किसी पदार्थ के एकत्रीकरण की स्थिति को आमतौर पर उसके आकार और आयतन को बनाए रखने की क्षमता कहा जाता है। एक अतिरिक्त विशेषता यह है कि जिस तरीके से कोई पदार्थ एकत्रीकरण की एक अवस्था से दूसरी अवस्था में जाता है। इसके आधार पर, एकत्रीकरण के तीन राज्यों को प्रतिष्ठित किया जाता है: ठोस, तरल और गैस। उनके दृश्य गुण इस प्रकार हैं:
एक ठोस शरीर आकार और आयतन दोनों को बरकरार रखता है। यह पिघलने से तरल में और सीधे उच्च बनाने की क्रिया द्वारा गैस में दोनों को पारित कर सकता है।
-तरल - आयतन बरकरार रखता है, लेकिन आकार नहीं, यानी इसमें तरलता होती है। गिरा हुआ द्रव उस सतह पर अनिश्चित काल तक फैल जाता है जिस पर इसे डाला जाता है। एक तरल क्रिस्टलीकरण द्वारा ठोस में और वाष्पीकरण द्वारा गैस में पारित हो सकता है।
- गैस - न तो आकार और न ही आयतन बरकरार रखती है। किसी भी कंटेनर के बाहर गैस सभी दिशाओं में अनिश्चित काल तक फैलती है। केवल गुरुत्वाकर्षण ही उसे ऐसा करने से रोक सकता है, जिसकी बदौलत पृथ्वी का वायुमंडल अंतरिक्ष में नहीं बिखरता। एक गैस संघनन द्वारा एक तरल में गुजरती है, और सीधे एक ठोस में वर्षा से गुजर सकती है।
चरण संक्रमण
किसी पदार्थ का एकत्रीकरण की एक अवस्था से दूसरी अवस्था में संक्रमण को चरण संक्रमण कहा जाता है, क्योंकि एकत्रीकरण की वैज्ञानिक अवस्था पदार्थ की एक अवस्था होती है। उदाहरण के लिए, पानी एक ठोस चरण (बर्फ), तरल (साधारण पानी) और गैसीय (भाप) में मौजूद हो सकता है।
पानी का उदाहरण भी बखूबी दिखाया गया है। एक ठंढे हवा रहित दिन में सूखने के लिए यार्ड में जो लटका दिया जाता है, वह तुरंत जम जाता है, लेकिन थोड़ी देर बाद यह सूख जाता है: बर्फ जम जाती है, सीधे जल वाष्प में बदल जाती है।
एक नियम के रूप में, एक ठोस से एक तरल और गैस में चरण संक्रमण के लिए हीटिंग की आवश्यकता होती है, लेकिन माध्यम का तापमान नहीं बढ़ता है: पदार्थ में आंतरिक बंधनों को तोड़ने पर थर्मल ऊर्जा खर्च होती है। यह तथाकथित गुप्त ऊष्मा है। रिवर्स फेज ट्रांजिशन (संघनन, क्रिस्टलीकरण) के दौरान, यह गर्मी निकलती है।
इसलिए भाप से जलना इतना खतरनाक होता है। जब यह त्वचा के संपर्क में आता है, तो यह संघनित हो जाता है। पानी के वाष्पीकरण/संघनन की गुप्त गर्मी बहुत अधिक होती है: इस संबंध में, पानी एक विषम पदार्थ है; इसलिए पृथ्वी पर जीवन संभव है। स्टीम बर्न के दौरान, पानी के संघनन की अव्यक्त गर्मी जली हुई जगह को बहुत गहराई से "स्कैल्ड" करती है, और स्टीम बर्न के परिणाम शरीर के उसी क्षेत्र में लौ की तुलना में बहुत अधिक गंभीर होते हैं।
स्यूडोफेज
किसी पदार्थ के तरल चरण की तरलता उसकी चिपचिपाहट से निर्धारित होती है, और चिपचिपाहट आंतरिक बंधों की प्रकृति से निर्धारित होती है, जिसके लिए अगला भाग समर्पित है। एक तरल की चिपचिपाहट बहुत अधिक हो सकती है, और ऐसा तरल आंखों में अदृश्य रूप से बह सकता है।
क्लासिक उदाहरण कांच है। यह एक ठोस नहीं है, बल्कि एक बहुत ही चिपचिपा तरल है। कृपया ध्यान दें कि गोदामों में शीशे की चादरें कभी भी दीवार के सामने झुककर नहीं रखी जाती हैं। कुछ ही दिनों में वे अपने ही वजन के नीचे दब जाएंगे और अनुपयोगी हो जाएंगे।
छद्म ठोस निकायों के अन्य उदाहरण जूता पिच और बिल्डिंग बिटुमेन हैं। यदि आप छत पर कोलतार के कोणीय टुकड़े को भूल जाते हैं, तो गर्मियों में यह केक में फैल जाएगा और आधार से चिपक जाएगा। पिघलने की प्रकृति से छद्म-ठोस निकायों को वास्तविक लोगों से अलग किया जा सकता है: असली वाले या तो अपना आकार बनाए रखते हैं जब तक कि वे एक ही बार में फैल नहीं जाते (सोल्डरिंग करते समय मिलाप), या तैरते हैं, पोखर और धाराओं (बर्फ) को बाहर निकालते हैं। और बहुत चिपचिपे तरल पदार्थ धीरे-धीरे नरम हो जाते हैं, जैसे एक ही पिच या बिटुमेन।
अत्यधिक चिपचिपा तरल पदार्थ, जिसकी तरलता कई वर्षों और दशकों तक ध्यान देने योग्य नहीं है, प्लास्टिक हैं। अपने आकार को बनाए रखने की उनकी उच्च क्षमता पॉलिमर के विशाल आणविक भार, कई हजारों और लाखों हाइड्रोजन परमाणुओं द्वारा प्रदान की जाती है।
पदार्थ के चरणों की संरचना
गैस चरण में, किसी पदार्थ के अणु या परमाणु बहुत दूर होते हैं, उनके बीच की दूरी से कई गुना अधिक होते हैं। वे कभी-कभी और अनियमित रूप से एक दूसरे के साथ केवल टकराव के दौरान बातचीत करते हैं। बातचीत अपने आप में लोचदार है: वे कठोर गेंदों की तरह टकराए, और तुरंत बिखर गए।
एक तरल में, अणु/परमाणु एक रासायनिक प्रकृति के बहुत कमजोर बंधनों के कारण एक दूसरे को लगातार "महसूस" करते हैं। ये बंधन हर समय टूटते हैं और तुरंत फिर से बहाल हो जाते हैं, तरल के अणु लगातार एक दूसरे के सापेक्ष आगे बढ़ रहे हैं, और इसलिए तरल बहता है। लेकिन इसे गैस में बदलने के लिए, आपको एक ही बार में सभी बंधनों को तोड़ने की जरूरत है, और इसके लिए बहुत अधिक ऊर्जा की आवश्यकता होती है, यही वजह है कि तरल अपनी मात्रा बरकरार रखता है।
इस संबंध में, पानी अन्य पदार्थों से अलग है कि एक तरल में इसके अणु तथाकथित हाइड्रोजन बांड से जुड़े होते हैं, जो काफी मजबूत होते हैं। इसलिए, पानी जीवन के लिए सामान्य तापमान पर तरल हो सकता है। कई पदार्थ जिनका आणविक भार दसियों और पानी से सैकड़ों गुना अधिक होता है, सामान्य परिस्थितियों में, गैसें होती हैं, जैसे कम से कम साधारण घरेलू गैस।
एक ठोस में, उसके सभी अणु उनके बीच मजबूत रासायनिक बंधनों के कारण क्रिस्टल जाली का निर्माण करते हैं। सही आकार के क्रिस्टल को अपनी वृद्धि के लिए विशेष परिस्थितियों की आवश्यकता होती है और इसलिए प्रकृति में शायद ही कभी पाए जाते हैं। अधिकांश ठोस छोटे और छोटे क्रिस्टल के समूह होते हैं - क्रिस्टलीय, यांत्रिक और विद्युत प्रकृति की शक्तियों से मजबूती से जुड़े होते हैं।
यदि पाठक ने देखा है, उदाहरण के लिए, एक कार का फटा अर्ध-धुरा या कच्चा लोहा जाली, तो स्क्रैप पर क्रिस्टलीय के दाने एक साधारण आंख से दिखाई देते हैं। और टूटे हुए चीनी मिट्टी के बरतन या फ़ाइनेस व्यंजन के टुकड़ों पर, उन्हें एक आवर्धक कांच के नीचे देखा जा सकता है।
प्लाज्मा
भौतिक विज्ञानी पदार्थ की चौथी समग्र अवस्था - प्लाज्मा में भी भेद करते हैं। प्लाज्मा में, परमाणु नाभिक से इलेक्ट्रॉनों को फाड़ दिया जाता है, और यह विद्युत आवेशित कणों का मिश्रण होता है। प्लाज्मा बहुत घना हो सकता है। उदाहरण के लिए, सफेद बौने तारों के आंतरिक भाग से एक घन सेंटीमीटर प्लाज्मा का वजन दसियों और सैकड़ों टन होता है।
प्लाज्मा को एकत्रीकरण की एक अलग स्थिति में अलग किया जाता है क्योंकि यह सक्रिय रूप से विद्युत चुम्बकीय क्षेत्रों के साथ बातचीत करता है क्योंकि इसके कण चार्ज होते हैं। खाली जगह में, प्लाज्मा फैलता है, ठंडा होता है और गैस में बदल जाता है। लेकिन विद्युत चुम्बकीय क्षेत्रों के प्रभाव में, यह एक ठोस शरीर की तरह बर्तन के बाहर अपना आकार और आयतन बनाए रख सकता है। प्लाज्मा की इस संपत्ति का उपयोग थर्मोन्यूक्लियर पावर रिएक्टरों में किया जाता है - भविष्य के बिजली संयंत्रों के प्रोटोटाइप।
एकत्रीकरण की स्थिति- यह गुणों की विशेषता वाले तापमान और दबाव की एक निश्चित सीमा में पदार्थ की स्थिति है: मात्रा और आकार को बनाए रखने की क्षमता (ठोस शरीर) या अक्षमता (तरल, गैस); लंबी दूरी (ठोस) या छोटी दूरी (तरल) आदेश और अन्य गुणों की उपस्थिति या अनुपस्थिति।
एक पदार्थ एकत्रीकरण के तीन राज्यों में हो सकता है: ठोस, तरल या गैसीय, वर्तमान में एक अतिरिक्त प्लाज्मा (आयनिक) राज्य पृथक है।
पर गैसीयस्थिति, किसी पदार्थ के परमाणुओं और अणुओं के बीच की दूरी बड़ी होती है, अन्योन्यक्रिया बल छोटे होते हैं, और कणों, अंतरिक्ष में बेतरतीब ढंग से चलते हुए, एक बड़ी गतिज ऊर्जा संभावित ऊर्जा से अधिक होती है। गैसीय अवस्था में पदार्थ का न तो आकार होता है और न ही आयतन। गैस सभी उपलब्ध स्थान को भर देती है। यह अवस्था कम घनत्व वाले पदार्थों के लिए विशिष्ट है।
पर तरलराज्य, परमाणुओं या अणुओं के केवल लघु-श्रेणी के क्रम को संरक्षित किया जाता है, जब परमाणुओं की क्रमबद्ध व्यवस्था के साथ अलग-अलग खंड समय-समय पर किसी पदार्थ के आयतन में दिखाई देते हैं, हालांकि, इन वर्गों का पारस्परिक अभिविन्यास भी अनुपस्थित है। शॉर्ट-रेंज ऑर्डर अस्थिर है और परमाणुओं के थर्मल कंपन की क्रिया के तहत या तो गायब हो सकता है या फिर से प्रकट हो सकता है। एक तरल के अणुओं की कोई निश्चित स्थिति नहीं होती है, और साथ ही उन्हें गति की पूर्ण स्वतंत्रता नहीं होती है। तरल अवस्था में सामग्री का अपना आकार नहीं होता है, यह केवल मात्रा को बरकरार रखता है। द्रव बर्तन के आयतन के केवल एक भाग पर कब्जा कर सकता है, लेकिन बर्तन की पूरी सतह पर स्वतंत्र रूप से प्रवाहित होता है। तरल अवस्था को आमतौर पर ठोस और गैस के बीच मध्यवर्ती माना जाता है।
पर ठोसपदार्थ, परमाणुओं की व्यवस्था को कड़ाई से परिभाषित किया जाता है, नियमित रूप से आदेश दिया जाता है, कणों की परस्पर क्रिया बल परस्पर संतुलित होते हैं, इसलिए पिंड अपना आकार और आयतन बनाए रखते हैं। अंतरिक्ष में परमाणुओं की नियमित रूप से व्यवस्थित व्यवस्था क्रिस्टलीय अवस्था की विशेषता है, परमाणु एक क्रिस्टल जाली बनाते हैं।
ठोस में एक अनाकार या क्रिस्टलीय संरचना होती है। के लिए बेढबपरमाणुओं या अणुओं की व्यवस्था, अंतरिक्ष में परमाणुओं, अणुओं या आयनों की एक अराजक व्यवस्था में निकायों की विशेषता केवल एक छोटी दूरी के क्रम से होती है। अनाकार निकायों के उदाहरण कांच, पिच और पिच हैं, जो एक ठोस अवस्था में प्रतीत होते हैं, हालांकि वास्तव में वे तरल की तरह धीरे-धीरे बहते हैं। अनाकार निकायों, क्रिस्टलीय लोगों के विपरीत, एक निश्चित गलनांक नहीं होता है। अनाकार पिंड क्रिस्टलीय ठोस और तरल पदार्थ के बीच एक मध्यवर्ती स्थिति पर कब्जा कर लेते हैं।
