Alkohol terbentuk dalam keadaan agregasi padat. Struktur zat dalam keadaan agregasi yang berbeda

Pertanyaan tentang apa yang dimaksud dengan keadaan agregasi, apa ciri dan sifat benda padat, cair dan gas dibahas dalam beberapa kursus pelatihan. Ada tiga wujud materi klasik, dengan ciri strukturalnya masing-masing. Pemahaman mereka merupakan poin penting dalam memahami ilmu kebumian, makhluk hidup, dan aktivitas industri. Pertanyaan-pertanyaan ini dipelajari oleh fisika, kimia, geografi, geologi, kimia fisik dan disiplin ilmu lainnya. Zat yang, dalam kondisi tertentu, berada dalam salah satu dari tiga tipe dasar dapat berubah seiring dengan kenaikan atau penurunan suhu dan tekanan. Mari kita pertimbangkan kemungkinan transisi dari satu keadaan agregasi ke keadaan agregasi lainnya, seperti yang terjadi di alam, teknologi, dan kehidupan sehari-hari.

Apa yang dimaksud dengan keadaan agregasi?

Kata asal Latin "aggrego" yang diterjemahkan ke dalam bahasa Rusia berarti "bergabung". Istilah ilmiah mengacu pada keadaan tubuh, substansi yang sama. Keberadaan zat padat, gas, dan zat cair pada suhu dan tekanan tertentu serta berbeda-beda merupakan ciri khas seluruh cangkang bumi. Selain tiga keadaan dasar agregasi, ada juga keadaan agregasi keempat. Pada suhu tinggi dan tekanan konstan, gas berubah menjadi plasma. Untuk lebih memahami apa yang dimaksud dengan keadaan agregasi, perlu diingat partikel terkecil yang menyusun zat dan benda.

Diagram di atas menunjukkan: a - gas; b—cair; c adalah benda padat. Dalam gambar seperti itu, lingkaran menunjukkan unsur-unsur struktur zat. Ini adalah simbol; faktanya, atom, molekul, dan ion bukanlah bola padat. Atom terdiri dari inti bermuatan positif di mana elektron bermuatan negatif bergerak dengan kecepatan tinggi. Pengetahuan tentang struktur mikroskopis materi membantu untuk lebih memahami perbedaan yang ada antara berbagai bentuk agregat.

Gagasan tentang mikrokosmos: dari Yunani Kuno hingga abad ke-17

Informasi pertama tentang partikel penyusun tubuh fisik muncul di Yunani Kuno. Pemikir Democritus dan Epicurus memperkenalkan konsep atom. Mereka percaya bahwa partikel terkecil yang tidak dapat dibagi lagi dari berbagai zat memiliki bentuk, ukuran tertentu, dan mampu bergerak serta berinteraksi satu sama lain. Atomisme menjadi ajaran Yunani kuno yang paling maju pada masanya. Namun perkembangannya melambat pada Abad Pertengahan. Sejak itu para ilmuwan dianiaya oleh Inkuisisi Gereja Katolik Roma. Oleh karena itu, hingga zaman modern, belum ada konsep yang jelas tentang wujud materi. Baru setelah abad ke-17 ilmuwan R. Boyle, M. Lomonosov, D. Dalton, A. Lavoisier merumuskan ketentuan teori atom-molekul, yang tidak kehilangan signifikansinya hingga saat ini.

Atom, molekul, ion - partikel mikroskopis dari struktur materi

Terobosan signifikan dalam memahami dunia mikro terjadi pada abad ke-20, ketika mikroskop elektron ditemukan. Dengan mempertimbangkan penemuan-penemuan yang dibuat oleh para ilmuwan sebelumnya, kita bisa mendapatkan gambaran yang koheren tentang dunia mikro. Teori-teori yang menggambarkan keadaan dan perilaku partikel-partikel terkecil suatu materi cukup kompleks; teori-teori tersebut berkaitan dengan bidang Untuk memahami karakteristik berbagai keadaan agregat materi, cukup mengetahui nama dan karakteristik partikel struktural utama yang terbentuk. zat yang berbeda.

1. Atom adalah partikel yang tidak dapat dibagi secara kimia. Mereka terawetkan dalam reaksi kimia, namun hancur dalam reaksi nuklir. Logam dan banyak zat berstruktur atom lainnya memiliki keadaan agregasi padat dalam kondisi normal.
2. Molekul adalah partikel yang dipecah dan dibentuk dalam reaksi kimia. oksigen, air, karbon dioksida, belerang. Keadaan fisik oksigen, nitrogen, sulfur dioksida, karbon, oksigen dalam kondisi normal berbentuk gas.
3. Ion adalah partikel bermuatan yang menjadi atom dan molekul ketika mereka memperoleh atau kehilangan elektron—partikel mikroskopis bermuatan negatif. Banyak garam mempunyai struktur ionik, misalnya garam meja, besi sulfat, dan tembaga sulfat.

