Staat der Sache

Staaten der Sache sind die verschiedenen Formen, die verschiedene Phasen der Sache übernehmen. Fest sind Flüssigkeit und Benzin die allgemeinsten Staaten der Sache auf der Erde. Jedoch ist viel von der baryonic Sache des Weltalls in der Form von heißem Plasma, sowohl als rarefied interstellares Medium als auch als dichte Sterne.

Historisch wird die Unterscheidung basiert auf qualitativen Unterschieden in Hauptteil-Eigenschaften gemacht. Fest ist der Staat, in dem Sache ein festes Volumen und Gestalt aufrechterhält; Flüssigkeit ist der Staat, in dem Sache ein festes Volumen aufrechterhält, aber sich an die Gestalt seines Behälters anpasst; und Benzin ist der Staat, in dem sich Sache ausbreitet, um zu besetzen, was auch immer Volumen verfügbar ist.

Der Staat oder die Phase eines gegebenen Satzes der Sache können sich ändern abhängig vom Druck und den Temperaturbedingungen, zu anderen Phasen weil wechselnd, ändern sich diese Bedingungen, um ihre Existenz zu bevorzugen; zum Beispiel, feste Übergänge zu Flüssigkeit mit einer Zunahme in der Temperatur.

Staaten der Sache können auch in Bezug auf Phase-Übergänge definiert werden. Ein Phase-Übergang zeigt eine Änderung in der Struktur an und kann durch eine plötzliche Änderung in Eigenschaften anerkannt werden. Durch diese Definition ist ein verschiedener Staat der Sache jeder Satz von Staaten, die von jedem anderen Satz von Staaten durch einen Phase-Übergang bemerkenswert sind. Wie man sagen kann, hat Wasser mehrere verschiedene feste Zustände. Das Äußere der Supraleitfähigkeit wird mit einem Phase-Übergang vereinigt, also gibt es superleitende Staaten. Ebenfalls werden eisenmagnetische Staaten durch Phase-Übergänge abgegrenzt und haben kennzeichnende Eigenschaften.

Wenn die Änderung des Staates etappenweise vorkommt, werden die Zwischenstufen mesophases genannt. Solche Phasen sind durch die Einführung der flüssigen Kristalltechnologie ausgenutzt worden.

Mehr kürzlich haben Unterscheidungen zwischen Staaten auf Unterschieden in molekularen Wechselbeziehungen basiert. Fest ist der Staat, in dem zwischenmolekulare Attraktionen die Moleküle in festen Raumbeziehungen behalten. Flüssigkeit ist der Staat, in dem zwischenmolekulare Attraktionen Moleküle in der Nähe behalten, aber die Moleküle in festen Beziehungen nicht behalten. Benzin ist der Staat, in dem Moleküle verhältnismäßig getrennt werden und zwischenmolekulare Attraktionen relativ wenig Wirkung auf ihre jeweiligen Bewegungen haben. Plasma ist ein hoch ionisiertes Benzin, das bei hohen Temperaturen vorkommt. Die zwischenmolekularen Kräfte, die durch ionische Attraktionen und Repulsionen geschaffen sind, geben diesen Zusammensetzungen verschiedene Eigenschaften, für die Grund Plasma als ein vierter Staat der Sache beschrieben wird.

Formen der Sache, die aus Molekülen nicht zusammengesetzt werden und durch verschiedene Kräfte organisiert werden, können auch als verschiedene Staaten der Sache betrachtet werden. Superflüssigkeiten (wie Kondensat von Fermionic) und das Plasma des Quarks-gluon sind Beispiele.

Die drei klassischen Staaten

Jeder der klassischen Staaten der Sache, verschieden von Plasma zum Beispiel, kann direkt in einigen der anderen klassischen Staaten wechseln.

Fest

Die Partikeln (Ionen, Atome oder Moleküle) sind nah zusammen gepackt. Die Kräfte zwischen Partikeln sind stark genug, so dass sich die Partikeln frei nicht bewegen können, aber nur vibrieren können. Infolgedessen hat ein Festkörper eine stabile, bestimmte Gestalt und ein bestimmtes Volumen. Festkörper können nur ihre Gestalt gewaltsam als wenn gebrochen oder geschnitten ändern.

