel faaliyetleri anlamada önemli bir noktadır. Bu sorular fizik, kimya, coğrafya, jeoloji, fizikokimya ve diğer bilimsel disiplinler tarafından incelenir. Üç temel hal türünden birinde belirli koşullar altında bulunan maddeler, sıcaklık ve basınçtaki artış veya azalma ile değişebilir. Doğada, teknolojide ve günlük yaşamda meydana geldikleri gibi, bir kümelenme durumundan diğerine olası geçişleri düşünün.

Toplu durum nedir?

Latince kökenli "aggrego" kelimesi Rusça'ya çevrildiğinde "eklemek" anlamına gelir. Bilimsel terim, bir ve aynı cismin, maddenin durumunu ifade eder. Katıların, gazların ve sıvıların belirli sıcaklık değerlerinde ve farklı basınçlarda bulunması, Dünya'nın tüm kabuklarının özelliğidir. Üç temel toplu duruma ek olarak, dördüncüsü de vardır. Yüksek sıcaklıklarda ve sabit basınçta gaz plazmaya dönüşür. Agrega halinin ne olduğunu daha iyi anlamak için maddeleri ve cisimleri oluşturan en küçük parçacıkları hatırlamak gerekir.

Yukarıdaki şema şunları göstermektedir: a - gaz; b - sıvı; c - katı. Bu tür şekillerde daireler, maddelerin yapısal unsurlarını gösterir. Bu geleneksel bir tanımdır, aslında atomlar, moleküller, iyonlar katı toplar değildir. Atomlar, etrafında negatif yüklü elektronların yüksek hızda hareket ettiği pozitif yüklü bir çekirdekten oluşur. Maddenin mikroskobik yapısının bilgisi, farklı küme formları arasında var olan farklılıkları daha iyi anlamaya yardımcı olur.

Mikrokozmos kavramları: antik Yunanistan'dan 17. yüzyıla

Fiziksel bedenleri oluşturan parçacıklarla ilgili ilk bilgiler Antik Yunan'da ortaya çıktı. Düşünürler Democritus ve Epicurus, atom gibi bir kavram ortaya attılar. Farklı maddelerin bu en küçük bölünmez parçacıklarının bir şekle, belirli bir boyuta sahip olduğuna, hareket edebildiğine ve birbirleriyle etkileşime girebildiğine inanıyorlardı. Atomistik, Antik Yunan'ın zamanına göre en gelişmiş doktrini haline geldi. Ancak Orta Çağ'da gelişimi yavaşladı. O zamandan beri bilim adamları, Roma Katolik Kilisesi Engizisyonu tarafından zulüm gördüler. Bu nedenle, modern zamanlara kadar maddenin toplam durumunun ne olduğuna dair anlaşılır bir kavram yoktu. Ancak 17. yüzyıldan sonra bilim adamları R. Boyle, M. Lomonosov, D. Dalton, A. Lavoisier, atom-molekül teorisinin bugün önemini kaybetmeyen hükümlerini formüle ettiler.

Atomlar, moleküller, iyonlar - maddenin yapısının mikroskobik parçacıkları

Mikro dünyayı anlamada önemli bir atılım, elektron mikroskobunun icat edildiği 20. yüzyılda gerçekleşti. Bilim adamlarının daha önce yaptığı keşifleri dikkate alarak, mikro dünyanın uyumlu bir resmini bir araya getirmek mümkün oldu. Maddenin en küçük parçacıklarının durumunu ve davranışını tanımlayan teoriler oldukça karmaşıktır, alana aittirler.Maddenin farklı toplu hallerinin özelliklerini anlamak için, oluşturan ana yapısal parçacıkların isimlerini ve özelliklerini bilmek yeterlidir. farklı maddeler.

1. Atomlar kimyasal olarak bölünmez parçacıklardır. Kimyasal reaksiyonlarda korunurlar, ancak nükleer olanlarda yok edilirler. Metaller ve atomik yapıya sahip diğer birçok madde, normal koşullar altında katı bir kümelenme durumuna sahiptir.
2. Moleküller, kimyasal reaksiyonlarda parçalanan ve oluşan parçacıklardır. oksijen, su, karbondioksit, kükürt. Normal koşullar altında oksijen, azot, kükürt dioksitler, karbon, oksijenin toplam hali gaz halindedir.
3. İyonlar, atomların ve moleküllerin elektron eklediklerinde veya kaybettiklerinde dönüştüğü yüklü parçacıklardır - mikroskobik negatif yüklü parçacıklar. Birçok tuz, örneğin sodyum klorür, demir ve bakır sülfat gibi iyonik bir yapıya sahiptir.

Parçacıkları uzayda belirli bir şekilde bulunan maddeler vardır. Atomların, iyonların, moleküllerin sıralı karşılıklı pozisyonuna kristal kafes denir. Genellikle iyonik ve atomik kristal kafesler katılar, moleküler - sıvılar ve gazlar için karakteristiktir. Elmas, yüksek sertliği ile ayırt edilir. Atomik kristal kafesi karbon atomlarından oluşur. Ancak yumuşak grafit de bu kimyasal elementin atomlarından oluşur. Sadece uzayda farklı bir şekilde bulunurlar. Sülfürün olağan agregasyon durumu katıdır, ancak yüksek sıcaklıklarda madde sıvı ve amorf bir kütleye dönüşür.

Katı halde agregasyon halindeki maddeler

Katılar, normal koşullar altında hacimlerini ve şekillerini korurlar. Örneğin, bir kum tanesi, bir şeker tanesi, bir tuz, bir parça kaya veya metal. Şeker ısıtılırsa, madde erimeye başlar ve viskoz kahverengi bir sıvıya dönüşür. Isıtmayı durdurun - tekrar katı alıyoruz. Bu, bir katının sıvıya geçişinin ana koşullarından birinin ısınması veya maddenin parçacıklarının iç enerjisinde bir artış olduğu anlamına gelir. Yemek için kullanılan tuzun katı hali de değiştirilebilir. Ancak sofra tuzunu eritmek için şekeri ısıtmaktan daha yüksek bir sıcaklığa ihtiyacınız vardır. Gerçek şu ki, şeker moleküllerden oluşur ve sofra tuzu, birbirlerine daha güçlü bir şekilde çekilen yüklü iyonlardan oluşur. Sıvı haldeki katılar, kristal kafesler bozulduğu için şekillerini korumazlar.

Erime sırasında tuzun sıvı halde toplanması, kristallerdeki iyonlar arasındaki bağın kopmasıyla açıklanır. Elektrik yükleri taşıyabilen yüklü parçacıklar serbest bırakılır. Tuz eriyikleri elektriği iletir ve iletkendir. Kimya, metalurji ve makine mühendisliği endüstrilerinde katılar, onlardan yeni bileşikler elde etmek veya onlara farklı formlar vermek için sıvı maddelere dönüştürülür. Metal alaşımları yaygın olarak kullanılmaktadır. Katı hammaddelerin kümelenme durumundaki değişikliklerle ilişkili olarak bunları elde etmenin birkaç yolu vardır.

Sıvı, kümelenmenin temel hallerinden biridir.

50 ml suyu yuvarlak tabanlı bir şişeye döktüğünüzde maddenin hemen kimyasal kap şeklini aldığını fark edeceksiniz. Ama suyu şişeden döktüğümüz anda sıvı hemen masanın yüzeyine yayılacaktır. Su hacmi aynı kalacak - 50 ml ve şekli değişecek. Listelenen özellikler, maddenin varlığının sıvı formunun karakteristiğidir. Birçok organik madde sıvıdır: alkoller, bitkisel yağlar, asitler.

Süt bir emülsiyondur, yani yağ damlacıkları içeren bir sıvıdır. Yararlı bir sıvı fosil petroldür. Karada ve okyanusta sondaj kuleleri kullanarak kuyulardan çıkarırlar. Deniz suyu da sanayi için bir hammaddedir. Nehirlerin ve göllerin tatlı sularından farkı, başta tuzlar olmak üzere çözünmüş maddelerin içeriğinde yatmaktadır. Rezervuarların yüzeyinden buharlaşırken, sadece Н 2 О molekülleri buhar durumuna geçer, çözünen maddeler kalır. Deniz suyundan faydalı maddeler elde etme yöntemleri ve saflaştırma yöntemleri bu özelliğe dayanmaktadır.

Tuzların tamamen çıkarılmasıyla damıtılmış su elde edilir. 100°C'de kaynar, 0°C'de donar. Tuzlu sular kaynar ve diğer sıcaklıklarda buza dönüşür. Örneğin, Arktik Okyanusu'ndaki su 2 ° C'lik bir yüzey sıcaklığında donar.

Normal koşullar altında cıvanın fiziksel hali sıvıdır. Bu gümüş grisi metal, tıbbi termometrelerde yaygın olarak kullanılır. Isıtıldığında, cıva sütunu ölçekte yükselir, madde genişler. Alkol neden cıva değil de kırmızı boya ile renklendirilir? Bu, sıvı metalin özellikleri ile açıklanmaktadır. 30 derecelik donlarda cıvanın kümelenme durumu değişir, madde katı hale gelir.

Tıbbi termometre kırılırsa ve cıva dökülürse, gümüş topları elinizle almak tehlikelidir. Cıva buharını solumak zararlıdır, bu madde çok zehirlidir. Bu gibi durumlarda çocuklar ebeveynlerinden ve yetişkinlerden yardım almalıdır.

gaz hali

Gazlar ne hacimlerini ne de şekillerini koruyamazlar. Şişeyi oksijenle en üste dolduralım (kimyasal formülü O 2'dir). Şişeyi açar açmaz maddenin molekülleri odadaki hava ile karışmaya başlar. Bunun nedeni Brownian hareketidir. Antik Yunan bilim adamı Demokritos bile madde parçacıklarının sürekli hareket halinde olduğuna inanıyordu. Katılarda normal şartlar altında atomlar, moleküller, iyonlar kristal kafesten ayrılamazlar, kendilerini diğer parçacıklarla bağlarından kurtaramazlar. Bu ancak dışarıdan büyük miktarda enerji sağlandığında mümkündür.

Sıvılarda, parçacıklar arasındaki mesafe katılardan biraz daha fazladır; moleküller arası bağları kırmak için daha az enerji gerektirirler. Örneğin, oksijenin toplanmasının sıvı hali, yalnızca gaz sıcaklığı -183 ° C'ye düştüğünde gözlenir. -223 °C'de O2 molekülleri bir katı oluşturur. Sıcaklık bu değerlerin üzerine çıktığında oksijen gaza dönüşür. Normal şartlar altında bu formdadır. Sanayi işletmelerinde atmosferik havayı ayırmak ve ondan azot ve oksijen elde etmek için özel tesisler bulunmaktadır. Önce hava soğutulur ve sıvılaştırılır ve ardından sıcaklık kademeli olarak yükseltilir. Azot ve oksijen, farklı koşullar altında gazlara dönüştürülür.

Dünya atmosferi hacimce %21 oksijen ve %78 azot içerir. Sıvı halde, bu maddeler gezegenin gaz zarfında oluşmaz. Sıvı oksijen açık mavi bir renge sahiptir ve tıbbi kurumlarda kullanılmak üzere yüksek basınçlı tüplerde kullanılır. Endüstride ve inşaatta birçok işlem için sıvılaştırılmış gazlar gereklidir. Oksijen, gaz kaynağı ve metallerin kesilmesi için, kimyada - inorganik ve organik maddelerin oksidasyon reaksiyonları için gereklidir. Oksijen tüpünün valfini açarsanız basınç düşer, sıvı gaza dönüşür.