अधिकांश ठोस होते हैं क्रिस्टलीयएक संरचना जो अंतरिक्ष में परमाणुओं या अणुओं की एक क्रमबद्ध व्यवस्था की विशेषता है। क्रिस्टल संरचना को एक लंबी दूरी के क्रम की विशेषता होती है, जब संरचना के तत्वों को समय-समय पर दोहराया जाता है; शॉर्ट-रेंज ऑर्डर में ऐसा कोई नियमित दोहराव नहीं है। क्रिस्टलीय पिंड की एक विशिष्ट विशेषता अपने आकार को बनाए रखने की क्षमता है। एक आदर्श क्रिस्टल का संकेत, जिसका मॉडल एक स्थानिक जाली है, समरूपता का गुण है। समरूपता को एक ठोस के क्रिस्टल जाली की सैद्धांतिक क्षमता के रूप में समझा जाता है जब इसके बिंदुओं को एक निश्चित विमान से प्रतिबिंबित किया जाता है, जिसे समरूपता का विमान कहा जाता है। बाहरी रूप की समरूपता क्रिस्टल की आंतरिक संरचना की समरूपता को दर्शाती है। उदाहरण के लिए, सभी धातुओं में एक क्रिस्टलीय संरचना होती है, जो दो प्रकार की समरूपता की विशेषता होती है: घन और हेक्सागोनल।
परमाणुओं के अव्यवस्थित वितरण के साथ अनाकार संरचनाओं में, पदार्थ के गुण अलग-अलग दिशाओं में समान होते हैं, अर्थात ग्लासी (अनाकार) पदार्थ आइसोट्रोपिक होते हैं।
सभी क्रिस्टल अनिसोट्रॉपी द्वारा विशेषता हैं। क्रिस्टल में, परमाणुओं के बीच की दूरी का आदेश दिया जाता है, लेकिन अलग-अलग दिशाओं में क्रम की डिग्री भिन्न हो सकती है, जिससे विभिन्न दिशाओं में क्रिस्टल पदार्थ के गुणों में अंतर होता है। किसी क्रिस्टल पदार्थ के जालक में दिशा पर उसके गुणों की निर्भरता कहलाती है असमदिग्वर्ती होने की दशागुण। भौतिक और यांत्रिक और अन्य विशेषताओं दोनों को मापते समय अनिसोट्रॉपी स्वयं प्रकट होती है। ऐसे गुण (घनत्व, ताप क्षमता) हैं जो क्रिस्टल में दिशा पर निर्भर नहीं करते हैं। अधिकांश विशेषताएं दिशा की पसंद पर निर्भर करती हैं।
उन वस्तुओं के गुणों को मापना संभव है जिनकी एक निश्चित सामग्री मात्रा है: आकार - कुछ मिलीमीटर से लेकर दसियों सेंटीमीटर तक। क्रिस्टल सेल के समान संरचना वाली इन वस्तुओं को एकल क्रिस्टल कहा जाता है।
गुणों की अनिसोट्रॉपी एकल क्रिस्टल में प्रकट होती है और कई छोटे यादृच्छिक रूप से उन्मुख क्रिस्टल से युक्त पॉलीक्रिस्टलाइन पदार्थ में व्यावहारिक रूप से अनुपस्थित होती है। इसलिए, पॉलीक्रिस्टलाइन पदार्थों को अर्ध-आइसोट्रोपिक कहा जाता है।
पॉलिमर का क्रिस्टलीकरण, जिसके अणुओं को बंडलों, कॉइल्स (ग्लोब्यूल्स), फाइब्रिल्स आदि के रूप में सुपरमॉलेक्यूलर संरचनाओं के निर्माण के साथ व्यवस्थित तरीके से व्यवस्थित किया जा सकता है, एक निश्चित तापमान सीमा में होता है। अणुओं और उनके समुच्चय की जटिल संरचना गर्म करने पर पॉलिमर के विशिष्ट व्यवहार को निर्धारित करती है। वे कम चिपचिपाहट के साथ तरल अवस्था में नहीं जा सकते, उनके पास गैसीय अवस्था नहीं होती है। ठोस रूप में, पॉलिमर कांचदार, अत्यधिक लोचदार और चिपचिपा अवस्था में हो सकते हैं। रैखिक या शाखित अणुओं वाले पॉलिमर तापमान में बदलाव के साथ एक राज्य से दूसरे राज्य में बदल सकते हैं, जो बहुलक के विरूपण की प्रक्रिया में प्रकट होता है। अंजीर पर। 9 तापमान पर विरूपण की निर्भरता को दर्शाता है।
चावल। 9 अनाकार बहुलक का थर्मोमेकेनिकल वक्र: टीसी , टीटी, टीपी - कांच संक्रमण तापमान, तरलता और रासायनिक अपघटन की शुरुआत, क्रमशः; I - III - क्रमशः कांच, अत्यधिक लोचदार और चिपचिपा राज्य के क्षेत्र; मैं मैं- विरूपण।
अणुओं की व्यवस्था की स्थानिक संरचना बहुलक की केवल कांच की अवस्था को निर्धारित करती है। कम तापमान पर, सभी बहुलक प्रत्यास्थ रूप से विकृत हो जाते हैं (चित्र 9, जोन I) कांच संक्रमण तापमान से ऊपर टी c एक रैखिक संरचना वाला एक अनाकार बहुलक अत्यधिक लोचदार अवस्था में गुजरता है ( जोन II), और कांचदार और अत्यधिक लोचदार अवस्थाओं में इसकी विकृति प्रतिवर्ती है। डालना बिंदु के ऊपर ताप टी t बहुलक को एक चिपचिपी अवस्था में बदल देता है ( जोन III) चिपचिपा अवस्था में बहुलक की विकृति अपरिवर्तनीय है। एक स्थानिक (नेटवर्क, क्रॉस-लिंक्ड) संरचना वाले एक अनाकार बहुलक में चिपचिपा राज्य नहीं होता है, अत्यधिक लोचदार राज्य का तापमान क्षेत्र बहुलक अपघटन के तापमान तक फैलता है टीआर। यह व्यवहार रबर-प्रकार की सामग्री के लिए विशिष्ट है।
किसी भी समग्र अवस्था में किसी पदार्थ का तापमान उसके कणों (परमाणुओं और अणुओं) की औसत गतिज ऊर्जा को दर्शाता है। निकायों में इन कणों में मुख्य रूप से संतुलन के केंद्र के सापेक्ष दोलन गति की गतिज ऊर्जा होती है, जहां ऊर्जा न्यूनतम होती है। जब एक निश्चित महत्वपूर्ण तापमान तक पहुँच जाता है, तो ठोस पदार्थ अपनी ताकत (स्थिरता) खो देता है और पिघल जाता है, और तरल भाप में बदल जाता है: यह उबलता और वाष्पित हो जाता है। ये महत्वपूर्ण तापमान गलनांक और क्वथनांक हैं।
जब एक क्रिस्टलीय पदार्थ को एक निश्चित तापमान पर गर्म किया जाता है, तो अणु इतनी तीव्रता से चलते हैं कि बहुलक में कठोर बंधन टूट जाते हैं और क्रिस्टल नष्ट हो जाते हैं - वे एक तरल अवस्था में चले जाते हैं। जिस तापमान पर क्रिस्टल और तरल संतुलन में होते हैं, उसे क्रिस्टल का गलनांक या तरल का जमना बिंदु कहा जाता है। आयोडीन के लिए यह तापमान 114 o C होता है।
प्रत्येक रासायनिक तत्व का अपना गलनांक होता है टी pl एक ठोस और एक तरल के अस्तित्व और क्वथनांक को अलग करना टीकिप, तरल के गैस में संक्रमण के अनुरूप। इन तापमानों पर, पदार्थ थर्मोडायनामिक संतुलन में होते हैं। एकत्रीकरण की स्थिति में परिवर्तन के साथ मुक्त ऊर्जा, एन्ट्रापी, घनत्व और अन्य में एक उछाल जैसा परिवर्तन हो सकता है। भौतिक मात्रा।
में विभिन्न राज्यों का वर्णन करने के लिए भौतिकी एक व्यापक अवधारणा का उपयोग करती हैथर्मोडायनामिक चरण। एक चरण से दूसरे चरण में संक्रमण का वर्णन करने वाली घटना को महत्वपूर्ण कहा जाता है।
गर्म होने पर, पदार्थ चरण परिवर्तन से गुजरते हैं। जब पिघलाया जाता है (1083 o C), तांबा एक तरल में बदल जाता है जिसमें परमाणुओं का केवल शॉर्ट-रेंज ऑर्डर होता है। 1 एटीएम के दबाव पर, तांबा 2310 डिग्री सेल्सियस पर उबलता है और बेतरतीब ढंग से व्यवस्थित तांबे के परमाणुओं के साथ गैसीय तांबे में बदल जाता है। गलनांक पर, क्रिस्टल और तरल के संतृप्त वाष्प के दबाव बराबर होते हैं।
समग्र रूप से सामग्री एक प्रणाली है।
प्रणाली- संयुक्त पदार्थों का एक समूह शारीरिक,रासायनिक या यांत्रिक बातचीत। अवस्थासिस्टम का एक सजातीय हिस्सा कहा जाता है, जो अन्य भागों से अलग होता है भौतिक इंटरफेस (कच्चा लोहा में: ग्रेफाइट + लौह अनाज; बर्फ के पानी में: बर्फ + पानी)।अवयवसिस्टम विभिन्न चरण हैं जो किसी दिए गए सिस्टम को बनाते हैं। तंत्र के अंश- ये ऐसे पदार्थ हैं जो इस प्रणाली के सभी चरणों (घटकों) का निर्माण करते हैं।
दो या दो से अधिक चरणों वाली सामग्री हैं तितर - बितरसिस्टम। फैलाव प्रणाली को सॉल में विभाजित किया जाता है, जिसका व्यवहार तरल पदार्थों के व्यवहार जैसा दिखता है, और जैल ठोस के विशिष्ट गुणों के साथ होता है। सॉल में, फैलाव माध्यम जिसमें पदार्थ वितरित किया जाता है वह तरल होता है; जैल में, ठोस चरण प्रबल होता है। जैल अर्ध-क्रिस्टलीय धातु, कंक्रीट, कम तापमान पर पानी में जिलेटिन का एक घोल है (उच्च तापमान पर, जिलेटिन एक सोल में बदल जाता है)। हाइड्रोसोल पानी में फैलाव है, एयरोसोल हवा में फैलाव है।
राज्य आरेख।
एक थर्मोडायनामिक प्रणाली में, प्रत्येक चरण को तापमान जैसे मापदंडों की विशेषता होती है टी, एकाग्रता साथऔर दबाव आर. चरण परिवर्तनों का वर्णन करने के लिए, एक एकल ऊर्जा विशेषता का उपयोग किया जाता है - गिब्स मुक्त ऊर्जा जी(थर्मोडायनामिक क्षमता)।
परिवर्तनों के विवरण में ऊष्मप्रवैगिकी संतुलन की स्थिति पर विचार करने तक सीमित है। संतुलन अवस्थाथर्मोडायनामिक प्रणाली को थर्मोडायनामिक मापदंडों (तापमान और एकाग्रता, तकनीकी प्रसंस्करण के बाद से) के आविष्कार की विशेषता है आर= कास्ट) समय में और उसमें ऊर्जा और पदार्थ के प्रवाह की अनुपस्थिति - बाहरी परिस्थितियों की स्थिरता के साथ। चरण संतुलन- दो या दो से अधिक चरणों वाली थर्मोडायनामिक प्रणाली की संतुलन स्थिति।
प्रणाली की संतुलन स्थितियों के गणितीय विवरण के लिए, है चरण नियमगिब्स द्वारा दिया गया। यह एक संतुलन प्रणाली में चरणों (एफ) और घटकों (के) की संख्या को सिस्टम के विचरण के साथ जोड़ता है, यानी, स्वतंत्रता की थर्मोडायनामिक डिग्री की संख्या (सी)।
एक प्रणाली की स्वतंत्रता (विचरण) की थर्मोडायनामिक डिग्री की संख्या स्वतंत्र चर की संख्या है, दोनों आंतरिक (चरणों की रासायनिक संरचना) और बाहरी (तापमान), जिसे विभिन्न मनमाना (एक निश्चित अंतराल में) मान दिया जा सकता है ताकि कि नए चरण प्रकट नहीं होते हैं और पुराने चरण गायब नहीं होते हैं।
गिब्स चरण नियम समीकरण:
सी \u003d के - एफ + 1।
इस नियम के अनुसार, दो घटकों (K = 2) की एक प्रणाली में, स्वतंत्रता की निम्नलिखित डिग्री संभव हैं:
एकल-चरण अवस्था (F = 1) C = 2 के लिए, अर्थात, आप तापमान और एकाग्रता को बदल सकते हैं;
दो-चरण की स्थिति (F = 2) C = 1 के लिए, यानी, आप केवल एक बाहरी पैरामीटर (उदाहरण के लिए, तापमान) को बदल सकते हैं;
तीन-चरण राज्य के लिए, स्वतंत्रता की डिग्री की संख्या शून्य है, अर्थात, सिस्टम में संतुलन को परेशान किए बिना तापमान को बदलना असंभव है (सिस्टम अपरिवर्तनीय है)।
उदाहरण के लिए, क्रिस्टलीकरण के दौरान एक शुद्ध धातु (K = 1) के लिए, जब दो चरण (F = 2) होते हैं, तो स्वतंत्रता की डिग्री की संख्या शून्य होती है। इसका मतलब यह है कि क्रिस्टलीकरण तापमान को तब तक नहीं बदला जा सकता जब तक कि प्रक्रिया समाप्त न हो जाए और एक चरण बना रहे - एक ठोस क्रिस्टल। क्रिस्टलीकरण की समाप्ति के बाद (F = 1), स्वतंत्रता की डिग्री की संख्या 1 है, इसलिए आप तापमान को बदल सकते हैं, अर्थात, संतुलन को बिगाड़े बिना ठोस को ठंडा कर सकते हैं।
तापमान और एकाग्रता के आधार पर प्रणालियों का व्यवहार एक राज्य आरेख द्वारा वर्णित किया गया है। पानी का राज्य आरेख एक एच 2 ओ घटक वाला एक सिस्टम है, इसलिए चरणों की अधिकतम संख्या जो एक साथ संतुलन में हो सकती है, तीन है (चित्र 10)। ये तीन चरण हैं तरल, बर्फ, भाप। इस मामले में स्वतंत्रता की डिग्री की संख्या शून्य के बराबर है, अर्थात। दबाव या तापमान को बदलना असंभव है ताकि कोई भी चरण गायब न हो। साधारण बर्फ, तरल पानी और जल वाष्प एक साथ संतुलन में केवल 0.61 kPa के दबाव और 0.0075 ° C के तापमान पर मौजूद हो सकते हैं। वह बिंदु जहां तीन चरण सह-अस्तित्व में होते हैं, त्रिगुण बिंदु कहलाता है ( हे).
