Esitys aiheesta "Alkoholit" kemiassa powerpoint-muodossa. Koululaisille tarkoitettu esitys sisältää 12 diaa, jotka kemian näkökulmasta puhuvat alkoholeista, niiden fysikaalisista ominaisuuksista, reaktioista vetyhalogenidien kanssa.

Katkelmia esityksestä

Historiasta

Tiesitkö, että jopa 4-luvulla? eKr e. tiesivätkö ihmiset kuinka tehdä etyylialkoholia sisältäviä juomia? Viiniä valmistettiin käymällä hedelmä- ja marjamehuja. He oppivat kuitenkin erottamaan siitä päihdyttävän komponentin paljon myöhemmin. XI vuosisadalla. alkemistit saivat kiinni haihtuvan aineen höyryt, jotka vapautuivat viiniä lämmitettäessä.

Fyysiset ominaisuudet

• Alemmat alkoholit ovat nesteitä, jotka liukenevat hyvin veteen, värittömiä ja hajuisia.
• Korkeammat alkoholit ovat kiinteitä aineita, veteen liukenemattomia.

Fysikaalisten ominaisuuksien ominaisuus: aggregaatiotila

• Metyylialkoholi (ensimmäinen edustaja homologisesta alkoholisarjasta) on neste. Ehkä sillä on korkea molekyylipaino? Ei. Paljon vähemmän kuin hiilidioksidi. Mikä se sitten on?
• Osoittautuu, että kyse on vetysidoksista, jotka muodostuvat alkoholimolekyylien välille, eivätkä anna yksittäisten molekyylien lentää pois.

Fysikaalisten ominaisuuksien ominaisuus: vesiliukoisuus

• Alemmat alkoholit liukenevat veteen, korkeammat alkoholit ovat liukenemattomia. Miksi?
• Vetysidokset ovat liian heikkoja pitämään alkoholimolekyyliä, jossa on suuri liukenematon osa, vesimolekyylien väliin.

Fysikaalisten ominaisuuksien ominaisuus: supistuminen

• Miksi laskennallisia ongelmia ratkaistaessa he eivät koskaan käytä tilavuutta, vaan vain massaa?
• Sekoita 500 ml alkoholia ja 500 ml vettä. Saamme 930 ml liuosta. Vetysidokset alkoholin ja veden molekyylien välillä ovat niin suuria, että liuoksen kokonaistilavuus pienenee, sen "puristuminen" (latinasta contraktio - puristus).

Ovatko alkoholit happoja?

• Alkoholit reagoivat alkalimetallien kanssa. Tässä tapauksessa hydroksyyliryhmän vetyatomi korvataan metallilla. Se näyttää hapolta.
• Mutta alkoholien happamat ominaisuudet ovat liian heikkoja, niin heikkoja, että alkoholit eivät vaikuta indikaattoreihin.

Ystävyys liikennepoliisin kanssa.

• Ovatko alkoholit liikennepoliisin ystäviä? Mutta miten!
• Onko liikennepoliisin tarkastaja koskaan pysäyttänyt sinut? Hengititkö putkeen?
• Jos oli epäonninen, tapahtui alkoholin hapetusreaktio, jossa väri muuttui ja jouduit maksamaan sakkoja.

Annamme vettä 1

Veden poisto - dehydraatio voi olla molekyylinsisäistä, jos lämpötila on yli 140 astetta. Tässä tapauksessa tarvitaan katalyytti - väkevä rikkihappo.

Annamme vettä 2

Jos lämpötilaa alennetaan ja katalyytti jätetään ennalleen, tapahtuu molekyylien välinen dehydraatio.

Reaktio vetyhalogenidien kanssa.

Tämä reaktio on palautuva ja vaatii katalyyttiä - väkevää rikkihappoa.

Olla ystäviä tai olla ystävä alkoholin kanssa.

Kysymys on mielenkiintoinen. Alkoholilla tarkoitetaan ksenobiootteja - aineita, joita ei ole ihmiskehossa, mutta jotka vaikuttavat sen elintärkeään toimintaan. Kaikki riippuu annoksesta.

1. Alkoholi on ravintoaine, joka antaa keholle energiaa. Keskiajalla keho sai noin 25 % energiasta alkoholin kulutuksen kautta.
2. Alkoholi on lääke, jolla on desinfioiva ja antibakteerinen vaikutus.
3. Alkoholi on myrkkyä, joka häiritsee luonnollisia biologisia prosesseja, tuhoaa sisäelimiä ja psyykettä ja liiallisessa nauttimisessa johtaa kuolemaan.

Kaikki aineet voivat olla eri aggregaatiotilassa - kiinteitä, nestemäisiä, kaasumaisia ​​ja plasma. Muinaisina aikoina uskottiin: maailma koostuu maasta, vedestä, ilmasta ja tulesta. Aineiden aggregaattitilat vastaavat tätä visuaalista jakoa. Kokemus osoittaa, että aggregaattitilojen väliset rajat ovat hyvin mielivaltaisia. Matalissa paineissa ja matalissa lämpötiloissa olevia kaasuja pidetään ihanteellisina, niissä olevat molekyylit vastaavat materiaalipisteitä, jotka voivat törmätä vain elastisen iskun lakien mukaan. Molekyylien väliset vuorovaikutusvoimat törmäyshetkellä ovat mitättömiä, itse törmäykset tapahtuvat ilman mekaanisen energian menetystä. Mutta kun molekyylien välinen etäisyys kasvaa, myös molekyylien vuorovaikutus on otettava huomioon. Nämä vuorovaikutukset alkavat vaikuttaa siirtymiseen kaasumaisesta tilasta nestemäiseen tai kiinteään tilaan. Molekyylien välillä voi esiintyä monenlaisia ​​vuorovaikutuksia.

Molekyylien välisen vuorovaikutuksen voimilla ei ole kyllästymistä, mikä eroaa atomien kemiallisen vuorovaikutuksen voimista, mikä johtaa molekyylien muodostumiseen. Ne voivat olla sähköstaattisia, kun ne ovat vuorovaikutuksessa varautuneiden hiukkasten välillä. Kokemus on osoittanut, että molekyylien etäisyydestä ja keskinäisestä orientaatiosta riippuva kvanttimekaaninen vuorovaikutus on mitätön molekyylien välisillä etäisyyksillä yli 10 -9 m. Harvinaismaisissa kaasuissa se voidaan jättää huomiotta tai olettaa, että potentiaali on vuorovaikutusenergia on käytännössä nolla. Pienillä etäisyyksillä tämä energia on pieni, klo , keskinäisen vetovoiman voimat vaikuttavat

at - keskinäinen torjunta ja voima

molekyylien vetovoima ja hylkiminen ovat tasapainossa ja F= 0. Tässä voimat määräytyvät niiden yhteydestä potentiaalienergiaan, mutta hiukkaset liikkuvat, joilla on tietty liike-energiavarasto

jee. Olkoon yksi molekyyli liikkumaton, ja toinen törmää siihen, jolla on tällainen energiavarasto. Kun molekyylit lähestyvät toisiaan, vetovoimat tekevät positiivista työtä ja niiden vuorovaikutuksen potentiaalienergia pienenee etäisyydelle, samalla kun liike-energia (ja nopeus) kasvaa. Kun etäisyys pienenee, vetovoimat korvataan hylkivillä voimilla. Molekyylin näitä voimia vastaan ​​tekemä työ on negatiivista.