Sıvılaştırılmış propan, metan ve bütan, nüfusun enerji, ulaşım, sanayi ve ev faaliyetlerinde yaygın olarak kullanılmaktadır. Bu maddeler, doğal gazdan veya petrol besleme stoğunun parçalanması (bölünmesi) ile elde edilir. Karbon sıvı ve gaz karışımları birçok ülkenin ekonomisinde önemli bir rol oynamaktadır. Ancak petrol ve doğal gaz rezervleri ciddi şekilde tükendi. Bilim adamlarına göre bu hammadde 100-120 yıl dayanacak. Alternatif bir enerji kaynağı hava akımıdır (rüzgar). Enerji santrallerinin işletilmesi için hızlı akan nehirler, denizlerin ve okyanusların kıyılarındaki gelgitler kullanılır.

Oksijen, diğer gazlar gibi, bir plazmayı temsil eden dördüncü kümelenme durumunda olabilir. Alışılmadık bir katıdan gaza geçiş, kristal iyotun karakteristik bir özelliğidir. Koyu mor renkli bir madde süblimasyona uğrar - sıvı halini atlayarak gaza dönüşür.

Bir toplu madde biçiminden diğerine geçişler nasıl gerçekleştirilir?

Maddelerin kümelenme durumundaki değişiklikler kimyasal dönüşümlerle ilişkili değildir, bunlar fiziksel olaylardır. Sıcaklık yükseldiğinde birçok katı erir ve sıvı hale gelir. Sıcaklığın daha da artması buharlaşmaya, yani maddenin gaz halinde olmasına neden olabilir. Doğada ve ekonomide, bu tür geçişler, Dünya'daki ana maddelerden birinin özelliğidir. Buz, sıvı, buhar, suyun farklı dış koşullar altındaki halleridir. Bileşik aynıdır, formülü H 2 O'dur. 0°C ve bu değerin altında su kristalleşir yani buza dönüşür. Sıcaklık yükseldiğinde oluşan kristaller yok olur - buz erir ve tekrar sıvı su elde edilir. Isıtıldığında buharlaşma oluşur - suyun gaza dönüşümü - düşük sıcaklıklarda bile gerçekleşir. Örneğin, su buharlaştıkça donmuş su birikintileri yavaş yavaş kaybolur. Soğuk havalarda bile ıslak çamaşırlar kurur, ancak bu işlem yalnızca sıcak bir güne göre daha uzun sürer.

Suyun bir durumdan diğerine listelenen tüm geçişleri, Dünya'nın doğası için büyük önem taşımaktadır. Atmosferik olaylar, iklim ve hava durumu, Dünya Okyanusunun yüzeyinden suyun buharlaşması, nemin bulutlar ve sis şeklinde karaya aktarılması ve yağış (yağmur, kar, dolu) ile ilişkilidir. Bu fenomenler, doğadaki Dünya su döngüsünün temelini oluşturur.

Kükürtün toplam halleri nasıl değişir?

Normal şartlar altında kükürt, parlak parlak kristaller veya açık sarı bir tozdur, yani katıdır. Kükürtün toplam durumu ısıtıldığında değişir. İlk olarak, sıcaklık 190 ° C'ye yükseldiğinde, sarı madde erir ve hareketli bir sıvıya dönüşür.

Soğuk suya hızla sıvı kükürt dökerseniz, kahverengi amorf bir kütle elde edersiniz. Kükürt eriyiğinin daha fazla ısıtılmasıyla giderek daha viskoz hale gelir ve koyulaşır. 300 ° C'nin üzerindeki sıcaklıklarda, kükürtün kümelenme durumu tekrar değişir, madde bir sıvının özelliklerini kazanır, hareketli hale gelir. Bu geçişler, elementin atomlarının farklı uzunluklarda zincirler oluşturma yeteneğinden kaynaklanmaktadır.

Maddeler neden farklı fiziksel hallerde olabilir?

Basit bir madde olan kükürtün toplam hali, normal şartlar altında katıdır. Kükürt dioksit bir gazdır, sülfürik asit sudan ağır yağlı bir sıvıdır. Hidroklorik ve nitrik asitlerin aksine uçucu değildir; moleküller yüzeyinden buharlaşmaz. Kristallerin ısıtılmasıyla elde edilen plastik kükürtün kümelenme durumu nedir?

Amorf bir formda, madde az akışkanlığa sahip sıvı bir yapıya sahiptir. Ancak plastik kükürt aynı anda şeklini korur (bir katı gibi). Katıların bir takım karakteristik özelliklerine sahip sıvı kristaller vardır. Bu nedenle, maddenin farklı koşullardaki durumu, doğasına, sıcaklığına, basıncına ve diğer dış koşullara bağlıdır.

Katıların yapısındaki özellikler nelerdir?

Maddenin temel kümelenme durumları arasındaki mevcut farklılıklar, atomlar, iyonlar ve moleküller arasındaki etkileşim ile açıklanır. Örneğin, maddenin katı halde toplanması neden cisimlerin hacmini ve şeklini koruma yeteneğine yol açar? Bir metalin veya tuzun kristal kafesinde, yapısal parçacıklar birbirine çekilir. Metallerde, pozitif yüklü iyonlar, bir metal parçasında serbest elektronların birikmesi olan "elektron gazı" ile etkileşime girer. Tuz kristalleri, zıt yüklü parçacıkların - iyonların çekiciliği nedeniyle ortaya çıkar. Katıların yukarıdaki yapısal birimleri arasındaki mesafe, parçacıkların kendi boyutlarından çok daha küçüktür. Bu durumda elektrostatik çekim etki eder, güç verir ve itme yeterince güçlü değildir.

Maddenin katı kümelenme halini yok etmek için çaba sarf etmeniz gerekir. Metaller, tuzlar, atomik kristaller çok yüksek sıcaklıklarda erir. Örneğin demir, 1538 °C'nin üzerindeki sıcaklıklarda sıvı hale gelir. Tungsten refrakterdir; elektrik ampulleri için filamentler yapmak için kullanılır. 3000 °C'nin üzerindeki sıcaklıklarda sıvı hale gelen alaşımlar vardır. Dünyadaki çoğu katıdır. Bu hammadde madenlerde ve taş ocaklarında teknolojinin yardımıyla çıkarılmaktadır.

Bir kristalden bir iyonu bile ayırmak için büyük miktarda enerji harcanması gerekir. Ancak kristal kafesin dağılması için tuzun suda çözülmesi yeterlidir! Bu fenomen, polar bir çözücü olarak suyun şaşırtıcı özelliklerinden kaynaklanmaktadır. H2O molekülleri, tuz iyonlarıyla etkileşime girerek aralarındaki kimyasal bağı koparır. Bu nedenle çözünme, farklı maddelerin basit bir karışımı değil, aralarında fizikokimyasal bir etkileşimdir.

Sıvı moleküller nasıl etkileşir?

Su sıvı, katı ve gaz (buhar) olabilir. Bunlar, normal koşullar altında temel kümelenme durumlarıdır. Su molekülleri, kendisine bağlı iki hidrojen atomu ile bir oksijen atomundan oluşur. Moleküldeki kimyasal bağın polarizasyonu var, oksijen atomlarında kısmi bir negatif yük beliriyor. Hidrojen, bir molekülün pozitif kutbu haline gelir ve başka bir molekülün oksijen atomu tarafından çekilir. Buna "hidrojen bağı" denir.

Agregasyonun sıvı hali, boyutlarına kıyasla yapısal partiküller arasındaki mesafe ile karakterize edilir. Cazibe vardır, ancak zayıftır, bu nedenle su şeklini koruyamaz. Buharlaşma, oda sıcaklığında bile sıvının yüzeyinde oluşan bağların tahrip olması nedeniyle oluşur.

Gazlarda moleküller arası etkileşimler var mı?

Bir maddenin gaz halindeki durumu, bir dizi parametrede sıvı ve katıdan farklıdır. Gazların yapısal parçacıkları arasında moleküllerin boyutunu çok aşan büyük boşluklar vardır. Bu durumda, çekim kuvvetleri hiç etki etmez. Gaz halinde bir kümelenme durumu, havada bulunan maddelerin özelliğidir: nitrojen, oksijen, karbon dioksit. Aşağıdaki resimde birinci küp gaz, ikincisi sıvı ve üçüncüsü katı ile doldurulmuştur.

Birçok sıvı uçucudur, bir maddenin molekülleri yüzeylerinden kopar ve havaya geçer. Örneğin, amonyak içine batırılmış bir pamuklu çubuk, açık bir hidroklorik asit şişesinin ağzına getirilirse beyaz duman çıkar. Hidroklorik asit ile amonyak arasında kimyasal bir reaksiyon havada gerçekleşir ve amonyum klorür elde edilir. Bu maddenin kümelenme durumu nedir? Beyaz duman oluşturan parçacıkları, en küçük katı tuz kristalleridir. Bu deney bir başlık altında yapılmalıdır, maddeler zehirlidir.

Çözüm

Gazın fiziksel durumu birçok seçkin fizikçi ve kimyager tarafından incelenmiştir: Avogadro, Boyle, Gay-Lussac, Cliperon, Mendeleev, Le Chatelier. Bilim adamları, gaz halindeki maddelerin dış koşullar değiştiğinde kimyasal reaksiyonlardaki davranışını açıklayan yasalar formüle ettiler. Açık modeller sadece okul ve üniversite fizik ve kimya ders kitaplarında yer almaz. Birçok kimya endüstrisi, farklı kümelenme durumlarındaki maddelerin davranışları ve özellikleri hakkındaki bilgilere dayanmaktadır.

Tüm maddeler farklı kümelenme durumlarında olabilir - katı, sıvı, gaz ve plazma. Eski zamanlarda inanılıyordu: dünya toprak, su, hava ve ateşten oluşuyordu. Maddelerin toplu halleri bu görsel bölünmeye karşılık gelir. Deneyimler, kümelenme durumları arasındaki sınırların oldukça keyfi olduğunu göstermektedir. Düşük basınçlarda ve düşük sıcaklıklarda gazlar ideal olarak kabul edilir, içlerindeki moleküller, yalnızca elastik etki yasalarına göre çarpışabilen malzeme noktalarına karşılık gelir. Çarpma anında moleküller arasındaki etkileşim kuvvetleri ihmal edilebilir, çarpışmalar mekanik enerji kaybı olmadan gerçekleşir. Ancak moleküller arasındaki mesafenin artmasıyla moleküllerin etkileşimi de dikkate alınmalıdır. Bu etkileşimler gaz halinden sıvı veya katı hale geçiş sırasında ortaya çıkmaya başlar. Moleküller arasında çeşitli etkileşimler meydana gelebilir.

Moleküller arası etkileşim kuvvetleri, atomların kimyasal etkileşim kuvvetlerinden farklı olarak, moleküllerin oluşumuna yol açan doygunluğa sahip değildir. Yüklü parçacıklar etkileşime girdiğinde elektrostatik olabilirler. Deneyimler, moleküllerin uzaklığına ve karşılıklı yönelimine bağlı olan kuantum-mekanik etkileşimin, moleküller arasındaki 10-9 m'den fazla mesafelerde ihmal edilebilir olduğunu göstermiştir.Nadir gazlarda, ihmal edilebilir veya varsayılabilir. potansiyel etkileşim enerjisi pratikte sıfırdır. Küçük mesafelerde bu enerji küçüktür, karşılıklı çekim kuvvetlerinde

at - karşılıklı itme ve için

Moleküllerin çekimi ve itilmesi dengelenir ve F = 0. Burada kuvvetler, potansiyel enerjiyle olan bağlantıları tarafından belirlenir. Ancak parçacıklar, belirli bir kinetik enerjiye sahip olarak hareket eder.

gii. Bir molekül hareketsiz kalsın, diğeri böyle bir enerji deposuna sahip olarak onunla çarpışsın. Moleküller birbirine yaklaştığında, çekim kuvvetleri pozitif iş yapar ve etkileşimlerinin potansiyel enerjisi bir mesafeye düşer, bu durumda kinetik enerji (ve hız) artar. Mesafe çekim kuvvetlerinden daha az olduğunda, yerini itme kuvvetleri alacaktır. Molekülün bu kuvvetlere karşı yaptığı iş negatiftir.