वक्र ओएसवाष्प और तरल के क्षेत्रों को अलग करता है और तापमान पर संतृप्त जल वाष्प के दबाव की निर्भरता का प्रतिनिधित्व करता है। OC वक्र तापमान और दबाव के उन परस्पर संबंधित मूल्यों को दर्शाता है जिन पर तरल जल और जल वाष्प एक दूसरे के साथ संतुलन में होते हैं, इसलिए इसे तरल-वाष्प संतुलन वक्र या क्वथनांक वक्र कहा जाता है।
चित्र 10 जल अवस्था आरेख
वक्र ओवीतरल क्षेत्र को बर्फ क्षेत्र से अलग करता है। यह एक ठोस-तरल संतुलन वक्र है और इसे गलनांक वक्र कहा जाता है। यह वक्र तापमान और दबाव के उन परस्पर संबंधित जोड़े को दर्शाता है जिन पर बर्फ और तरल पानी संतुलन में होते हैं।
वक्र ओएऊर्ध्वपातन वक्र कहा जाता है और दबाव और तापमान मूल्यों के परस्पर जोड़े जोड़े को दर्शाता है जिस पर बर्फ और जल वाष्प संतुलन में होते हैं।
एक राज्य आरेख बाहरी स्थितियों, जैसे दबाव और तापमान के आधार पर विभिन्न चरणों के अस्तित्व के क्षेत्रों का प्रतिनिधित्व करने का एक दृश्य तरीका है। उत्पाद प्राप्त करने के विभिन्न तकनीकी चरणों में सामग्री विज्ञान में राज्य आरेखों का सक्रिय रूप से उपयोग किया जाता है।
एक तरल एक ठोस क्रिस्टलीय शरीर से चिपचिपाहट के निम्न मूल्यों (अणुओं के आंतरिक घर्षण) और तरलता के उच्च मूल्यों (चिपचिपापन के पारस्परिक) से भिन्न होता है। एक तरल में अणुओं के कई समुच्चय होते हैं, जिसके भीतर कणों को क्रिस्टल के क्रम के समान एक निश्चित क्रम में व्यवस्थित किया जाता है। संरचनात्मक इकाइयों की प्रकृति और अंतर-कणों की बातचीत तरल के गुणों को निर्धारित करती है। तरल पदार्थ हैं: मोनोएटोमिक (द्रवीकृत महान गैसें), आणविक (पानी), आयनिक (पिघला हुआ लवण), धातु (पिघला हुआ धातु), तरल अर्धचालक। ज्यादातर मामलों में, एक तरल न केवल एकत्रीकरण की स्थिति है, बल्कि एक थर्मोडायनामिक (तरल) चरण भी है।
तरल पदार्थ सबसे अधिक बार समाधान होते हैं। समाधानसजातीय, लेकिन रासायनिक रूप से शुद्ध पदार्थ नहीं है, इसमें एक विलेय और एक विलायक होता है (विलायक के उदाहरण पानी या कार्बनिक सॉल्वैंट्स हैं: डाइक्लोरोइथेन, अल्कोहल, कार्बन टेट्राक्लोराइड, आदि), इसलिए यह पदार्थों का मिश्रण है। एक उदाहरण पानी में अल्कोहल का घोल है। हालांकि, समाधान गैसीय (उदाहरण के लिए, वायु) या ठोस (धातु मिश्र धातु) पदार्थों के मिश्रण भी होते हैं।
क्रिस्टलीकरण केंद्रों के गठन की कम दर और चिपचिपाहट में मजबूत वृद्धि की स्थितियों में ठंडा होने पर, एक कांच की स्थिति हो सकती है। चश्मा आइसोट्रोपिक ठोस पदार्थ हैं जो पिघले हुए अकार्बनिक और कार्बनिक यौगिकों को सुपरकूलिंग द्वारा प्राप्त किए जाते हैं।
ऐसे कई पदार्थ ज्ञात हैं जिनका क्रिस्टलीय अवस्था से आइसोट्रोपिक तरल में संक्रमण एक मध्यवर्ती लिक्विड-क्रिस्टल अवस्था के माध्यम से होता है। यह उन पदार्थों की विशेषता है जिनके अणु एक असममित संरचना के साथ लंबी छड़ (छड़) के रूप में होते हैं। इस तरह के चरण संक्रमण, थर्मल प्रभावों के साथ, यांत्रिक, ऑप्टिकल, ढांकता हुआ और अन्य गुणों में अचानक परिवर्तन का कारण बनते हैं।
लिक्विड क्रिस्टलएक तरल की तरह, एक लंबी बूंद या एक बर्तन के आकार का रूप ले सकता है, उच्च तरलता है, और विलय करने में सक्षम है। वे विज्ञान और प्रौद्योगिकी के विभिन्न क्षेत्रों में व्यापक रूप से उपयोग किए जाते हैं। उनके ऑप्टिकल गुण बाहरी परिस्थितियों में छोटे बदलावों पर अत्यधिक निर्भर हैं। इस सुविधा का उपयोग इलेक्ट्रो-ऑप्टिकल उपकरणों में किया जाता है। विशेष रूप से, लिक्विड क्रिस्टल का उपयोग इलेक्ट्रॉनिक घड़ियों, दृश्य उपकरणों आदि के निर्माण में किया जाता है।
एकत्रीकरण के प्रमुख राज्यों में है प्लाज्मा- आंशिक रूप से या पूरी तरह से आयनित गैस। गठन की विधि के अनुसार, दो प्रकार के प्लाज्मा प्रतिष्ठित होते हैं: थर्मल, जो तब होता है जब गैस को उच्च तापमान पर गर्म किया जाता है, और गैसीय, जो गैसीय माध्यम में विद्युत निर्वहन के दौरान बनता है।
प्लाज्मा-रासायनिक प्रक्रियाओं ने प्रौद्योगिकी की कई शाखाओं में एक दृढ़ स्थान ले लिया है। उनका उपयोग आग रोक धातुओं को काटने और वेल्डिंग के लिए किया जाता है, विभिन्न पदार्थों के संश्लेषण के लिए, वे व्यापक रूप से प्लाज्मा प्रकाश स्रोतों का उपयोग करते हैं, थर्मोन्यूक्लियर पावर प्लांट में प्लाज्मा का उपयोग आशाजनक है, आदि।
रोजमर्रा के अभ्यास में, व्यक्ति को अलग-अलग परमाणुओं, अणुओं और आयनों के साथ अलग-अलग व्यवहार नहीं करना पड़ता है, बल्कि वास्तविक पदार्थों के साथ - बड़ी संख्या में कणों का एक समूह। उनकी बातचीत की प्रकृति के आधार पर, चार प्रकार की समग्र अवस्था प्रतिष्ठित होती है: ठोस, तरल, गैसीय और प्लाज्मा। संबंधित चरण संक्रमण के परिणामस्वरूप एक पदार्थ एकत्रीकरण की एक अवस्था से दूसरी अवस्था में परिवर्तित हो सकता है।
एकत्रीकरण की एक विशेष अवस्था में किसी पदार्थ की उपस्थिति कणों के बीच कार्य करने वाले बलों, उनके बीच की दूरी और उनके संचलन की विशेषताओं के कारण होती है। एकत्रीकरण की प्रत्येक अवस्था को कुछ गुणों के एक समूह की विशेषता होती है।
एकत्रीकरण की स्थिति के आधार पर पदार्थों के गुण:
| स्थिति | संपत्ति |
| गैसीय |
|
| तरल |
|
| ठोस |
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प्रणाली में क्रम की डिग्री के अनुसार, एकत्रीकरण की प्रत्येक अवस्था को कणों की गतिज और संभावित ऊर्जाओं के बीच अपने स्वयं के अनुपात की विशेषता होती है। ठोस पदार्थों में, गतिज पर विभव प्रबल होता है, क्योंकि कण कुछ निश्चित स्थान पर होते हैं और केवल उनके चारों ओर दोलन करते हैं। गैसों के लिए, संभावित और गतिज ऊर्जाओं के बीच एक व्युत्क्रम संबंध होता है, इस तथ्य के परिणामस्वरूप कि गैस के अणु हमेशा बेतरतीब ढंग से चलते हैं, और उनके बीच लगभग कोई एकजुट बल नहीं होते हैं, इसलिए गैस पूरे आयतन पर कब्जा कर लेती है। तरल पदार्थों के मामले में, कणों की गतिज और संभावित ऊर्जा लगभग समान होती है, कणों के बीच एक गैर-कठोर बंधन कार्य करता है, इसलिए तरल पदार्थ में तरलता और एक स्थिर मात्रा निहित होती है।
जब किसी पदार्थ के कण एक नियमित ज्यामितीय संरचना बनाते हैं, और उनके बीच के बंधनों की ऊर्जा थर्मल कंपन की ऊर्जा से अधिक होती है, जो मौजूदा संरचना के विनाश को रोकती है, तो इसका मतलब है कि पदार्थ ठोस अवस्था में है। लेकिन एक निश्चित तापमान से शुरू होकर, थर्मल कंपन की ऊर्जा कणों के बीच बंधन की ऊर्जा से अधिक हो जाती है। इस मामले में, कण, हालांकि वे संपर्क में रहते हैं, एक दूसरे के सापेक्ष चलते हैं। नतीजतन, ज्यामितीय संरचना टूट जाती है और पदार्थ तरल अवस्था में चला जाता है। यदि थर्मल उतार-चढ़ाव इतना बढ़ जाता है कि कणों के बीच संबंध व्यावहारिक रूप से खो जाता है, तो पदार्थ एक गैसीय अवस्था प्राप्त कर लेता है। एक "आदर्श" गैस में, कण सभी दिशाओं में स्वतंत्र रूप से चलते हैं।
जब तापमान बढ़ता है, तो पदार्थ एक क्रमबद्ध अवस्था (ठोस) से अव्यवस्थित अवस्था (गैसीय) में चला जाता है; कणों के क्रम के मामले में तरल अवस्था मध्यवर्ती होती है।
एकत्रीकरण की चौथी अवस्था को प्लाज्मा कहा जाता है - एक गैस जिसमें तटस्थ और आयनित कणों और इलेक्ट्रॉनों का मिश्रण होता है। गति के अधिकतम विकार वाले कणों की महत्वपूर्ण टक्कर ऊर्जा के कारण प्लाज्मा अल्ट्राहाई तापमान (10 5 -10 7 0 C) पर बनता है। प्लाज्मा, साथ ही साथ पदार्थ की अन्य अवस्थाओं की एक अनिवार्य विशेषता इसकी विद्युत तटस्थता है। लेकिन प्लाज्मा में कणों की अव्यवस्थित गति के परिणामस्वरूप, अलग-अलग आवेशित माइक्रोज़ोन दिखाई दे सकते हैं, जिसके कारण यह विद्युत चुम्बकीय विकिरण का स्रोत बन जाता है। प्लाज्मा अवस्था में, तारों, अन्य अंतरिक्ष वस्तुओं के साथ-साथ थर्मोन्यूक्लियर प्रक्रियाओं में भी पदार्थ होता है।
एकत्रीकरण की प्रत्येक अवस्था मुख्य रूप से तापमान और दबाव की सीमा से निर्धारित होती है, इसलिए, दृश्य मात्रात्मक विशेषता के लिए, किसी पदार्थ के चरण आरेख का उपयोग किया जाता है, जो दबाव और तापमान पर एकत्रीकरण की स्थिति की निर्भरता को दर्शाता है।
चरण संक्रमण वक्र के साथ पदार्थ की स्थिति का आरेख: 1 - पिघलने-क्रिस्टलीकरण, 2 - उबलते-संघनन, 3 - उच्च बनाने की क्रिया-विघटन
राज्य आरेख में तीन मुख्य क्षेत्र होते हैं, जो क्रिस्टलीय, तरल और गैसीय अवस्थाओं के अनुरूप होते हैं। अलग-अलग क्षेत्रों को चरण संक्रमणों को दर्शाने वाले वक्रों द्वारा अलग किया जाता है:
- ठोस से तरल और इसके विपरीत, तरल से ठोस (पिघलने-क्रिस्टलीकरण वक्र - बिंदीदार हरा ग्राफ)
- तरल से गैसीय और गैस का तरल में उल्टा रूपांतरण (उबलते-संघनन वक्र - नीला ग्राफ)
- ठोस से गैसीय और गैसीय से ठोस (उच्च बनाने की क्रिया-अपघटन वक्र - लाल ग्राफ)।
इन वक्रों के प्रतिच्छेदन के निर्देशांक को ट्रिपल पॉइंट कहा जाता है, जिसमें, एक निश्चित दबाव P \u003d P in और एक निश्चित तापमान T \u003d T की शर्तों के तहत, एक पदार्थ एक साथ एकत्रीकरण के तीन राज्यों में सह-अस्तित्व में हो सकता है, और तरल और ठोस अवस्थाओं का वाष्प दाब समान होता है। निर्देशांक Pv और Tv दबाव और तापमान के एकमात्र मान हैं जिन पर तीनों चरण एक साथ सह-अस्तित्व में आ सकते हैं।
राज्य के चरण आरेख पर बिंदु K तापमान T k से मेल खाता है - तथाकथित महत्वपूर्ण तापमान, जिस पर कणों की गतिज ऊर्जा उनकी बातचीत की ऊर्जा से अधिक हो जाती है और इसलिए तरल और गैस चरणों के बीच अलगाव की रेखा मिटा दिया जाता है, और पदार्थ किसी भी दबाव में गैसीय अवस्था में मौजूद होता है।
यह चरण आरेख के विश्लेषण से निम्नानुसार है कि ट्रिपल बिंदु (पी सी) से अधिक उच्च दबाव पर, एक ठोस का ताप इसके पिघलने के साथ समाप्त होता है, उदाहरण के लिए, पी 1 पर, बिंदु पर पिघलने होता है डी. टी डी से टी ई तक तापमान में और वृद्धि से पदार्थ एक दिए गए दबाव पी 1 पर उबलता है। एक दबाव पर 2 ट्रिपल बिंदु पर दबाव से कम, पदार्थ को गर्म करने से क्रिस्टलीय से सीधे गैसीय अवस्था में संक्रमण होता है (बिंदु क्यू), यानी उच्च बनाने की क्रिया के लिए। अधिकांश पदार्थों के लिए, त्रिगुण बिंदु पर दबाव संतृप्ति वाष्प दबाव (P in .) से कम होता है
पी संतृप्त भाप, इसलिए, जब ऐसे पदार्थों के क्रिस्टल गर्म होते हैं, तो वे पिघलते नहीं हैं, लेकिन वाष्पित हो जाते हैं, अर्थात वे उच्च बनाने की क्रिया से गुजरते हैं। उदाहरण के लिए, आयोडीन क्रिस्टल या "सूखी बर्फ" (ठोस CO 2) इस तरह से व्यवहार करते हैं।
राज्य आरेख विश्लेषण गैसीय अवस्था
सामान्य परिस्थितियों में (273 के, 101325 पा), दोनों साधारण पदार्थ, जिनमें से अणु एक (हे, ने, अर) या कई साधारण परमाणुओं (एच 2, एन 2, ओ 2) से बने होते हैं, और कम मात्रा वाले जटिल पदार्थ होते हैं। दाढ़ द्रव्यमान (सीएच 4, एचसीएल, सी 2 एच 6)।
चूँकि गैस के कणों की गतिज ऊर्जा उनकी स्थितिज ऊर्जा से अधिक होती है, इसलिए गैसीय अवस्था में अणु लगातार अनियमित रूप से गतिमान होते हैं। कणों के बीच बड़ी दूरी के कारण, गैसों में अंतर-आणविक संपर्क बल इतने कम होते हैं कि वे कणों को एक-दूसरे की ओर आकर्षित करने और उन्हें एक साथ रखने के लिए पर्याप्त नहीं होते हैं। यह इस कारण से है कि गैसों का अपना आकार नहीं होता है और कम घनत्व और संपीड़ित और विस्तार करने की उच्च क्षमता की विशेषता होती है। इसलिए, गैस लगातार उस बर्तन की दीवारों पर दबाव डालती है जिसमें वह स्थित है, सभी दिशाओं में समान रूप से।
सबसे महत्वपूर्ण गैस मापदंडों (दबाव P, तापमान T, पदार्थ की मात्रा n, दाढ़ द्रव्यमान M, द्रव्यमान m) के बीच संबंध का अध्ययन करने के लिए, पदार्थ की गैसीय अवस्था का सबसे सरल मॉडल उपयोग किया जाता है - आदर्श गैस, जो निम्नलिखित मान्यताओं पर आधारित है:
- गैस कणों के बीच परस्पर क्रिया की उपेक्षा की जा सकती है;
- कण स्वयं भौतिक बिंदु हैं जिनका अपना आकार नहीं होता है।
आदर्श गैस मॉडल का वर्णन करने वाला सबसे सामान्य समीकरण समीकरण माना जाता है मेंडलीव-Clapeyronकिसी पदार्थ के एक मोल के लिए:
हालांकि, एक वास्तविक गैस का व्यवहार, एक नियम के रूप में, आदर्श गैस से भिन्न होता है। यह समझाया गया है, सबसे पहले, इस तथ्य से कि पारस्परिक आकर्षण की नगण्य ताकतें अभी भी एक वास्तविक गैस के अणुओं के बीच कार्य करती हैं, जो एक निश्चित सीमा तक गैस को संपीड़ित करती हैं। इसे ध्यान में रखते हुए, कुल गैस का दबाव मूल्य से बढ़ जाता है ए/v2, जो अणुओं के पारस्परिक आकर्षण के कारण अतिरिक्त आंतरिक दबाव को ध्यान में रखता है। नतीजतन, कुल गैस दबाव योग द्वारा व्यक्त किया जाता है पी+ ए/v2. दूसरे, एक वास्तविक गैस के अणुओं में एक छोटा, लेकिन काफी निश्चित आयतन होता है बी , इसलिए अंतरिक्ष में सभी गैसों का वास्तविक आयतन है वी बी . मेंडेलीव-क्लैपेरॉन समीकरण में माने गए मानों को प्रतिस्थापित करते समय, हम एक वास्तविक गैस की स्थिति का समीकरण प्राप्त करते हैं, जिसे कहा जाता है वैन डेर वाल्स समीकरण:
कहाँ पे ए और बी अनुभवजन्य गुणांक हैं जो प्रत्येक वास्तविक गैस के लिए व्यवहार में निर्धारित होते हैं। यह स्थापित किया गया है कि गुणांक ए गैसों के लिए एक बड़ा मूल्य है जो आसानी से द्रवीभूत हो जाते हैं (उदाहरण के लिए, सीओ 2, एनएच 3), और गुणांक बी - इसके विपरीत, आकार में जितना अधिक होता है, गैस के अणु उतने ही बड़े होते हैं (उदाहरण के लिए, गैसीय हाइड्रोकार्बन)।
वैन डेर वाल्स समीकरण मेंडेलीव-क्लैपेरॉन समीकरण की तुलना में वास्तविक गैस के व्यवहार का अधिक सटीक वर्णन करता है, जो कि, इसके स्पष्ट भौतिक अर्थ के कारण व्यावहारिक गणना में व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है। हालांकि गैस की आदर्श स्थिति एक सीमित, काल्पनिक मामला है, इसके अनुरूप कानूनों की सादगी, कम दबाव और उच्च तापमान पर कई गैसों के गुणों का वर्णन करने के लिए उनके आवेदन की संभावना, आदर्श गैस मॉडल को बहुत सुविधाजनक बनाती है। .