Molekyyli lähestyy liikkumatonta molekyyliä, kunnes sen kineettinen energia muuttuu täysin potentiaaliksi. Minimietäisyys d, joita molekyylit voivat lähestyä toisiaan kutsutaan tehokas molekyylihalkaisija. Pysähtymisen jälkeen molekyyli alkaa liikkua pois hylkivien voimien vaikutuksesta kasvavalla nopeudella. Ylitettyään etäisyyden uudelleen, molekyyli putoaa houkuttelevien voimien alueelle, mikä hidastaa sen poistumista. Tehollinen halkaisija riippuu kineettisen energian alkuvarastosta, ts. tämä arvo ei ole vakio. Vuorovaikutuksen potentiaalista energiaa vastaavilla etäisyyksillä on äärettömän suuri arvo tai "este", joka estää molekyylien keskusten konvergenssin lyhyemmällä etäisyydellä. Vuorovaikutuksen keskimääräisen potentiaalienergian suhde keskimääräiseen liike-energiaan määrää aineen kokonaistilan: kaasuille nesteille, kiinteille aineille

Kondensoituneet väliaineet ovat nesteitä ja kiinteitä aineita. Niissä atomit ja molekyylit sijaitsevat lähellä, melkein koskettavat. Keskimääräinen etäisyys molekyylien keskusten välillä nesteissä ja kiinteissä aineissa on noin (2 -5) 10 -10 m. Niiden tiheydet ovat suunnilleen samat. Atomien väliset etäisyydet ylittävät etäisyydet, joiden yli elektronipilvet tunkeutuvat toisiinsa niin paljon, että syntyy hylkiviä voimia. Vertailun vuoksi normaaliolosuhteissa kaasuissa molekyylien keskimääräinen etäisyys on noin 33 10 -10 m.

AT nesteitä molekyylien välinen vuorovaikutus on selvempää, molekyylien lämpöliike ilmenee heikkoina värähtelyinä tasapainoasennon ympärillä ja jopa hyppää paikasta toiseen. Siksi niillä on vain lyhyen kantaman järjestys hiukkasten sijoittelussa, eli vain lähimpien hiukkasten sijoittelussa johdonmukaisuus ja tyypillinen juoksevuus.

Kiinteät aineet niille on ominaista rakenteen jäykkyys, niillä on tarkasti määritelty tilavuus ja muoto, jotka muuttuvat paljon vähemmän lämpötilan ja paineen vaikutuksesta. Kiinteissä aineissa amorfiset ja kiteiset tilat ovat mahdollisia. On myös väliaineita - nestekiteitä. Mutta kiinteiden aineiden atomit eivät ole ollenkaan liikkumattomia, kuten voisi luulla. Jokainen niistä vaihtelee koko ajan naapureiden välillä syntyvien elastisten voimien vaikutuksesta. Useimmilla alkuaineilla ja yhdisteillä on kiderakenne mikroskoopin alla.

Joten suolajyvät näyttävät ihanteellisilta kuutioilta. Kiteissä atomit ovat kiinnittyneet kidehilan solmuihin ja voivat värähtää vain lähellä hilan solmuja. Kiteet ovat todellisia kiinteitä aineita, ja sellaiset kiinteät aineet, kuten muovi tai asfaltti, ovat ikään kuin väliasemassa kiinteiden aineiden ja nesteiden välillä. Amorfisella kappaleella, kuten nesteellä, on lyhyen kantaman järjestys, mutta hyppyjen todennäköisyys on pieni. Joten lasia voidaan pitää alijäähdytettynä nesteenä, jolla on lisääntynyt viskositeetti. Nestekiteillä on nesteiden juoksevuus, mutta ne säilyttävät atomien järjestyksen ja ominaisuuksien anisotropia.

Atomien (ja noin sisäänpäin) kemialliset sidokset kiteissä ovat samat kuin molekyyleissä. Kiinteiden aineiden rakenteen ja jäykkyyden määräävät erot sähköstaattisissa voimissa, jotka sitovat yhteen kehon muodostavat atomit. Atomit molekyyleiksi sitova mekanismi voi johtaa kiinteiden jaksollisten rakenteiden muodostumiseen, joita voidaan pitää makromolekyyleinä. Kuten ionisissa ja kovalenttisissa molekyyleissä, on ionisia ja kovalenttisia kiteitä. Kiteiden ionihilat pitävät yhdessä ionisidokset (katso kuva 7.1). Ruokasuolan rakenne on sellainen, että jokaisella natriumionilla on kuusi naapuria - kloridi-ionia. Tämä jakauma vastaa energian minimiä, eli kun tällainen konfiguraatio muodostetaan, vapautuu maksimienergia. Siksi, kun lämpötila laskee sulamispisteen alapuolelle, havaitaan taipumus muodostaa puhtaita kiteitä. Lämpötilan noustessa lämpökineettinen energia riittää katkaisemaan sidoksen, kide alkaa sulaa ja rakenne romahtaa. Kiteen polymorfia on kyky muodostaa tiloja, joilla on erilaisia ​​kiderakenteita.

Kun sähkövarauksen jakautuminen neutraaleissa atomeissa muuttuu, voi syntyä heikko vuorovaikutus naapureiden välillä. Tätä sidosta kutsutaan molekyyli- tai van der Waalsin sidokseksi (kuten vetymolekyylissä). Mutta sähköstaattiset vetovoimat voivat syntyä myös neutraalien atomien välillä, jolloin atomien elektronikuorissa ei tapahdu uudelleenjärjestelyjä. Keskinäinen hylkiminen elektronikuorten lähestyessä siirtää negatiivisten varausten painopistettä suhteessa positiivisiin. Jokainen atomeista indusoi sähködipolin toisessa, ja tämä johtaa niiden vetovoimaan. Tämä on molekyylien välisten voimien tai van der Waalsin voimien vaikutus, joilla on suuri toimintasäde.

Koska vetyatomi on hyvin pieni ja sen elektroni siirtyy helposti, se vetää usein puoleensa kahta atomia kerralla muodostaen vetysidoksen. Vetysidos on myös vastuussa vesimolekyylien vuorovaikutuksesta keskenään. Se selittää monia veden ja jään ainutlaatuisia ominaisuuksia (kuva 7.4).

kovalenttisidos(tai atomi) saavutetaan neutraalien atomien sisäisen vuorovaikutuksen ansiosta. Esimerkki tällaisesta sidoksesta on metaanimolekyylissä oleva sidos. Hiilen vahvasti sitoutunut muoto on timantti (neljä vetyatomia on korvattu neljällä hiiliatomilla).

Joten kovalenttiselle sidokselle rakennettu hiili muodostaa kiteen timantin muodossa. Jokaista atomia ympäröi neljä atomia, jotka muodostavat säännöllisen tetraedrin. Mutta jokainen niistä on samanaikaisesti viereisen tetraedrin kärki. Muissa olosuhteissa samat hiiliatomit kiteytyvät grafiitti. Grafiitissa ne yhdistetään myös atomisidoksilla, mutta ne muodostavat kuusikulmainen kennokennojen tasoja, jotka voivat leikata. Kuusikulmioiden kärjessä olevien atomien välinen etäisyys on 0,142 nm. Kerrokset sijaitsevat 0,335 nm:n etäisyydellä, ts. heikosti sidottu, joten grafiitti on muovia ja pehmeää (kuva 7.5). Vuonna 1990 tutkimustyössä oli buumi, jonka aiheutti viesti uuden aineen vastaanottamisesta - fulleriitti, koostuu hiilimolekyyleistä - fullereeneista. Tämä hiilen muoto on molekyyli; Pienin alkuaine ei ole atomi, vaan molekyyli. Se on nimetty arkkitehti R. Fullerin mukaan, joka vuonna 1954 sai patentin rakennusrakenteille kuusikulmioista ja viisikulmioista, jotka muodostavat puolipallon. Molekyyli alkaen 60 hiiliatomit, joiden halkaisija oli 0,71 nm, löydettiin vuonna 1985, sitten löydettiin molekyylejä jne. Kaikissa niissä oli vakaat pinnat,