Ada zat yang partikelnya terletak di ruang angkasa dengan cara tertentu. Posisi timbal balik atom, ion, dan molekul yang teratur disebut kisi kristal. Biasanya, kisi kristal ionik dan atom merupakan karakteristik padatan, sedangkan kisi molekuler merupakan karakteristik cairan dan gas. Berlian dibedakan dari kekerasannya yang tinggi. Kisi kristal atomnya dibentuk oleh atom karbon. Tetapi grafit lunak juga terdiri dari atom-atom unsur kimia ini. Hanya saja letaknya berbeda di ruang angkasa. Keadaan agregasi belerang yang biasa adalah padat, tetapi pada suhu tinggi zat tersebut berubah menjadi cairan dan massa amorf.

Zat dalam keadaan agregasi padat

Padatan dalam kondisi normal mempertahankan volume dan bentuknya. Misalnya sebutir pasir, sebutir gula, garam, sebongkah batu atau logam. Jika gula dipanaskan, zat tersebut mulai meleleh, berubah menjadi cairan kental berwarna coklat. Mari kita hentikan pemanasan dan kita akan menjadi padat kembali. Artinya, salah satu syarat utama peralihan benda padat menjadi cair adalah pemanasannya atau peningkatan energi dalam partikel-partikel zat tersebut. Keadaan padat agregasi garam yang digunakan dalam makanan juga dapat diubah. Namun untuk melelehkan garam meja diperlukan suhu yang lebih tinggi dibandingkan saat memanaskan gula. Faktanya adalah gula terdiri dari molekul, dan garam meja terdiri dari ion bermuatan yang tertarik satu sama lain lebih kuat. Padatan dalam bentuk cair tidak mempertahankan bentuknya karena kisi kristalnya hancur.

Keadaan agregat cair garam pada saat peleburan dijelaskan oleh putusnya ikatan antara ion-ion dalam kristal. Partikel bermuatan yang dapat membawa muatan listrik dilepaskan. Garam cair menghantarkan listrik dan bersifat konduktor. Dalam industri kimia, metalurgi, dan teknik, padatan diubah menjadi cairan untuk menghasilkan senyawa baru atau membentuknya berbeda. Paduan logam telah tersebar luas. Ada beberapa cara untuk memperolehnya terkait dengan perubahan keadaan agregasi bahan baku padat.

Cairan adalah salah satu keadaan dasar agregasi

Jika Anda menuangkan 50 ml air ke dalam labu alas bulat, Anda akan melihat bahwa zat tersebut akan segera berbentuk wadah kimia. Namun begitu kita menuangkan air dari labu, cairan tersebut akan langsung menyebar ke permukaan meja. Volume air akan tetap sama - 50 ml, tetapi bentuknya akan berubah. Ciri-ciri yang tercantum adalah ciri-ciri keberadaan materi dalam bentuk cair. Banyak zat organik berbentuk cair: alkohol, minyak nabati, asam.

Susu adalah emulsi, yaitu cairan yang mengandung tetesan lemak. Sumber daya cair yang berguna adalah minyak. Itu diekstraksi dari sumur menggunakan rig pengeboran di darat dan di laut. Air laut juga merupakan bahan baku industri. Perbedaannya dengan air tawar di sungai dan danau terletak pada kandungan zat terlarutnya, terutama garam. Ketika menguap dari permukaan reservoir, hanya molekul H 2 O yang berubah menjadi uap, zat terlarut tetap ada. Metode untuk memperoleh zat bermanfaat dari air laut dan metode pemurniannya didasarkan pada sifat ini.

Ketika garam benar-benar hilang, air suling diperoleh. Mendidih pada suhu 100°C dan membeku pada suhu 0°C. Air garam mendidih dan berubah menjadi es pada suhu lain. Misalnya, air di Samudra Arktik membeku pada suhu permukaan 2 °C.

Keadaan fisik merkuri dalam kondisi normal adalah cair. Logam berwarna abu-abu keperakan ini biasa digunakan untuk mengisi termometer medis. Saat dipanaskan, kolom merkuri naik skalanya dan zatnya memuai. Mengapa alkohol diwarnai dengan cat merah dan bukan merkuri? Hal ini dijelaskan oleh sifat-sifat logam cair. Pada suhu beku 30 derajat, keadaan agregasi merkuri berubah, zat menjadi padat.

Jika termometer medis rusak dan air raksa tumpah, berbahaya untuk mengambil bola perak dengan tangan Anda. Menghirup uap merkuri berbahaya, zat ini sangat beracun. Dalam kasus seperti itu, anak-anak perlu meminta bantuan orang tua dan orang dewasa.

Keadaan gas

Gas tidak dapat mempertahankan volume atau bentuknya. Mari kita isi labu sampai penuh dengan oksigen (rumus kimianya adalah O2). Begitu kita membuka labu, molekul-molekul zat akan mulai bercampur dengan udara di dalam ruangan. Hal ini terjadi karena gerak Brown. Bahkan ilmuwan Yunani kuno Democritus percaya bahwa partikel materi selalu bergerak. Dalam padatan, dalam kondisi normal, atom, molekul, dan ion tidak mempunyai kesempatan untuk meninggalkan kisi kristal atau melepaskan diri dari ikatan dengan partikel lain. Hal ini hanya mungkin terjadi bila sejumlah besar energi disuplai dari luar.