द्रव्य की द्रव अवस्था
किसी विशेष पदार्थ की तरल अवस्था तापमान और दबाव की एक निश्चित सीमा में थर्मोडायनामिक रूप से स्थिर होती है जो पदार्थ की प्रकृति (संरचना) की विशेषता होती है। तरल अवस्था की ऊपरी तापमान सीमा वह क्वथनांक है जिसके ऊपर स्थिर दबाव की स्थिति में कोई पदार्थ गैसीय अवस्था में होता है। एक तरल के अस्तित्व की स्थिर अवस्था की निचली सीमा क्रिस्टलीकरण (जमना) का तापमान है। 101.3 kPa के दाब पर मापे गए क्वथनांक और क्रिस्टलीकरण तापमान को सामान्य कहा जाता है।
साधारण तरल पदार्थों के लिए, आइसोट्रॉपी अंतर्निहित है - पदार्थ के भीतर सभी दिशाओं में भौतिक गुणों की एकरूपता। कभी-कभी आइसोट्रॉपी के लिए अन्य शब्दों का भी उपयोग किया जाता है: दिशा की पसंद के संबंध में अपरिवर्तनीयता, समरूपता।
तरल अवस्था की प्रकृति पर विचारों के निर्माण में, महत्वपूर्ण राज्य की अवधारणा, जिसे मेंडेलीव (1860) द्वारा खोजा गया था, का बहुत महत्व है:
एक महत्वपूर्ण अवस्था एक संतुलन अवस्था है जिसमें एक तरल और उसके वाष्प के बीच अलगाव की सीमा गायब हो जाती है, क्योंकि तरल और उसके संतृप्त वाष्प समान भौतिक गुण प्राप्त करते हैं।
क्रान्तिक अवस्था में द्रव तथा उसके संतृप्त वाष्प के घनत्व तथा विशिष्ट आयतन दोनों के मान समान हो जाते हैं।
द्रव्य की द्रव अवस्था गैसीय तथा ठोस के मध्य मध्यवर्ती होती है। कुछ गुण द्रव अवस्था को ठोस के करीब लाते हैं। यदि ठोस को कणों के एक कठोर क्रम की विशेषता होती है, जो सैकड़ों-हजारों अंतर-परमाणु या अंतर-आणविक त्रिज्या की दूरी पर फैली हुई है, तो तरल अवस्था में, एक नियम के रूप में, कुछ दसियों से अधिक आदेशित कण नहीं देखे जाते हैं। यह इस तथ्य से समझाया गया है कि एक तरल पदार्थ के विभिन्न स्थानों में कणों के बीच क्रम जल्दी उठता है, और कणों के थर्मल कंपन द्वारा फिर से "धुंधला" होता है। इसी समय, कणों के "पैकिंग" का कुल घनत्व ठोस से थोड़ा भिन्न होता है, इसलिए तरल पदार्थों का घनत्व अधिकांश ठोस पदार्थों के घनत्व से बहुत भिन्न नहीं होता है। इसके अलावा, तरल पदार्थों की संपीड़ित करने की क्षमता लगभग ठोस (गैसों की तुलना में लगभग 20,000 गुना कम) जितनी छोटी होती है।
संरचनात्मक विश्लेषण ने पुष्टि की कि तथाकथित शॉर्ट रेंज ऑर्डर, जिसका अर्थ है कि प्रत्येक अणु के निकटतम "पड़ोसी" की संख्या और उनकी पारस्परिक व्यवस्था लगभग पूरे आयतन में समान होती है।
विभिन्न संघटन के कणों की अपेक्षाकृत कम संख्या, जो अंतर-आणविक अन्योन्यक्रिया की शक्तियों से जुड़े होते हैं, कहलाते हैं समूह . यदि किसी द्रव में सभी कण समान हों, तो ऐसे समूह को कहते हैं संबंद्ध करना . यह क्लस्टर और एसोसिएट्स में है कि शॉर्ट-रेंज ऑर्डर देखा जाता है।
विभिन्न तरल पदार्थों में क्रम की डिग्री तापमान पर निर्भर करती है। कम तापमान पर गलनांक से थोड़ा ऊपर, कणों के स्थान में क्रम की डिग्री बहुत अधिक होती है। जैसे-जैसे तापमान बढ़ता है, यह घटता जाता है और जैसे-जैसे तापमान बढ़ता है, तरल के गुण गैसों के गुणों के करीब आते जाते हैं, और जब महत्वपूर्ण तापमान पहुँच जाता है, तो तरल और गैसीय अवस्थाओं के बीच का अंतर गायब हो जाता है।
ठोस अवस्था से तरल अवस्था की निकटता की पुष्टि वाष्पीकरण के मानक DH 0 वाष्पीकरण और पिघलने के DH 0 पिघलने के मूल्यों से होती है। याद रखें कि डीएच 0 वाष्पीकरण का मान गर्मी की मात्रा को दर्शाता है जो 1 मोल तरल को 101.3 kPa पर वाष्प में बदलने के लिए आवश्यक है; समान परिस्थितियों में (अर्थात डीएच 0 वाष्पीकरण = डीएच 0 संघनन) एक तरल में वाष्प के 1 मोल के संघनन पर समान मात्रा में गर्मी खर्च की जाती है। किसी ठोस के 1 मोल को 101.3 kPa पर द्रव में बदलने के लिए आवश्यक ऊष्मा की मात्रा कहलाती है फ्यूजन की मानक थैलीपी; सामान्य दबाव की स्थिति (डीएच 0 पिघलने = डीएच 0 क्रिस्टलीकरण) के तहत तरल के 1 मोल के क्रिस्टलीकरण के दौरान उतनी ही मात्रा में गर्मी निकलती है। यह ज्ञात है कि डीएच0 वाष्पीकरण<< DН 0 плавления, поскольку переход из твердого состояния в жидкое сопровождается меньшим нарушением межмолекулярного притяжения, чем переход из жидкого в газообразное состояние.
हालांकि, तरल पदार्थों के अन्य महत्वपूर्ण गुण गैसों के समान ही अधिक होते हैं। तो, गैसों की तरह, तरल पदार्थ बह सकते हैं - इस संपत्ति को कहा जाता है द्रवता . वे प्रवाह का विरोध कर सकते हैं, अर्थात वे अंतर्निहित हैं श्यानता . ये गुण अणुओं के बीच आकर्षक बलों, तरल पदार्थ के आणविक भार और अन्य कारकों से प्रभावित होते हैं। द्रवों की श्यानता गैसों की श्यानता से लगभग 100 गुना अधिक होती है। गैसों की तरह, तरल पदार्थ भी फैल सकते हैं, लेकिन बहुत धीमी गति से क्योंकि तरल कण गैस के कणों की तुलना में अधिक सघनता से भरे होते हैं।
तरल अवस्था के सबसे दिलचस्प गुणों में से एक, जो न तो गैसों या ठोस पदार्थों की विशेषता है, है सतह तनाव .