mutta molekyylit C 60 ja Kanssa 70 . On loogista olettaa, että grafiittia käytetään fullereenien synteesin raaka-aineena. Jos näin on, kuusikulmaisen fragmentin säteen tulisi olla 0,37 nm. Mutta se osoittautui yhtä suureksi kuin 0,357 nm. Tämä 2 %:n ero johtuu siitä, että hiiliatomit sijaitsevat pallon pinnalla 20 grafiitista perityn säännöllisen kuusikulmion ja 12 säännöllisen pentaedrin pisteissä, ts. muotoilu muistuttaa jalkapalloa. Osoittautuu, että kun "ompeleet" suljetuksi palloksi, osa litteistä kuusikulmioista muuttui pentaedreiksi. Huoneenlämpötilassa C60-molekyylit tiivistyvät rakenteeksi, jossa jokaisella molekyylillä on 12 naapuria 0,3 nm:n etäisyydellä toisistaan. klo T= 349 K, tapahtuu ensimmäisen asteen vaihemuutos - hila järjestetään uudelleen kuutiomaiseksi. Kide itsessään on puolijohde, mutta kun alkalimetallia lisätään C 60 -kiteiseen kalvoon, suprajohtavuus tapahtuu 19 K:n lämpötilassa. Jos tähän onttoon molekyyliin viedään yksi tai toinen atomi, sitä voidaan käyttää perustana luodaan tallennusväline ultrakorkealla informaatiotiheydellä: tallennustiheys saavuttaa 4-10 12 bittiä/cm2. Vertailun vuoksi voidaan todeta, että ferromagneettista materiaalia oleva kalvo antaa tallennustiheyden luokkaa 107 bittiä/cm 2 ja optiset levyt, ts. lasertekniikka, - 10 8 bittiä/cm 2 . Tällä hiilellä on myös muita ainutlaatuisia ominaisuuksia, jotka ovat erityisen tärkeitä lääketieteessä ja farmakologiassa.

ilmenee metallikiteinä metallinen sidos, kun kaikki metallin atomit luovuttavat valenssielektroninsa "kollektiiviseen käyttöön". Ne ovat heikosti sitoutuneita atomiytimiin ja voivat liikkua vapaasti kidehilaa pitkin. Noin 2/5 kemiallisista alkuaineista on metalleja. Metalleissa (paitsi elohopeassa) sidos muodostuu, kun metalliatomien vapaat kiertoradat menevät päällekkäin ja elektronit irtoavat kidehilan muodostumisen vuoksi. Osoittautuu, että hilan kationit ovat peittyneet elektronikaasuun. Metallisidos syntyy, kun atomit lähestyvät toisiaan etäisyydellä, joka on pienempi kuin ulomman elektronipilven koko. Tällä konfiguraatiolla (Pauli-periaate) ulkoisten elektronien energia kasvaa, ja naapureiden ytimet alkavat vetää puoleensa näitä ulkoisia elektroneja hämärtäen elektronipilvet, jakaen ne tasaisesti metallin päälle ja muuttaen ne elektronikaasuksi. Näin syntyy johtavuuselektroneja, jotka selittävät metallien korkean sähkönjohtavuuden. Ioniisissa ja kovalenttisissa kiteissä ulkoiset elektronit ovat käytännössä sitoutuneita ja näiden kiinteiden aineiden johtavuus on hyvin alhainen, niitä kutsutaan ns. eristimet.

Nesteiden sisäenergia määräytyy niiden makroskooppisten osajärjestelmien sisäisten energioiden summasta, joihin se voidaan mentaalisesti jakaa, ja näiden osajärjestelmien vuorovaikutusenergiat. Vuorovaikutus tapahtuu molekyylivoimilla, joiden kantama on noin 10 -9 m. Makrosysteemien vuorovaikutusenergia on verrannollinen kosketuspinta-alaan, joten se on pieni, kuten pintakerroksen murto-osa, mutta tämä ei ole välttämätöntä. Sitä kutsutaan pintaenergiaksi ja se tulee ottaa huomioon pintajännitykseen liittyvissä ongelmissa. Tyypillisesti nesteet vievät suuremman tilavuuden samalla painolla, ts. niiden tiheys on pienempi. Mutta miksi jään ja vismutin tilavuudet pienenevät sulaessa ja säilyttävät tämän trendin vielä sulamispisteen jälkeen jonkin aikaa? Osoittautuu, että nämä nestemäisessä tilassa olevat aineet ovat tiheämpiä.

Nesteessä jokaiseen atomiin vaikuttavat sen naapurit, ja se värähtelee niiden luomassa anisotrooppisessa potentiaalissa. Toisin kuin kiinteä runko, tämä kaivo ei ole syvä, koska kaukaisilla naapurilla ei ole juuri mitään vaikutusta. Nesteen hiukkasten lähin ympäristö muuttuu, eli neste virtaa. Kun tietty lämpötila saavutetaan, neste kiehuu, kiehumisen aikana lämpötila pysyy vakiona. Saapuva energia kuluu sidosten katkaisemiseen, ja kun ne ovat täysin katkenneet, neste muuttuu kaasuksi.

Nesteiden tiheydet ovat paljon suurempia kuin kaasujen tiheydet samoissa paineissa ja lämpötiloissa. Siten kiehuvan veden tilavuus on vain 1/1600 saman vesihöyryn massan tilavuudesta. Nesteen tilavuus riippuu vähän paineesta ja lämpötilasta. Normaaleissa olosuhteissa (20 °C ja paine 1,013 10 5 Pa) vettä on 1 litra. Kun lämpötila laskee 10 ° C: een, tilavuus pienenee vain 0,0021, paineen noustessa - kertoimella kaksi.

Vaikka yksinkertaista ideaalista nesteen mallia ei vielä ole, sen mikrorakennetta on tutkittu riittävästi ja se mahdollistaa useimpien sen makroskooppisten ominaisuuksien laadullisen selittämisen. Galileo huomasi, että molekyylien koheesio nesteissä on heikompaa kuin kiinteässä aineessa; hän oli yllättynyt siitä, että suuria vesipisaroita kerääntyy kaalin lehtiin eivätkä leviä lehtien päälle. Rasvaiselle pinnalle roiskunut elohopea tai vesipisarat muodostavat pieniä palloja tarttumisesta johtuen. Kun yhden aineen molekyylit houkuttelevat toisen aineen molekyylejä, sitä kutsutaan kostutus, esimerkiksi liimaa ja puuta, öljyä ja metallia (valtavasta paineesta huolimatta öljy pysyy laakereissa). Mutta vesi nousee ohuissa putkissa, joita kutsutaan kapillaareiksi, ja nousee mitä korkeammalle, sitä ohuempi putki. Ei voi olla muuta selitystä kuin veden ja lasin kostuttamisen vaikutus. Lasin ja veden välinen kostutusvoima on suurempi kuin vesimolekyylien välinen. Elohopealla vaikutus on päinvastainen: elohopean ja lasin kostutus on heikompaa kuin elohopeaatomien väliset koheesiovoimat. Galileo huomasi, että rasvattu neula voi kellua veden päällä, vaikka tämä on ristiriidassa Arkhimedesin lain kanssa. Kun neula kelluu,

mutta huomaa veden pinnan lievän taipumisen, joka pyrkii ikään kuin suoriutumaan. Vesimolekyylien väliset koheesiovoimat ovat riittävät estämään neulaa putoamasta veteen. Pintakerros, kuten kalvo, suojaa vettä, tämä on pintajännitys, joka pyrkii antamaan veden muodolle pienimmän pinnan - pallomaisen. Mutta neula ei enää kellu alkoholin pinnalla, koska kun alkoholia lisätään veteen, pintajännitys pienenee ja neula uppoaa. Saippua vähentää myös pintajännitystä, joten halkeamiin ja halkeamiin tunkeutuva kuuma saippuavaahto poistaa paremmin likaa, erityisesti rasvaa, kun taas puhdas vesi yksinkertaisesti käpristyisi pisaroiksi.