In kristallenen Festkörpern sind die Partikeln (Atome, Moleküle oder Ionen) in einem regelmäßig bestellten, sich wiederholenden Muster gepackt. Es gibt viele verschiedene Kristallstrukturen, und dieselbe Substanz kann mehr als eine Struktur (oder feste Phase) haben. Zum Beispiel hat Eisen eine Körper - Kubikstruktur bei Temperaturen unter 912 °C und eine Gesicht - Kubikstruktur zwischen 912 und 1394 °C. Eis hat fünfzehn bekannte Kristallstrukturen oder fünfzehn feste Phasen, die bei verschiedenen Temperaturen und Druck bestehen.

Brille und andere nichtkristallene, amorphe Festkörper ohne Fernordnung sind nicht Thermalgleichgewicht-Boden-Staaten; deshalb werden sie unten als nichtklassische Staaten der Sache beschrieben.

Festkörper können in Flüssigkeiten durch das Schmelzen umgestaltet werden, und Flüssigkeiten können in Festkörper durch das Einfrieren umgestaltet werden. Festkörper können sich auch direkt in Benzin durch den Prozess der Sublimierung ändern.

Flüssigkeit



Eine Flüssigkeit ist fast incompressible Flüssigkeit, die sich der Gestalt seines Behälters anpasst, aber ein (fast) unveränderliches des Drucks unabhängiges Volumen behält. Das Volumen ist bestimmt, wenn die Temperatur und der Druck unveränderlich sind. Wenn ein Festkörper über seinem Schmelzpunkt geheizt wird, wird es Flüssigkeit, vorausgesetzt, dass der Druck höher ist als der dreifache Punkt der Substanz. Zwischenmolekular (oder zwischenatomar oder zwischenionisch) sind Kräfte noch wichtig, aber die Moleküle haben genug Energie, sich hinsichtlich einander zu bewegen, und die Struktur ist beweglich. Das bedeutet, dass die Gestalt einer Flüssigkeit nicht bestimmt ist, aber durch seinen Behälter bestimmt wird. Das Volumen ist gewöhnlich größer als dieser des entsprechenden Festkörpers, die weithin bekanntste Ausnahme, die Wasser, HO ist. Die höchste Temperatur, bei der eine gegebene Flüssigkeit bestehen kann, ist seine kritische Temperatur.

Benzin

Ein Benzin ist eine komprimierbare Flüssigkeit. Nicht nur wird sich ein Benzin der Gestalt seines Behälters anpassen, aber es wird sich auch ausbreiten, um den Behälter zu füllen.

In einem Benzin haben die Moleküle genug kinetische Energie, so dass die Wirkung von zwischenmolekularen Kräften (oder Null für ein ideales Benzin) klein ist, und die typische Entfernung zwischen benachbarten Molekülen viel größer ist als die molekulare Größe. Ein Benzin hat keine bestimmte Gestalt oder Volumen, aber besetzt den kompletten Behälter, in dem es beschränkt wird. Eine Flüssigkeit kann zu einem Benzin durch die Heizung am unveränderlichen Druck zum Siedepunkt, oder durch das Reduzieren des Drucks bei der unveränderlichen Temperatur umgewandelt werden.

Bei Temperaturen unter seiner kritischen Temperatur wird ein Benzin auch einen Dampf genannt, und kann durch die ohne das Abkühlen allein Kompression verflüssigt werden. Ein Dampf kann im Gleichgewicht mit einer Flüssigkeit bestehen (oder fest), in welchem Fall der Gasdruck dem Dampf-Druck der Flüssigkeit (oder fest) gleichkommt.

Eine superkritische Flüssigkeit (SCF) ist ein Benzin, dessen Temperatur und Druck über dem kritischen kritischen und Temperaturdruck beziehungsweise sind. In diesem Staat, der Unterscheidung zwischen Flüssigkeit und Benzin verschwindet. Eine superkritische Flüssigkeit hat die physikalischen Eigenschaften eines Benzins, aber seine hohe Speicherdichte teilt lösende Eigenschaften in einigen Fällen zu, der zu nützlichen Anwendungen führt. Zum Beispiel ist superkritisches Kohlendioxyd an Extrakt-Koffein in der Fertigung von decaffeinated Kaffee gewöhnt.