Bir molekül, kinetik enerjisi tamamen potansiyel enerjiye dönüşene kadar hareketsiz bir moleküle yaklaşacaktır. Asgari mesafe D, Moleküllerin yaklaşabileceği yere denir. molekülün etkin çapı. Durduktan sonra, molekül artan bir hızla itici kuvvetlerin etkisi altında uzaklaşmaya başlayacaktır. Mesafeyi tekrar geçtikten sonra, molekül, çıkarılmasını yavaşlatacak olan çekici kuvvetler bölgesine düşecektir. Etkili çap, kinetik enerjinin ilk stoğuna bağlıdır, yani. bu miktar sabit değildir. Etkileşimin potansiyel enerjisine eşit mesafelerde, sonsuz büyüklükte bir değere veya molekül merkezlerinin daha küçük bir mesafede yaklaşmasını engelleyen "bariye" sahiptir. Ortalama potansiyel etkileşim enerjisinin ortalama kinetik enerjiye oranı, maddenin kümelenme durumunu belirler: gazlar için sıvılar için, katılar için

Yoğunlaştırılmış ortam sıvılar ve katılardır. İçlerinde atomlar ve moleküller yakın, neredeyse birbirine değiyor. Sıvılarda ve katılarda moleküllerin merkezleri arasındaki ortalama uzaklık (2 -5) 10 -10 m mertebesindedir.Yoğunlukları da yaklaşık olarak aynıdır. Atomlar arası mesafeler, elektron bulutlarının birbirine nüfuz ettiği mesafeleri aşıyor, böylece itici güçler ortaya çıkıyor. Karşılaştırma için, normal koşullar altında gazlarda moleküller arasındaki ortalama mesafe yaklaşık 33 10 -10 m'dir.

V sıvılar moleküller arası etkileşim daha güçlü bir etkiye sahiptir, moleküllerin termal hareketi, denge konumu çevresinde zayıf titreşimlerde kendini gösterir ve hatta bir konumdan diğerine atlar. Bu nedenle, parçacıkların dizilişinde yalnızca kısa menzilli bir düzene, yani yalnızca en yakın parçacıkların dizilişinde tutarlılığa ve karakteristik bir akışkanlığa sahiptirler.

Katı cisimler yapının sertliği ile karakterize edilir, sıcaklık ve basıncın etkisi altında çok daha az değişen, kesin olarak tanımlanmış bir hacme ve şekle sahiptir. Katılarda amorf ve kristal haller mümkündür. Ara maddeler de vardır - sıvı kristaller. Ancak katılardaki atomlar sanıldığı gibi hareketsiz değildir. Her biri, komşular arasında ortaya çıkan elastik kuvvetlerin etkisi altında her zaman titreşir. Çoğu element ve bileşik, mikroskop altında kristal bir yapı gösterir.

Böylece sofra tuzu taneleri mükemmel küpler gibi görünür. Kristallerde, atomlar kristal kafesin yerlerinde sabitlenmiştir ve sadece kafes bölgelerinin yakınında titreşebilirler. Kristaller gerçek katıları oluşturur ve plastik ya da asfalt gibi katılar adeta katılar ve sıvılar arasında bir ara maddedir. Bir sıvı gibi amorf bir cisim kısa menzilli bir düzene sahiptir, ancak sıçrama olasılığı küçüktür. Bu nedenle cam, viskozitesi arttırılmış aşırı soğutulmuş bir sıvı olarak düşünülebilir. Sıvı kristaller, sıvıların akışkanlığına sahiptir, ancak atomların düzenlenme sırasını korur ve özelliklerin anizotropisine sahiptir.

Atomların (ve yaklaşık olarak) kristallerdeki kimyasal bağları, moleküllerdeki ile aynıdır. Katıların yapısı ve sertliği, gövdeyi oluşturan atomları birbirine bağlayan elektrostatik kuvvetlerdeki farkla belirlenir. Atomları moleküllere bağlayan mekanizma, makromoleküller olarak kabul edilebilecek katı periyodik yapıların oluşumuna yol açabilir. İyonik ve kovalent moleküller gibi iyonik ve kovalent kristaller vardır. Kristallerdeki iyonik kafesler, iyonik bağlarla bir arada tutulur (bkz. Şekil 7.1). Sofra tuzunun yapısı, her sodyum iyonunun altı komşu - klor iyonu olacak şekildedir. Bu dağılım minimum enerjiye karşılık gelir, yani böyle bir konfigürasyon oluşturulduğunda maksimum enerji serbest bırakılır. Bu nedenle, sıcaklık erime noktasının altına düştüğünde, saf kristaller oluşturma eğilimi vardır. Sıcaklıktaki bir artışla, termal kinetik enerji bağı kırmak için yeterlidir, kristal erimeye başlayacak ve yapı çökecektir. Kristal polimorfizmi, farklı kristal yapılara sahip durumlar oluşturma yeteneğidir.

Nötr atomlardaki elektrik yükünün dağılımı değiştiğinde, komşular arasında zayıf etkileşimler meydana gelebilir. Bu bağ moleküler veya van der Waals (hidrojen molekülünde olduğu gibi) olarak adlandırılır. Ancak nötr atomlar arasında elektrostatik çekim kuvvetleri de ortaya çıkabilir, o zaman atomların elektron kabuklarında yeniden düzenlemeler olmaz. Elektron kabukları birbirine yaklaştığında karşılıklı itme, negatif yüklerin ağırlık merkezini pozitif olanlara göre kaydırır. Atomların her biri diğerinde bir elektrik dipol indükler ve bu onların çekiciliğine yol açar. Bu, büyük bir etki yarıçapına sahip moleküller arası kuvvetlerin veya van der Waals kuvvetlerinin hareketidir.

Hidrojen atomu çok küçük olduğundan ve elektronu kolayca yer değiştirebildiğinden, genellikle aynı anda iki atoma çekilir ve bir hidrojen bağı oluşturur. Hidrojen bağı, su moleküllerinin birbirleriyle etkileşiminden de sorumludur. Su ve buzun benzersiz özelliklerinin birçoğunu açıklar (Şekil 7.4).

Kovalent bağ(veya atomik) nötr atomların iç etkileşimi nedeniyle elde edilir. Böyle bir bağın bir örneği, bir metan molekülündeki bir bağdır. Güçlü bir bağa sahip bir karbon türü elmastır (dört hidrojen atomu, dört karbon atomu ile değiştirilir).

Böylece, kovalent bir bağ üzerine inşa edilen karbon, elmas şeklinde bir kristal oluşturur. Her atom, düzenli bir tetrahedron oluşturan dört atomla çevrilidir. Ancak bunların her biri aynı zamanda komşu tetrahedronun tepe noktasıdır. Diğer koşullar altında, aynı karbon atomları grafit. Grafitte de atomik bağlarla bağlanırlar, ancak kesme yeteneğine sahip altıgen petek hücrelerinin düzlemlerini oluştururlar. Altıgenlerin köşelerinde bulunan atomlar arasındaki mesafe 0.142 nm'dir. Katmanlar, 0.335 nm'lik bir mesafede bulunur, yani. zayıf bağlı, bu nedenle grafit plastik ve yumuşaktır (Şekil 7.5). 1990'da, yeni bir maddenin alındığının duyurulmasının neden olduğu araştırma çalışmalarında bir patlama oldu - fullerit, karbon moleküllerinden oluşan - fullerenler. Bu karbon formu molekülerdir, yani. minimum element bir atom değil, bir moleküldür. Adını, 1954'te bir yarım küre oluşturan altıgen ve beşgen yapılar inşa etmek için patent alan mimar R. Fuller'den almıştır. Molekül 60 1985'te 0.71 nm çapında karbon atomları keşfedildi, daha sonra moleküller keşfedildi, vb. Hepsinin sabit yüzeyleri vardı,

ama en kararlı moleküller C 60 idi ve İLE 70 . Grafitin fullerenlerin sentezi için bir hammadde olarak kullanıldığını varsaymak mantıklıdır. Eğer öyleyse, altıgen parçanın yarıçapı 0.37 nm olmalıdır. Ancak 0.357 nm'ye eşit olduğu ortaya çıktı. Bu %2'lik fark, karbon atomlarının grafitten miras alınan 20 düzenli altı yüzlü ve 12 düzenli beş yüzlü, yani. tasarım bir futbol topunu andırıyor. Kapalı bir küreye "dikerken", bazı düz altıgenlerin beş yüzlülere dönüştüğü ortaya çıktı. Oda sıcaklığında, C60 molekülleri, her molekülün 0,3 nm aralıklı 12 komşuya sahip olduğu bir yapıya yoğunlaşır. saat T= 349 K, birinci dereceden bir faz geçişi meydana gelir - kafes, kübik olana yeniden düzenlenir. Kristalin kendisi bir yarı iletkendir, ancak kristalli bir C 60 filmine bir alkali metal eklendiğinde, süper iletkenlik 19 K sıcaklıkta meydana gelir. 4-10 12 bit / cm2. Karşılaştırma için, bir ferromanyetik malzemeden oluşan bir film, 107 bit / cm2 mertebesinde bir kayıt yoğunluğu ve optik diskler, yani. lazer teknolojisi, - 10 8 bit/cm 2. Bu karbon ayrıca tıp ve farmakolojide özellikle önemli olan başka benzersiz özelliklere de sahiptir.

Metal kristallerde kendini gösterir. metal bağı, metaldeki tüm atomlar "toplu kullanım için" değerlik elektronlarını verdiğinde. Atomik çekirdeklere zayıf bir şekilde bağlıdırlar ve kristal kafes boyunca serbestçe hareket edebilirler. Kimyasal elementlerin yaklaşık 2/5'i metaldir. Metallerde (cıva hariç), metal atomlarının boş orbitalleri üst üste geldiğinde ve bir kristal kafes oluşumu nedeniyle elektronlar ayrıldığında bağ oluşur. Kafesin katyonlarının bir elektron gazıyla sarıldığı ortaya çıktı. Atomlar birbirlerine dış elektron bulutunun boyutlarından daha az bir mesafede yaklaştıklarında metalik bir bağ oluşur. Bu konfigürasyonla (Pauli prensibi), dış elektronların enerjisi artar ve komşuların çekirdekleri bu dış elektronları çekmeye başlar, elektron bulutlarını aşındırır, onları metal üzerinde eşit olarak dağıtır ve bir elektron gazına dönüştürür. İletim elektronları bu şekilde ortaya çıkar ve metallerin yüksek elektriksel iletkenliğini açıklar. İyonik ve kovalent kristallerde, dış elektronlar pratik olarak bağlıdır ve bu katıların iletkenliği çok küçüktür, buna denir. izolatörler.