Plasma on aineen neljäs aggregaattitila, joka on kaasu kokoelmasta varautuneita hiukkasia, jotka ovat vuorovaikutuksessa suurilla etäisyyksillä. Tässä tapauksessa positiivisten ja negatiivisten varausten määrä on suunnilleen yhtä suuri, joten plasma on sähköisesti neutraali. Neljästä alkuaineesta plasma vastaa tulta. Kaasun muuttamiseksi plasmatilaan on välttämätöntä ionisoida irrottaa elektroneja atomeista. Ionisointi voidaan suorittaa kuumentamalla, sähköpurkauksen vaikutuksesta tai kovalla säteilyllä. Aine universumissa on pääosin ionisoituneessa tilassa. Tähdissä ionisaatio johtuu termisesti, harvinaisissa sumuissa ja tähtienvälisissä kaasuissa tähtien ultraviolettisäteilyn vaikutuksesta. Aurinkomme koostuu myös plasmasta, jonka säteily ionisoi maan ilmakehän ylempiä kerroksia, ns ionosfääri, pitkän kantaman radioviestinnän mahdollisuus riippuu sen kunnosta. Maanpäällisissä olosuhteissa plasma on harvinaista - loistelampuissa tai sähkökaaressa. Laboratorioissa ja tekniikassa plasmaa tuotetaan useimmiten sähköpurkauksella. Luonnossa tämä tapahtuu salaman avulla. Purkauksen aiheuttaman ionisaation aikana syntyy elektronilumivyöryjä, kuten ketjureaktioprosessi. Termoydinenergian saamiseksi käytetään injektiomenetelmää: erittäin suuriin nopeuksiin kiihdytettyjä kaasu-ioneja ruiskutetaan magneettiloukkuihin, jotka houkuttelevat elektroneja ympäristöstä muodostaen plasman. Käytetään myös paineionisaatiota - shokkiaaltoja. Tämä ionisaatiomenetelmä löytyy supertiheistä tähdistä ja mahdollisesti maan ytimestä.

Mikä tahansa ioneihin ja elektroneihin vaikuttava voima aiheuttaa sähkövirran. Jos se ei ole yhteydessä ulkoisiin kenttiin eikä ole suljettu plasman sisällä, se on polarisoitunut. Plasma noudattaa kaasulakeja, mutta kun siihen kohdistetaan magneettikenttä, joka säätelee varautuneiden hiukkasten liikettä, se osoittaa kaasulle täysin epätavallisia ominaisuuksia. Voimakkaassa magneettikentässä hiukkaset alkavat pyöriä voimalinjojen ympäri, ja magneettikenttää pitkin ne liikkuvat vapaasti. Sanotaan, että tämä kierteinen liike siirtää kenttälinjojen rakennetta ja kenttä "jäätyy" plasmaan. Harvinaista plasmaa kuvataan hiukkasjärjestelmällä, kun taas tiheämpää plasmaa kuvataan nestemallilla.

Plasman korkea sähkönjohtavuus on sen tärkein ero kaasusta. Kylmän plasman johtavuus Auringon pinnalla (0,8 10 -19 J) saavuttaa metallien johtavuuden, ja lämpöydinlämpötilassa (1,6 10 -15 J) vetyplasma johtaa normaalioloissa virtaa 20 kertaa paremmin kuin kupari. Koska plasma pystyy johtamaan virtaa, siihen sovelletaan usein johtavan nesteen mallia. Sitä pidetään jatkuvana väliaineena, vaikka kokoonpuristuvuus erottaa sen tavallisesta nesteestä, mutta tämä ero ilmenee vain virtauksissa, joiden nopeus on suurempi kuin äänen nopeus. Johtavan nesteen käyttäytymistä tutkitaan tieteessä, jota kutsutaan nimellä magneettinen hydrodynamiikka. Avaruudessa mikä tahansa plasma on ihanteellinen johdin, ja jäätyneen kentän lakeja käytetään laajalti. Johtavan nesteen malli mahdollistaa plasman magneettikentän sulkemisen mekanismin ymmärtämisen. Siten plasmavirrat sinkoutuvat Auringosta, mikä vaikuttaa Maan ilmakehään. Virtauksella itsessään ei ole magneettikenttää, mutta ulkopuolinen kenttä ei voi tunkeutua siihen jäätymislain mukaan. Plasma-aurinkovirrat työntävät ylimääräisiä planeettojen välisiä magneettikenttiä pois Auringon läheisyydestä. Näkyviin tulee magneettinen onkalo, jossa kenttä on heikompi. Kun nämä solukalvovirrat lähestyvät Maata, ne törmäävät Maan magneettikenttään ja pakotetaan virtaamaan sen ympäri saman lain mukaisesti. Se osoittautuu eräänlaiseksi luolaksi, johon magneettikenttä kerätään ja jossa plasmavirrat eivät tunkeudu. Sen pinnalle kertyy varautuneita hiukkasia, jotka raketit ja satelliitit havaitsivat - tämä on Maan ulompi säteilyvyö. Näitä ideoita käytettiin myös plasman eristämisen ongelmien ratkaisemisessa magneettikentällä erityisissä laitteissa - tokamaks (sanojen lyhenteestä: toroidaalinen kammio, magneetti). Täysin ionisoitua plasmaa pidetään näissä ja muissa järjestelmissä, joten toivotaan hallitun lämpöydinreaktion saavuttamisesta maan päällä. Tämä tarjoaisi puhtaan ja halvan energialähteen (meriveden). Myös plasman hankkiminen ja säilyttäminen fokusoidulla lasersäteilyllä on käynnissä.

Yleisin tieto on kolmesta aggregaatiotilasta: nestemäinen, kiinteä, kaasumainen, joskus ajatellaan plasmaa, harvemmin nestekidettä. Äskettäin Internetissä on levinnyt luettelo 17 aineen vaiheesta, joka on otettu kuuluisalta () Stephen Fryltä. Siksi puhumme niistä yksityiskohtaisemmin, koska. pitäisi tietää vähän enemmän aineesta, jos vain ymmärtääkseen paremmin maailmankaikkeudessa tapahtuvia prosesseja.

Alla oleva luettelo aineen aggregoiduista olomuodoista kasvaa kylmimmästä kuumimpaan ja niin edelleen. voidaan jatkaa. Samanaikaisesti on ymmärrettävä, että kaasumaisesta tilasta (nro 11), "laajentunein", luettelon molemmilla puolilla, aineen puristusaste ja sen paine (joillakin varauksilla sellaisiin tutkimattomiin hypoteettiset tilat, kuten kvantti, säde tai heikosti symmetrinen) lisääntyvät Tekstin jälkeen esitetään visuaalinen graafi aineen faasisiirtymistä.

1. Kvantti- aineen aggregaatiotila, joka saavutetaan, kun lämpötila laskee absoluuttiseen nollaan, minkä seurauksena sisäiset sidokset katoavat ja aine murenee vapaiksi kvarkeiksi.