Staatssymbole

In einer chemischen Gleichung kann der Staat der Sache der Chemikalien als (s) für den Festkörper, (l) für Flüssigkeit und (g) für Benzin gezeigt werden. Eine wässrige Lösung wird (aq) angezeigt.

Nicht klassische Staaten

Glas

Glas ist ein nichtkristallenes oder amorphes festes Material, das einen Glasübergang, wenn geheizt, zum flüssigen Staat ausstellt. Brille kann aus ziemlich verschiedenen Klassen von Materialien gemacht werden: Anorganische Netze (wie Fensterglas, das aus dem Silikat plus Zusätze gemacht ist), metallische Legierung, ionisch, schmelzen wässrige Lösungen, molekulare Flüssigkeiten und Polymer.

Thermodynamisch ist ein Glas in einem Metastable-Staat in Bezug auf seinen kristallenen Kollegen. Der Kurs ist jedoch praktisch Null-.

Kristalle mit etwas Grad der Unordnung

Ein Plastikkristall ist ein molekularer Festkörper mit der Langstreckenstellungsordnung, aber mit konstituierenden Molekülen, die Rotationsfreiheit behalten; in einem orientational Glas wird dieser Grad der Freiheit in einem gelöschten unordentlichen Staat eingefroren.

Ähnlich in einem Drehungsglas wird magnetische Unordnung eingefroren.

Flüssige Kristallstaaten

Flüssige Kristallstaaten haben Eigenschaften-Zwischenglied zwischen beweglichen Flüssigkeiten und bestellten Festkörpern. Allgemein sind sie im Stande, wie eine Flüssigkeit zu fließen, aber Fernordnung ausstellend. Zum Beispiel besteht die nematische Phase aus langen einer Stange ähnlichen Molekülen wie para-azoxyanisole, der in der Temperaturreihe 118-136 °C nematisch ist. In diesem Staat

die Moleküle fließen als in einer Flüssigkeit, aber sie alle weisen in derselben Richtung (innerhalb jedes Gebiets) hin und können frei nicht rotieren.

Andere Typen von flüssigen Kristallen werden im Hauptartikel über diese Staaten beschrieben. Mehrere Typen haben technologische Wichtigkeit zum Beispiel in flüssigen Kristallanzeigen.

Magnetisch bestellt

Übergang-Metallatome haben häufig magnetische Momente wegen der Nettodrehung von Elektronen, die allein stehend bleiben und chemische Obligationen nicht bilden. In einigen Festkörpern werden die magnetischen Momente auf verschiedenen Atomen bestellt und können einen Ferromagnet, einen Antiferromagnet oder einen ferrimagnet bilden.

In einem Ferromagnet — zum Beispiel festes Eisen — wird der magnetische Moment auf jedem Atom in derselben Richtung (innerhalb eines magnetischen Gebiets) ausgerichtet. Wenn die Gebiete auch ausgerichtet werden, ist der Festkörper ein dauerhafter Magnet, der sogar ohne ein magnetisches Außenfeld magnetisch ist. Die Magnetisierung verschwindet, wenn der Magnet zum Punkt von Curie geheizt wird, der für Eisen 768 °C ist.

Ein Antiferromagnet hat zwei Netze von gleichen und entgegengesetzten magnetischen Momenten, die einander annullieren, so dass die Nettomagnetisierung Null ist. Zum Beispiel, in Nickel (II) Oxyd (NiO), ließ Hälfte der Nickel-Atome Momente in einer Richtung und Hälfte in der entgegengesetzten Richtung ausrichten.

In einem ferrimagnet sind die zwei Netze von magnetischen Momenten entgegengesetzt, aber ungleich, so dass Annullierung unvollständig ist und es eine Nichtnullnettomagnetisierung gibt. Ein Beispiel ist Magneteisenstein (FeO), der Ionen von Fe und Fe mit verschiedenen magnetischen Momenten enthält.