Sıvıların iç enerjisi, zihinsel olarak bölünebildiği makroskopik alt sistemlerin iç enerjilerinin ve bu alt sistemlerin etkileşim enerjilerinin toplamı ile belirlenir. Etkileşim, 10-9 m mertebesinde bir etki yarıçapına sahip moleküler kuvvetler aracılığıyla gerçekleştirilir Makrosistemler için, etkileşim enerjisi temas alanıyla orantılıdır, bu nedenle yüzey tabakasının fraksiyonu gibi küçüktür, ancak bu gerekli değil. Buna yüzey enerjisi denir ve yüzey gerilimi uygulamalarında dikkate alınmalıdır. Tipik olarak, sıvılar eşit ağırlıkta daha büyük bir hacmi kaplar, yani daha düşük yoğunluğa sahiptirler. Ama neden buz ve bizmutun hacimleri erime sırasında azalır ve hatta erime noktasından sonra bile bir süre bu eğilimi korur? Sıvı haldeki bu maddelerin daha yoğun olduğu ortaya çıktı.

Bir sıvıda, her atom komşuları tarafından etkilenir ve oluşturdukları anizotropik potansiyelin içinde titreşir. Katıdan farklı olarak, bu çukur sığdır, çünkü uzak komşuların neredeyse hiçbir etkisi yoktur. Bir sıvıdaki parçacıkların yakın çevresi değişir, yani sıvı akar. Belirli bir sıcaklığa ulaşıldığında sıvı kaynar; kaynama sırasında sıcaklık sabit kalır. Gelen enerji bağları kırmak için harcanır ve sıvı tamamen kırıldığında gaza dönüşür.

Sıvıların yoğunlukları, aynı basınç ve sıcaklıklarda gazlarınkinden çok daha yüksektir. Bu nedenle, kaynama sırasındaki suyun hacmi, aynı su buharı kütlesinin hacminin sadece 1/1600'ü kadardır. Sıvının hacmi çok az basınca ve sıcaklığa bağlıdır. Normal şartlar altında (20°C ve 1.013 10 5 Pa basınç) su 1 litre hacim kaplar. Sıcaklığın 10 ° C'ye düşmesiyle, hacim sadece 0,0021 azalır, basınçtaki artışla iki katına çıkar.

Hala bir sıvının basit bir ideal modeli olmamasına rağmen, mikro yapısı yeterince incelenmiştir ve makroskopik özelliklerinin çoğunu niteliksel olarak açıklamayı mümkün kılmaktadır. Sıvılarda moleküllerin kohezyonunun katıdan daha zayıf olduğu gerçeği Galileo tarafından fark edildi; büyük su damlalarının lahana yapraklarında birikip yaprağa yayılmamasına şaşırdı. Yağlı bir yüzeye dökülen cıva veya su damlacıkları, yapışma nedeniyle küçük toplar şeklini alır. Bir maddenin molekülleri başka bir maddenin molekülleri tarafından çekilirse, bundan bahsederler. ıslatma,örneğin, tutkal ve ahşap, yağ ve metal (muazzam basınca rağmen, yataklarda yağ tutulur). Ancak su, kılcal boru adı verilen ince borularda yükselir ve boru inceldikçe yükselir. Suyun ve cam ıslatmanın etkisinden başka açıklaması olamaz. Cam ve su arasındaki ıslatma kuvvetleri, su molekülleri arasındakinden daha büyüktür. Cıva ile etki tam tersidir: cıva ve camın ıslanması, cıva atomları arasındaki yapışma kuvvetlerinden daha zayıftır. Galileo, Arşimet yasasına aykırı olmasına rağmen, yağlanmış bir iğnenin suda kalabileceğini fark etti. İğne yüzdüğünde, yapabilirsiniz

ama sanki düzeltmeye çalışıyormuş gibi, suyun yüzeyinde hafif bir bükülme olduğunu fark edin. Su molekülleri arasındaki yapışma kuvvetleri, iğnenin suya düşmesini önlemek için yeterlidir. Yüzey tabakası suyu bir film gibi korur, bu yüzey gerilimi, Suya en küçük yüzey şeklini verme eğiliminde olan - küresel. Ancak iğne artık alkolün yüzeyinde yüzemez, çünkü suya alkol eklendiğinde yüzey gerilimi azalır ve iğne batar. Sabun ayrıca yüzey gerilimini de azaltır, bu nedenle sıcak sabun köpüğü, nüfuz eden çatlaklar ve yarıklar, kiri, özellikle yağlıları daha iyi temizlerken temiz su sadece damlacıklar halinde kıvrılır.

Plazma, büyük mesafelerde etkileşime giren yüklü parçacıkların bir koleksiyonundan gelen bir gaz olan maddenin kümelenmesinin dördüncü halidir. Bu durumda, pozitif ve negatif yüklerin sayısı yaklaşık olarak eşittir, böylece plazma elektriksel olarak nötr olur. Dört elementten plazma ateşe karşılık gelir. Bir gazı plazma durumuna dönüştürmek için buna ihtiyacınız var. iyonize etmek, atomlardan elektron koparır. İyonizasyon ısıtma, elektrik deşarjı veya sert radyasyon ile gerçekleştirilebilir. Evrendeki madde çoğunlukla iyonize haldedir. Yıldızlarda, iyonlaşmaya termal olarak, seyrek bulutsularda ve yıldızlararası gazda - yıldızlardan gelen ultraviyole radyasyonu neden olur. Güneşimiz ayrıca plazmadan oluşur, radyasyonu dünya atmosferinin üst katmanlarını iyonize eder. iyonosfer, uzun mesafeli radyo iletişimi olasılığı, durumuna bağlıdır. Karasal koşullarda, plazma nadirdir - flüoresan lambalarda veya bir elektrik arkında. Laboratuvarlarda ve teknolojide plazma en çok elektrik deşarjı ile elde edilir. Doğada, yıldırım bunu yapar. Bir deşarj ile iyonizasyon sırasında, bir zincir reaksiyonu sürecine benzer şekilde elektron çığları ortaya çıkar. Termonükleer enerji elde etmek için enjeksiyon yöntemi kullanılır: çok yüksek hızlara hızlandırılmış gaz iyonları manyetik tuzaklara enjekte edilir, elektronları ortamdan kendilerine çekerek bir plazma oluşturur. Basınçla - şok dalgalarıyla - iyonizasyon da kullanılır. Bu iyonizasyon yöntemi, süper yoğun yıldızlarda ve muhtemelen Dünya'nın çekirdeğinde bulunur.

İyonlara ve elektronlara etkiyen herhangi bir kuvvet elektrik akımına neden olur. Dış alanlarla ilişkili değilse ve plazma içinde kapalı değilse polarize olur. Plazma gaz yasalarına uyar, ancak yüklü parçacıkların hareketini düzenleyen bir manyetik alan uygulandığında, bir gaz için tamamen olağandışı özellikler sergiler. Güçlü bir manyetik alanda, parçacıklar kuvvet çizgileri etrafında dönmeye başlar ve manyetik alan boyunca serbestçe hareket ederler. Bu sarmal hareketin alanın alan çizgilerinin yapısını değiştirdiği ve alanın plazmada "donduğu" söylenir. Daha ince bir plazma, bir parçacık sistemi ile tanımlanır ve daha yoğun bir plazma, bir sıvı modeli ile tanımlanır.

Plazmanın yüksek elektriksel iletkenliği, gazdan temel farkıdır. Güneş yüzeyinin soğuk plazmasının (0.8 10 -19 J) iletkenliği metallerin iletkenliğine ulaşır ve termonükleer bir sıcaklıkta (1.6 10 -15 J), hidrojen plazması normal koşullar altında bakırdan 20 kat daha iyi bir akım iletir. Plazma akımı iletebildiğinden, genellikle ona iletken bir sıvı modeli uygulanır. Sıkıştırılabilirliği onu sıradan bir sıvıdan ayırsa da sürekli bir ortam olarak kabul edilir, ancak bu fark yalnızca hızı ses hızından daha büyük olan akışlar için ortaya çıkar. İletken bir sıvının davranışı, adı verilen bir bilimde araştırılmaktadır. manyetohidrodinamik. Uzayda herhangi bir plazma ideal bir iletkendir ve donmuş alan yasaları yaygın olarak kullanılmaktadır. İletken bir sıvının modeli, bir manyetik alan tarafından plazma hapsi mekanizmasının anlaşılmasını mümkün kılar. Böylece, Güneş'ten yayılan plazma akışları, Dünya'nın atmosferini etkiler. Akışın kendisinin bir manyetik alanı yoktur, ancak içeri donma yasasına göre yabancı bir alan onun içine giremez. Plazma güneş akımları, yabancı gezegenler arası manyetik alanları Güneş'in çevresinden uzaklaştırır. Alanın daha zayıf olduğu bir manyetik boşluk ortaya çıkar. Bu korpüsküler plazma akımları Dünya'ya yaklaştıklarında, Dünya'nın manyetik alanıyla çarpışırlar ve aynı yasaya göre onun etrafında akmaya zorlanırlar. Manyetik alanın toplandığı ve plazma akışlarının nüfuz etmediği bir tür boşluk ortaya çıkıyor. Roketler ve uydular tarafından tespit edilen yüzeyinde yüklü parçacıklar birikir - bu, Dünya'nın dış radyasyon kuşağıdır. Bu fikirler ayrıca özel cihazlarda bir manyetik alan tarafından plazma hapsi problemlerinin çözümünde de kullanıldı - tokamaks (kelimelerin kısaltmasından: toroidal oda, mıknatıs). Bu ve diğer sistemlere hapsedilmiş tamamen iyonize plazma ile umutlar, Dünya'da kontrollü bir termonükleer reaksiyon elde etme üzerine sabitlenmiştir. Bu, temiz ve ucuz bir enerji kaynağı (deniz suyu) sağlayacaktır. Odaklanmış lazer radyasyonu kullanarak plazma elde etmek ve tutmak için çalışmalar devam etmektedir.

Üç kümelenme durumu hakkında en yaygın bilgi: sıvı, katı, gaz, bazen plazma hakkında hatırlayın, daha az sıklıkla sıvı kristal. Son zamanlarda, ünlü () Stephen Fry'dan alınan bir maddenin 17 fazının bir listesi internette yayıldı. Bu nedenle, size onlar hakkında daha fazla bilgi vereceğiz, çünkü Evrende meydana gelen süreçleri daha iyi anlamak için, madde hakkında biraz daha bilgi sahibi olmalısınız.

Aşağıda verilen maddelerin toplu hallerinin listesi, en soğuk hallerden en sıcağa doğru artar, vb. devam ettirilebilir. Aynı zamanda, maddenin sıkıştırma derecesinin ve basıncının (kuantum, radyal veya zayıf simetrik gibi keşfedilmemiş varsayımsal durumlar için bazı çekincelerle) gaz halinden (No. 11) arttığı anlaşılmalıdır. Listenin her iki tarafında en "sıkıştırılmamış", maddenin faz geçişlerinin görsel bir grafiği gösterilmektedir.

1. Kuantum- sıcaklık mutlak sıfıra düştüğünde elde edilen, bunun sonucunda iç bağların kaybolduğu ve maddenin serbest kuarklara ayrıldığı maddenin toplam hali.