2. Bose-Einstein-kondensaatti- aineen aggregoitu tila, joka perustuu bosoneihin, jotka ovat jäähtyneet lähellä absoluuttista nollapistettä (alle asteen miljoonasosa absoluuttisen nollan yläpuolella). Tällaisessa vahvasti jäähtyneessä tilassa riittävän suuri määrä atomeja on mahdollisimman pienissä kvanttitiloissaan ja kvanttiefektit alkavat ilmetä makroskooppisella tasolla. Bose-Einstein-kondensaattia (kutsutaan usein "Bose-kondensaatiksi" tai yksinkertaisesti "takaisin") syntyy, kun jäähdytät kemiallisen alkuaineen erittäin alhaisiin lämpötiloihin (yleensä juuri absoluuttisen nollan yläpuolelle, miinus 273 celsiusastetta). , on teoreettinen lämpötila jossa kaikki lakkaa liikkumasta).
Tässä alkaa tapahtua outoja asioita. Normaalisti vain atomitasolla havaittavissa olevia prosesseja esiintyy nyt riittävän suurissa mittakaavassa paljain silmin havaittavaksi. Jos esimerkiksi asetat "selkäosan" dekantterilasiin ja säädät halutun lämpötilan, aine alkaa ryömimään seinää pitkin ja lopulta poistumaan itsestään.
Ilmeisesti tässä on kyse aineen turhasta yrityksestä alentaa omaa energiaansa (joka on jo matalimmillaan kaikista mahdollisista tasoista).
Atomien hidastaminen jäähdytyslaitteistolla tuottaa yksittäisen kvanttitilan, joka tunnetaan nimellä Bose-kondensaatti tai Bose-Einstein. Tämän ilmiön ennusti A. Einstein vuonna 1925 S. Bosen työn yleistyksen seurauksena, jossa tilastollista mekaniikkaa rakennettiin hiukkasille, jotka vaihtelivat massattomista fotoneista massapitoisiin atomeihin (Einsteinin käsikirjoitus, jota pidettiin kadonneena, löydettiin Leidenin yliopiston kirjastosta vuonna 2005 ). Bosen ja Einsteinin ponnistelujen tuloksena syntyi Bose-Einsteinin tilastoja noudattava Bosen kaasukonsepti, joka kuvaa identtisten hiukkasten, joilla on kokonaisluku spin, tilastollista jakautumista, joita kutsutaan bosoneiksi. Bosonit, jotka ovat esimerkiksi sekä yksittäisiä alkuainehiukkasia - fotoneja että kokonaisia ​​atomeja, voivat olla toistensa kanssa samoissa kvanttitiloissa. Einstein ehdotti, että atomien - bosonien - jäähdyttäminen erittäin alhaisiin lämpötiloihin saisi ne menemään (tai toisin sanoen tiivistymään) alimpaan mahdolliseen kvanttitilaan. Tällaisen tiivistymisen seurauksena syntyy uudenlainen aineen muoto.
Tämä siirtymä tapahtuu kriittisen lämpötilan alapuolella, joka on homogeeniselle kolmiulotteiselle kaasulle, joka koostuu vuorovaikuttamattomista hiukkasista ilman sisäisiä vapausasteita.

3. Fermioninen kondensaatti- aineen aggregaatiotila, joka on samanlainen kuin tausta, mutta eroaa rakenteeltaan. Lähestyessään absoluuttista nollaa atomit käyttäytyvät eri tavalla riippuen oman kulmamomenttinsa (spin) suuruudesta. Bosonien pyöritykset ovat kokonaislukuja, kun taas fermioneissa on kierrokset, jotka ovat 1/2 (1/2, 3/2, 5/2) kerrannaisia. Fermionit noudattavat Paulin poissulkemisperiaatetta, jonka mukaan kahdella fermionilla ei voi olla samaa kvanttitilaa. Bosoneille tällaista kieltoa ei ole, ja siksi niillä on mahdollisuus olla yhdessä kvanttitilassa ja muodostaa siten ns. Bose-Einstein-kondensaatin. Tämän kondensaatin muodostumisprosessi on vastuussa siirtymisestä suprajohtavaan tilaan.
Elektronien spin 1/2 ja siksi ne ovat fermioneja. Ne yhdistyvät pareiksi (ns. Cooper-pariksi), jotka muodostavat sitten Bose-kondensaatin.
Amerikkalaiset tutkijat yrittivät saada eräänlaisen molekyylin fermion-atomeista syväjäähdytyksellä. Erona todellisista molekyyleistä oli se, että atomien välillä ei ollut kemiallista sidosta - ne vain liikkuivat yhdessä korreloivalla tavalla. Atomien välinen sidos osoittautui jopa vahvemmaksi kuin Cooper-parien elektronien välinen sidos. Muodostuneiden fermioniparien kokonaisspin ei ole enää 1/2:n kerrannainen, joten ne käyttäytyvät jo bosonien tavoin ja voivat muodostaa Bose-kondensaatin yhdellä kvanttitilalla. Kokeen aikana kalium-40 atomia sisältävä kaasu jäähdytettiin 300 nanokelviniin samalla kun kaasu suljettiin ns. optiseen loukuun. Sitten käytettiin ulkoista magneettikenttää, jonka avulla oli mahdollista muuttaa atomien välisten vuorovaikutusten luonnetta - vahvan hylkimisen sijaan alettiin havaita voimakasta vetovoimaa. Magneettikentän vaikutusta analysoitaessa oli mahdollista löytää sellainen arvo, jossa atomit alkoivat käyttäytyä kuin Cooper-elektroniparit. Kokeen seuraavassa vaiheessa tutkijat ehdottavat suprajohtavuuden vaikutusten saamista fermioniselle kondensaatille.

4. Supernesteaine- tila, jossa aineella ei käytännössä ole viskositeettia, ja virratessa se ei koe kitkaa kiinteän pinnan kanssa. Seurauksena tästä on esimerkiksi sellainen mielenkiintoinen vaikutus kuin supernesteisen heliumin täydellinen spontaani "hiipiminen ulos" astiasta sen seiniä pitkin painovoimaa vastaan. Tässä ei tietenkään rikota energian säilymislakia. Kitkavoimien puuttuessa heliumiin vaikuttavat vain painovoimat, heliumin ja suonen seinämien sekä heliumatomien välisen atomien välisen vuorovaikutuksen voimat. Joten atomien välisen vuorovaikutuksen voimat ylittävät kaikki muut voimat yhdistettynä. Tämän seurauksena heliumilla on taipumus levitä mahdollisimman paljon kaikille mahdollisille pinnoille ja siksi "matkustaa" pitkin suonen seiniä. Vuonna 1938 Neuvostoliiton tiedemies Pjotr ​​Kapitsa osoitti, että heliumia voi olla supernestetilassa.
On syytä huomata, että monet heliumin epätavallisista ominaisuuksista ovat olleet tiedossa jo jonkin aikaa. Viime vuosina tämä kemiallinen alkuaine on kuitenkin "hemmentänyt" meitä mielenkiintoisilla ja odottamattomilla vaikutuksilla. Joten vuonna 2004 Moses Chan ja Eun-Syong Kim Pennsylvanian yliopistosta kiehtoivat tiedemaailmaa väittämällä, että he olivat onnistuneet saamaan aikaan täysin uuden heliumin tilan - supernesteisen kiinteän aineen. Tässä tilassa jotkut kidehilan heliumatomit voivat virrata muiden ympärillä ja helium voi siten virrata itsensä läpi. "Superkovuuden" vaikutus ennustettiin teoriassa jo vuonna 1969. Ja vuonna 2004 - ikään kuin kokeellinen vahvistus. Myöhemmät ja erittäin uteliaat kokeet osoittivat kuitenkin, että kaikki ei ole niin yksinkertaista, ja ehkä tällainen ilmiön tulkinta, jota aiemmin pidettiin kiinteän heliumin superfluiditeettina, on virheellinen.
Humphrey Marisin johtamien tutkijoiden kokeilu Brownin yliopistosta Yhdysvalloissa oli yksinkertainen ja tyylikäs. Tiedemiehet asettivat koeputken ylösalaisin suljettuun nestemäistä heliumia sisältävään säiliöön. Osa heliumista koeputkessa ja säiliössä oli jäätynyt siten, että nesteen ja kiinteän aineen välinen raja koeputken sisällä oli korkeampi kuin säiliössä. Toisin sanoen koeputken yläosassa oli nestemäistä heliumia ja alaosassa kiinteää heliumia, joka siirtyi sujuvasti säiliön kiinteään faasiin, jonka päälle kaadettiin vähän nestemäistä heliumia - alempana kuin nestepinta. koeputkessa. Jos nestemäistä heliumia alkaisi tihkua kiinteän aineen läpi, tasoero pienenisi ja silloin voidaan puhua kiinteästä supernesteestä. Ja periaatteessa kolmessa 13 kokeesta tasoero pieneni.

5. Superkova aine- aggregaatiotila, jossa aine on läpinäkyvää ja voi "virrata" kuin neste, mutta itse asiassa se on vailla viskositeettia. Tällaiset nesteet ovat olleet tunnettuja jo vuosia ja niitä kutsutaan supernesteiksi. Tosiasia on, että jos supernestettä sekoitetaan, se kiertää lähes ikuisesti, kun taas normaali neste lopulta rauhoittuu. Tutkijat loivat kaksi ensimmäistä supernestettä käyttämällä helium-4:ää ja helium-3:a. Ne jäähdytettiin melkein absoluuttiseen nollaan - miinus 273 celsiusasteeseen. Ja helium-4:stä amerikkalaiset tutkijat onnistuivat saamaan superkovan kappaleen. He puristivat jäätynyttä heliumia paineella yli 60 kertaa, ja sitten aineella täytetty lasi asennettiin pyörivälle levylle. 0,175 celsiusasteen lämpötilassa levy alkoi yhtäkkiä pyöriä vapaammin, mikä tiedemiesten mukaan osoittaa, että heliumista on tullut superkappale.