किसी द्रव के पृष्ठ तनाव का आरेख तरल आयतन में स्थित एक अणु पर सभी तरफ से अंतर-आणविक बलों द्वारा समान रूप से कार्य किया जाता है। हालांकि, तरल की सतह पर, इन बलों का संतुलन गड़बड़ा जाता है, जिसके परिणामस्वरूप सतह के अणु कुछ परिणामी बल की कार्रवाई के तहत होते हैं, जो तरल के अंदर निर्देशित होता है। इस कारण से, तरल सतह तनाव की स्थिति में है। पृष्ठ तनाव वह न्यूनतम बल है जो द्रव के कणों को अंदर रखता है और इस प्रकार द्रव की सतह को सिकुड़ने से रोकता है।
ठोस पदार्थों की संरचना और गुण
अधिकांश ज्ञात पदार्थ, दोनों प्राकृतिक और कृत्रिम, सामान्य परिस्थितियों में ठोस अवस्था में होते हैं। आज ज्ञात सभी यौगिकों में से लगभग 95% ठोस हैं, जो महत्वपूर्ण हो गए हैं, क्योंकि वे न केवल संरचनात्मक, बल्कि कार्यात्मक सामग्री का भी आधार हैं।
- संरचनात्मक सामग्री ठोस या उनकी रचनाएँ हैं जिनका उपयोग उपकरण, घरेलू सामान और विभिन्न अन्य संरचनाओं को बनाने के लिए किया जाता है।
- क्रियात्मक पदार्थ ठोस होते हैं, जिनका उपयोग उनमें कुछ उपयोगी गुणों की उपस्थिति के कारण होता है।
उदाहरण के लिए, स्टील, एल्यूमीनियम, कंक्रीट, सिरेमिक संरचनात्मक सामग्री से संबंधित हैं, और अर्धचालक, फॉस्फोर कार्यात्मक वाले हैं।
ठोस अवस्था में, पदार्थ के कणों के बीच की दूरी छोटी होती है और उनके परिमाण के क्रम में कणों के समान ही क्रम होता है। उनके बीच परस्पर क्रिया ऊर्जा काफी बड़ी है, जो कणों के मुक्त संचलन को रोकती है - वे केवल कुछ संतुलन स्थितियों के बारे में दोलन कर सकते हैं, उदाहरण के लिए, क्रिस्टल जाली के नोड्स के आसपास। कणों की स्वतंत्र रूप से चलने में असमर्थता ठोस पदार्थों की सबसे विशिष्ट विशेषताओं में से एक की ओर ले जाती है - अपने स्वयं के आकार और मात्रा की उपस्थिति। ठोस पदार्थों को संपीड़ित करने की क्षमता बहुत कम होती है, और घनत्व अधिक होता है और तापमान परिवर्तन पर बहुत कम निर्भर होता है। ठोस पदार्थ में होने वाली सभी प्रक्रियाएं धीरे-धीरे होती हैं। ठोस पदार्थों के लिए स्टोइकोमेट्री के नियमों का एक अलग और, एक नियम के रूप में, गैसीय और तरल पदार्थों की तुलना में व्यापक अर्थ है।
ठोस पदार्थों का विस्तृत विवरण इस सामग्री के लिए बहुत बड़ा है और इसलिए अलग-अलग लेखों में शामिल किया गया है: और।
परिभाषा
पदार्थ की कुल अवस्थाएँ (लैटिन एग्रेगो से - अटैच, कनेक्ट) - ये एक ही पदार्थ की अवस्थाएँ हैं - ठोस, तरल, गैसीय।
एक राज्य से दूसरी अवस्था में संक्रमण के दौरान, ऊर्जा, एन्ट्रापी, घनत्व और पदार्थ की अन्य विशेषताओं में अचानक परिवर्तन होता है।
ठोस और तरल शरीर
परिभाषा
ठोस पिंड वे पिंड होते हैं जो आकार और आयतन की स्थिरता से अलग होते हैं।
उनमें, अंतर-आणविक दूरियां छोटी होती हैं और अणुओं की स्थितिज ऊर्जा गतिज ऊर्जा के बराबर होती है। ठोस दो प्रकारों में विभाजित हैं: क्रिस्टलीय और अनाकार। केवल क्रिस्टलीय निकाय थर्मोडायनामिक संतुलन की स्थिति में हैं। अनाकार शरीर, वास्तव में, मेटास्टेबल राज्यों का प्रतिनिधित्व करते हैं, जो उनकी संरचना में गैर-संतुलन तक पहुंचते हैं, धीरे-धीरे तरल पदार्थ को क्रिस्टलीकृत करते हैं। एक अनाकार शरीर में, क्रिस्टलीकरण की एक बहुत धीमी प्रक्रिया होती है, किसी पदार्थ के क्रिस्टलीय चरण में क्रमिक संक्रमण की प्रक्रिया। क्रिस्टल और अनाकार ठोस के बीच का अंतर मुख्य रूप से इसके गुणों की अनिसोट्रॉपी में निहित है। क्रिस्टलीय पिंड के गुण अंतरिक्ष में दिशा पर निर्भर करते हैं। विभिन्न प्रकार की प्रक्रियाएं, जैसे तापीय चालकता, विद्युत चालकता, प्रकाश, ध्वनि, एक ठोस शरीर की विभिन्न दिशाओं में अलग-अलग तरीकों से फैलती हैं। अनाकार शरीर (कांच, रेजिन, प्लास्टिक) तरल पदार्थ की तरह समस्थानिक होते हैं। अनाकार निकायों और तरल पदार्थों के बीच एकमात्र अंतर यह है कि बाद वाले तरल होते हैं, उनमें स्थैतिक कतरनी विकृति असंभव है।
क्रिस्टलीय निकायों में सही आणविक संरचना होती है। इसके गुणों की अनिसोट्रॉपी क्रिस्टल की सही संरचना के कारण होती है। क्रिस्टल के परमाणुओं की सही व्यवस्था तथाकथित क्रिस्टल जाली बनाती है। विभिन्न दिशाओं में, जाली में परमाणुओं की व्यवस्था भिन्न होती है, जो अनिसोट्रॉपी की ओर ले जाती है। क्रिस्टल जाली में परमाणु (या आयन, या पूरे अणु) मध्य स्थितियों के आसपास यादृच्छिक दोलन गति करते हैं, जिन्हें क्रिस्टल जाली के नोड्स के रूप में माना जाता है। तापमान जितना अधिक होगा, दोलनों की ऊर्जा उतनी ही अधिक होगी, और इसलिए दोलनों का औसत आयाम। क्रिस्टल का आकार दोलनों के आयाम पर निर्भर करता है। दोलनों के आयाम में वृद्धि से शरीर के आकार में वृद्धि होती है। यह ठोसों के ऊष्मीय प्रसार की व्याख्या करता है।
परिभाषा
तरल पिंड वे पिंड होते हैं जिनमें एक निश्चित आयतन होता है, लेकिन रूप की लोच नहीं होती है।
तरल पदार्थ मजबूत अंतर-आणविक संपर्क और कम संपीड्यता की विशेषता है। एक तरल एक ठोस और एक गैस के बीच एक मध्यवर्ती स्थिति में रहता है। तरल पदार्थ, गैसों की तरह, समस्थानिक हैं। इसके अलावा, तरल में तरलता होती है। इसमें, गैसों की तरह, निकायों के स्पर्शरेखा तनाव (कतरनी तनाव) नहीं होते हैं। तरल पदार्थ भारी होते हैं, अर्थात्। उनका विशिष्ट गुरुत्व ठोसों के विशिष्ट गुरुत्व के बराबर होता है। क्रिस्टलीकरण तापमान के करीब, उनकी गर्मी क्षमता और अन्य थर्मल विशेषताएं ठोस पदार्थों के करीब होती हैं। द्रवों में कुछ हद तक परमाणुओं की सही व्यवस्था देखी जाती है, लेकिन केवल छोटे क्षेत्रों में। यहाँ परमाणु भी अर्ध-क्रिस्टलीय कोशिका के नोड्स के पास दोलन करते हैं, लेकिन एक ठोस शरीर के परमाणुओं के विपरीत, वे समय-समय पर एक नोड से दूसरे में कूदते हैं। नतीजतन, परमाणुओं की गति बहुत जटिल होगी: यह दोलनशील है, लेकिन साथ ही कंपन का केंद्र अंतरिक्ष में चलता है।
गैस, वाष्पीकरण, संघनन और गलनांक
परिभाषा
गैस पदार्थ की वह अवस्था है जिसमें अणुओं के बीच की दूरियाँ बड़ी होती हैं।
कम दबाव पर अणुओं के बीच बातचीत की ताकतों की उपेक्षा की जा सकती है। गैस के कण गैस को प्रदान की जाने वाली संपूर्ण मात्रा को भर देते हैं। गैसों को अत्यधिक गर्म या असंतृप्त वाष्प के रूप में माना जा सकता है। प्लाज्मा एक विशेष प्रकार की गैस है - यह आंशिक या पूर्ण रूप से आयनित गैस है, जिसमें धनात्मक और ऋणात्मक आवेशों का घनत्व लगभग समान होता है। प्लाज्मा आवेशित कणों की एक गैस है जो विद्युत बलों का उपयोग करके एक दूसरे के साथ बड़ी दूरी पर परस्पर क्रिया करती है, लेकिन पास और दूर के कण नहीं होते हैं।
पदार्थ एकत्रीकरण की एक अवस्था से दूसरी अवस्था में परिवर्तित हो सकते हैं।
परिभाषा
वाष्पीकरण किसी पदार्थ के एकत्रीकरण की स्थिति को बदलने की प्रक्रिया है, जिसमें अणु एक तरल या ठोस की सतह से बाहर निकलते हैं, जिसकी गतिज ऊर्जा अणुओं की परस्पर क्रिया की संभावित ऊर्जा से अधिक होती है।
वाष्पीकरण एक चरण संक्रमण है। वाष्पीकरण के दौरान, तरल या ठोस का कुछ हिस्सा वाष्प में चला जाता है। गैसीय अवस्था में कोई पदार्थ जो द्रव के साथ गतिशील संतुलन में होता है, संतृप्त वाष्प कहलाता है। इस मामले में, शरीर की आंतरिक ऊर्जा में परिवर्तन:
\[\त्रिकोण \ U=\pm श्री\ \बाएं(1\दाएं),\]
जहाँ m शरीर का भार है, r वाष्पीकरण की विशिष्ट ऊष्मा (J / kg) है।
परिभाषा
संघनन वाष्पीकरण की विपरीत प्रक्रिया है।
आंतरिक ऊर्जा में परिवर्तन की गणना सूत्र (1) के अनुसार की जाती है।
परिभाषा
पिघलना किसी पदार्थ के ठोस से तरल अवस्था में संक्रमण की प्रक्रिया है, किसी पदार्थ के एकत्रीकरण की स्थिति को बदलने की प्रक्रिया।
जब किसी पदार्थ को गर्म किया जाता है, तो उसकी आंतरिक ऊर्जा बढ़ जाती है, इसलिए अणुओं की तापीय गति की गति बढ़ जाती है। इस घटना में कि पदार्थ का गलनांक पहुँच जाता है, ठोस की क्रिस्टल जाली टूटने लगती है। कणों के बीच के बंधन नष्ट हो जाते हैं, कणों के बीच बातचीत की ऊर्जा बढ़ जाती है। शरीर में स्थानांतरित होने वाली गर्मी इस शरीर की आंतरिक ऊर्जा को बढ़ाने के लिए जाती है, और ऊर्जा का एक हिस्सा पिघलने पर शरीर के आयतन को बदलने के काम में जाता है। अधिकांश क्रिस्टलीय निकायों के लिए, पिघलने पर मात्रा बढ़ जाती है, लेकिन अपवाद हैं, उदाहरण के लिए, बर्फ, कच्चा लोहा। अनाकार निकायों में एक विशिष्ट गलनांक नहीं होता है। पिघलने एक चरण संक्रमण है, जो पिघलने के तापमान पर गर्मी क्षमता में अचानक परिवर्तन के साथ होता है। गलनांक पदार्थ पर निर्भर करता है और प्रक्रिया के दौरान नहीं बदलता है। इस मामले में, शरीर की आंतरिक ऊर्जा में परिवर्तन:
\[\त्रिकोण U=\pm m\lambda \बाएं(2\दाएं),\]
जहां $\lambda $ संलयन की विशिष्ट ऊष्मा (J/kg) है।
पिघलने की विपरीत प्रक्रिया क्रिस्टलीकरण है। आंतरिक ऊर्जा में परिवर्तन की गणना सूत्र (2) के अनुसार की जाती है।
हीटिंग या कूलिंग के मामले में सिस्टम के प्रत्येक निकाय की आंतरिक ऊर्जा में परिवर्तन की गणना सूत्र द्वारा की जा सकती है:
\[\त्रिकोण यू=एमसी\त्रिकोण टी\बाएं(3\दाएं),\]
जहाँ c पदार्थ की विशिष्ट ऊष्मा है, J/(kgK), $\triangle T$ शरीर के तापमान में परिवर्तन है।
एकत्रीकरण के एक राज्य से दूसरे में पदार्थों के संक्रमण का अध्ययन करते समय, तथाकथित गर्मी संतुलन समीकरण के बिना करना असंभव है, जो कहता है: थर्मली इंसुलेटेड सिस्टम में जारी होने वाली गर्मी की कुल मात्रा की मात्रा के बराबर होती है ऊष्मा (कुल) जो इस प्रणाली में अवशोषित होती है।
इसके अर्थ में, ऊष्मा संतुलन समीकरण ऊष्मीय रूप से अछूता प्रणालियों में ऊष्मा हस्तांतरण प्रक्रियाओं के लिए ऊर्जा के संरक्षण का नियम है।
उदाहरण 1
असाइनमेंट: $t_i= 0^oС$ तापमान पर हीट-इंसुलेटेड बर्तन में पानी और बर्फ होते हैं। पानी का द्रव्यमान ($m_(v\ ))$ और बर्फ ($m_(i\ ))$ क्रमशः 0.5 किग्रा और 60 ग्राम है। द्रव्यमान का जल वाष्प $m_(p\ )=$10 g पानी में छोड़ा जाता है। तापमान पर $t_p= 100^oС$। ऊष्मीय संतुलन स्थापित होने के बाद बर्तन में पानी का तापमान क्या होगा? बर्तन की गर्मी क्षमता को नजरअंदाज कर दिया जाता है।
समाधान: आइए निर्धारित करें कि सिस्टम में कौन सी प्रक्रियाएँ होती हैं, हमारे पास पदार्थ की कुल अवस्थाएँ क्या हैं और हमें क्या मिला है।
जल वाष्प संघनित होता है, जिससे ऊष्मा निकलती है।
इस गर्मी का उपयोग बर्फ को पिघलाने के लिए किया जाता है और संभवत: बर्फ से उपलब्ध और प्राप्त पानी को गर्म करने के लिए किया जाता है।
आइए पहले देखें कि भाप के उपलब्ध द्रव्यमान के संघनन के दौरान कितनी गर्मी निकलती है:
यहां, संदर्भ सामग्री से, हमारे पास $r=2.26 10^6\frac(J)(kg)$ है - वाष्पीकरण की विशिष्ट गर्मी (संघनन के लिए भी लागू)।
बर्फ को पिघलाने के लिए आवश्यक गर्मी:
यहां संदर्भ सामग्री से हमारे पास $\lambda =3.3\cdot 10^5\frac(J)(kg)$ - बर्फ पिघलने की विशिष्ट गर्मी है।
हम पाते हैं कि भाप आवश्यकता से अधिक गर्मी देती है, केवल मौजूदा बर्फ को पिघलाने के लिए, इसलिए, हम इस रूप में गर्मी संतुलन समीकरण लिखते हैं:
द्रव्यमान $m_(p\ )$ के साथ भाप के संघनन के दौरान गर्मी जारी की जाती है और पानी को ठंडा किया जाता है, जो तापमान $T_p$ से वांछित T तक भाप से बनता है। द्रव्यमान $m_(i\ के साथ बर्फ के पिघलने के दौरान गर्मी को अवशोषित किया जाता है) )$ और बड़े पैमाने पर पानी का ताप $m_v+ m_i$ तापमान $T_i$ से $T.\ $ निरूपित $T-T_i=\triangle T$, अंतर $T_p-T$ के लिए हमें मिलता है:
ऊष्मा संतुलन समीकरण का रूप लेगा:
\ \ \[\triangle T=\frac(rm_(p\ )+cm_(p\ )100-lm_(i\ ))(c\left(m_v+m_i+m_(p\ )\right))\बाएं (1.6\दाएं)\]
हम गणना करेंगे, इस बात को ध्यान में रखते हुए कि पानी की गर्मी क्षमता सारणीबद्ध है $c=4.2\cdot 10^3\frac(J)(kgK)$, $T_p=t_p+273=373K,$ $T_i=t_i +273=273के$:
$\triangle T=\frac(2,26\cdot 10^6\cdot 10^(-2)+4,2\cdot 10^3\cdot 10^(-2)10^2-6\cdot 10^ (-2)\cdot 3,3\cdot 10^5)(4,2\cdot 10^3\cdot 5,7\cdot 10^(-1))\लगभग 3\बाएं(K\दाएं)$फिर टी=273+3=276 (के)
उत्तर: तापीय साम्य की स्थापना के बाद बर्तन में पानी का तापमान 276 K के बराबर होगा।
उदाहरण 2
कार्य: यह आंकड़ा एक क्रिस्टलीय से तरल अवस्था में किसी पदार्थ के संक्रमण के अनुरूप समताप मंडल के खंड को दर्शाता है। पी, टी आरेख पर इस खंड से क्या मेल खाता है?