Mikrophase-getrennt

Copolymerisate können Mikrophase-Trennung erleben, um eine verschiedene Reihe von periodischem nanostructures, wie gezeigt, im Beispiel des am Recht gezeigten Styrene-Butadiene-Styrene-Block-Copolymerisats zu bilden. Mikrophase-Trennung kann analog zur Phase-Trennung zwischen Öl und Wasser verstanden werden. Wegen der chemischen Inkompatibilität zwischen den Blöcken erleben Block-Copolymerisate eine ähnliche Phase-Trennung. Jedoch, weil die Blöcke zu einander verpfändeter covalently sind, können sie nicht demix makroskopisch als Wasser und Ölkanister, und so stattdessen die Blöcke nanometer-große Strukturen bilden. Abhängig von den Verhältnislängen jedes Blocks und der gesamten Block-Topologie des Polymers können viele Morphologien, jede seine eigene Phase der Sache erhalten werden.

Niedrig-Temperaturstaaten

Superflüssigkeiten

In der Nähe von der absoluten Null bilden einige Flüssigkeiten einen zweiten flüssigen als Superflüssigkeit beschriebenen Staat, weil es Nullviskosität hat (oder unendliche Flüssigkeit; d. h., ohne Reibung fließend). Das wurde 1937 für Helium entdeckt, das eine Superflüssigkeit unter der Lambda-Temperatur von 2.17 K bildet. In diesem Staat wird es versuchen, aus seinem Behälter "zu klettern". Es hat auch unendliches Thermalleitvermögen, so dass sich kein Temperaturanstieg in einer Superflüssigkeit formen kann. Das Stellen eines super flüssigen in einem spinnenden Behälter wird auf gequantelte Wirbelwinde hinauslaufen.

Diese Eigenschaften werden durch die Theorie erklärt, dass das allgemeine Isotop-Helium 4 Formen ein Kondensat von Bose-Einstein (sieh folgende Abteilung), im superflüssigen Staat. Mehr kürzlich sind Kondensatsuperflüssigkeiten von Fermionic bei noch niedrigeren Temperaturen durch das seltene Isotop-Helium 3 und durch Lithium 6 gebildet worden.

Kondensate von Bose-Einstein

1924 haben Albert Einstein und Satyendra Nath Bose das "Kondensat von Bose-Einstein vorausgesagt," hat (BEC) manchmal als der fünfte Staat der Sache gekennzeichnet. In einem BEC hört Sache auf, sich als unabhängige Partikeln zu benehmen, und bricht in einen einzelnen Quant-Staat zusammen, der mit einem einzelnen, gleichförmigen wavefunction beschrieben werden kann.

In der Gasphase ist das Kondensat von Bose-Einstein eine unnachgeprüfte theoretische Vorhersage viele Jahre lang geblieben. 1995 haben die Forschungsgruppen von Eric Cornell und Carl Wieman, JILA an der Universität Colorados am Felsblock, das erste derartige Kondensat experimentell erzeugt. Ein Kondensat von Bose-Einstein ist "kälter" als ein Festkörper. Es kann vorkommen, wenn Atome sehr ähnlich (oder dasselbe) Quant-Niveaus, bei Temperaturen sehr in der Nähe von der absoluten Null (273.15 °C) haben.

Kondensate von Fermionic

Ein fermionic Kondensat ist dem Kondensat von Bose-Einstein ähnlich, aber aus fermions zusammengesetzt. Der Pauli Ausschluss-Grundsatz hält fermions davon ab, in denselben Quant-Staat einzugehen, aber ein Paar von fermions kann sich als ein boson, und vielfach benehmen solche Paare können dann in denselben Quant-Staat ohne Beschränkung eingehen.

Moleküle von Rydberg

Einer der metastable Staaten von stark nichtidealem Plasma ist Sache von Rydberg, die sich nach der Kondensation von aufgeregten Atomen formt. Diese Atome können sich auch in Ionen und Elektronen verwandeln, wenn sie eine bestimmte Temperatur erreichen. Im April 2009 hat Natur die Entwicklung von Molekülen von Rydberg von einem Atom von Rydberg und einem Boden-Zustandatom gemeldet, bestätigend, dass solch ein Staat der Sache bestehen konnte. Das Experiment wurde mit ultrakalten Rubidium-Atomen durchgeführt.