Dalam cairan, jarak antar partikel sedikit lebih besar dibandingkan pada padatan; mereka memerlukan lebih sedikit energi untuk memutus ikatan antarmolekul. Misalnya, oksigen dalam keadaan cair hanya diamati ketika suhu gas turun hingga −183 °C. Pada suhu −223 °C, molekul O 2 membentuk padatan. Ketika suhu naik melebihi nilai ini, oksigen berubah menjadi gas. Dalam bentuk inilah ia ditemukan dalam kondisi normal. Perusahaan industri mengoperasikan instalasi khusus untuk memisahkan udara atmosfer dan memperoleh nitrogen dan oksigen darinya. Pertama, udara didinginkan dan dicairkan, lalu suhu dinaikkan secara bertahap. Nitrogen dan oksigen berubah menjadi gas dalam kondisi berbeda.

Atmosfer bumi mengandung 21% volume oksigen dan 78% nitrogen. Zat-zat ini tidak ditemukan dalam bentuk cair di lapisan gas planet ini. Oksigen cair berwarna biru muda dan digunakan untuk mengisi silinder bertekanan tinggi untuk digunakan dalam pengaturan medis. Dalam industri dan konstruksi, gas cair dibutuhkan untuk menjalankan banyak proses. Oksigen diperlukan untuk pengelasan gas dan pemotongan logam, dan dalam kimia untuk reaksi oksidasi zat anorganik dan organik. Jika Anda membuka katup tabung oksigen, tekanannya berkurang dan cairan berubah menjadi gas.

Propana cair, metana dan butana banyak digunakan dalam kegiatan energi, transportasi, industri dan rumah tangga. Zat-zat ini diperoleh dari gas alam atau selama perengkahan (pemisahan) bahan baku minyak bumi. Campuran karbon cair dan gas memainkan peran penting dalam perekonomian banyak negara. Namun cadangan minyak dan gas alam sudah sangat menipis. Menurut para ilmuwan, bahan mentah ini akan bertahan selama 100-120 tahun. Sumber energi alternatif adalah aliran udara (angin). Sungai yang berarus deras dan pasang surut di tepi laut dan samudera digunakan untuk mengoperasikan pembangkit listrik.

Oksigen, seperti gas lainnya, dapat berada pada keadaan agregasi keempat, mewakili plasma. Transisi yang tidak biasa dari keadaan padat ke gas merupakan ciri khas kristal yodium. Zat ungu tua mengalami sublimasi - berubah menjadi gas, melewati wujud cair.

Bagaimana transisi terjadi dari satu bentuk materi agregat ke bentuk materi lainnya?

Perubahan keadaan agregasi zat tidak berhubungan dengan transformasi kimia, ini adalah fenomena fisik. Ketika suhu meningkat, banyak zat padat yang meleleh dan berubah menjadi cairan. Peningkatan suhu lebih lanjut dapat menyebabkan penguapan, yaitu zat menjadi gas. Di alam dan perekonomian, transisi semacam itu merupakan karakteristik salah satu zat utama di Bumi. Es, cair, uap adalah keadaan air dalam kondisi eksternal yang berbeda. Senyawanya sama, rumusnya H 2 O. Pada suhu 0 ° C ke bawah nilai tersebut, air mengkristal, yaitu berubah menjadi es. Ketika suhu naik, kristal yang dihasilkan hancur - es mencair, dan air cair diperoleh kembali. Ketika dipanaskan, penguapan terbentuk - transformasi air menjadi gas - bahkan pada suhu rendah. Misalnya, genangan air yang membeku berangsur-angsur hilang karena airnya menguap. Bahkan dalam cuaca dingin, cucian basah mengering, tetapi proses ini memakan waktu lebih lama dibandingkan pada hari yang panas.

Semua transisi air dari satu keadaan ke keadaan lain sangat penting bagi sifat bumi. Fenomena atmosfer, iklim dan cuaca berhubungan dengan penguapan air dari permukaan Samudra Dunia, perpindahan uap air dalam bentuk awan dan kabut ke daratan, dan curah hujan (hujan, salju, hujan es). Fenomena ini menjadi dasar siklus air dunia di alam.

Bagaimana keadaan agregat belerang berubah?

Dalam kondisi normal, belerang berbentuk kristal mengkilat cerah atau bubuk kuning muda, yaitu zat padat. Keadaan fisik belerang berubah ketika dipanaskan. Pertama, ketika suhu naik hingga 190 °C, zat kuning meleleh, berubah menjadi cairan bergerak.

Jika Anda dengan cepat menuangkan belerang cair ke dalam air dingin, Anda akan mendapatkan massa amorf berwarna coklat. Dengan pemanasan lebih lanjut, lelehan belerang menjadi semakin kental dan menjadi gelap. Pada suhu di atas 300 °C, keadaan agregasi belerang berubah lagi, zat memperoleh sifat cair dan menjadi bergerak. Transisi ini timbul karena kemampuan atom suatu unsur untuk membentuk rantai dengan panjang yang berbeda-beda.

Mengapa zat dapat mempunyai wujud fisik yang berbeda?