पी, टी आरेख पर एक क्षैतिज सीधी रेखा खंड द्वारा पी, वी आरेख पर दर्शाए गए राज्यों के पूरे सेट को एक बिंदु द्वारा दर्शाया गया है जो पी और टी के मूल्यों को निर्धारित करता है, जिस पर एकत्रीकरण के एक राज्य से संक्रमण दूसरा होता है।
सबसे व्यापक ज्ञान एकत्रीकरण की तीन अवस्थाओं के बारे में है: तरल, ठोस, गैसीय, कभी-कभी वे प्लाज्मा के बारे में सोचते हैं, कम अक्सर लिक्विड क्रिस्टल। हाल ही में, प्रसिद्ध () स्टीफन फ्राई से ली गई पदार्थ के 17 चरणों की एक सूची इंटरनेट पर फैल गई है। इसलिए, हम उनके बारे में अधिक विस्तार से बात करेंगे, क्योंकि। ब्रह्मांड में होने वाली प्रक्रियाओं को बेहतर ढंग से समझने के लिए किसी को पदार्थ के बारे में थोड़ा और जानना चाहिए।
नीचे दी गई पदार्थ की कुल अवस्थाओं की सूची सबसे ठंडे राज्यों से बढ़कर सबसे गर्म हो जाती है, और इसी तरह। जारी रखा जा सकता है। उसी समय, यह समझा जाना चाहिए कि गैसीय अवस्था (नंबर 11) से, सूची के दोनों किनारों पर सबसे "विस्तारित", पदार्थ के संपीड़न की डिग्री और उसके दबाव (ऐसे बेरोज़गार के लिए कुछ आरक्षणों के साथ) क्वांटम, रे, या कमजोर रूप से सममित) वृद्धि के रूप में काल्पनिक राज्य। पाठ के बाद पदार्थ के चरण संक्रमण का एक दृश्य ग्राफ दिया गया है।
1. क्वांटम- पदार्थ के एकत्रीकरण की स्थिति, जब तापमान पूर्ण शून्य तक गिर जाता है, जिसके परिणामस्वरूप आंतरिक बंधन गायब हो जाते हैं और पदार्थ मुक्त क्वार्क में टूट जाता है।
2. बोस-आइंस्टीन कंडेनसेट- पदार्थ की समग्र अवस्था, जो पूर्ण शून्य के करीब तापमान पर ठंडा किए गए बोसोन पर आधारित होती है (पूर्ण शून्य से एक डिग्री के दस लाखवें हिस्से से भी कम)। इस तरह की अत्यधिक ठंडी अवस्था में, पर्याप्त रूप से बड़ी संख्या में परमाणु अपनी न्यूनतम संभव क्वांटम अवस्थाओं में खुद को पाते हैं, और क्वांटम प्रभाव मैक्रोस्कोपिक स्तर पर खुद को प्रकट करना शुरू कर देते हैं। बोस-आइंस्टीन कंडेनसेट (जिसे अक्सर "बोस कंडेनसेट" या बस "बैक" कहा जाता है) तब होता है जब आप किसी रासायनिक तत्व को बेहद कम तापमान (आमतौर पर पूर्ण शून्य से ऊपर, शून्य से 273 डिग्री सेल्सियस) तक ठंडा करते हैं। , सैद्धांतिक तापमान है जो सब कुछ हिलना बंद कर देता है)।
यहीं से अजीबोगरीब चीजें होने लगती हैं। आमतौर पर केवल परमाणु स्तर पर देखने योग्य प्रक्रियाएं अब बड़े पैमाने पर होती हैं जिन्हें नग्न आंखों से देखा जा सकता है। उदाहरण के लिए, यदि आप बीकर में "बैक" डालते हैं और वांछित तापमान प्रदान करते हैं, तो पदार्थ दीवार पर रेंगना शुरू कर देगा और अंततः अपने आप बाहर निकल जाएगा।
जाहिर है, यहां हम अपनी ऊर्जा को कम करने के लिए पदार्थ द्वारा एक व्यर्थ प्रयास से निपट रहे हैं (जो पहले से ही सभी संभावित स्तरों में सबसे कम है)।
शीतलन उपकरण का उपयोग करके परमाणुओं को धीमा करने से एक विलक्षण क्वांटम अवस्था उत्पन्न होती है जिसे बोस कंडेनसेट या बोस-आइंस्टीन के रूप में जाना जाता है। इस घटना की भविष्यवाणी ए. आइंस्टीन ने 1925 में एस. बोस के काम के सामान्यीकरण के परिणामस्वरूप की थी, जहां सांख्यिकीय यांत्रिकी कणों के लिए बनाया गया था, जिसमें द्रव्यमान रहित फोटॉन से लेकर द्रव्यमान वाले परमाणु शामिल थे (आइंस्टीन की पांडुलिपि, जिसे खोया हुआ माना जाता था, 2005 में लीडेन विश्वविद्यालय के पुस्तकालय में पाया गया था)। बोस और आइंस्टीन के प्रयासों का परिणाम बोस-आइंस्टीन के आँकड़ों का पालन करने वाली गैस की बोस अवधारणा थी, जो पूर्णांक स्पिन के साथ समान कणों के सांख्यिकीय वितरण का वर्णन करता है, जिसे बोसॉन कहा जाता है। बोसॉन, जो, उदाहरण के लिए, दोनों व्यक्तिगत प्राथमिक कण - फोटॉन और पूरे परमाणु, एक ही क्वांटम अवस्था में एक दूसरे के साथ हो सकते हैं। आइंस्टीन ने सुझाव दिया कि बहुत कम तापमान पर परमाणुओं - बोसॉन को ठंडा करने से वे सबसे कम संभव क्वांटम अवस्था में चले जाएंगे (या, दूसरे शब्दों में, संघनित)। इस तरह के संघनन का परिणाम पदार्थ के एक नए रूप का उदय होगा।
यह संक्रमण महत्वपूर्ण तापमान से नीचे होता है, जो एक सजातीय त्रि-आयामी गैस के लिए होता है जिसमें बिना किसी आंतरिक स्वतंत्रता के गैर-अंतःक्रियात्मक कण होते हैं।
3. Fermionic घनीभूत- किसी पदार्थ के एकत्रीकरण की स्थिति, समर्थन के समान, लेकिन संरचना में भिन्न। निरपेक्ष शून्य के करीब पहुंचने पर, परमाणु अपने स्वयं के कोणीय गति (स्पिन) के परिमाण के आधार पर अलग तरह से व्यवहार करते हैं। बोसॉन में पूर्णांक स्पिन होते हैं, जबकि फ़र्मियन में ऐसे स्पिन होते हैं जो 1/2 (1/2, 3/2, 5/2) के गुणक होते हैं। फ़र्मियन पाउली अपवर्जन सिद्धांत का पालन करते हैं, जिसमें कहा गया है कि दो फ़र्मियनों में एक ही क्वांटम अवस्था नहीं हो सकती है। बोसॉन के लिए, ऐसा कोई निषेध नहीं है, और इसलिए उनके पास एक क्वांटम अवस्था में मौजूद रहने का अवसर है और इस तरह तथाकथित बोस-आइंस्टीन कंडेनसेट का निर्माण होता है। इस घनीभूत के गठन की प्रक्रिया अतिचालक अवस्था में संक्रमण के लिए जिम्मेदार है।
इलेक्ट्रॉनों का स्पिन 1/2 होता है और इसलिए वे फर्मियन होते हैं। वे जोड़े (तथाकथित कूपर जोड़े) में गठबंधन करते हैं, जो तब बोस कंडेनसेट बनाते हैं।
अमेरिकी वैज्ञानिकों ने डीप कूलिंग द्वारा फर्मियन परमाणुओं से एक प्रकार का अणु प्राप्त करने का प्रयास किया। वास्तविक अणुओं से अंतर यह था कि परमाणुओं के बीच कोई रासायनिक बंधन नहीं था - वे बस एक सहसंबद्ध तरीके से एक साथ चले गए। कूपर जोड़े में इलेक्ट्रॉनों के बीच की तुलना में परमाणुओं के बीच का बंधन और भी मजबूत निकला। गठित फर्मियन के जोड़े के लिए, कुल स्पिन अब 1/2 का गुणक नहीं है, इसलिए, वे पहले से ही बोसॉन की तरह व्यवहार करते हैं और एक एकल क्वांटम राज्य के साथ बोस कंडेनसेट बना सकते हैं। प्रयोग के दौरान, पोटेशियम -40 परमाणुओं की एक गैस को 300 नैनोकेल्विन तक ठंडा किया गया था, जबकि गैस को तथाकथित ऑप्टिकल ट्रैप में बंद कर दिया गया था। फिर एक बाहरी चुंबकीय क्षेत्र लागू किया गया, जिसकी मदद से परमाणुओं के बीच बातचीत की प्रकृति को बदलना संभव हो गया - मजबूत प्रतिकर्षण के बजाय, मजबूत आकर्षण देखा जाने लगा। चुंबकीय क्षेत्र के प्रभाव का विश्लेषण करते समय, ऐसा मूल्य खोजना संभव था जिस पर परमाणु कूपर इलेक्ट्रॉनों के जोड़े की तरह व्यवहार करने लगे। प्रयोग के अगले चरण में, वैज्ञानिक फर्मोनिक कंडेनसेट के लिए अतिचालकता के प्रभावों को प्राप्त करने का प्रस्ताव करते हैं।
4. सुपरफ्लुइड पदार्थ- एक ऐसी अवस्था जिसमें पदार्थ में वस्तुतः कोई चिपचिपाहट नहीं होती है, और बहते समय यह ठोस सतह के साथ घर्षण का अनुभव नहीं करता है। इसका परिणाम, उदाहरण के लिए, गुरुत्वाकर्षण के खिलाफ इसकी दीवारों के साथ पोत से सुपरफ्लुइड हीलियम के पूर्ण सहज "रेंगने" के रूप में इस तरह का एक दिलचस्प प्रभाव है। बेशक, यहां ऊर्जा संरक्षण के कानून का उल्लंघन नहीं है। घर्षण बलों की अनुपस्थिति में, केवल गुरुत्वाकर्षण बल हीलियम पर कार्य करते हैं, हीलियम और पोत की दीवारों के बीच और हीलियम परमाणुओं के बीच अंतर-परमाणु संपर्क के बल। तो, अंतर-परमाणु संपर्क की ताकतें संयुक्त अन्य सभी बलों से अधिक हैं। नतीजतन, हीलियम सभी संभावित सतहों पर जितना संभव हो उतना फैलता है, और इसलिए पोत की दीवारों के साथ "यात्रा" करता है। 1938 में, सोवियत वैज्ञानिक प्योत्र कपित्सा ने साबित किया कि हीलियम एक सुपरफ्लुइड अवस्था में मौजूद हो सकता है।
यह ध्यान देने योग्य है कि हीलियम के कई असामान्य गुण काफी समय से ज्ञात हैं। हालांकि, हाल के वर्षों में, यह रासायनिक तत्व दिलचस्प और अप्रत्याशित प्रभावों के साथ हमें "खराब" कर रहा है। इसलिए, 2004 में, पेन्सिलवेनिया विश्वविद्यालय के मूसा चान और यून-स्योंग किम ने वैज्ञानिक दुनिया को यह दावा करके चकित कर दिया कि वे हीलियम की एक पूरी तरह से नई अवस्था प्राप्त करने में सफल रहे हैं - एक सुपरफ्लुइड ठोस। इस अवस्था में, क्रिस्टल जाली में कुछ हीलियम परमाणु दूसरों के चारों ओर प्रवाहित हो सकते हैं, और हीलियम इस प्रकार स्वयं के माध्यम से प्रवाहित हो सकता है। 1969 में सैद्धांतिक रूप से "सुपरहार्डनेस" के प्रभाव की भविष्यवाणी की गई थी। और 2004 में - मानो प्रायोगिक पुष्टि। हालांकि, बाद में और बहुत ही जिज्ञासु प्रयोगों से पता चला कि सब कुछ इतना सरल नहीं है, और, शायद, घटना की ऐसी व्याख्या, जिसे पहले ठोस हीलियम की अतिप्रवाहता के लिए लिया गया था, गलत है।
संयुक्त राज्य अमेरिका में ब्राउन विश्वविद्यालय के हम्फ्री मैरिस के नेतृत्व में वैज्ञानिकों का प्रयोग सरल और सुरुचिपूर्ण था। वैज्ञानिकों ने एक टेस्ट ट्यूब को उल्टा करके तरल हीलियम के एक बंद टैंक में रखा। टेस्ट ट्यूब और टैंक में हीलियम का हिस्सा इस तरह से जम गया था कि टेस्ट ट्यूब के अंदर तरल और ठोस के बीच की सीमा टैंक की तुलना में अधिक थी। दूसरे शब्दों में, ट्यूब के ऊपरी हिस्से में तरल हीलियम था, निचले हिस्से में ठोस हीलियम, यह आसानी से टैंक के ठोस चरण में चला गया, जिसके ऊपर थोड़ा तरल हीलियम डाला गया - तरल स्तर से कम परखनली। यदि तरल हीलियम ठोस के माध्यम से रिसने लगे, तो स्तर का अंतर कम हो जाएगा, और फिर हम ठोस सुपरफ्लुइड हीलियम की बात कर सकते हैं। और सिद्धांत रूप में, 13 में से तीन प्रयोगों में, स्तर का अंतर कम हुआ।
5. सुपरहार्ड मैटर- एकत्रीकरण की एक स्थिति जिसमें पदार्थ पारदर्शी होता है और तरल की तरह "प्रवाह" हो सकता है, लेकिन वास्तव में यह चिपचिपाहट से रहित होता है। ऐसे तरल पदार्थ कई वर्षों से जाने जाते हैं और इन्हें सुपरफ्लुइड्स कहा जाता है। तथ्य यह है कि यदि सुपरफ्लुइड को हिलाया जाता है, तो यह लगभग हमेशा के लिए फैल जाएगा, जबकि सामान्य तरल अंततः शांत हो जाएगा। पहले दो सुपरफ्लुइड शोधकर्ताओं द्वारा हीलियम -4 और हीलियम -3 का उपयोग करके बनाए गए थे। उन्हें लगभग पूर्ण शून्य - शून्य से 273 डिग्री सेल्सियस तक ठंडा किया गया। वहीं हीलियम-4 से अमेरिकी वैज्ञानिक सुपरहार्ड बॉडी हासिल करने में कामयाब रहे। उन्होंने जमे हुए हीलियम को 60 से अधिक बार दबाव से संकुचित किया, और फिर पदार्थ से भरा गिलास एक घूर्णन डिस्क पर स्थापित किया गया। 0.175 डिग्री सेल्सियस के तापमान पर, डिस्क अचानक अधिक स्वतंत्र रूप से घूमने लगी, जो वैज्ञानिकों के अनुसार, इंगित करता है कि हीलियम एक सुपरबॉडी बन गया है।