2. Bose-Einstein yoğuşması- mutlak sıfıra yakın sıcaklıklara (mutlak sıfırın üzerinde bir derecenin milyonda birinden daha az) soğutulmuş bozonlara dayanan maddenin toplam hali. Böyle güçlü bir şekilde soğutulmuş durumda, yeterince fazla sayıda atom kendilerini mümkün olan minimum kuantum durumlarında bulur ve kuantum etkileri makroskopik düzeyde kendini göstermeye başlar. Bose-Einstein yoğuşması (genellikle "Bose yoğuşması" veya basitçe "geri" olarak adlandırılır) bir kimyasal elementi aşırı düşük sıcaklıklara (genellikle mutlak sıfırın biraz üzerinde bir sıcaklığa, eksi 273 santigrat dereceye) soğuttuğunuzda oluşur. her şey hareket etmeyi durdurur).
Bu, maddeye tamamen garip şeylerin olmaya başladığı yerdir. Normalde sadece atomik düzeyde görülen süreçler artık çıplak gözle gözlemlenebilecek kadar büyük bir ölçekte gerçekleşiyor. Örneğin, “arkalığı” bir behere koyarsanız ve gerekli sıcaklığı sağlarsanız, madde duvarda sürünmeye başlayacak ve sonunda kendi kendine çıkacaktır.
Görünüşe göre, burada maddenin kendi enerjisini (mümkün olan tüm seviyelerin en düşük seviyesinde olan) düşürmeye yönelik beyhude bir girişimi ile karşı karşıyayız.
Atomları soğutma ekipmanı kullanarak yavaşlatmak, Bose yoğuşması veya Bose-Einstein yoğuşması olarak bilinen tekil bir kuantum durumu üretir. Bu fenomen, 1925'te A. Einstein tarafından, kütlesiz fotonlardan kütleli atomlara kadar değişen parçacıklar için istatistiksel mekaniğin inşa edildiği S. Bose'un çalışmalarının genelleştirilmesinin bir sonucu olarak tahmin edildi (Einstein'ın el yazması, kayıp olarak kabul edildi, 2005 yılında Leiden Üniversitesi kütüphanesinde keşfedilmiştir). Bose ve Einstein'ın çabalarının sonucu, Bose-Einstein istatistiklerine uyan Bose gazı kavramıydı; bu, bozon adı verilen tamsayı dönüşlü özdeş parçacıkların istatistiksel dağılımını tanımlar. Örneğin, bireysel temel parçacıklar - fotonlar ve bütün atomlar olan bozonlar, aynı kuantum durumlarında birbirleriyle olabilir. Einstein, atomları - bozonları çok düşük sıcaklıklara soğutmanın, onların mümkün olan en düşük kuantum durumuna gitmelerine (ya da başka bir deyişle, yoğunlaşmalarına) neden olacağını öne sürdü. Böyle bir yoğunlaşmanın sonucu, yeni bir madde biçiminin ortaya çıkması olacaktır.
Bu geçiş, herhangi bir iç serbestlik derecesi olmaksızın, etkileşmeyen parçacıklardan oluşan homojen bir üç boyutlu gaz için olan kritik sıcaklığın altında gerçekleşir.

3. Fermiyon yoğuşması- bir maddenin arkaya benzer, ancak yapısı farklı olan kümelenme durumu. Mutlak sıfıra yaklaşırken, atomlar uygun açısal momentumun (spin) büyüklüğüne bağlı olarak farklı davranırlar. Bozonların tamsayı dönüşleri vardır, fermiyonların ise 1/2 (1/2, 3/2, 5/2) katları vardır. Fermiyonlar, iki fermiyonun aynı kuantum durumuna sahip olamayacağına göre Pauli dışlama ilkesine uyar. Bozonlar için böyle bir yasak yoktur ve bu nedenle tek bir kuantum durumunda var olma ve böylece Bose-Einstein yoğuşmasını oluşturma fırsatına sahiptirler. Bu yoğuşmanın oluşumu, süper iletken duruma geçişten sorumludur.
Elektronlar 1/2 spinlidir ve bu nedenle fermiyondur. Çiftler halinde birleşirler (Cooper çiftleri olarak adlandırılırlar) ve daha sonra bir Bose yoğunlaşması oluştururlar.
Amerikalı bilim adamları, derin soğutma ile fermiyon atomlarından bir tür molekül elde etmeye çalıştılar. Gerçek moleküllerden farkı, atomlar arasında kimyasal bir bağ olmamasıydı - sadece bağlantılı bir şekilde birlikte hareket ettiler. Cooper çiftlerinde atomlar arasındaki bağın elektronlar arasındaki bağdan bile daha güçlü olduğu ortaya çıktı. Oluşan fermiyon çiftleri için toplam dönüş artık 1/2'nin katı değildir; bu nedenle, zaten bozonlar gibi davranırlar ve tek bir kuantum durumuna sahip bir Bose yoğunlaşması oluşturabilirler. Deney sırasında, potasyum-40 atomlu bir gaz 300 nanokelvin'e soğutulurken, gaz sözde optik tuzakta tutuldu. Daha sonra, atomlar arasındaki etkileşimlerin doğasını değiştirmenin mümkün olduğu bir dış manyetik alan uygulandı - güçlü bir itme yerine güçlü bir çekim gözlemlenmeye başladı. Manyetik alanın etkisini analiz ederken, atomların Cooper elektron çiftleri gibi davranmaya başladığı değerini bulmak mümkün oldu. Deneyin bir sonraki aşamasında, bilim adamları, fermiyon kondensatı için süper iletkenliğin etkilerini elde etmeyi teklif ediyorlar.

4. Süperakışkan madde- bir maddenin neredeyse hiç viskoziteye sahip olmadığı ve akış sırasında katı bir yüzeyle sürtünme yaşamadığı bir durum. Bunun sonucu, örneğin, süperakışkan helyumun gemiden duvarları boyunca yerçekimi kuvvetine karşı tamamen kendiliğinden "sürünmesi" gibi ilginç bir etkidir. Tabii ki, enerjinin korunumu yasasının ihlali yoktur. Sürtünme kuvvetlerinin yokluğunda, yalnızca yerçekimi, helyum ile kabın duvarları arasındaki ve helyum atomları arasındaki atomlar arası etkileşim kuvvetleri helyuma etki eder. Bu nedenle, atomlar arası etkileşim kuvvetleri, birleşik diğer tüm kuvvetleri aşar. Sonuç olarak, helyum mümkün olduğu kadar tüm olası yüzeylere yayılma eğilimindedir ve bu nedenle kabın duvarları boyunca "hareket eder". 1938'de Sovyet bilim adamı Pyotr Kapitsa, helyumun aşırı sıvı halde var olabileceğini kanıtladı.
Helyumun olağandışı özelliklerinin birçoğunun oldukça uzun bir süredir bilindiğini belirtmekte fayda var. Ancak son yıllarda bu kimyasal element ilginç ve beklenmedik etkilerle bizleri “şımartıyor”. Böylece, 2004 yılında, Pennsylvania Üniversitesi'nden Moses Chan ve Eun-Siong Kim, tamamen yeni bir helyum durumu - süper akışkan bir katı elde etmeyi başardıklarını ifade ederek bilim dünyasının ilgisini çekti. Bu durumda, kristal kafes içindeki bazı helyum atomları diğerlerinin etrafında akabilir ve böylece helyum kendi içinden akabilir. "Süper sertlik" etkisi teorik olarak 1969'da tahmin edildi. Ve şimdi 2004'te - sanki deneysel bir onaymış gibi. Bununla birlikte, daha sonraki ve çok ilginç deneyler, her şeyin o kadar basit olmadığını ve belki de, daha önce katı helyumun aşırı akışkanlığı için alınan fenomenin böyle bir yorumunun yanlış olduğunu gösterdi.
Amerika Birleşik Devletleri'ndeki Brown Üniversitesi'nden Humphrey Maris liderliğindeki bilim adamlarının deneyi basit ve zarifti. Bilim adamları kapalı bir sıvı helyum rezervuarına bir test tüpünü baş aşağı yerleştirdiler. Test tüpündeki ve haznedeki helyumun bir kısmı, deney tüpünün içindeki sıvı ve katı arasındaki sınır haznedekinden daha yüksek olacak şekilde donduruldu. Başka bir deyişle, test tüpünün üst kısmında sıvı helyum vardı, alt kısmında - katı, üzerine biraz sıvı helyumun döküldüğü rezervuarın katı fazına sorunsuz bir şekilde geçti - sıvı seviyesinden daha düşük. test tüpü. Sıvı helyum katıdan sızmaya başlarsa, seviye farkı azalır ve o zaman katı süperakışkan helyumdan bahsedebiliriz. Ve prensipte, 13 deneyin üçünde seviye farkı aslında azaldı.

5. Süper sert madde- maddenin şeffaf olduğu ve bir sıvı gibi "akabildiği", ancak aslında viskoziteden yoksun olduğu toplam durum. Bu tür akışkanlar uzun yıllardır bilinmektedir ve bunlara süper akışkanlar denir. Gerçek şu ki, aşırı akışkan karıştırılırsa, normal sıvı sonunda sakinleşirken, neredeyse sonsuza kadar dolaşacaktır. İlk iki süper akışkan, araştırmacılar tarafından helyum-4 ve helyum-3 kullanılarak oluşturuldu. Neredeyse mutlak sıfıra - eksi 273 santigrat dereceye kadar soğutuldular. Ve helyum-4'ten Amerikalı bilim adamları süper sert bir vücut elde etmeyi başardılar. Donmuş helyumu 60 kattan fazla basınçla sıkıştırdılar ve ardından maddeyle dolu cam dönen bir disk üzerine yerleştirildi. 0.175 santigrat derece sıcaklıkta, disk aniden daha özgürce dönmeye başladı, bu da bilim adamlarına göre helyumun bir süper vücut haline geldiğini gösteriyor.

6. Katı- denge pozisyonları etrafında küçük titreşimler gerçekleştiren atomların termal hareketinin şekli ve doğası ile karakterize edilen maddenin toplam durumu. Katıların kararlı hali kristaldir. Fiziksel özelliklerinin çeşitliliğini belirleyen atomlar arasında iyonik, kovalent, metalik ve diğer bağ türlerini içeren katılar arasında ayrım yapın. Katıların elektriksel ve diğer bazı özellikleri, esas olarak atomlarının dış elektronlarının hareketinin doğası ile belirlenir. Elektriksel özelliklerine göre katılar, manyetik özelliklerine göre dielektriklere, yarı iletkenlere ve metallere - diamagnetlere, paramagnetlere ve düzenli bir manyetik yapıya sahip gövdelere ayrılır. Katıların özelliklerine ilişkin araştırmalar, gelişimi teknolojinin ihtiyaçları tarafından teşvik edilen geniş bir alanda birleşti - katı hal fiziği.

7. Amorf katı- atomların ve moleküllerin düzensiz dizilimi nedeniyle fiziksel özelliklerin izotropisi ile karakterize edilen, maddenin yoğun toplu hali. Amorf katılarda atomlar rastgele yerleştirilmiş noktalar etrafında titreşir. Kristal halin aksine, katı amorftan sıvıya geçiş kademeli olarak gerçekleşir. Çeşitli maddeler amorf haldedir: camlar, reçineler, plastikler vb.