Keadaan agregasi belerang, suatu zat sederhana, berbentuk padat dalam kondisi biasa. Sulfur dioksida adalah gas, asam sulfat adalah cairan berminyak yang lebih berat dari air. Berbeda dengan asam klorida dan asam nitrat, asam ini tidak mudah menguap; molekul tidak menguap dari permukaannya. Keadaan agregasi apa yang dimiliki belerang plastik, yang diperoleh dengan memanaskan kristal?

Dalam bentuk amorfnya, zat tersebut memiliki struktur cair, dengan sedikit fluiditas. Tapi belerang plastik secara bersamaan mempertahankan bentuknya (sebagai benda padat). Ada kristal cair yang memiliki sejumlah sifat khas padatan. Jadi, keadaan suatu zat dalam kondisi yang berbeda bergantung pada sifat, suhu, tekanan, dan kondisi eksternal lainnya.

Ciri-ciri apa saja yang terdapat pada struktur benda padat?

Perbedaan yang ada antara keadaan agregat dasar suatu materi dijelaskan oleh interaksi antara atom, ion, dan molekul. Misalnya, mengapa wujud padat menyebabkan kemampuan benda mempertahankan volume dan bentuk? Dalam kisi kristal logam atau garam, partikel struktural tertarik satu sama lain. Dalam logam, ion bermuatan positif berinteraksi dengan apa yang disebut “gas elektron”, yaitu kumpulan elektron bebas dalam sepotong logam. Kristal garam muncul karena tarikan partikel bermuatan berlawanan - ion. Jarak antara unit struktural padatan di atas jauh lebih kecil daripada ukuran partikel itu sendiri. Dalam hal ini, gaya tarik-menarik elektrostatis bekerja, memberikan kekuatan, tetapi tolakan tidak cukup kuat.

Untuk menghancurkan keadaan padat agregasi suatu zat, upaya harus dilakukan. Logam, garam, dan kristal atom meleleh pada suhu yang sangat tinggi. Misalnya besi menjadi cair pada suhu di atas 1538 °C. Tungsten bersifat tahan api dan digunakan untuk membuat filamen pijar untuk bola lampu. Ada paduan yang menjadi cair pada suhu di atas 3000 °C. Banyak di Bumi yang berada dalam kondisi padat. Bahan mentah ini diekstraksi menggunakan teknologi di pertambangan dan penggalian.

Untuk memisahkan satu ion saja dari kristal, sejumlah besar energi harus dikeluarkan. Tapi cukup melarutkan garam dalam air agar kisi kristalnya hancur! Fenomena ini disebabkan oleh sifat menakjubkan air sebagai pelarut polar. Molekul H 2 O berinteraksi dengan ion garam, menghancurkan ikatan kimia di antara mereka. Jadi, pelarutan bukanlah sekadar pencampuran zat-zat yang berbeda, melainkan interaksi fisikokimia di antara zat-zat tersebut.

Bagaimana molekul cairan berinteraksi?

Air dapat berwujud cair, padat, dan gas (uap). Ini adalah keadaan dasar agregasi dalam kondisi normal. Molekul air terdiri dari satu atom oksigen yang terikat dengan dua atom hidrogen. Terjadi polarisasi ikatan kimia dalam molekul, dan muatan negatif parsial muncul pada atom oksigen. Hidrogen menjadi kutub positif dalam molekul, tertarik oleh atom oksigen dari molekul lain. Ini disebut “ikatan hidrogen.”

Keadaan agregasi cair dicirikan oleh jarak antara partikel struktural yang sebanding dengan ukurannya. Daya tariknya ada, tetapi lemah sehingga air tidak dapat mempertahankan bentuknya. Penguapan terjadi karena rusaknya ikatan-ikatan yang terjadi pada permukaan cairan bahkan pada suhu kamar.

Apakah interaksi antarmolekul ada dalam gas?

Keadaan gas suatu zat berbeda dari cair dan padat dalam beberapa parameter. Terdapat celah besar antara partikel struktural gas, jauh lebih besar daripada ukuran molekul. Dalam hal ini, kekuatan tarik-menarik tidak bertindak sama sekali. Keadaan agregasi gas merupakan karakteristik zat yang ada di udara: nitrogen, oksigen, karbon dioksida. Pada gambar di bawah, kubus pertama berisi gas, kubus kedua berisi cairan, dan kubus ketiga berisi benda padat.

Banyak cairan mudah menguap; molekul-molekul suatu zat terlepas dari permukaannya dan terbang ke udara. Misalnya, jika Anda membawa kapas yang dicelupkan ke dalam amonia ke lubang botol asam klorida yang terbuka, asap putih akan muncul. Reaksi kimia antara asam klorida dan amonia terjadi tepat di udara, menghasilkan amonium klorida. Pada keadaan agregasi manakah zat ini berada? Partikelnya yang membentuk asap putih adalah kristal garam padat yang sangat kecil. Eksperimen ini harus dilakukan di bawah tenda; zatnya beracun.

Kesimpulan

Keadaan agregasi gas dipelajari oleh banyak fisikawan dan kimiawan terkemuka: Avogadro, Boyle, Gay-Lussac, Clayperon, Mendeleev, Le Chatelier. Para ilmuwan telah merumuskan hukum yang menjelaskan perilaku zat gas dalam reaksi kimia ketika kondisi eksternal berubah. Pola terbuka tidak hanya dimasukkan dalam buku pelajaran fisika dan kimia sekolah dan universitas. Banyak industri kimia didasarkan pada pengetahuan tentang perilaku dan sifat zat dalam keadaan agregasi yang berbeda.