6. ठोस- पदार्थ के एकत्रीकरण की स्थिति, रूप की स्थिरता और परमाणुओं की तापीय गति की प्रकृति की विशेषता है, जो संतुलन की स्थिति के आसपास छोटे कंपन करते हैं। ठोस की स्थिर अवस्था क्रिस्टलीय होती है। परमाणुओं के बीच आयनिक, सहसंयोजक, धात्विक और अन्य प्रकार के बंधों के साथ ठोस भेद करें, जो उनके भौतिक गुणों की विविधता को निर्धारित करता है। ठोस के विद्युत और कुछ अन्य गुण मुख्य रूप से उसके परमाणुओं के बाहरी इलेक्ट्रॉनों की गति की प्रकृति से निर्धारित होते हैं। उनके विद्युत गुणों के अनुसार, ठोस को डाइलेक्ट्रिक्स, अर्धचालक और धातुओं में विभाजित किया जाता है; उनके चुंबकीय गुणों के अनुसार, उन्हें एक क्रमबद्ध चुंबकीय संरचना के साथ हीरामैग्नेट, पैरामैग्नेट और निकायों में विभाजित किया जाता है। ठोस पदार्थों के गुणों की जांच एक बड़े क्षेत्र में एकजुट हो गई है - ठोस-राज्य भौतिकी, जिसका विकास प्रौद्योगिकी की जरूरतों से प्रेरित हो रहा है।
7. अनाकार ठोस- किसी पदार्थ के एकत्रीकरण की एक संघनित अवस्था, जो परमाणुओं और अणुओं की अव्यवस्थित व्यवस्था के कारण भौतिक गुणों की आइसोट्रॉपी द्वारा विशेषता होती है। अनाकार ठोस में, परमाणु बेतरतीब ढंग से स्थित बिंदुओं के आसपास कंपन करते हैं। क्रिस्टलीय अवस्था के विपरीत, ठोस अनाकार से तरल में संक्रमण धीरे-धीरे होता है। विभिन्न पदार्थ अनाकार अवस्था में हैं: चश्मा, रेजिन, प्लास्टिक आदि।
8. लिक्विड क्रिस्टल- यह किसी पदार्थ के एकत्रीकरण की एक विशिष्ट अवस्था है जिसमें यह एक साथ एक क्रिस्टल और एक तरल के गुणों को प्रदर्शित करता है। हमें तुरंत एक आरक्षण करना चाहिए कि सभी पदार्थ लिक्विड क्रिस्टल अवस्था में नहीं हो सकते। हालांकि, जटिल अणुओं वाले कुछ कार्बनिक पदार्थ एकत्रीकरण की एक विशिष्ट स्थिति बना सकते हैं - लिक्विड क्रिस्टल। यह अवस्था कुछ पदार्थों के क्रिस्टल के पिघलने के दौरान की जाती है। जब वे पिघलते हैं, तो एक तरल-क्रिस्टलीय चरण बनता है, जो सामान्य तरल पदार्थों से भिन्न होता है। यह चरण क्रिस्टल के पिघलने के तापमान से लेकर कुछ उच्च तापमान तक होता है, जब गर्म किया जाता है, जिससे लिक्विड क्रिस्टल एक साधारण तरल में बदल जाता है।
एक लिक्विड क्रिस्टल एक लिक्विड और एक साधारण क्रिस्टल से कैसे भिन्न होता है और यह उनके समान कैसे होता है? एक साधारण तरल की तरह, एक लिक्विड क्रिस्टल में तरलता होती है और यह एक बर्तन का रूप ले लेता है जिसमें इसे रखा जाता है। इसमें यह सभी ज्ञात क्रिस्टल से भिन्न होता है। हालांकि, इस संपत्ति के बावजूद, जो इसे एक तरल के साथ जोड़ती है, इसमें क्रिस्टल की संपत्ति विशेषता होती है। यह क्रिस्टल बनाने वाले अणुओं के स्थान में क्रम है। सच है, यह आदेश सामान्य क्रिस्टल की तरह पूर्ण नहीं है, लेकिन, फिर भी, यह लिक्विड क्रिस्टल के गुणों को महत्वपूर्ण रूप से प्रभावित करता है, जो उन्हें सामान्य तरल पदार्थों से अलग करता है। लिक्विड क्रिस्टल बनाने वाले अणुओं का अधूरा स्थानिक क्रम इस तथ्य में प्रकट होता है कि लिक्विड क्रिस्टल में अणुओं के गुरुत्वाकर्षण केंद्रों की स्थानिक व्यवस्था में कोई पूर्ण क्रम नहीं होता है, हालांकि आंशिक क्रम हो सकता है। इसका मतलब है कि उनके पास एक कठोर क्रिस्टल जाली नहीं है। इसलिए, तरल क्रिस्टल, सामान्य तरल पदार्थों की तरह, तरलता का गुण रखते हैं।
तरल क्रिस्टल की एक अनिवार्य संपत्ति, जो उन्हें सामान्य क्रिस्टल के करीब लाती है, अणुओं के स्थानिक अभिविन्यास में एक आदेश की उपस्थिति है। अभिविन्यास में ऐसा क्रम स्वयं प्रकट हो सकता है, उदाहरण के लिए, इस तथ्य में कि एक लिक्विड क्रिस्टल नमूने में अणुओं की सभी लंबी कुल्हाड़ियाँ एक ही तरह से उन्मुख होती हैं। इन अणुओं का आकार लम्बा होना चाहिए। अणुओं की कुल्हाड़ियों के सबसे सरल नामित क्रम के अलावा, एक लिक्विड क्रिस्टल में अणुओं का एक अधिक जटिल प्राच्य क्रम महसूस किया जा सकता है।
आणविक कुल्हाड़ियों के क्रम के प्रकार के आधार पर, लिक्विड क्रिस्टल को तीन प्रकारों में विभाजित किया जाता है: नेमैटिक, स्मेक्टिक और कोलेस्टेरिक।
लिक्विड क्रिस्टल के भौतिकी और उनके अनुप्रयोगों पर अनुसंधान वर्तमान में दुनिया के सभी सबसे विकसित देशों में व्यापक मोर्चे पर किया जा रहा है। घरेलू अनुसंधान अकादमिक और औद्योगिक अनुसंधान संस्थानों दोनों में केंद्रित है और इसकी एक लंबी परंपरा है। वी.के. फ्रेडरिक से वी.एन. स्वेत्कोव. हाल के वर्षों में, लिक्विड क्रिस्टल का तेजी से अध्ययन, रूसी शोधकर्ता भी लिक्विड क्रिस्टल के सिद्धांत के विकास में महत्वपूर्ण योगदान देते हैं, विशेष रूप से, लिक्विड क्रिस्टल के प्रकाशिकी। तो, आईजी के काम। चिस्त्यकोवा, ए.पी. कपुस्तिना, एस.ए. ब्रेज़ोव्स्की, एस.ए. पिकिना, एल.एम. ब्लिनोव और कई अन्य सोवियत शोधकर्ता वैज्ञानिक समुदाय के लिए व्यापक रूप से जाने जाते हैं और लिक्विड क्रिस्टल के कई प्रभावी तकनीकी अनुप्रयोगों की नींव के रूप में काम करते हैं।
लिक्विड क्रिस्टल का अस्तित्व बहुत पहले, अर्थात् 1888 में, यानी लगभग एक सदी पहले स्थापित किया गया था। हालांकि वैज्ञानिकों को पदार्थ की इस स्थिति का सामना 1888 से पहले हुआ था, लेकिन बाद में आधिकारिक तौर पर इसकी खोज की गई।
लिक्विड क्रिस्टल की खोज सबसे पहले ऑस्ट्रियाई वनस्पतिशास्त्री रीनित्जर ने की थी। उनके द्वारा संश्लेषित नए पदार्थ कोलेस्टेरिल बेंजोएट की जांच करते हुए, उन्होंने पाया कि 145 डिग्री सेल्सियस के तापमान पर, इस पदार्थ के क्रिस्टल पिघल जाते हैं, जिससे एक बादल तरल बनता है जो प्रकाश को दृढ़ता से बिखेरता है। निरंतर गर्म करने पर, 179 डिग्री सेल्सियस के तापमान तक पहुंचने पर, तरल स्पष्ट हो जाता है, अर्थात यह पानी की तरह एक साधारण तरल की तरह वैकल्पिक रूप से व्यवहार करना शुरू कर देता है। कोलेस्टेरिल बेंजोएट ने अशांत चरण में अप्रत्याशित गुण दिखाए। एक ध्रुवीकरण माइक्रोस्कोप के तहत इस चरण की जांच करते हुए, रीनित्जर ने पाया कि इसमें द्विअर्थीता है। इसका मतलब है कि प्रकाश का अपवर्तनांक, यानी इस चरण में प्रकाश की गति, ध्रुवीकरण पर निर्भर करती है।
9. तरल- किसी पदार्थ के एकत्रीकरण की स्थिति, एक ठोस अवस्था (मात्रा का संरक्षण, एक निश्चित तन्य शक्ति) और एक गैसीय अवस्था (आकार परिवर्तनशीलता) की विशेषताओं का संयोजन। एक तरल को कणों (अणुओं, परमाणुओं) की व्यवस्था में एक छोटी दूरी के क्रम और अणुओं की तापीय गति की गतिज ऊर्जा और उनकी बातचीत की संभावित ऊर्जा में एक छोटा अंतर होता है। तरल अणुओं की ऊष्मीय गति में संतुलन की स्थिति के आसपास दोलन होते हैं और एक संतुलन स्थिति से दूसरे में अपेक्षाकृत दुर्लभ छलांग होती है, जो तरल की तरलता से जुड़ी होती है।
10. सुपरक्रिटिकल फ्लूइड(जीएफआर) एक पदार्थ के एकत्रीकरण की स्थिति है, जिसमें तरल और गैस चरणों के बीच का अंतर गायब हो जाता है। महत्वपूर्ण बिंदु से ऊपर के तापमान और दबाव पर कोई भी पदार्थ एक सुपरक्रिटिकल तरल पदार्थ है। सुपरक्रिटिकल अवस्था में किसी पदार्थ के गुण गैस और तरल चरणों में उसके गुणों के बीच मध्यवर्ती होते हैं। इस प्रकार, एससीएफ में गैसों की तरह उच्च घनत्व, तरल के करीब और कम चिपचिपापन होता है। इस मामले में प्रसार गुणांक का तरल और गैस के बीच एक मध्यवर्ती मूल्य होता है। सुपरक्रिटिकल अवस्था में पदार्थों का उपयोग प्रयोगशाला और औद्योगिक प्रक्रियाओं में कार्बनिक सॉल्वैंट्स के विकल्प के रूप में किया जा सकता है। सुपरक्रिटिकल पानी और सुपरक्रिटिकल कार्बन डाइऑक्साइड को कुछ गुणों के संबंध में सबसे बड़ी रुचि और वितरण प्राप्त हुआ है।
सुपरक्रिटिकल अवस्था के सबसे महत्वपूर्ण गुणों में से एक पदार्थों को भंग करने की क्षमता है। द्रव के तापमान या दबाव को बदलकर, इसके गुणों को व्यापक श्रेणी में बदला जा सकता है। इस प्रकार, एक तरल पदार्थ प्राप्त करना संभव है जिसके गुण या तो तरल या गैस के करीब हों। इस प्रकार, बढ़ते घनत्व (स्थिर तापमान पर) के साथ द्रव की घुलने की शक्ति बढ़ जाती है। चूंकि बढ़ते दबाव के साथ घनत्व बढ़ता है, दबाव बदलने से द्रव की घुलने की शक्ति (स्थिर तापमान पर) प्रभावित हो सकती है। तापमान के मामले में, द्रव गुणों की निर्भरता कुछ अधिक जटिल होती है - एक निरंतर घनत्व पर, द्रव की घुलने की शक्ति भी बढ़ जाती है, लेकिन महत्वपूर्ण बिंदु के पास, तापमान में मामूली वृद्धि से घनत्व में तेज गिरावट हो सकती है, और, तदनुसार, भंग करने की शक्ति। सुपरक्रिटिकल तरल पदार्थ एक दूसरे के साथ अनिश्चित काल तक मिश्रित होते हैं, इसलिए जब मिश्रण का महत्वपूर्ण बिंदु पहुंच जाता है, तो सिस्टम हमेशा सिंगल-फेज होगा। बाइनरी मिश्रण के अनुमानित महत्वपूर्ण तापमान की गणना पदार्थों के महत्वपूर्ण मापदंडों के अंकगणितीय माध्य के रूप में की जा सकती है Tc(mix) = (A का मोल अंश) x TcA + (B का मोल अंश) x TcB।
11. गैसीय- (फ्रेंच गज़, ग्रीक अराजकता से - अराजकता), पदार्थ की समग्र स्थिति जिसमें उसके कणों (अणुओं, परमाणुओं, आयनों) की तापीय गति की गतिज ऊर्जा उनके बीच परस्पर क्रिया की संभावित ऊर्जा से अधिक हो जाती है, और इसलिए कण स्वतंत्र रूप से आगे बढ़ें, समान रूप से बाहरी क्षेत्रों की अनुपस्थिति में भरते हुए, उन्हें प्रदान की गई संपूर्ण मात्रा।
12. प्लाज्मा- (ग्रीक प्लाज्मा से - फैशन, आकार), पदार्थ की एक अवस्था, जो एक आयनित गैस है, जिसमें धनात्मक और ऋणात्मक आवेशों की सांद्रता समान (अर्ध-तटस्थता) होती है। ब्रह्मांड में अधिकांश पदार्थ प्लाज्मा अवस्था में है: तारे, गांगेय नीहारिकाएँ और अंतरतारकीय माध्यम। पृथ्वी के पास, प्लाज्मा सौर हवा, चुंबकमंडल और आयनोस्फीयर के रूप में मौजूद है। नियंत्रित थर्मोन्यूक्लियर फ्यूजन को लागू करने के उद्देश्य से ड्यूटेरियम और ट्रिटियम के मिश्रण से उच्च तापमान प्लाज्मा (टी ~ 106 - 108 के) की जांच की जा रही है। निम्न-तापमान प्लाज्मा (T 105K) का उपयोग विभिन्न गैस-निर्वहन उपकरणों (गैस लेजर, आयन उपकरण, MHD जनरेटर, प्लाज्मा मशाल, प्लाज्मा इंजन, आदि) के साथ-साथ प्रौद्योगिकी में भी किया जाता है (देखें प्लाज्मा धातु विज्ञान, प्लाज्मा ड्रिलिंग, प्लाज्मा प्रौद्योगिकी)।
