Moddaning agregat holatlari

Moddaning agregat holati moddiyat mavjud boʻlishi mumkin boʻlgan aniq shakllardan biridir. Kundalik hayotda moddalarning toʻrtta agregat holatini kuzatish mumkin: qattiq, suyuq, gaz va plazma. Maʼlumki, suyuq kristall kabi koʻplab oraliq holatlar mavjud va baʼzi holatlar faqat ekstremal sharoitlarda mavjud boʻladi, masalan, Bose-Eynshteyn kondensatlari (qattiq sovuqda), neytron-degenerativ materiya (oʻta zichlikda) va kvark-glyuon plazmasi (juda yuqori energiyada). Moddaning barcha ekzotik holatlarining toʻliq roʻyxati uchun moddaning agregat holatlari roʻyxatiga qarang.

Brom suyuq va gaz holatida, qattiq holatda akril ichiga o'ralgan.

Geliy plazma holatida to'q sariq rangda porlaydi.

Tarixiy jihatdan, farqlanish xususiyatlardagi sifat farqlari asosida amalga oshiriladi. Qattiq holatda modda oʻzgarmas hajmni (harorat yoki havo bosimining oʻzgarmasligini nazarda tutgan holda) va shaklni saqlab turadi, tarkibiy zarrachalar (atomlar, molekulalar yoki ionlar) bir-biriga yaqin va oʻz oʻrniga joylashgan boʻladi. Suyuq holatda boʻlgan modda oʻzgarmas hajmni saqlaydi (harorat yoki havo bosimining oʻzgarmasligini hisobga olsak), lekin u idishga mos keladigan oʻzgaruvchan shaklga ega. Uning zarralari hali ham bir-biriga yaqin, lekin erkin harakatlanadi. Gaz holatidagi modda ham oʻzgaruvchan hajmga, ham shaklga ega boʻlib, ikkalasini ham oʻz idishiga moslashtiradi. Gazlarning zarralari bir-biriga yaqin boʻlmaydi va doimiy harakatda boʻlganligi uchun doimiy joylashuvga ega emas. Neytral atomlardan tashkil topgan plazma holatidagi modda oʻzgaruvchan hajm va shaklga ega, shuningdek, erkin harakatlana oladigan sezilarli miqdordagi ionlar va elektronlarni oʻz ichiga oladi.

„Faza“ atamasi baʼzan modda agregat holatining sinonimi sifatida ishlatiladi, lekin bitta birikma bir xil agregat holatida boʻlgan turli xil fazalarini hosil qilishi mumkin. Masalan, muz suvning qattiq holatidir, lekin turli xil bosim va haroratlarda hosil boʻlgan turli xil kristalli tuzilmalarga ega muzning bir necha fazalari mavjud.

Moddalarning toʻrt asosiy agregat holatlari

Qattiq jism

Qattiq holatdagi zarrachalarning odatiy tasviri – ular bir-biriga mahkam bogʻlangan.

Qattiq jismda tarkibiy zarralar (ionlar, atomlar yoki molekulalar) bir-biriga yaqin joylashgan. Zarrachalar orasidagi kuchlar shunchalik kuchliki, zarralar erkin harakatlana olmaydi, faqat tebranadi. Natijada, qattiq jism barqaror, aniq shakl va aniq hajmga ega. Qattiq jismlar oʻz shakllarini faqat tashqi kuchlar taʼsirida oʻzgartirishi mumkin, masalan, singanda yoki kesilganda. Kristalli qattiq jismlarda zarrachalar (atomlar, molekulalar yoki ionlar) muntazam ravishda tartiblangan boʻladi va takrorlanuvchi holatda oʻraladi. Turli xil kristall tuzilmalar mavjud va bir xil modda bir nechta tuzilishga (yoki qattiq fazaga) ega boʻlishi mumkin. Masalan, temir 912 °C (1,674 °F) dan past haroratlarda tanaga yoʻnaltirilgan kubik tuzilishiga va 912 °C dan 1,394 °C (2,541 °F) gacha boʻlganda yuzga markazlashtirilgan kub tuzilishiga ega. Muz turli harorat va bosimlarda mavjud boʻlgan oʻn beshta kristalli tuzilishga yoki oʻn besh qattiq fazaga ega.^[1] Qattiq moddalarni eritish orqali suyuqliklarga, muzlatish orqali esa suyuqliklarni qattiq moddalarga aylantirish mumkin. Qattiq moddalar sublimatsiya jarayoni orqali toʻgʻridan-toʻgʻri gazlarga aylanishi mumkin va gazlar ham depozitsiya hodisasi orqali toʻgʻridan-toʻgʻri qattiq moddalarga aylanishi mumkin.

Suyuqliklar

Suyuq holatdagi zarralarning odatiy tasviri – ular oqishi va shaklini oʻzgartirishi mumkin.