Semua zat dapat berada dalam keadaan agregasi yang berbeda - padat, cair, gas, dan plasma. Pada zaman dahulu diyakini bahwa dunia terdiri dari bumi, air, udara dan api. Keadaan agregasi zat sesuai dengan pembagian visual ini. Pengalaman menunjukkan bahwa batas-batas antar keadaan agregasi sangat sewenang-wenang. Gas-gas pada tekanan rendah dan suhu rendah dianggap ideal, molekul-molekul di dalamnya berhubungan dengan titik-titik material yang hanya dapat bertabrakan menurut hukum tumbukan elastis. Gaya interaksi antar molekul pada saat tumbukan dapat diabaikan, dan tumbukan itu sendiri terjadi tanpa kehilangan energi mekanik. Namun seiring bertambahnya jarak antar molekul, interaksi molekul juga harus diperhitungkan. Interaksi ini mulai mempengaruhi transisi dari wujud gas ke cair atau padat. Berbagai jenis interaksi dapat terjadi antar molekul.

Gaya interaksi antarmolekul tidak jenuh, berbeda dengan gaya interaksi kimia atom yang mengarah pada pembentukan molekul. Mereka bisa bersifat elektrostatis karena interaksi antara partikel bermuatan. Pengalaman menunjukkan bahwa interaksi mekanika kuantum, yang bergantung pada jarak dan orientasi timbal balik molekul, dapat diabaikan pada jarak antar molekul lebih dari 10 -9 m. Pada gas yang dijernihkan, hal ini dapat diabaikan atau dapat diasumsikan bahwa energi interaksi potensial praktis sama dengan nol. Pada jarak pendek, energi ini kecil, dan gaya tarik-menarik saling mempengaruhi

di - saling tolak-menolak dan memaksa

gaya tarik-menarik dan tolak-menolak molekul seimbang dan F= 0. Di sini gaya ditentukan oleh hubungannya dengan energi potensial, tetapi partikel bergerak dengan memiliki cadangan energi kinetik tertentu.

gii. Biarkan satu molekul tidak bergerak, dan molekul lain bertabrakan dengannya, sehingga memiliki pasokan energi seperti itu. Ketika molekul-molekul saling mendekat, gaya tarik-menarik melakukan kerja positif dan energi potensial interaksinya berkurang hingga jarak tertentu. Pada saat yang sama, energi kinetik (dan kecepatan) meningkat. Ketika jarak semakin kecil maka gaya tarik menarik akan digantikan oleh gaya tolak menolak. Usaha yang dilakukan molekul melawan gaya-gaya ini adalah negatif.

Molekul akan bergerak mendekati molekul diam hingga energi kinetiknya diubah seluruhnya menjadi potensial. Jarak minimal D, jarak yang dapat dicapai molekul disebut diameter efektif molekul. Setelah berhenti, molekul akan mulai menjauh di bawah pengaruh gaya tolak menolak dengan kecepatan yang semakin meningkat. Setelah melewati jarak tersebut lagi, molekul akan jatuh ke wilayah gaya tarik menarik, yang akan memperlambat pelepasannya. Diameter efektif bergantung pada cadangan energi kinetik awal, yaitu. nilai ini tidak konstan. Pada jarak yang sama, energi potensial interaksi memiliki nilai yang sangat besar atau “penghalang” yang mencegah pusat molekul mendekati jarak yang lebih kecil. Rasio energi interaksi potensial rata-rata dengan energi kinetik rata-rata menentukan keadaan agregasi suatu zat: untuk gas, untuk cairan, untuk padatan

Benda yang terkondensasi meliputi zat cair dan zat padat. Di dalamnya, atom dan molekul letaknya berdekatan, hampir bersentuhan. Jarak rata-rata antara pusat molekul dalam cairan dan padatan adalah sekitar (2 -5) 10 -10 m, kepadatannya juga kurang lebih sama. Jarak antar atom melebihi jarak penetrasi awan elektron satu sama lain sehingga timbul gaya tolak menolak. Sebagai perbandingan, dalam gas dalam kondisi normal jarak rata-rata antar molekul adalah sekitar 33 · 10 -10 m.

DI DALAM cairan interaksi antarmolekul mempunyai pengaruh yang lebih kuat, pergerakan termal molekul memanifestasikan dirinya dalam getaran lemah di sekitar posisi kesetimbangan dan bahkan melompat dari satu posisi ke posisi lain. Oleh karena itu, mereka hanya memiliki keteraturan jarak pendek dalam susunan partikel, yaitu konsistensi dalam susunan partikel terdekat saja, dan karakteristik fluiditas.

Padat Mereka dicirikan oleh kekakuan struktural, memiliki volume dan bentuk yang ditentukan secara tepat, yang lebih sedikit berubah di bawah pengaruh suhu dan tekanan. Dalam padatan, keadaan amorf dan kristal dimungkinkan. Ada juga zat antara - kristal cair. Namun atom-atom dalam benda padat sama sekali tidak diam seperti yang diperkirakan. Masing-masing berfluktuasi sepanjang waktu di bawah pengaruh gaya elastis yang timbul antara tetangganya. Sebagian besar unsur dan senyawa memiliki struktur kristal di bawah mikroskop.