Quant-Saal-Staaten

Ein Quant-Saal-Staat verursacht gequantelte Saal-Stromspannung, die in der Richtungssenkrechte zum aktuellen Fluss gemessen ist. Ein Quant-Drehungssaal-Staat ist eine theoretische Phase, die für die Entwicklung von elektronischen Geräten den Weg ebnen kann, die weniger Energie zerstreuen und weniger Hitze erzeugen. Das ist eine Abstammung des Quant-Saal-Staates der Sache.

Fremde Sache

Fremde Sache ist ein Typ der Quark-Sache, die innerhalb von einigen Neutronensternen in der Nähe von der Tolman-Oppenheimer-Volkoff-Grenze (etwa 2-3 Sonnenmassen) bestehen kann. Kann an niedrigeren einmal gebildeten Energiestaaten stabil sein.

Energiereiche Staaten

Plasma (ionisiertes Benzin)

Plasmas oder ionisiertes Benzin können bei Temperaturen bestehen, die an mehreren tausend Grad Celsius anfangen, wo sie aus freien beladenen Partikeln, gewöhnlich in gleichen Anzahlen, wie Ionen und Elektronen bestehen. Plasma, wie Benzin, ist ein Staat der Sache, die bestimmte Gestalt oder Volumen nicht hat. Verschieden von Benzin kann plasmas magnetische Felder und elektrische Ströme selbsterzeugen, und stark und insgesamt zu elektromagnetischen Kräften antworten. Die Partikeln, die plasmas zusammensetzen, haben elektrische Anklagen, so kann Plasma Elektrizität führen. Zwei Beispiele von Plasma sind die beladene Luft, die durch den Blitz und einen Stern wie unsere eigene Sonne erzeugt ist.

Da ein Benzin geheizt wird, beginnen Elektronen, die Atome zu verlassen, in Gegenwart von freien Elektronen resultierend, die zu Kernen und Ionen nicht gebunden werden, die chemische Arten sind, die ungleiche Zahl von Elektronen und Protonen enthalten, und deshalb eine elektrische Anklage besitzen. Die freien elektrischen Anklagen machen das Plasma elektrisch leitend, so dass es stark auf elektromagnetische Felder antwortet. Bei sehr hohen Temperaturen, wie diejenigen präsentieren in Sternen, es wird angenommen, dass im Wesentlichen alle Elektronen "frei" sind, und dass ein sehr energiereiches Plasma im Wesentlichen bloße Kerne ist, die in einem Meer von Elektronen schwimmen. Plasma ist der allgemeinste Staat der nichtdunklen Sache im Weltall.

Ein Plasma kann als ein Benzin hoch ionisierter Partikeln betrachtet werden, aber die starken zwischenionischen Kräfte führen zu ausgesprochen verschiedenen Eigenschaften, so dass es gewöhnlich als eine verschiedene Phase oder Staat der Sache betrachtet wird.

Plasma des Quarks-gluon

Plasma des Quarks-gluon ist eine Phase, in der Quarke frei und fähig werden, sich unabhängig zu bewegen (anstatt in Partikeln fortwährend gebunden zu werden), in einem Meer von gluons (subatomare Partikeln, die die starke Kraft übersenden, die Quarke zusammen bindet); das ist zerreißenden Molekülen in Atome ähnlich. Dieser Staat kann in Partikel-Gaspedalen kurz erreichbar sein, und erlaubt Wissenschaftlern, die Eigenschaften von individuellen Quarken zu beobachten, und nicht nur zu theoretisieren. Siehe auch Eigenartigkeitsproduktion.

Schwach symmetrische Sache: Seit bis zu 10 Sekunden nach dem Urknall wurden die starken, schwachen und elektromagnetischen Kräfte vereinigt. Stark symmetrische Sache: Seit bis zu 10 Sekunden nach dem Urknall war die Energiedichte des Weltalls so hoch, dass, wie man denkt, die vier Kräfte der Naturstark, schwach, elektromagnetisch, und Gravitations-— in eine einzelne Kraft vereinigt worden sind. Weil sich das Weltall, die Temperatur und Dichte fallen gelassen und die Gravitationskraft getrennt, ein Prozess genannt das Symmetrie-Brechen ausgebreitet hat.

Plasma des Quarks-gluon wurde an CERN 2000 entdeckt.