Suyuqlik idishning shakliga mos keladigan, lekin bosimga bogʻliq boʻlmagan doimiy hajmni saqlaydigan deyarli siqilmaydigan agregat holatdir. Harorat va bosim doimiy boʻlsa, hajm aniq boʻladi. Qattiq jism erish nuqtasidan yuqori qizdirilganda, u suyuqlikka aylanadi. Molekulalararo (yoki atomlararo yoki ionlararo) kuchlar hali ham muhim, ammo molekulalar bir-biriga nisbatan harakat qilish uchun yetarli energiyaga ega va shu sababdan struktura harakatchan holatda boʻladi. Bu shuni anglatadiki, suyuqlikning shakli hajmi bilan emas, balki uning idishi bilan belgilanadi. Suyuqlikning hajmi odatda oʻzi mos keladigan qattiq moddanikidan kattaroqdir, eng yaxshi maʼlum boʻlgan istisno suv, H2O. Berilgan suyuqlik mavjud boʻlishi mumkin boʻlgan eng yuqori harorat uning kritik haroratidir.^[2]

Gazlar

Gaz holatidagi zarralarning odatiy tasviri – aslida bu zarralar bir-biridan ancha uzoqroq boʻladi.

Gaz siqish mumkin boʻlgan yagona moddaning agregat holatidir. Gazlar nafaqat idishning shakliga mos keladi, balki idishni toʻldirish uchun kengayadi ham. Gazda molekulalar yetarli kinetik energiyaga ega boʻlib, molekulalararo kuchlarning taʼsiri kichik (yoki ideal gaz uchun nolga teng) va qoʻshni molekulalar orasidagi odatiy masofa molekulalarning diametridan ancha katta. Gazning aniq shakli yoki hajmi yoʻq, lekin u yopilgan butun idishni egallaydi. Suyuqlikni doimiy bosimda qaynash nuqtasigacha qizdirish yoki doimiy haroratda bosimni pasaytirish orqali gazga aylantirish mumkin. Kritik haroratdan past haroratlarda gaz bugʻdeb ham ataladi va uni sovutmasdan faqat siqish orqali suyultirish mumkin. Bugʻ suyuqlik (yoki qattiq modda) bilan muvozanatda boʻlishi mumkin, bu holda gaz bosimi suyuqlikning (yoki qattiq moddaning) bugʻ bosimiga teng boʻladi. Superkritik suyuqlik (SCF) – bu harorati va bosimi mos ravishda kritik harorat va kritik bosimdan yuqori boʻlgan gaz. Bu holatda suyuqlik va gaz oʻrtasidagi farq yoʻqoladi. Superkritik suyuqlik gazning fizik xususiyatlariga ega, ammo uning yuqori zichligi baʼzi hollarda erituvchi xususiyatlarini beradi, bu esa ishlab chiqarish sohasida foydali. Masalan, oʻta kritik karbonat angidrid kofeinsiz qahva ishlab chiqarishda kofeinni ajratib olish uchun ishlatiladi.^[3]

Plazma

Jacob’s Ladderda havoda ishlab chiqarilgan sunʼiy plazma. Ikki nuqta orasidagi juda kuchli kuchlanish havodagi zarralarni ionlashtiradi va plazma hosil qiladi.

Gaz odatda ikkita usuldan birida: ikkita nuqta orasidagi katta kuchlanishdan yoki juda yuqori haroratga taʼsir qildirish orqali plazmaga aylanadi. Moddani yuqori haroratgacha qizdirish elektronlarning atomlarni tark etishiga olib keladi, natijada erkin elektronlar hosil boʻladi. Bu qisman ionlangan plazmani hosil qiladi. Juda yuqori haroratlarda, masalan, yulduzlarda mavjud boʻlgan haroratlarda, barcha elektronlar „erkin“ deb taxmin qilinadi va elektronlar dengizida suzuvchi yadrolar yuqori energiyali plazmaning asosidir. Ushbu hodisa toʻliq ionlangan plazmani hosil qiladi. Plazma holati koʻpincha notoʻgʻri tushuniladi va yer yuzida oddiy sharoitlarda erkin mavjud boʻlmasa ham, u odatda chaqmoq, elektr uchqunlari, lyuminestsent chiroqlar, neon chiroqlar yoki plazma televizorlarida hosil boʻladi. Quyosh toji, olovning ayrim turlari va yulduzlar plazma holatidagi yoritilgan materiyaga misoldir. Plazma toʻrtta asosiy holatning eng keng tarqalganidir, chunki koinotdagi barcha oddiy moddalarning 99% plazma, chunki u barcha yulduzlarni tashkil qiladi.

Fazali oʻzgarishlar (Agregat holatlarning almashinuvi)

Ushbu rasm moddaning toʻrtta asosiy agregat holati oʻrtasidagi oʻzgarishlarni koʻrsatadi.

