1.2 Агрегатные состояния веществ

Мы все неоднократно наблюдали, как при нагревании лёд сначала плавится, затем длительное время находится в жидком состоянии и наконец переходит в пар. Такие превращения типичны для большинства веществ и называются агрегатными. Таким образом, различают твёрдое, жидкое и газообразное состояния веществ (агрегатные состояния).

Твёрдые вещества могут находиться в аморфном и кристаллическом состояниях. Примером аморфных веществ являются стекло, смола, многие полимеры и др. Кристаллическое состояние вещества характеризуется упорядоченной структурой, т.е. его частицы образуют в пространстве правильные кристаллические решетки.

В жидком состоянии тепловое движение частиц намного интенсивнее, чем в кристаллическом, и это приводит к их хаотическому движению. В результате кристаллическая решётка размывается (исчезает дальний порядок). Тем не менее между частицами сохраняются весьма большие силы взаимодействия, что и обуславливает близость расстояний между частицами в твёрдом и жидком состояниях.

Газообразное состояние вещества характеризуется большими расстояниями и слабыми силами взаимодействия между частицами. На этой основе возникла так называемая модель идеального газа (только в этом случае справедливы газовые законы), в которой предполагается, что собственный объём молекул ничтожно мал по сравнению с объёмом занимаемым газом, и что между молекулами газа не действуют силы взаимного притяжения и отталкивания. Поэтому идеальный газ ни при каких условиях не может превратиться в жидкость, что, естественно, противоречит наблюдаемым на опыте фактам. Тем не менее модель идеального газа в первом приближении даёт неплохие результаты при описании свойств многих газообразных веществ.

Плазма. В настоящее время выделяют четвёртое состояние вещества– плазму, т.е. ионизированный газ. Это состояние вещества при нагревании до очень высоких температур порядка тысяч и миллионов градусов. В общем случае плазма представляет собой смесь беспрерывно перемещающихся атомов, электронов, положительных ионов и даже атомных ядер. Плазма с температурой порядка градусов называется «холодной», с температурой порядка миллиона градусов – «горячей». В последнем случае нейтральные атомы в плазме существовать не могут, и она состоит из смеси электронов, ионов и атомных ядер. Плазма в целом электронейтральна, но обладает электронной и ионной проводимостью.

В земных условиях плазменное состояние вещества реализуется в молниях, электрической дуге, светящемся веществе неоновых ламп и т.д. В состоянии плазмы находится основная масса космического вещества – звёзды, туманности и др. Колоссальным сгустком плазмы является Солнце. В масштабах Вселенной твёрдые холодные тела, подобные нашей Земле, - это лишь редкое исключение.

Физика и химия плазмы – важнейшие и наиболее интенсивно развивающиеся направления науки не только потому, что плазма является наиболее распространённым состоянием вещества во Вселенной, но также благодаря многообещающим перспективам практического использования результатов в этой области. Бесспорно, самая заманчивая из этих перспектив – овладение неисчерпаемой энергией термоядерных реакций, а также разработка методов синтеза разнообразных веществ.