Sehr hohe Energiestaaten

Die durch die allgemeine Relativität vorausgesagte Gravitationseigenartigkeit, um am Zentrum eines schwarzen Loches zu bestehen, ist nicht eine Phase der Sache; es ist nicht ein materieller Gegenstand überhaupt (obwohl die Massenenergie der Sache zu seiner Entwicklung beigetragen hat), aber eher ein Eigentum der Raum-Zeit an einer Position. Es konnte natürlich behauptet werden, dass alle Partikeln Eigenschaften der Raum-Zeit an einer Position sind, eine halbe Note der Meinungsverschiedenheit auf dem Thema verlassend.

Andere vorgeschlagene Staaten

Degenerierte Sache

Unter dem äußerst hohen Druck erlebt gewöhnliche Sache einen Übergang zu einer Reihe von exotischen Staaten der als degenerierte Sache insgesamt bekannten Sache. In diesen Bedingungen wird die Struktur der Sache durch den Ausschluss-Grundsatz von Pauli unterstützt. Diese sind von großem Interesse Astrophysikern, weil, wie man glaubt, diese Hochdruckbedingungen innerhalb von Sternen bestehen, die ihre Kernfusion "Brennstoff" verbraucht haben, wie das Weiß ragt über und Neutronensterne.

Elektrondegenerierte Sache wird weiße Innenzwergsterne gefunden. Elektronen bleiben bestimmt zu Atomen, aber sind im Stande, zu angrenzenden Atomen überzuwechseln. Neutrondegenerierte Sache wird in Neutronensternen gefunden. Riesengroße Gravitationsdruck-Kompresse-Atome so stark, dass die Elektronen gezwungen werden, sich mit Protonen über den umgekehrten Beta-Zerfall zu verbinden, auf ein superdichtes Konglomerat von Neutronen hinauslaufend. (Normalerweise werden freie Neutronen außerhalb eines Atomkerns mit einem halben Leben von gerade weniger als 15 Minuten verfallen, aber in einem Neutronenstern, als im Kern eines Atoms, stabilisieren andere Effekten die Neutronen.)

Superfest

Ein Superfestkörper ist ein räumlich bestelltes Material (d. h. ein Festkörper oder Kristall) mit superflüssigen Eigenschaften. Ähnlich einer Superflüssigkeit ist ein Superfestkörper im Stande, sich ohne Reibung zu bewegen, aber behält eine starre Gestalt. Obwohl ein Superfestkörper ein Festkörper ist, stellt er so viele charakteristische von anderen Festkörpern verschiedene Eigenschaften aus, dass viele behaupten, dass es ein anderer Staat der Sache ist.

Mit der Schnurnettoflüssigkeit

In einer mit der Schnurnettoflüssigkeit haben Atome anscheinend nicht stabile Einordnung wie eine Flüssigkeit, aber entsprechen noch im gesamten Muster wie ein Festkörper. Wenn in einem normalen festen Zustand die Atome der Sache in einem Bratrost-Muster ausrichten, so dass die Drehung jedes Elektrons das Gegenteil der Drehung aller Elektronen ist, die sie berühren. Aber in einer mit der Schnurnettoflüssigkeit werden Atome in einem Muster eingeordnet, das verlangt, dass einige Elektronen Nachbarn mit derselben Drehung haben. Das verursacht neugierige Eigenschaften, sowie einige ungewöhnliche Vorschläge über die grundsätzlichen Bedingungen des Weltalls selbst unterstützend.

Superglas

Ein Superglas ist eine Phase der Sache charakterisiert dabei durch die Superflüssigkeit und eine eingefrorene amorphe Struktur.

Dunkle Sache

Während, wie man schätzt, dunkle Sache 83 % der Masse der Sache im Weltall umfasst, bleiben die meisten seiner Eigenschaften ein Mysterium auf Grund dessen, dass es weder absorbiert noch elektromagnetische Radiation ausstrahlt, und es viele konkurrierende Theorien bezüglich gibt, woraus dunkle Sache wirklich gemacht wird. So, während, wie man bekannt, es besteht und die große Mehrheit der Sache im Weltall umfasst, sind fast alle seine Eigenschaften unbekannt und eine Sache der Spekulation, weil es nur durch seine Gravitationseffekten beobachtet worden ist.

Siehe auch

Zeichen und Verweisungen

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