Moddaning holati agregatning oʻzgarishi bilan ham tavsiflanadi. Fazali oʻtish (agregat holatning oʻzgarishi) strukturaning oʻzgarishini koʻrsatadi va xususiyatlarning keskin oʻzgarishi bilan tanib olinishi mumkin. Suvni bir necha aniq qattiq holatga ega deyish mumkin.^[4] Superoʻtkazuvchanlikning koʻrinishi fazali oʻtish bilan bogʻliq, shuning uchun super oʻtkazuvchan holatlar mavjud. Xuddi shunday, ferromagnit holatlar fazaviy oʻtishlar bilan chegaralanadi va oʻziga xos xususiyatlarga ega. Holatning oʻzgarishi bosqichlarda sodir boʻlganda, oraliq bosqichlar mezofazalar deb ataladi. Bunday fazalardan suyuq kristall texnologiyasini joriy etish orqali foydalanilgan.^[5]^[6]

Berilgan modda toʻplamining holati yoki fazasi bosim va harorat sharoitlariga qarab oʻzgarishi mumkin, boshqa fazalarga oʻtadi, chunki bu sharoitlar ularning mavjudligiga yordam beradi; masalan, haroratning oshishi bilan qattiq jismning suyuqlikka oʻtishi. Mutlaq nolga yaqin modda qattiq jism sifatida mavjud. Ushbu moddaga issiqlik berilsa, u erish nuqtasida suyuqlikka aylanadi, qaynash nuqtasida esa gazga aylanadi va agar etarlicha yuqori qizdirilsa, elektronlar shunchalik energiyalanadiki, ular ota-ona atomlarini tark etadigan plazma holatiga kiradi.

Kimyoviy tenglamada kimyoviy moddalarning holati qattiq uchun (s), suyuqlik uchun (l) va gaz uchun (g) sifatida koʻrsatilishi mumkin. Suvli eritma (aq) bilan belgilanadi. Plazma holatidagi materiya kimyoviy tenglamalarda kamdan-kam qoʻllanadi, shuning uchun uni belgilash uchun standart belgi yoʻq. Plazma qoʻllanadigan tenglamalarda u § sifatida ifodalanadi.

Notes and references

↑ M.A. Wahab. Solid State Physics: Structure and Properties of Materials. Alpha Science, 2005 — 1–3-bet. ISBN 978-1-84265-218-3.
↑ F. White. Fluid Mechanics. McGraw-Hill, 2003 — 4-bet. ISBN 978-0-07-240217-9.
↑ G. Turrell. Gas Dynamics: Theory and Applications. John Wiley & Sons, 1997 — 3–5-bet. ISBN 978-0-471-97573-1.
↑ M. Chaplin. „Water phase Diagram“. Water Structure and Science (2009-yil 20-avgust). 2016-yil 3-martda asl nusxadan arxivlangan. Qaraldi: 2010-yil 23-fevral.
↑ D.L. Goodstein. States of Matter. Dover Phoenix, 1985. ISBN 978-0-486-49506-4.
↑ A.P. Sutton. Electronic Structure of Materials. Oxford Science Publications, 1993 — 10–12-bet. ISBN 978-0-19-851754-2.

External links

2005-06-22, MIT News: MIT physicists create new form of matter Citat: „… They have become the first to create a new type of matter, a gas of atoms that shows high-temperature superfluidity.“
2003-10-10, Science Daily: Metallic Phase For Bosons Implies New State Of Matter
2004-01-15, ScienceDaily: Probable Discovery Of A New, Supersolid, Phase Of Matter Citat: „…We apparently have observed, for the first time, a solid material with the characteristics of a superfluid…but because all its particles are in the identical quantum state, it remains a solid even though its component particles are continually flowing…“
2004-01-29, ScienceDaily: NIST/University Of Colorado Scientists Create New Form Of Matter: A Fermionic Condensate
Short videos demonstrating of States of Matter, solids, liquids and gases by Prof. J M Murrell, University of Sussex (Wayback Machine saytida 2023-03-30 sanasida arxivlangan)

Andoza:State of matter Andoza:Condensed matter physics topics

[1] M.A. Wahab. Solid State Physics: Structure and Properties of Materials. Alpha Science, 2005 — 1–3-bet. ISBN 978-1-84265-218-3.

[White-2] F. White. Fluid Mechanics. McGraw-Hill, 2003 — 4-bet. ISBN 978-0-07-240217-9.

[Turrell-3] G. Turrell. Gas Dynamics: Theory and Applications. John Wiley & Sons, 1997 — 3–5-bet. ISBN 978-0-471-97573-1.

[4] M. Chaplin. „Water phase Diagram“. Water Structure and Science (2009-yil 20-avgust). 2016-yil 3-martda asl nusxadan arxivlangan. Qaraldi: 2010-yil 23-fevral.

[5] D.L. Goodstein. States of Matter. Dover Phoenix, 1985. ISBN 978-0-486-49506-4.

[6] A.P. Sutton. Electronic Structure of Materials. Oxford Science Publications, 1993 — 10–12-bet. ISBN 978-0-19-851754-2.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]