8. Sıvı kristal Bir maddenin aynı anda bir kristal ve bir sıvının özelliklerini sergilediği belirli bir toplu halidir. Hemen tüm maddelerin sıvı kristal halde olamayacağına dair bir rezervasyon yapmak gerekir. Bununla birlikte, karmaşık moleküllere sahip bazı organik maddeler, belirli bir agrega durumu - sıvı kristal oluşturabilir. Bu durum, bazı maddelerin kristalleri eridiğinde ortaya çıkar. Eridiklerinde, sıradan sıvılardan farklı olan bir sıvı kristal faz oluşur. Bu faz, ısıtıldığında sıvı kristalin sıradan bir sıvıya dönüştüğü kristalin erime noktasından daha yüksek bir sıcaklığa kadar olan bir aralıkta bulunur.
Bir sıvı kristal, sıvı ve sıradan bir kristalden nasıl farklıdır ve onlara nasıl benzer? Sıradan bir sıvı gibi, sıvı kristal de sıvıdır ve yerleştirildiği kap şeklini alır. Bu, herkesin bildiği kristallerden farklıdır. Ancak onu bir sıvı ile birleştiren bu özelliğine rağmen, kristallerin bir özelliği vardır. Kristali oluşturan moleküllerin uzaydaki sıralaması budur. Doğru, bu sıralama sıradan kristallerdeki kadar eksiksiz değildir, ancak yine de sıvı kristallerin özelliklerini, onları sıradan sıvılardan ayıran önemli ölçüde etkiler. Bir sıvı kristali oluşturan moleküllerin eksik uzaysal sıralaması, sıvı kristallerde, kısmi bir düzen olsa da, moleküllerin ağırlık merkezlerinin uzaysal düzenlemesinde tam bir düzen olmadığı gerçeğinde kendini gösterir. Bu, katı bir kristal kafese sahip olmadıkları anlamına gelir. Bu nedenle sıvı kristaller, sıradan sıvılar gibi akışkanlık özelliğine sahiptir.
Sıvı kristallerin, onları sıradan kristallere yaklaştıran zorunlu bir özelliği, moleküllerin uzaysal oryantasyon düzeninin varlığıdır. Yönlendirmedeki bu düzen, örneğin bir sıvı kristal numunedeki tüm uzun molekül eksenlerinin aynı şekilde yönlendirildiği gerçeğinde kendini gösterebilir. Bu moleküller uzatılmış olmalıdır. Moleküler eksenlerin en basit adlandırılmış sıralamasına ek olarak, bir sıvı kristalde moleküllerin daha karmaşık bir yönelim düzeni gerçekleştirilebilir.
Moleküler eksenlerin sıralanma şekline bağlı olarak sıvı kristaller üç tipe ayrılır: nematik, smektik ve kolesterik.
Sıvı kristallerin fiziği ve uygulamaları konusundaki araştırmalar şu anda dünyanın en gelişmiş tüm ülkelerinde geniş bir cephede yürütülmektedir. Yurtiçi araştırma, hem akademik hem de endüstriyel araştırma kurumlarında yoğunlaşmıştır ve uzun bir geleneğe sahiptir. V.K.'nin çalışmaları Fredericks'den V.N.'ye Tsvetkova. Son yıllarda, sıvı kristallerin yoğun bir şekilde incelenmesi, Rus araştırmacıların genel olarak sıvı kristaller teorisinin ve özellikle sıvı kristallerin optiğinin gelişimine önemli katkılarda bulundular. Böylece, I.G. Chistyakova, A.P. Kapustina, S.A. Brazovsky, S.A. Pikina, L.M. Blinov ve diğer birçok Sovyet araştırmacısı, bilimsel topluluk tarafından yaygın olarak bilinir ve sıvı kristallerin bir dizi etkili teknik uygulamasının temeli olarak hizmet eder.
Sıvı kristallerin varlığı çok uzun zaman önce, yani 1888'de, yani neredeyse bir asır önce tespit edildi. Bilim adamları maddenin bu hali ile 1888'den önce karşılaşmış olsalar da daha sonra resmi olarak keşfedilmiştir.
Sıvı kristalleri ilk keşfeden Avusturyalı botanikçi Reinitzer'di. Sentezlediği yeni madde olan kolesteril benzoatı araştırırken, 145 ° C'lik bir sıcaklıkta, bu maddenin kristallerinin eriyerek bulanık bir sıvı oluşturduğunu, kuvvetli bir şekilde ışık saçtığını buldu. Isıtma devam ederken, 179 °C'lik bir sıcaklığa ulaştıktan sonra sıvı temizlenir, yani optik olarak sıradan bir sıvı gibi, örneğin su gibi davranmaya başlar. Kolesteril benzoat, bulutlu bir fazda beklenmedik özellikler sergiledi. Bu fazı polarize edici bir mikroskop altında inceleyen Rey-nitzer, çift kırılmaya sahip olduğunu keşfetti. Bu, ışığın kırılma indisinin, yani ışığın bu fazdaki hızının, polarizasyona bağlı olduğu anlamına gelir.

9. Sıvı- katı hal (hacim tutma, belirli bir çekme mukavemeti) ve gaz (şekil değişkenliği) özelliklerini birleştiren bir maddenin toplanma durumu. Bir sıvı, parçacıkların (moleküller, atomlar) düzenlenmesinde kısa menzilli bir düzen ve moleküllerin termal hareketinin kinetik enerjisinde ve potansiyel etkileşim enerjisinde küçük bir farkla karakterize edilir. Sıvı moleküllerin termal hareketi, denge konumları hakkındaki salınımlardan ve sıvının akışkanlığı ile bağlantılı olarak bir denge konumundan diğerine nispeten nadir sıçramalardan oluşur.

10. Süper kritik akışkan(SCF) - sıvı ve gaz fazları arasındaki farkın ortadan kalktığı bir maddenin toplanma durumu. Kritik noktanın üzerinde bir sıcaklıkta ve basınçta olan herhangi bir madde süper kritik bir sıvıdır. Süper kritik durumdaki bir maddenin özellikleri, gaz ve sıvı fazdaki özellikleri arasında orta düzeydedir. Dolayısıyla, SCF, bir sıvıya yakın yüksek bir yoğunluğa ve gazlar gibi düşük bir viskoziteye sahiptir. Bu durumda difüzyon katsayısı sıvı ve gaz arasında bir ara değere sahiptir. Süper kritik maddeler, laboratuvar ve endüstriyel işlemlerde organik çözücülerin yerine kullanılabilir. Süper kritik su ve süper kritik karbondioksit, belirli özelliklerle bağlantılı olarak en büyük ilgiyi ve dağıtımı almıştır.
Süperkritik durumun en önemli özelliklerinden biri, maddeleri çözme yeteneğidir. Akışkanın sıcaklığını veya basıncını değiştirerek özelliklerini geniş bir aralıkta değiştirebilirsiniz. Böylece, bir sıvıya veya bir gaza yakın özelliklere sahip bir sıvı elde edebilirsiniz. Böylece, bir sıvının çözünme kabiliyeti artan yoğunlukla (sabit bir sıcaklıkta) artar. Artan basınçla yoğunluk arttığından, basıncın değiştirilmesi sıvının çözünme kabiliyetini (sabit sıcaklıkta) etkileyebilir. Sıcaklık durumunda, sıvının özelliklerinin kıskanılması biraz daha karmaşıktır - sabit bir yoğunlukta, sıvının çözünme kabiliyeti de artar, ancak kritik noktaya yakın, sıcaklıktaki hafif bir artış keskin bir keskinliğe yol açabilir. yoğunlukta ve buna bağlı olarak çözünme kabiliyetinde düşüş. Süperkritik akışkanlar birbirleriyle süresiz olarak karışır, bu nedenle karışımın kritik noktasına ulaşıldığında sistem her zaman tek fazlı olacaktır. Bir ikili karışımın yaklaşık kritik sıcaklığı, Tc (karışım) = (mol kesri A) x TcA + (mol kesri B) x TcB maddelerinin kritik parametrelerinin aritmetik ortalaması olarak hesaplanabilir.

11. Gazlı- (Fransız gaz, Yunan kaosundan - kaos), parçacıklarının (moleküller, atomlar, iyonlar) termal hareketinin kinetik enerjisinin, aralarındaki etkileşimlerin potansiyel enerjisini önemli ölçüde aştığı maddenin toplanma durumu ve bu nedenle parçacıklar, dış alanların yokluğunda kendilerine sağlanan tüm hacmi eşit olarak doldurarak serbestçe hareket eder.

12. Plazma- (Yunancadan. Plazma - yontulmuş, şekillendirilmiş), iyonize bir gaz olan, pozitif ve negatif yüklerin konsantrasyonlarının eşit olduğu (yarı nötrlük) maddenin durumu. Evrenin maddesinin büyük çoğunluğu plazma halindedir: yıldızlar, galaktik bulutsular ve yıldızlararası ortam. Plazma, Dünya'nın yakınında güneş rüzgarı, manyetosfer ve iyonosfer şeklinde bulunur. Döteryum ve trityum karışımından elde edilen yüksek sıcaklıklı plazma (T ~ 106-108K), kontrollü termonükleer füzyon amacıyla araştırılmaktadır. Düşük sıcaklıklı plazma (T Ј 105K), çeşitli gaz deşarj cihazlarında (gaz lazerleri, iyon cihazları, MHD jeneratörleri, plazmatronlar, plazma motorları, vb.) ve ayrıca teknolojide kullanılır (bkz. Plazma metalurjisi, Plazma delme, Plazma teknoloji) ...

13. Dejenere madde- plazma ve nötronyum arasında bir ara aşamadır. Beyaz cücelerde görülür ve yıldızların evriminde önemli bir rol oynar. Atomlar aşırı yüksek sıcaklık ve basınç altında olduklarında elektronlarını kaybederler (elektron gazına geçerler). Yani tamamen iyonize olurlar (plazma). Böyle bir gazın (plazma) basıncı elektronların basıncı ile belirlenir. Yoğunluk çok yüksekse, tüm parçacıklar birbirine yaklaşmaya zorlanır. Elektronlar belirli enerjilerde olabilir ve iki elektron aynı enerjiye sahip olamaz (spinleri zıt değilse). Böylece, yoğun bir gazda, tüm düşük enerji seviyeleri elektronlarla doldurulur. Böyle bir gaza dejenere denir. Bu durumda elektronlar, yerçekimi kuvvetlerine karşı koyan dejenere elektron basıncı sergiler.

14. nötronyum- Laboratuvarda ulaşılamayan, ancak nötron yıldızlarının içinde var olan, maddenin çok yüksek basınçta geçtiği kümelenme durumu. Nötron durumuna geçiş sırasında, bir maddenin elektronları protonlarla etkileşir ve nötronlara dönüşür. Sonuç olarak, nötron durumundaki madde tamamen nötronlardan oluşur ve nükleer olanın yoğunluğuna sahiptir. Bu durumda, maddenin sıcaklığı çok yüksek olmamalıdır (enerji eşdeğeri olarak yüz MeV'den fazla olmamalıdır).
Sıcaklıktaki güçlü bir artışla (yüzlerce MeV ve üzeri), nötron durumunda çeşitli mezonlar üretilmeye ve yok edilmeye başlar. Sıcaklığın daha da artmasıyla dekonfinasyon meydana gelir ve madde kuark-gluon plazması durumuna geçer. Artık hadronlardan değil, sürekli doğup kaybolan kuarklardan ve gluonlardan oluşuyor.

15. Kuark-gluon plazma(kromoplazma) - hadronik maddenin elektronların ve iyonların sıradan plazmada olduğu duruma benzer bir duruma geçtiği, yüksek enerji fiziği ve temel parçacık fiziğinde maddenin toplam durumu.
Hadronlardaki madde genellikle renksiz ("beyaz") durumda bulunur. Yani farklı renkteki kuarklar birbirini yok eder. Sıradan madde benzer bir duruma sahiptir - tüm atomlar elektriksel olarak nötr olduğunda, yani,
İçlerindeki pozitif yükler, negatif olanlarla telafi edilir. Yüksek sıcaklıklarda, yükler ayrılırken atomların iyonlaşması meydana gelebilir ve madde dedikleri gibi "yarı nötr" hale gelir. Yani, tüm madde bulutu bir bütün olarak nötr kalır ve bireysel parçacıkları nötr olmaktan çıkar. Görünüşe göre tam olarak aynısı hadronik madde için de olabilir - çok yüksek enerjilerde renk serbest bırakılır ve maddeyi "yarı renksiz" yapar.
Büyük Patlama'dan sonraki ilk anlarda Evren'in maddesi muhtemelen kuark-gluon plazması durumundaydı. Şimdi kuark-gluon plazması, çok yüksek enerjili parçacıkların çarpışmasıyla kısa bir süre için oluşturulabilir.
Quark-gluon plazma, 2005 yılında Brookhaven Ulusal Laboratuvarı'ndaki RHIC hızlandırıcısında deneysel olarak elde edildi. 4 trilyon santigrat derece maksimum plazma sıcaklığı Şubat 2010'da orada elde edildi.