Jadi, butiran garam meja tampak seperti kubus sempurna. Dalam kristal, atom-atom terikat pada lokasi kisi kristal dan hanya dapat bergetar di dekat lokasi kisi. Kristal merupakan padatan sejati, dan padatan seperti plastik atau aspal menempati posisi perantara antara padatan dan cairan. Benda amorf, seperti cairan, memiliki keteraturan jangka pendek, tetapi kemungkinan lompatannya rendah. Dengan demikian, kaca dapat dianggap sebagai cairan superdingin dengan viskositas yang meningkat. Kristal cair memiliki fluiditas cairan, tetapi mempertahankan susunan atom yang teratur dan memiliki sifat anisotropi.

Ikatan kimia atom (dan sekitar c) dalam kristal sama dengan ikatan kimia dalam molekul. Struktur dan kekakuan padatan ditentukan oleh perbedaan gaya elektrostatis yang mengikat atom-atom penyusun benda. Mekanisme pengikatan atom menjadi molekul dapat mengarah pada pembentukan struktur periodik padat yang dapat dianggap sebagai makromolekul. Seperti molekul ionik dan kovalen, ada kristal ionik dan kovalen. Kisi ionik dalam kristal disatukan oleh ikatan ionik (lihat Gambar 7.1). Struktur garam meja sedemikian rupa sehingga setiap ion natrium memiliki enam tetangganya - ion klor. Distribusi ini sesuai dengan energi minimum, yaitu ketika konfigurasi seperti itu terbentuk, energi maksimum dilepaskan. Oleh karena itu, ketika suhu turun di bawah titik leleh, terdapat kecenderungan untuk membentuk kristal murni. Ketika suhu naik, energi kinetik termal cukup untuk memutus ikatan, kristal akan mulai meleleh, dan struktur akan mulai runtuh. Polimorfisme kristal adalah kemampuan untuk membentuk keadaan dengan struktur kristal yang berbeda.

Ketika distribusi muatan listrik pada atom netral berubah, interaksi lemah antar tetangga dapat terjadi. Ikatan ini disebut molekuler atau van der Waals (seperti pada molekul hidrogen). Tetapi gaya tarik-menarik elektrostatis juga dapat timbul antara atom-atom netral, maka tidak terjadi penataan ulang pada kulit elektron atom-atom tersebut. Tolakan timbal balik ketika kulit elektron saling mendekat menggeser pusat gravitasi muatan negatif relatif terhadap muatan positif. Masing-masing atom menginduksi dipol listrik pada atom lainnya, dan ini menyebabkan gaya tarik-menariknya. Ini adalah aksi gaya antarmolekul atau gaya van der Waals, yang memiliki radius aksi yang besar.

Karena atom hidrogen sangat kecil dan elektronnya mudah lepas, sering kali atom hidrogen tertarik pada dua atom sekaligus, sehingga membentuk ikatan hidrogen. Ikatan hidrogen juga bertanggung jawab atas interaksi molekul air satu sama lain. Hal ini menjelaskan banyak sifat unik air dan es (Gbr. 7.4).

Ikatan kovalen(atau atom) dicapai karena interaksi internal atom netral. Contoh ikatan tersebut adalah ikatan pada molekul metana. Jenis karbon yang sangat terikat adalah intan (empat atom hidrogen digantikan oleh empat atom karbon).

Jadi, karbon, yang dibangun di atas ikatan kovalen, membentuk kristal berbentuk berlian. Setiap atom dikelilingi oleh empat atom, membentuk tetrahedron beraturan. Namun masing-masingnya juga merupakan puncak dari tetrahedron yang bertetangga. Dalam kondisi lain, atom karbon yang sama mengkristal menjadi grafit. Dalam grafit mereka juga dihubungkan oleh ikatan atom, tetapi membentuk bidang sel sarang lebah heksagonal yang mampu digeser. Jarak antara atom-atom yang terletak pada simpul segi enam adalah 0,142 nm. Lapisan-lapisan tersebut terletak pada jarak 0,335 nm, mis. ikatannya lemah, sehingga grafit bersifat plastis dan lunak (Gbr. 7.5). Pada tahun 1990, terjadi ledakan penelitian yang disebabkan oleh pengumuman penemuan zat baru - fullerit, terdiri dari molekul karbon - fullerene. Bentuk karbon ini bersifat molekuler, yaitu. Unsur minimum bukanlah atom, melainkan molekul. Namanya diambil dari nama arsitek R. Fuller, yang pada tahun 1954 menerima paten untuk struktur bangunan yang terbuat dari segi enam dan segi lima yang membentuk belahan bumi. Molekul dari 60 atom karbon dengan diameter 0,71 nm ditemukan pada tahun 1985, kemudian ditemukan molekul, dan seterusnya. Semuanya memiliki permukaan yang stabil,