6. Kiinteä- aineen aggregoitumistila, jolle on ominaista atomien muodon pysyvyys ja lämpöliikkeen luonne, jotka aiheuttavat pieniä värähtelyjä tasapainoasemien ympärillä. Kiinteiden aineiden stabiili tila on kiteinen. Kiinteät aineet erotetaan ionisista, kovalenttisista, metallisista ja muun tyyppisistä atomien välisistä sidoksista, mikä määrää niiden fysikaalisten ominaisuuksien monimuotoisuuden. Kiinteiden aineiden sähköiset ja eräät muut ominaisuudet määräytyvät pääasiassa sen atomien ulkoisten elektronien liikkeen luonteesta. Kiinteät aineet jaetaan sähköisten ominaisuuksiensa mukaan eristeisiin, puolijohteisiin ja metalleihin, magneettisten ominaisuuksiensa mukaan diamagneeteiksi, paramagneeteiksi ja kappaleiksi, joilla on järjestetty magneettinen rakenne. Kiinteiden aineiden ominaisuuksien tutkimukset ovat yhdistyneet laajaksi alaksi – kiinteän olomuodon fysiikaksi, jonka kehitystä vauhdittavat tekniikan tarpeet.

7. Amorfinen kiinteä aine- aineen tiivistynyt aggregaatiotila, jolle on tunnusomaista fysikaalisten ominaisuuksien isotropia atomien ja molekyylien epäjärjestyksen vuoksi. Amorfisissa kiinteissä aineissa atomit värähtelevät satunnaisten pisteiden ympärillä. Toisin kuin kiteisessä tilassa, siirtyminen kiinteästä amorfisesta nesteeksi tapahtuu vähitellen. Erilaiset aineet ovat amorfisessa tilassa: lasit, hartsit, muovit jne.

8. Nestekide- tämä on aineen erityinen aggregaatiotila, jossa sillä on samanaikaisesti kiteen ja nesteen ominaisuuksia. Meidän on välittömästi tehtävä varaus, että kaikki aineet eivät voi olla nestekidetilassa. Jotkut orgaaniset aineet, joissa on monimutkaisia ​​molekyylejä, voivat kuitenkin muodostaa tietyn aggregaatiotilan - nestekide. Tämä tila suoritetaan tiettyjen aineiden kiteiden sulamisen aikana. Kun ne sulavat, muodostuu nestekiteinen faasi, joka eroaa tavallisista nesteistä. Tämä faasi esiintyy alueella kiteen sulamislämpötilasta johonkin korkeampaan lämpötilaan, johon kuumennettaessa nestekide muuttuu tavalliseksi nesteeksi.
Miten nestekide eroaa nesteestä ja tavallisesta kiteestä ja miten se muistuttaa niitä? Kuten tavallinen neste, nestekide on juoksevaa ja se on muodoltaan astia, johon se asetetaan. Tässä se eroaa kaikkien tuntemista kiteistä. Huolimatta tästä ominaisuudesta, joka yhdistää sen nesteeseen, sillä on kiteille ominaisuus. Tämä on kiteen muodostavien molekyylien järjestys avaruudessa. Totta, tämä järjestys ei ole niin täydellinen kuin tavallisissa kiteissä, mutta se vaikuttaa kuitenkin merkittävästi nestekiteiden ominaisuuksiin, mikä erottaa ne tavallisista nesteistä. Nestekiteen muodostavien molekyylien epätäydellinen tilajärjestys ilmenee siinä, että nestekiteissä molekyylien painopisteiden avaruudellisessa järjestelyssä ei ole täydellistä järjestystä, vaikka osittaista järjestystä voi olla. Tämä tarkoittaa, että niissä ei ole jäykkää kidehilaa. Siksi nestekiteillä, kuten tavallisilla nesteillä, on juoksevuusominaisuus.
Nestekiteiden pakollinen ominaisuus, joka tuo ne lähemmäksi tavallisia kiteitä, on järjestyksen läsnäolo molekyylien avaruudellisessa orientaatiossa. Tällainen orientaatiojärjestys voi ilmetä esimerkiksi siinä, että nestekidenäytteessä kaikki molekyylien pitkät akselit ovat samalla tavalla orientoituneita. Näillä molekyyleillä tulee olla pitkänomainen muoto. Yksinkertaisimman nimetyn molekyylien akselijärjestyksen lisäksi nestekiteessä voidaan toteuttaa monimutkaisempi molekyylien orientaatiojärjestys.
Molekyyliakselien järjestyksen tyypistä riippuen nestekiteet jaetaan kolmeen tyyppiin: nemaattisiin, smektisiin ja kolesterisiin.
Nestekiden fysiikan ja niiden sovellusten tutkimusta tehdään tällä hetkellä laajalla rintamalla kaikissa maailman kehittyneimmissä maissa. Kotimainen tutkimus on keskittynyt sekä akateemisiin että teollisiin tutkimuslaitoksiin ja sillä on pitkät perinteet. Teokset V.K. Frederiks V.N. Tsvetkov. Viime vuosina nopealla nestekiteiden tutkimuksella venäläiset tutkijat ovat myös edistäneet merkittävästi nestekiteiden teorian kehittymistä yleensä ja erityisesti nestekiteiden optiikkaa. Joten, I.G. Chistyakova, A.P. Kapustina, S.A. Brazovsky, S.A. Pikina, L.M. Blinov ja monet muut Neuvostoliiton tutkijat ovat tiedeyhteisön laajasti tuntemia ja toimivat perustana useille tehokkaille nestekiteiden teknisille sovelluksille.
Nestekiteiden olemassaolo perustettiin hyvin kauan sitten, nimittäin vuonna 1888, eli melkein sata vuotta sitten. Vaikka tiedemiehet olivat kohdanneet tämän aineen tilan ennen vuotta 1888, se löydettiin virallisesti myöhemmin.
Ensimmäinen, joka löysi nestekiteet, oli itävaltalainen kasvitieteilijä Reinitzer. Tutkiessaan hänen syntetisoimaansa uutta kolesteryylibentsoaattia, hän havaitsi, että 145 °C:n lämpötilassa tämän aineen kiteet sulavat muodostaen samean nesteen, joka hajottaa voimakkaasti valoa. Jatkuvassa lämmityksessä, kun lämpötila on 179 ° C, neste muuttuu kirkkaaksi, eli se alkaa käyttäytyä optisesti kuin tavallinen neste, kuten vesi. Kolesteryylibentsoaatti osoitti odottamattomia ominaisuuksia sameassa faasissa. Tutkiessaan tätä faasia polarisoivalla mikroskoopilla Reinitzer havaitsi, että sillä on kahtaistaitetta. Tämä tarkoittaa, että valon taitekerroin, eli valon nopeus tässä vaiheessa, riippuu polarisaatiosta.

9. Neste- aineen aggregaatiotila, jossa yhdistyvät kiinteän tilan (tilavuuden säilyminen, tietty vetolujuus) ja kaasumaisen tilan (muodon vaihtelu) piirteet. Nesteelle on tunnusomaista hiukkasten (molekyylien, atomien) järjestys lyhyellä etäisyydellä ja pieni ero molekyylien lämpöliikkeen kineettisessä energiassa ja niiden potentiaalisessa vuorovaikutusenergiassa. Nestemolekyylien lämpöliike koostuu värähtelystä tasapainoasemien ympärillä ja suhteellisen harvinaisista hyppyistä tasapainoasennosta toiseen, mikä liittyy nesteen juoksevuuteen.