16. Garip madde- maddenin yoğunluğun sınır değerlerine sıkıştırıldığı kümelenme durumu, bir "kuark çorbası" şeklinde var olabilir. Bu durumda bir santimetreküp madde, milyarlarca ton ağırlığında olacaktır; dahası, temas ettiği herhangi bir normal maddeyi, önemli miktarda enerji açığa çıkararak aynı "garip" forma dönüştürecektir.
Yıldızın çekirdeğindeki maddenin "garip maddeye" dönüşümü sırasında serbest bırakılabilen enerji, "kuark nova"nın süper güçlü bir patlamasına yol açacaktır - ve Leahy ve Wyed'e göre, gözlemleyen gökbilimcilerdi. Eylül 2006'da.
Bu maddenin oluşum süreci, büyük bir yıldızın dönüştüğü sıradan bir süpernova ile başladı. İlk patlama sonucunda bir nötron yıldızı oluştu. Ancak, Leahy ve Uyed'e göre, uzun sürmedi - kendi manyetik alanı tarafından dönüşü yavaşlamış gibi göründüğü için, "garip bir madde" pıhtısı oluşumuyla daha da küçülmeye başladı, bu da sıradan bir süpernova patlamasından bile daha güçlü, enerji salınımı - ve eski nötron yıldızının maddesinin dış katmanları, ışık hızına yakın bir hızda çevreleyen alana saçılıyor.

17. Güçlü simetrik maddeİçindeki mikropartiküller üst üste gelecek kadar sıkıştırılmış bir maddedir ve vücudun kendisi bir kara deliğe çöker. "Simetri" terimi şu şekilde açıklanır: Maddenin okuldan herkes tarafından bilinen toplam hallerini alalım - katı, sıvı, gaz. Kesinlik için, ideal bir sonsuz kristali katı olarak düşünün. Aktarımla ilgili olarak belirli bir sözde ayrık simetriye sahiptir. Bu, kristal kafesini iki atom arasındaki aralığa eşit bir mesafeye hareket ettirirseniz, içinde hiçbir şeyin değişmeyeceği - kristalin kendisiyle çakışacağı anlamına gelir. Kristal eritilirse, ortaya çıkan sıvının simetrisi farklı olacaktır: artacaktır. Kristalde, yalnızca belirli mesafelerde birbirinden uzak olan noktalar eşdeğerdi, aynı atomların bulunduğu kristal kafesin sözde düğümleri.
Sıvı hacmi boyunca homojendir, tüm noktaları birbirinden ayırt edilemez. Bu, bir sıvının herhangi bir keyfi mesafede yer değiştirebileceği (ve sadece bir kristalde olduğu gibi belirli bir ayrıklıkta değil) veya herhangi bir keyfi açıda döndürülebileceği (ki bu kristallerde hiç yapılamaz) ve kendisiyle çakışacağı anlamına gelir. Simetri derecesi daha yüksektir. Gaz daha da simetriktir: sıvı, kap içinde belirli bir hacim kaplar ve kap içinde, sıvının olduğu yerde ve olmadığı noktalarda asimetri görülür. Gaz, kendisine sağlanan tüm hacmi kaplar ve bu anlamda tüm noktaları birbirinden ayırt edilemez. Yine de burada noktalardan değil, küçük ama makroskopik unsurlardan bahsetmek daha doğru olur, çünkü mikroskobik düzeyde hala farklılıklar vardır. Belirli bir zamanda bazı noktalarda atomlar veya moleküller bulunurken, diğerleri yoktur. Simetri, ya bazı makroskopik hacim parametreleri üzerinden ya da zaman içinde yalnızca ortalama olarak gözlenir.
Ancak mikroskobik düzeyde hala anlık bir simetri yoktur. Madde, günlük yaşamda kabul edilemez basınçlara kadar çok kuvvetli bir şekilde sıkıştırılırsa, sıkıştırılır, böylece atomlar ezilir, kabukları birbirine nüfuz eder ve çekirdekler dokunmaya başlarsa, mikroskobik düzeyde simetri ortaya çıkar. Tüm çekirdekler aynıdır ve birbirine bastırılır, sadece atomlar arası değil, aynı zamanda çekirdekler arası mesafeler de yoktur ve madde homojen hale gelir (garip madde).
Ama bir de mikroskobik seviye var. Çekirdekler, çekirdeğin içinde hareket eden proton ve nötronlardan oluşur. Aralarında biraz boşluk da var. Çekirdekler de ezilecek şekilde sıkıştırmaya devam ederseniz, nükleonlar birbirine sıkıca bastırılacaktır. Daha sonra, mikroskobik düzeyde, sıradan çekirdeklerin içinde bile olmayan simetri ortaya çıkacaktır.
Söylenenlerden, oldukça kesin bir eğilim görülebilir: sıcaklık ne kadar yüksek ve basınç ne kadar yüksek olursa, madde o kadar simetrik hale gelir. Bu düşüncelere dayanarak, maksimuma sıkıştırılan maddeye güçlü simetrik denir.

18. Zayıf simetrik madde- güçlü, zayıf ve elektromanyetik kuvvetlerin tek bir güç olduğu Büyük Patlama'dan belki 10-12 saniye sonra, çok erken bir Evrende Planck sıcaklığına yakın bir sıcaklıkta mevcut olan, özellikleri bakımından güçlü simetrik bir maddenin zıttı bir durum. süper güç. Bu durumda, madde o kadar sıkıştırılır ki kütlesi, etkilemeye, yani süresiz olarak genişlemeye başlayan enerjiye dönüştürülür. Erken evreni incelemek için Büyük Hadron Çarpıştırıcısı'nda bu tür girişimlerde bulunulmasına rağmen, karasal koşullar altında deneysel olarak süper gücün elde edilmesi ve maddenin bu aşamaya aktarılması için enerjilere ulaşmak henüz mümkün değildir. Bu maddeyi oluşturan süper-kuvvetin bileşiminde yerçekimi etkileşiminin olmaması nedeniyle, süper-kuvvet, 4 tür etkileşimi de içeren süpersimetrik kuvvete kıyasla yeterince simetrik değildir. Dolayısıyla bu kümelenme hali böyle bir isim almıştır.

19. Işın maddesi- bu aslında bir madde değil, saf haliyle enerjidir. Ancak, bir cismin ışık hızına ulaştığında üstleneceği bu varsayımsal kümelenme halidir. Ayrıca vücudun Planck sıcaklığına (1032K) ısıtılmasıyla yani maddenin moleküllerinin ışık hızına çıkarılmasıyla da elde edilebilir. Görelilik teorisinden de anlaşılacağı gibi, 0.99 s'den daha yüksek bir hıza ulaşıldığında, vücudun kütlesi "normal" hızlanma sırasında olduğundan çok daha hızlı büyümeye başlar, ayrıca vücut uzar, ısınır, yani yayılmaya başlar. kızılötesi spektrumda. 0.999 s eşiğini geçtikten sonra, vücut çarpıcı biçimde değişir ve ışın durumuna kadar hızlı bir faz geçişine başlar. Einstein'ın formülünden tam olarak alınan aşağıdaki gibi, nihai maddenin büyüyen kütlesi, her birinin enerjisi açıklanan termal, X-ışını, optik ve diğer radyasyon şeklinde vücuttan ayrılan kütlelerden oluşur. formüldeki bir sonraki terime göre. Böylece ışık hızına yaklaşan bir cisim tüm spektrumlarda yayılmaya başlayacak, boyu uzayacak ve zamanla yavaşlayacak, Planck boyuna incelecek yani c hızına ulaştığında cisim sonsuz uzunluğa dönüşecek ve zamanla yavaşlayacaktır. ışık hızında hareket eden, uzunluğu olmayan fotonlardan oluşan ve sonsuz kütlesi olan ince ışın tamamen enerjiye dönüşecektir. Bu nedenle, böyle bir maddeye ışın denir.