tetapi molekul yang paling stabil adalah C 60 dan DENGAN 70 . Masuk akal untuk berasumsi bahwa grafit digunakan sebagai bahan awal untuk sintesis fullerene. Jika demikian, maka jari-jari fragmen heksagonal seharusnya 0,37 nm. Tapi ternyata sama dengan 0,357 nm. Perbedaan sebesar 2% ini disebabkan oleh fakta bahwa atom karbon terletak pada permukaan bola di simpul 20 heksahedron beraturan yang diwarisi dari grafit dan 12 pentahedron beraturan, yaitu. Desainnya menyerupai bola sepak. Ternyata ketika “dijahit” menjadi bola tertutup, sebagian dari segi enam datar berubah menjadi pentahedron. Pada suhu kamar, molekul C60 berkondensasi menjadi struktur dimana setiap molekul memiliki 12 tetangga yang berjarak 0,3 nm. Pada T= 349 K, terjadi transisi fase orde pertama - kisi disusun ulang menjadi kubik. Kristal itu sendiri adalah semikonduktor, tetapi ketika logam alkali ditambahkan ke film kristal C 60, superkonduktivitas terjadi pada suhu 19 K. Jika satu atau beberapa atom dimasukkan ke dalam molekul berongga ini, maka dapat digunakan sebagai dasar untuk menciptakan media penyimpanan dengan kepadatan informasi yang sangat tinggi: kepadatan rekaman akan mencapai 4-10 12 bits/cm 2 . Sebagai perbandingan, film dari bahan feromagnetik memberikan kepadatan perekaman sekitar 10 7 bit/cm 2, dan disk optik, yaitu. teknologi laser, - 10 8 bit/cm 2. Karbon ini juga memiliki sifat unik lainnya, terutama penting dalam bidang kedokteran dan farmakologi.

Terwujud dalam kristal logam sambungan logam, ketika semua atom dalam logam melepaskan elektron valensinya “untuk penggunaan kolektif”. Mereka terikat lemah pada kerangka atom dan dapat bergerak bebas sepanjang kisi kristal. Sekitar 2/5 unsur kimianya adalah logam. Dalam logam (kecuali merkuri), ikatan terbentuk ketika orbital kosong atom logam tumpang tindih dan elektron dikeluarkan karena pembentukan kisi kristal. Ternyata kation kisi diselimuti gas elektron. Ikatan logam terjadi ketika atom-atom berkumpul pada jarak yang lebih kecil dari ukuran awan elektron terluar. Dengan konfigurasi ini (prinsip Pauli), energi elektron terluar meningkat, dan inti di sekitarnya mulai menarik elektron terluar ini, mengaburkan awan elektron, mendistribusikannya secara merata ke seluruh logam dan mengubahnya menjadi gas elektron. Ini adalah bagaimana elektron konduksi muncul, yang menjelaskan tingginya konduktivitas listrik logam. Dalam kristal ionik dan kovalen, elektron terluar praktis terikat, dan konduktivitas padatan ini sangat kecil, disebut isolator.

Energi internal zat cair ditentukan oleh jumlah energi internal subsistem makroskopik yang dapat dibagi secara mental, dan energi interaksi subsistem tersebut. Interaksi dilakukan melalui gaya molekul dengan radius aksi orde 10 -9 m.Untuk makrosistem, energi interaksi sebanding dengan luas kontak, sehingga kecil, seperti pecahan lapisan permukaan, tetapi ini tidak diperlukan. Ini disebut energi permukaan dan harus diperhitungkan dalam masalah yang melibatkan tegangan permukaan. Biasanya, cairan menempati volume yang lebih besar dengan berat yang sama, yaitu memiliki massa jenis yang lebih rendah. Tetapi mengapa volume es dan bismut berkurang selama pencairan dan, bahkan setelah titik leleh, tren ini tetap ada untuk beberapa waktu? Ternyata zat-zat tersebut dalam keadaan cair lebih padat.

Dalam cairan, setiap atom ditindaklanjuti oleh tetangganya, dan ia berosilasi di dalam sumur potensial anisotropik yang dihasilkannya. Berbeda dengan benda padat, lubang ini dangkal, karena tetangga yang jauh hampir tidak berpengaruh. Lingkungan sekitar partikel dalam cairan berubah, yaitu cairan mengalir. Ketika suhu tertentu tercapai, cairan akan mendidih; selama mendidih, suhunya tetap. Energi yang masuk digunakan untuk memutus ikatan, dan cairan, ketika terurai sepenuhnya, berubah menjadi gas.

Massa jenis zat cair jauh lebih besar daripada massa jenis gas pada tekanan dan suhu yang sama. Jadi, volume air pada saat mendidih hanya 1/1600 volume massa uap air yang sama. Volume zat cair sedikit bergantung pada tekanan dan suhu. Dalam kondisi normal (20 °C dan tekanan 1,013 · 10 5 Pa), air menempati volume 1 liter. Ketika suhu turun hingga 10 °C, volumenya berkurang hanya 0,0021, dan ketika tekanan meningkat, volumenya berkurang setengahnya.