13. पतित पदार्थ- प्लाज्मा और न्यूट्रॉन के बीच एक मध्यवर्ती चरण है। यह सफेद बौनों में देखा जाता है और सितारों के विकास में महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है। जब परमाणु अत्यधिक उच्च तापमान और दबाव की स्थिति में होते हैं, तो वे अपने इलेक्ट्रॉनों को खो देते हैं (वे एक इलेक्ट्रॉन गैस में चले जाते हैं)। दूसरे शब्दों में, वे पूरी तरह से आयनित (प्लाज्मा) हैं। ऐसी गैस (प्लाज्मा) का दबाव इलेक्ट्रॉन दबाव से निर्धारित होता है। यदि घनत्व बहुत अधिक है, तो सभी कण एक दूसरे के पास जाने के लिए मजबूर हो जाते हैं। इलेक्ट्रॉन कुछ ऊर्जाओं वाली अवस्थाओं में हो सकते हैं, और दो इलेक्ट्रॉनों में समान ऊर्जा नहीं हो सकती (जब तक कि उनके स्पिन विपरीत न हों)। इस प्रकार, एक घनी गैस में, सभी निम्न ऊर्जा स्तर इलेक्ट्रॉनों से भर जाते हैं। ऐसी गैस को पतित कहा जाता है। इस अवस्था में, इलेक्ट्रॉन एक पतित इलेक्ट्रॉन दबाव प्रदर्शित करते हैं जो गुरुत्वाकर्षण बलों का विरोध करता है।
14. न्यूट्रॉनियम- एकत्रीकरण की स्थिति जिसमें पदार्थ अतिउच्च दबाव में गुजरता है, जो अभी तक प्रयोगशाला में अप्राप्य है, लेकिन न्यूट्रॉन सितारों के अंदर मौजूद है। न्यूट्रॉन अवस्था में संक्रमण के दौरान, पदार्थ के इलेक्ट्रॉन प्रोटॉन के साथ परस्पर क्रिया करते हैं और न्यूट्रॉन में बदल जाते हैं। नतीजतन, न्यूट्रॉन अवस्था में पदार्थ पूरी तरह से न्यूट्रॉन से बना होता है और इसमें परमाणु के क्रम का घनत्व होता है। इस मामले में पदार्थ का तापमान बहुत अधिक नहीं होना चाहिए (ऊर्जा समतुल्य में, सौ MeV से अधिक नहीं)।
तापमान में तेज वृद्धि (सैकड़ों MeV और उससे अधिक) के साथ, न्यूट्रॉन अवस्था में, विभिन्न मेसन पैदा होने और नष्ट होने लगते हैं। तापमान में और वृद्धि के साथ, डिकॉन्फाइनमेंट होता है, और मामला क्वार्क-ग्लूऑन प्लाज्मा की स्थिति में चला जाता है। इसमें अब हैड्रोन नहीं होते हैं, बल्कि लगातार पैदा होने और गायब होने वाले क्वार्क और ग्लून्स होते हैं।
15. क्वार्क-ग्लूऑन प्लाज्मा(क्रोमोप्लाज्म) उच्च-ऊर्जा भौतिकी और प्राथमिक कण भौतिकी में पदार्थ की एक समग्र अवस्था है, जिसमें हैड्रोनिक पदार्थ उस अवस्था के समान अवस्था में गुजरता है जिसमें इलेक्ट्रॉन और आयन साधारण प्लाज्मा में होते हैं।
आमतौर पर हैड्रोन में पदार्थ तथाकथित रंगहीन ("सफेद") अवस्था में होता है। यानी अलग-अलग रंगों के क्वार्क एक दूसरे की भरपाई करते हैं। सामान्य पदार्थ में भी ऐसी ही स्थिति होती है - जब सभी परमाणु विद्युत रूप से तटस्थ होते हैं, अर्थात,
उनमें सकारात्मक आरोपों की भरपाई नकारात्मक लोगों द्वारा की जाती है। उच्च तापमान पर, परमाणुओं का आयनीकरण हो सकता है, जबकि आवेश अलग हो जाते हैं, और पदार्थ बन जाता है, जैसा कि वे कहते हैं, "अर्ध-तटस्थ"। अर्थात्, पदार्थ का पूरा बादल समग्र रूप से तटस्थ रहता है, और उसके अलग-अलग कण तटस्थ रहना बंद कर देते हैं। संभवतः, हैड्रोनिक पदार्थ के साथ भी ऐसा ही हो सकता है - बहुत अधिक ऊर्जा पर, रंग निकलता है और पदार्थ को "अर्ध-रंगहीन" बनाता है।
संभवतः, ब्रह्मांड का मामला बिग बैंग के बाद पहले क्षणों में क्वार्क-ग्लूऑन प्लाज्मा की स्थिति में था। अब बहुत अधिक ऊर्जा वाले कणों के आपस में टकराने पर क्वार्क-ग्लूऑन प्लाज्मा थोड़े समय के लिए बन सकता है।
2005 में ब्रुकहेवन नेशनल लेबोरेटरी में आरएचआईसी त्वरक पर क्वार्क-ग्लूऑन प्लाज्मा प्रयोगात्मक रूप से प्राप्त किया गया था। फरवरी 2010 में अधिकतम प्लाज्मा तापमान 4 ट्रिलियन डिग्री सेल्सियस प्राप्त किया गया था।
16. अजीब पदार्थ- एकत्रीकरण की स्थिति, जिसमें पदार्थ घनत्व के सीमा मूल्यों तक संकुचित होता है, यह "क्वार्क सूप" के रूप में मौजूद हो सकता है। इस राज्य में एक घन सेंटीमीटर पदार्थ का वजन अरबों टन होगा; इसके अलावा, यह किसी भी सामान्य पदार्थ को बदल देगा जिसके साथ यह एक महत्वपूर्ण मात्रा में ऊर्जा की रिहाई के साथ उसी "अजीब" रूप में संपर्क में आता है।
एक तारे के कोर के पदार्थ को "अजीब पदार्थ" में बदलने के दौरान जो ऊर्जा जारी की जा सकती है, वह "क्वार्क नोवा" के एक सुपर-शक्तिशाली विस्फोट की ओर ले जाएगी - और, लेही और वायद के अनुसार, यह ठीक था यह विस्फोट खगोलविदों ने सितंबर 2006 में देखा था।
इस पदार्थ के बनने की प्रक्रिया एक साधारण सुपरनोवा से शुरू हुई, जिसमें एक विशाल तारा बदल गया। पहले विस्फोट के परिणामस्वरूप, एक न्यूट्रॉन तारे का निर्माण हुआ। लेकिन, लेही और वायद के अनुसार, यह लंबे समय तक नहीं चला - जैसा कि इसके घूर्णन को अपने स्वयं के चुंबकीय क्षेत्र से धीमा लग रहा था, यह "अजीब सामान" के थक्के के गठन के साथ और भी कम होना शुरू हो गया, जिसके कारण एक साधारण सुपरनोवा विस्फोट से भी अधिक शक्तिशाली, ऊर्जा निष्कासन - और पूर्व न्यूट्रॉन तारे के पदार्थ की बाहरी परतें, प्रकाश की गति के करीब गति से आसपास के अंतरिक्ष में उड़ती हैं।
17. अत्यधिक सममित पदार्थ- यह एक ऐसा पदार्थ है जिसे इस हद तक संकुचित किया जाता है कि इसके अंदर के माइक्रोपार्टिकल्स एक दूसरे के ऊपर स्तरित हो जाते हैं, और शरीर खुद ही ब्लैक होल में गिर जाता है। शब्द "समरूपता" को इस प्रकार समझाया गया है: आइए स्कूल की बेंच से सभी को ज्ञात पदार्थ की कुल अवस्थाओं को लें - ठोस, तरल, गैसीय। निश्चितता के लिए, एक आदर्श अनंत क्रिस्टल को ठोस मानें। अनुवाद के संबंध में इसकी एक निश्चित, तथाकथित असतत समरूपता है। इसका मतलब यह है कि यदि क्रिस्टल जाली को दो परमाणुओं के बीच के अंतराल के बराबर दूरी से स्थानांतरित किया जाता है, तो इसमें कुछ भी नहीं बदलेगा - क्रिस्टल स्वयं के साथ मेल खाएगा। यदि क्रिस्टल को पिघलाया जाता है, तो परिणामी तरल की समरूपता अलग होगी: यह बढ़ जाएगी। एक क्रिस्टल में, केवल कुछ बिंदु जो एक दूसरे से कुछ दूरी पर दूर थे, क्रिस्टल जाली के तथाकथित नोड्स, जिसमें समान परमाणु स्थित थे, समकक्ष थे।
तरल अपने पूरे आयतन में सजातीय है, इसके सभी बिंदु एक दूसरे से अप्रभेद्य हैं। इसका मतलब यह है कि तरल पदार्थ को किसी भी मनमानी दूरी से विस्थापित किया जा सकता है (और न केवल कुछ असतत लोगों द्वारा, जैसे कि क्रिस्टल में) या किसी भी मनमाने कोण से घुमाया जाता है (जो क्रिस्टल में बिल्कुल नहीं किया जा सकता है) और यह अपने आप से मेल खाएगा। इसकी समरूपता की डिग्री अधिक है। गैस और भी अधिक सममित है: बर्तन में तरल एक निश्चित मात्रा में रहता है और बर्तन के अंदर एक विषमता होती है, जहां तरल होता है, और जहां यह नहीं होता है। दूसरी ओर, गैस उसे प्रदान किए गए संपूर्ण आयतन पर कब्जा कर लेती है, और इस अर्थ में इसके सभी बिंदु एक दूसरे से अप्रभेद्य हैं। फिर भी, यहाँ बिंदुओं के बारे में नहीं, बल्कि छोटे, लेकिन स्थूल तत्वों के बारे में बात करना अधिक सही होगा, क्योंकि सूक्ष्म स्तर पर अभी भी अंतर हैं। कुछ समय में परमाणु या अणु होते हैं, जबकि अन्य नहीं होते हैं। समरूपता केवल कुछ मैक्रोस्कोपिक वॉल्यूम मापदंडों में, या समय में औसतन देखी जाती है।
लेकिन सूक्ष्म स्तर पर अभी भी कोई तात्कालिक समरूपता नहीं है। यदि पदार्थ को बहुत दृढ़ता से संकुचित किया जाता है, तो उन दबावों के लिए जो रोजमर्रा की जिंदगी में अस्वीकार्य हैं, संकुचित हो जाते हैं ताकि परमाणुओं को कुचल दिया जाए, उनके गोले एक-दूसरे में घुस गए, और नाभिक स्पर्श करने लगे, सूक्ष्म स्तर पर समरूपता उत्पन्न होती है। सभी नाभिक समान होते हैं और एक दूसरे के खिलाफ दबाए जाते हैं, न केवल अंतर-परमाणु होते हैं, बल्कि आंतरिक दूरी भी होती है, और पदार्थ सजातीय (अजीब पदार्थ) बन जाता है।
लेकिन एक सबमाइक्रोस्कोपिक स्तर भी है। नाभिक प्रोटॉन और न्यूट्रॉन से बने होते हैं जो नाभिक के अंदर घूमते हैं। उनके बीच कुछ जगह भी है। यदि आप इस प्रकार सेक करना जारी रखते हैं कि नाभिक भी कुचले जाते हैं, तो नाभिक एक दूसरे के खिलाफ मजबूती से दबेंगे। फिर, सूक्ष्म स्तर पर, समरूपता दिखाई देगी, जो साधारण नाभिक के अंदर भी नहीं है।
जो कहा गया है, उससे एक निश्चित प्रवृत्ति देखी जा सकती है: तापमान जितना अधिक होता है और दबाव जितना अधिक होता है, पदार्थ उतना ही अधिक सममित होता है। इन विचारों के आधार पर, अधिकतम तक संकुचित पदार्थ को दृढ़ता से सममित कहा जाता है।
18. कमजोर सममित पदार्थ- अपने गुणों में दृढ़ता से सममित पदार्थ के विपरीत एक राज्य, जो बहुत प्रारंभिक ब्रह्मांड में प्लैंक तापमान के करीब तापमान पर मौजूद था, शायद बिग बैंग के 10-12 सेकंड बाद, जब मजबूत, कमजोर और विद्युत चुम्बकीय बल एक ही सुपरफोर्स थे . इस अवस्था में पदार्थ इस हद तक संकुचित हो जाता है कि उसका द्रव्यमान ऊर्जा में परिवर्तित हो जाता है, जो फूलने लगता है, अर्थात अनिश्चित काल तक फैलता है। महाशक्ति के प्रायोगिक उत्पादन और स्थलीय परिस्थितियों में पदार्थ को इस चरण में स्थानांतरित करने के लिए ऊर्जा प्राप्त करना अभी तक संभव नहीं है, हालांकि प्रारंभिक ब्रह्मांड का अध्ययन करने के लिए लार्ज हैड्रॉन कोलाइडर में ऐसे प्रयास किए गए थे। इस पदार्थ को बनाने वाले सुपरफोर्स की संरचना में गुरुत्वाकर्षण संपर्क की अनुपस्थिति के कारण, सुपरसिमेट्रिक बल की तुलना में सुपरफोर्स पर्याप्त रूप से सममित नहीं है, जिसमें सभी 4 प्रकार के इंटरैक्शन शामिल हैं। इसलिए, एकत्रीकरण की इस स्थिति को ऐसा नाम मिला।
19. विकिरण पदार्थ- यह, वास्तव में, अब एक पदार्थ नहीं है, बल्कि अपने शुद्धतम रूप में ऊर्जा है। हालाँकि, यह एकत्रीकरण की यह काल्पनिक स्थिति है कि एक शरीर जो प्रकाश की गति तक पहुँच गया है, उसे ले जाएगा। यह शरीर को प्लैंक तापमान (1032K) तक गर्म करके भी प्राप्त किया जा सकता है, अर्थात पदार्थ के अणुओं को प्रकाश की गति तक फैलाकर। सापेक्षता के सिद्धांत के अनुसार, जब गति 0.99 s से अधिक तक पहुँच जाती है, तो शरीर का द्रव्यमान "सामान्य" त्वरण की तुलना में बहुत तेज़ी से बढ़ने लगता है, इसके अलावा, शरीर लंबा हो जाता है, गर्म हो जाता है, अर्थात यह शुरू हो जाता है अवरक्त स्पेक्ट्रम में विकिरण। 0.999 एस की दहलीज को पार करते समय, शरीर मौलिक रूप से बदलता है और बीम अवस्था तक एक तीव्र चरण संक्रमण शुरू करता है। आइंस्टीन के सूत्र के अनुसार, पूर्ण रूप से लिया गया, अंतिम पदार्थ का बढ़ता द्रव्यमान उन द्रव्यमानों से बना होता है जो शरीर से थर्मल, एक्स-रे, ऑप्टिकल और अन्य विकिरण के रूप में अलग होते हैं, जिनमें से प्रत्येक की ऊर्जा होती है सूत्र में अगले पद द्वारा वर्णित। इस प्रकार, प्रकाश की गति के करीब पहुंचने वाला शरीर सभी स्पेक्ट्रा में विकिरण करना शुरू कर देगा, लंबाई में बढ़ेगा और समय के साथ धीमा हो जाएगा, प्लैंक की लंबाई तक पतला हो जाएगा, यानी गति सी तक पहुंचने पर, शरीर असीम रूप से लंबा और पतला हो जाएगा। किरण प्रकाश की गति से चलती है और इसमें ऐसे फोटॉन होते हैं जिनकी कोई लंबाई नहीं होती है, और इसका अनंत द्रव्यमान पूरी तरह से ऊर्जा में बदल जाएगा। इसलिए, ऐसे पदार्थ को विकिरण कहा जाता है।