"Alkoller" Tarihten  IV. Yüzyılda bile bunu biliyor muydunuz? M.Ö e. İnsanlar etil alkol içeren içeceklerin nasıl yapıldığını biliyorlar mıydı? Şarap, meyve ve meyve sularının fermantasyonu ile elde edildi. Ancak, sarhoş edici bileşeni ondan çıkarmayı çok sonra öğrendiler. XI yüzyılda. kimyagerler, şarap ısıtıldığında açığa çıkan uçucu bir maddenin buharını yakaladılar Tanım Alkoller (eski alkoller) - bir hidrokarbon radikalindeki bir karbon atomuna doğrudan bağlı bir veya daha fazla hidroksil grubu (hidroksil, OH) içeren organik bileşikler  Genel formül alkollerin CxHy (OH) n Monohidrik doymuş alkollerin genel formülü СnН2n + 1OH Alkollerin sınıflandırılması Hidroksil gruplarının sayısına göre CxHy (OH) n Monohidrik alkoller CH3 - CH2 - CH2 OH Dihidrik glikoller CH3 - CH - CH2 OH OH Trihidrik gliseroller CH2 - CH - CH2 OH OH OH Alkollerin sınıflandırılması Hidrokarbon radikalinin doğası gereği CxHy (OH) n CxHy (OH) n Sınır Sınırı CH3 CH3 –– CH CH2 CH2 2 –– CH 2 OH OH Doymamış Doymamış CH CH2 = CH CH –– CH CH2 2 = 2 OH OH Aromatik Aromatik CH CH2 OH 2 - OH alkole karşılık gelen hidrojen, (jenerik) son eki - OL'yi ekleyin. Son ekten sonraki sayılar, ana zincirdeki hidroksil grubunun konumunu belirtir: H | H-C - OH | H metanol H H H | 3 | 2 | 1 H-C - C - C -OH | | | HHH propanol-1 HHH | 1 | 2 |3 H - C - C - C -H | | | H OH H propanol -2 İZOMER TİPLERİ 1. Fonksiyonel grubun pozisyonunun izomerizmi (propanol – 1 ve propanol – 2) 2. Karbon iskeletinin izomerizmi CH3-CH2-CH2-CH2-OH butanol-1 CH3-CH -CH2-OH | CH3 2-metilpropanol-1 3. Sınıflar arası izomerizm - alkoller eterlere izomerdir: CH3-CH2-OH etanol CH3-0-CH3 dimetil eter Sonuç eki -ol  Polihidrik alkoller için, Yunanca'da -ol son ekinden önce (-di- , -tri-, ...), hidroksil gruplarının sayısı belirtilir  Örneğin: CH3-CH2-OH etanol Alkol izomerizmi türleri Yapısal 1. Karbon zinciri 2. Fonksiyonel grubun pozisyonları FİZİKSEL ÖZELLİKLER  Düşük alkoller (C1 -C11) -keskin kokulu uçucu sıvılar  Daha yüksek alkoller (C12- ve daha yüksek) hoş kokulu katılar FİZİKSEL ÖZELLİKLER Adı Formül Pl. g / cm3 tm.C kaynama noktası C Metil CH3OH 0.792 -97 64 Etil C2H5OH 0.790 -114 78 Propil CH3CH2CH2OH 0.804 -120 92 İzopropil CH3-CH (OH) -CH3 0.786 -88 82 Butil CH3CH2CH2CH2OH 0.810 -90 118 Spesifik fiziksel özellikler: yığılma durumu Metil alkol (homolog alkol serilerinin ilk temsilcisi) bir sıvıdır. Belki de büyük bir moleküler ağırlığı vardır? Numara. Karbondioksitten çok daha az. O zaman ne? R - O… H - O… H - O H R R Niye ya? CH3 - O ... N - O ... N - O N N CH3 Ve eğer radikal büyükse? СН3 - СН2 - СН2 - СН2 - СН2 - О ... Н - О Н Н Hidrojen bağları, çözünmeyen kısmı büyük olan bir alkol molekülünü su molekülleri arasında tutmak için çok zayıf Fiziksel özelliklerin tuhaflığı: büzülme Neden, çözerken hesaplama problemleri, asla hacmi kullanmazlar, sadece kütle olarak mı? 500 ml alkol ve 500 ml suyu karıştırın. 930 ml çözelti alıyoruz. Alkol ve su molekülleri arasındaki hidrojen bağları o kadar büyüktür ki, çözeltinin toplam hacminde, “sıkıştırılmasında” (Latince kontraktio - sıkıştırmadan) bir azalma olur. Alkollerin bazı temsilcileri Monohidrik alkol - metanol  64C kaynama noktasına sahip renksiz sıvı, karakteristik bir koku Sudan daha hafiftir. Renksiz bir alevle yanar.  İçten yanmalı motorlarda solvent ve yakıt olarak kullanılır Metanol bir zehirdir  Metanolün toksik etkisi sinir ve damar sistemlerine verdiği zarara dayanır. 5-10 ml metanol yutulması ciddi zehirlenmeye ve 30 ml veya daha fazla - ölüme yol açar Monohidrik alkol - etanol Karakteristik bir koku ve yanma tadı olan renksiz sıvı, kaynama noktası 78C. Sudan daha hafif. Herhangi bir ilişkide onunla karışır.  Kolay alevlenir, zayıf parlayan mavimsi bir alevle yanar. Trafik polisiyle arkadaşlık Ruhlar trafik polisiyle arkadaş mı? Ama nasıl! Hiç bir trafik polisi müfettişi tarafından durduruldunuz mu? Tüpün içine nefes aldınız mı? Şanssızsanız, rengin değiştiği alkol oksidasyon reaksiyonu gerçekleşti ve para cezası ödemek zorunda kaldınız 3СН3 - СН2 - ОН + К2Сr2O7 + 4H2SO4  K2SO4 + 7H2O + O Cr2 (SO4) 3 + 3CH3 - CH Arkadaş olun ya da alkolle arkadaş olmayın İlginç bir soru. Alkol, ksenobiyotiklere atıfta bulunur - insan vücudunda bulunmayan, ancak hayati işlevlerini etkileyen maddeler. Her şey doza bağlıdır. 1. Alkol vücuda enerji sağlayan bir besindir. Orta Çağ'da vücut enerjisinin yaklaşık %25'ini alkol tüketiminden alıyordu; 2. Alkol, dezenfektan ve antibakteriyel etkiye sahip bir ilaçtır; 3. Alkol, doğal biyolojik süreçleri bozan, iç organları ve ruhu tahrip eden ve aşırı tüketildiğinde ölüme yol açan bir zehirdir Etanol kullanımı  Çeşitli alkollü içeceklerin hazırlanmasında etil alkol kullanılır;  Tıpta, şifalı bitki özlerinin hazırlanması ve dezenfeksiyon için;  Kozmetik ve parfümeride, etanol parfüm ve losyonlar için bir çözücüdür Etanolün zararlı etkileri  Zehirlenmenin başlangıcında serebral korteks yapıları zarar görür; davranışı kontrol eden beyin merkezlerinin aktivitesi bastırılır: eylemler üzerindeki makul kontrol kaybolur, kendine karşı eleştirel bir tutum azalır. I.P. Pavlov, böyle bir duruma geri döndürülemez bir "alt korteks isyanı" dedi ve alkollü içeceklerin kullanımından uzun süre uzak durduktan sonra bile devam ediyorlar. Bir kişi duramazsa, o zaman organik ve dolayısıyla normdan zihinsel sapmalar artar Etanolün zararlı etkileri  Alkol, beynin damarları üzerinde son derece olumsuz bir etkiye sahiptir. Zehirlenmenin başlangıcında genişlerler, içlerindeki kan akışı yavaşlar ve bu da beyinde tıkanıklığa neden olur. Daha sonra, alkole ek olarak, eksik çürümesinin zararlı ürünleri kanda birikmeye başladığında, keskin bir spazm meydana gelir, vazokonstriksiyon, serebral felç gibi tehlikeli komplikasyonlar gelişir, ciddi sakatlık ve hatta ölüme yol açar. ÇIKARILACAK SORULAR 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. İşaretsiz bir kapta su, diğerinde alkol var. Onları tanımak için bir gösterge kullanabilir misiniz? Kim saf alkol elde etme onuruna sahiptir? Alkol katı olabilir mi? Metanolün moleküler ağırlığı 32 ve karbondioksit 44'tür. Alkolün toplanma durumu hakkında bir sonuca varın. Bir litre alkol ve bir litre su karıştırılır. Karışımın hacmini belirleyin. Trafik polisi müfettişi nasıl yapılır? Susuz mutlak alkol su verebilir mi? Ksenobiyotikler nedir ve alkollerle nasıl ilişkilidir? CEVAPLAR 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. Yapamazsınız. İndikatörlerin alkoller ve sulu çözeltileri üzerinde etkisi yoktur. Tabii ki kimyagerler. Belki bu alkol 12 veya daha fazla karbon atomu içeriyorsa. Bu verilerden bir sonuç çıkarılamaz. Bu moleküllerin düşük moleküler ağırlığındaki alkol molekülleri arasındaki hidrojen bağları, alkolün kaynama noktasını anormal derecede yüksek yapar. Karışımın hacmi iki litre değil, çok daha az, yaklaşık 1 litre - 860 ml olacaktır. Araba kullanırken içmeyin. Belki ısıtır ve konsantrasyon eklerseniz. sülfürik asit. Tembel olmayın ve alkollerle ilgili duyduğunuz her şeyi hatırlayın, bir kez ve her şey için dozunuzun ne olduğuna kendiniz karar verin ……. ve hiç gerekli mi ????? Polihidrik alkol etilen glikol  Etilen glikol, doymuş dihidrik alkollerin bir temsilcisidir - glikoller;  Serinin birçok temsilcisinin tatlı tadı nedeniyle glikol adı verildi (Yunanca "glikos" - tatlı);  Etilen glikol, tatlı tadı olan, kokusuz, zehirli şuruplu bir sıvıdır. Su ve alkolle iyi karışır, higroskopiktir Etilen glikol uygulaması  Etilen glikolün önemli bir özelliği, maddenin otomobil antifrizlerinin ve antifrizlerinin bir bileşeni olarak geniş uygulama alanı bulduğu suyun donma noktasını düşürme yeteneğidir. donma sıvıları;  Lavsan (değerli sentetik elyaf) elde etmek için kullanılır Etilen glikol bir zehirdir  Etilen glikol ile ölümcül zehirlenmelere neden olan dozlar çok değişkendir - 100 ila 600 ml. Bazı yazarlara göre, insanlar için öldürücü doz 50-150 ml'dir. Etilen glikolün yenilmesinden kaynaklanan ölüm oranı çok yüksektir ve tüm zehirlenme vakalarının %60'ından fazlasını oluşturur;  Etilen glikolün toksik etkisinin mekanizması bugüne kadar yeterince çalışılmamıştır. Etilen glikol hızla emilir (cildin gözenekleri de dahil olmak üzere) ve kanda birkaç saat değişmeden dolaşır, maksimum konsantrasyonuna 2-5 saatte ulaşır. Daha sonra kandaki içeriği yavaş yavaş azalır ve dokularda sabitlenir Polihidrik alkol gliserin  Gliserin trihidrik sınırlayıcı bir alkoldür. Renksiz, viskoz, higroskopik, tatlı tadı olan sıvı. Su ile her yönden karışabilir, iyi çözücü. Nitrik asit ile reaksiyona girerek nitrogliserin oluşturur. Karboksilik asitlerle katı ve sıvı yağlar oluşturur CH2 - CH - CH2 OH OH OH Gliserin kullanımı  Nitrogliserin patlayıcılarının üretiminde     kullanılır; Deri işlerken; Bazı yapıştırıcıların bir bileşeni olarak; Plastik üretiminde plastikleştirici olarak gliserin kullanılır; Şekerleme ve içecek üretiminde (bir gıda katkı maddesi olarak E422) Polihidrik alkollere kalitatif reaksiyon Polihidrik alkollere kalitatif reaksiyon  Polihidrik alkollere reaksiyon, bunların yeni elde edilmiş bir bakır (II) hidroksit çökeltisi ile etkileşimidir. parlak mavi-mor çözüm Ödevler Ders için bir çalışma kartı doldurun;  Test sorularını yanıtlayın;  Bulmacayı çözün  "Alkoller" dersinin çalışma kartı  Alkollerin genel formülü Maddeleri adlandırın:  CH3OH  CH3-CH2-CH2-CH2-OH  CH2 (OH) -CH2 (OH)  Yapısal formülü yapın of propanol-2  Alkolün atomikliği ne ile belirlenir?  Etanolün uygulama alanlarını listeleyiniz  Gıda endüstrisinde hangi alkoller kullanılmaktadır?  Ne tür alkol 30 ml yutulduğunda ölümcül zehirlenmelere neden olur?  Antifriz sıvısı olarak hangi madde kullanılır?  Polihidrik alkolü monohidrik alkolden nasıl ayırt edebilirim? Üretim yöntemleri Laboratuvar  Haloalkanların hidrolizi: R-CL + NaOH R-OH + NaCL  Alkenlerin hidrasyonu: CH2 = CH2 + H2O C2H5OH  Karbonil bileşiklerinin hidrojenasyonu Endüstriyel  Sentez gazından metanol sentezi CO + 2H2 CH3-OH (yüksekte basınç, yüksek sıcaklık ve çinko oksit katalizörü)  Alkenlerin hidrasyonu  Glikoz fermantasyonu: C6H12O6 2C2H5OH + 2CO2 Kimyasal özellikler I. RO – H bağının kırılmasıyla reaksiyonlar  Alkoller alkali ve toprak alkali metallerle reaksiyona girerek tuz benzeri bileşikler oluşturur - alkolatlar 2СH CH CH OH + 2Na  2СH CH CH ONa + H  2СH CH OH + Сa  (CH CH O) Ca + H  3 2 3 2 2 3 3 2 2 2 2 2  Organik asitlerle etkileşim (esterleşme) reaksiyon) esterlerin oluşumuna yol açar. CH COОH + HOC H  CH COОC H (etil asetat (etil asetat)) + H O 3 2 5 3 2 5 2 II. Hidrojen halojenürlerle R – OH bağının parçalandığı reaksiyonlar: R – OH + HBr  R – Br + H2O III. Oksidasyon reaksiyonları Alkoller yanar: 2С3H7ОH + 9O2  6СO2 + 8H2O Oksitleyici ajanların etkisi altında:  birincil alkoller aldehitlere, ikincil olarak ketonlara dönüştürülür IV. Dehidrasyon Dehidrasyon reaktifleri (kons. Н2SO4) ile ısıtıldığında devam eder. 1. Molekül içi dehidrasyon alkenlerin oluşumuna yol açar CH3 – CH2 – OH  CH2 = CH2 + H2O 2. Moleküller arası dehidrasyon eterleri verir R-OH + H-O – R  R – O – R (eter) + H2O