10. Ylikriittinen neste(GFR) on aineen aggregaatiotila, jossa neste- ja kaasufaasin ero häviää. Mikä tahansa aine, jonka lämpötila ja paine ylittää kriittisen pisteen, on ylikriittistä nestettä. Ylikriittisessä tilassa olevan aineen ominaisuudet ovat kaasu- ja nestefaasin ominaisuuksien välissä. Siten SCF:llä on korkea tiheys, lähellä nestettä ja alhainen viskositeetti, kuten kaasuilla. Diffuusiokerroin on tässä tapauksessa nesteen ja kaasun välissä. Ylikriittisessä tilassa olevia aineita voidaan käyttää orgaanisten liuottimien korvikkeena laboratorio- ja teollisuusprosesseissa. Ylikriittinen vesi ja ylikriittinen hiilidioksidi ovat saaneet eniten kiinnostusta ja leviämistä tiettyjen ominaisuuksien yhteydessä.
Yksi ylikriittisen tilan tärkeimmistä ominaisuuksista on kyky liuottaa aineita. Nesteen lämpötilaa tai painetta muuttamalla voidaan muuttaa sen ominaisuuksia laajalla alueella. Siten on mahdollista saada neste, jonka ominaisuudet ovat lähellä joko nestettä tai kaasua. Näin ollen nesteen liukenemiskyky kasvaa tiheyden kasvaessa (vakiolämpötilassa). Koska tiheys kasvaa paineen kasvaessa, paineen muuttaminen voi vaikuttaa nesteen liukenemiskykyyn (vakiolämpötilassa). Lämpötilan tapauksessa nesteen ominaisuuksien riippuvuus on jonkin verran monimutkaisempi - vakiotiheydellä myös nesteen liukenemiskyky kasvaa, mutta lähellä kriittistä pistettä lämpötilan lievä nousu voi johtaa tiheyden jyrkkään laskuun, ja vastaavasti liuotusvoima. Ylikriittiset nesteet sekoittuvat keskenään rajattomasti, joten kun seoksen kriittinen piste saavutetaan, järjestelmä on aina yksivaiheinen. Binääriseoksen likimääräinen kriittinen lämpötila voidaan laskea aineiden kriittisten parametrien aritmeettisena keskiarvona Tc(mix) = (A:n mooliosuus) x TcA + (B:n mooliosuus) x TcB.

11. Kaasumainen- (ranskaksi gaz, kreikaksi kaaos - kaaos), aineen kokonaistila, jossa sen hiukkasten (molekyylien, atomien, ionien) lämpöliikkeen kineettinen energia ylittää merkittävästi niiden välisten vuorovaikutusten potentiaalisen energian ja siten hiukkasten liikkua vapaasti, tasaisesti täyttäen ilman ulkoisia kenttiä, koko heille tarjotun tilavuuden.

12. Plasma- (kreikankielisestä plasmasta - valettu, muotoiltu), aineen tila, joka on ionisoitua kaasua, jossa positiivisten ja negatiivisten varausten pitoisuudet ovat yhtä suuret (quasi neutraali). Suurin osa maailmankaikkeuden aineesta on plasmatilassa: tähdet, galaktiset sumut ja tähtienvälinen väliaine. Maapallon lähellä plasmaa esiintyy aurinkotuulen, magnetosfäärin ja ionosfäärin muodossa. Korkean lämpötilan plasmaa (T ~ 106 - 108 K) deuteriumin ja tritiumin seoksesta tutkitaan tavoitteena toteuttaa kontrolloitu lämpöydinfuusio. Matalalämpöistä plasmaa (T Ј 105K) käytetään erilaisissa kaasupurkauslaitteissa (kaasulaserit, ionilaitteet, MHD-generaattorit, plasmapolttimet, plasmamoottorit jne.) sekä tekniikassa (ks. Plasmametallurgia, Plasmaporaus, Plasmatekniikka).

13. Degeneroitunut aine- on välivaihe plasman ja neutroniumin välillä. Sitä havaitaan valkoisissa kääpiöissä ja sillä on tärkeä rooli tähtien kehityksessä. Kun atomit ovat erittäin korkeissa lämpötiloissa ja paineissa, ne menettävät elektroninsa (ne menevät elektronikaasuksi). Toisin sanoen ne ovat täysin ionisoituneita (plasma). Tällaisen kaasun (plasman) paine määräytyy elektronin paineen mukaan. Jos tiheys on erittäin korkea, kaikki hiukkaset pakotetaan lähestymään toisiaan. Elektronit voivat olla tilassa, jossa on tietty energia, ja kahdella elektronilla ei voi olla samaa energiaa (elleivät niiden spinit ole vastakkaisia). Siten tiheässä kaasussa kaikki alemmat energiatasot osoittautuvat täytetyiksi elektroneilla. Tällaista kaasua kutsutaan rappeutuneeksi. Tässä tilassa elektroneissa on degeneroitunut elektronipaine, joka vastustaa painovoimaa.

14. Neutronium— aggregaatiotila, johon aine siirtyy ultrakorkean paineen alaisena, mikä ei ole vielä laboratoriossa saavutettavissa, mutta on olemassa neutronitähtien sisällä. Siirtyessään neutronitilaan aineen elektronit ovat vuorovaikutuksessa protonien kanssa ja muuttuvat neutroneiksi. Tämän seurauksena neutronitilassa oleva aine koostuu kokonaan neutroneista ja sen tiheys on ydinluokkaa. Aineen lämpötila ei tässä tapauksessa saa olla liian korkea (energiaekvivalentteina enintään sata MeV).
Lämpötilan voimakkaan nousun myötä (satoja MeV ja enemmän) neutronitilassa alkaa syntyä ja tuhoutua erilaisia ​​mesoneja. Lämpötilan noustessa entisestään tapahtuu rajoitusten purkaminen ja aine siirtyy kvarkkigluoniplasman tilaan. Se ei enää koostu hadroneista, vaan jatkuvasti syntyvistä ja katoavista kvarkeista ja gluoneista.

15. Kvarkkigluoniplasma(kromoplasma) on korkeaenergisen fysiikan ja alkuainehiukkasfysiikan aineen aggregoitu tila, jossa hadroniaine siirtyy tilaan, joka on samanlainen kuin elektronit ja ionit tavallisessa plasmassa.
Yleensä hadroneissa oleva aine on ns. värittömässä ("valkoisessa") tilassa. Eli eriväriset kvarkit kompensoivat toisiaan. Samanlainen tila on olemassa tavallisessa aineessa - kun kaikki atomit ovat sähköisesti neutraaleja, eli
niissä olevat positiiviset varaukset kompensoidaan negatiivisilla. Korkeissa lämpötiloissa voi tapahtua atomien ionisaatiota, kun taas varaukset erotetaan, ja aineesta tulee, kuten sanotaan, "lähes neutraaliksi". Toisin sanoen koko aineen pilvi kokonaisuutena pysyy neutraalina ja sen yksittäiset hiukkaset lakkaavat olemasta neutraaleja. Oletettavasti sama asia voi tapahtua hadronisen aineen kanssa - erittäin suurilla energioilla väri vapautuu ja tekee aineesta "lähes värittömän".
Oletettavasti maailmankaikkeuden aine oli kvarkkigluoniplasman tilassa ensimmäisinä hetkinä alkuräjähdyksen jälkeen. Nyt kvarkkigluoniplasmaa voi muodostua lyhyen aikaa erittäin korkean energian hiukkasten törmäyksissä.
Kvarkkigluoniplasma saatiin kokeellisesti Brookhaven National Laboratoryn RHIC-kiihdyttimestä vuonna 2005. Plasman maksimilämpötila, 4 biljoonaa celsiusastetta, saavutettiin siellä helmikuussa 2010.

16. Outo aine- aggregaatiotila, jossa aine on puristettu tiheyden raja-arvoihin, se voi esiintyä "rahkakeiton" muodossa. Kuutiosenttimetri ainetta tässä tilassa painaisi miljardeja tonneja; lisäksi se muuttaa minkä tahansa normaalin aineen, jonka kanssa se joutuu kosketuksiin, samaan "outolliseen" muotoon vapauttamalla huomattavan määrän energiaa.
Energia, joka voi vapautua tähden ytimen aineen muuttumisen aikana "oudoksi aineeksi", johtaa "kvarkkinovan" supervoimakkaaseen räjähdykseen - ja Leahyn ja Wyedin mukaan se oli juuri tämä räjähdys, jonka tähtitieteilijät havaitsivat syyskuussa 2006.
Tämän aineen muodostumisprosessi alkoi tavallisella supernovalla, josta massiivinen tähti muuttui. Ensimmäisen räjähdyksen seurauksena muodostui neutronitähti. Mutta Leahyn ja Wyedin mukaan se ei kestänyt kauan - koska sen pyöriminen näytti hidastuneen sen oman magneettikentän vaikutuksesta, se alkoi kutistua entisestään, jolloin muodostui "outoa tavaraa" oleva hyytymä, mikä johti normaalia supernovaräjähdystäkin voimakkaampi, energian vapautuminen - ja entisen neutronitähden substanssin ulkokerrokset, jotka lentävät ympäröivään avaruuteen lähellä valonnopeutta.

17. Voimakkaasti symmetrinen aine- tämä on aine, joka on puristettu niin paljon, että sen sisällä olevat mikrohiukkaset kerrostuvat päällekkäin ja keho itse romahtaa mustaksi aukoksi. Termi "symmetria" selitetään seuraavasti: Otetaan kaikkien koulun penkistä tuntemat aineen aggregoidut tilat - kiinteä, nestemäinen, kaasumainen. Tarkkuuden vuoksi harkitse ihanteellista ääretöntä kristallia kiinteänä aineena. Sillä on tietty, niin kutsuttu diskreetti symmetria käännöksen suhteen. Tämä tarkoittaa, että jos kidehilaa siirretään etäisyydellä, joka on yhtä suuri kuin kahden atomin välinen aika, siinä ei muutu mikään - kide osuu yhteen itsensä kanssa. Jos kide sulaa, tuloksena olevan nesteen symmetria on erilainen: se kasvaa. Kiteessä vain pisteet, jotka olivat kaukana toisistaan ​​tietyillä etäisyyksillä, niin sanotut kidehilan solmut, joissa identtiset atomit sijaitsivat, olivat ekvivalentteja.
Neste on homogeeninen koko tilavuudessaan, sen kaikkia pisteitä ei voi erottaa toisistaan. Tämä tarkoittaa, että nesteitä voidaan syrjäyttää millä tahansa mielivaltaisilla etäisyyksillä (eikä vain joillakin erillisillä etäisyyksillä, kuten kiteessä) tai pyörittää mielivaltaisilla kulmilla (mitä ei voida tehdä kiteissä ollenkaan) ja se osuu yhteen itsensä kanssa. Sen symmetriaaste on korkeampi. Kaasu on vielä symmetrisempi: nesteellä on tietty tilavuus astiassa ja astian sisällä on epäsymmetriaa, missä nestettä on, ja kohtia, joissa sitä ei ole. Kaasu puolestaan ​​vie koko sille tarjotun tilavuuden, ja tässä mielessä sen kaikki pisteet ovat erottamattomia toisistaan. Tästä huolimatta tässä olisi oikeampaa puhua ei pisteistä, vaan pienistä, mutta makroskooppisista elementeistä, koska mikroskooppisella tasolla on edelleen eroja. Joinakin ajankohtina on atomeja tai molekyylejä, kun taas toisissa ei ole. Symmetriaa havaitaan vain keskimäärin, joko joissakin makroskooppisissa tilavuusparametreissa tai ajassa.
Mutta mikroskooppisella tasolla ei vieläkään ole välitöntä symmetriaa. Jos aine puristetaan erittäin voimakkaasti, paineisiin, joita ei voida hyväksyä jokapäiväisessä elämässä, puristetaan niin, että atomit murskasivat, niiden kuoret tunkeutuivat toisiinsa ja ytimet alkoivat koskettaa, symmetria syntyy mikroskooppisella tasolla. Kaikki ytimet ovat samat ja puristuvat toisiaan vasten, ei ole vain atomien välisiä, vaan myös ytimien välisiä etäisyyksiä, ja aineesta tulee homogeeninen (outo aine).
Mutta on myös submikroskooppinen taso. Ytimet koostuvat protoneista ja neutroneista, jotka liikkuvat ytimen sisällä. Niiden välissä on myös tilaa. Jos jatkat puristamista niin, että myös ytimet murskautuvat, nukleonit puristavat tiukasti toisiaan vasten. Sitten submikroskooppisella tasolla ilmaantuu symmetriaa, joka ei ole edes tavallisten ytimien sisällä.
Sen perusteella, mitä on sanottu, on havaittavissa melko selvä suuntaus: mitä korkeampi lämpötila ja korkeampi paine, sitä symmetrisempi aine muuttuu. Näiden näkökohtien perusteella maksimiin puristettua ainetta kutsutaan vahvasti symmetriseksi.

18. Heikosti symmetrinen aine- ominaisuuksiltaan vahvasti symmetrisen aineen vastainen tila, joka oli läsnä hyvin varhaisessa universumissa lähellä Planckin lämpötilaa, ehkä 10-12 sekuntia alkuräjähdyksen jälkeen, jolloin vahvat, heikot ja sähkömagneettiset voimat olivat yksi supervoima . Tässä tilassa aine puristuu siinä määrin, että sen massa muuttuu energiaksi, joka alkaa paisua, eli laajenee rajattomasti. Vielä ei ole mahdollista saavuttaa energioita supervoiman kokeelliseen tuotantoon ja aineen siirtämiseen tähän vaiheeseen maanpäällisissä olosuhteissa, vaikka tällaisia ​​yrityksiä tehtiin Suurella hadronitörmäyttimellä varhaisen universumin tutkimiseksi. Koska tämän aineen muodostavan supervoiman koostumuksessa ei ole gravitaatiovuorovaikutusta, supervoima ei ole riittävän symmetrinen verrattuna supersymmetriseen voimaan, joka sisältää kaikki 4 vuorovaikutustyyppiä. Siksi tämä aggregaatiotila sai sellaisen nimen.

19. Säteilyaine- tämä ei itse asiassa ole enää aine, vaan energia puhtaimmassa muodossaan. Kuitenkin valonnopeuden saavuttanut kappale ottaa tämän hypoteettisen aggregaatiotilan. Se voidaan saada myös kuumentamalla keho Planckin lämpötilaan (1032K), eli hajottamalla aineen molekyylit valonnopeudella. Kuten suhteellisuusteoriasta seuraa, kun nopeus saavuttaa yli 0,99 s, kehon massa alkaa kasvaa paljon nopeammin kuin "normaalilla" kiihtyvyydellä, lisäksi keho pitenee, lämpenee, eli se alkaa säteilee infrapunaspektrissä. Ylittäessä 0,999 s:n kynnyksen keho muuttuu radikaalisti ja aloittaa nopean vaiheensiirron säteen tilaan. Kuten Einsteinin kaavasta kokonaisuudessaan seuraa, lopullisen aineen kasvava massa muodostuu massoista, jotka erotetaan kehosta lämpö-, röntgen-, optisen ja muun säteilyn muodossa, joista jokaisen energia on kuvataan kaavan seuraavalla termillä. Siten valonnopeutta lähestyvä kappale alkaa säteillä kaikissa spektreissä, kasvaa pituudeltaan ja hidastuu ajan myötä, oheneen Planckin pituuteen eli nopeuden c saavuttaessa kappale muuttuu äärettömän pitkäksi ja ohueksi. valonnopeudella liikkuva säde, joka koostuu fotoneista, joilla ei ole pituutta, ja sen ääretön massa muuttuu kokonaan energiaksi. Siksi tällaista ainetta kutsutaan säteilyksi.