Meskipun belum ada model cairan ideal yang sederhana, struktur mikronya telah dipelajari secara memadai dan memungkinkan untuk menjelaskan secara kualitatif sebagian besar sifat makroskopisnya. Fakta bahwa dalam cairan kohesi molekul lebih lemah dibandingkan dalam benda padat dicatat oleh Galileo; Ia terkejut karena tetesan air dalam jumlah besar terkumpul di daun kubis dan tidak menyebar ke seluruh daun. Merkuri yang tumpah atau tetesan air pada permukaan berminyak berbentuk bola-bola kecil karena adanya adhesi. Jika molekul suatu zat tertarik pada molekul zat lain, yang kita bicarakan mengompol, misalnya lem dan kayu, minyak dan logam (meskipun tekanannya sangat besar, minyak tetap tertahan di dalam bantalan). Namun air naik melalui saluran tipis yang disebut kapiler, dan semakin tipis tabung tersebut, semakin tinggi pula air naik. Tidak ada penjelasan lain selain efek membasahi air dan kaca. Gaya pembasahan antara kaca dan air lebih besar dibandingkan antara molekul air. Dengan merkuri, efeknya justru sebaliknya: pembasahan merkuri dan kaca lebih lemah dibandingkan gaya adhesi antar atom merkuri. Galileo memperhatikan bahwa jarum yang dilumasi dengan lemak dapat mengapung di atas air, meskipun hal ini bertentangan dengan hukum Archimedes. Saat jarumnya melayang, Anda bisa

tetapi perhatikan sedikit defleksi pada permukaan air, cobalah untuk meluruskannya seolah-olah. Gaya adhesi antar molekul air cukup untuk mencegah jarum jatuh ke dalam air. Lapisan permukaan melindungi air seperti film tegangan permukaan, yang cenderung memberi bentuk air pada permukaan terkecil – bulat. Tetapi jarum tidak lagi mengapung di permukaan alkohol, karena ketika alkohol ditambahkan ke dalam air, tegangan permukaan berkurang dan jarum tenggelam. Sabun juga mengurangi tegangan permukaan, sehingga busa sabun yang panas, menembus celah dan celah, lebih baik dalam membersihkan kotoran, terutama yang mengandung minyak, sedangkan air bersih hanya akan menggulung menjadi tetesan.

Plasma adalah wujud materi keempat, yaitu gas yang terdiri dari kumpulan partikel bermuatan yang berinteraksi dalam jarak jauh. Dalam hal ini, jumlah muatan positif dan negatif kira-kira sama, sehingga plasma bersifat netral secara listrik. Dari keempat unsur tersebut, plasma berhubungan dengan api. Untuk mengubah gas menjadi plasma, hal itu harus terjadi mengalami ionisasi, menghilangkan elektron dari atom. Ionisasi dapat dilakukan dengan pemanasan, pelepasan listrik, atau radiasi keras. Materi di alam semesta sebagian besar berada dalam keadaan terionisasi. Di bintang, ionisasi disebabkan secara termal, di nebula yang dijernihkan dan gas antarbintang - oleh radiasi ultraviolet dari bintang. Matahari kita juga terdiri dari plasma; radiasinya mengionisasi lapisan atas atmosfer bumi, yang disebut ionosfir, kemungkinan terjadinya komunikasi radio jarak jauh tergantung pada kondisinya. Dalam kondisi terestrial, plasma jarang ditemukan - pada lampu neon atau busur las listrik. Di laboratorium dan teknologi, plasma paling sering diperoleh melalui pelepasan listrik. Di alam, petir melakukan hal ini. Selama ionisasi oleh pelepasan, terjadi longsoran elektron, mirip dengan proses reaksi berantai. Untuk memperoleh energi termonuklir, metode injeksi digunakan: ion gas yang dipercepat hingga kecepatan sangat tinggi disuntikkan ke dalam perangkap magnet, menarik elektron dari lingkungan, membentuk plasma. Ionisasi tekanan - gelombang kejut - juga digunakan. Metode ionisasi ini terjadi pada bintang-bintang yang sangat padat dan mungkin juga di inti bumi.

Setiap gaya yang bekerja pada ion dan elektron menyebabkan arus listrik. Jika tidak digabungkan dengan medan luar dan tidak tertutup di dalam plasma, ia menjadi terpolarisasi. Plasma mematuhi hukum gas, tetapi ketika medan magnet diterapkan, yang mengatur pergerakan partikel bermuatan, plasma menunjukkan sifat yang sama sekali tidak biasa bagi gas. Dalam medan magnet yang kuat, partikel mulai berputar mengelilingi garis medan, dan bergerak bebas sepanjang medan magnet. Mereka mengatakan bahwa gerakan heliks ini menggeser struktur garis medan dan medan tersebut “dibekukan” menjadi plasma. Plasma yang dijernihkan digambarkan dengan sistem partikel, sedangkan plasma yang lebih padat digambarkan dengan model cair.

Konduktivitas listrik plasma yang tinggi adalah perbedaan utamanya dari gas. Konduktivitas plasma dingin permukaan matahari (0,8 · 10 -19 J) mencapai konduktivitas logam, dan pada suhu termonuklir (1,6 · 10 -15 J) plasma hidrogen menghantarkan arus 20 kali lebih baik daripada tembaga dalam kondisi normal. Karena plasma mampu menghantarkan arus, model cairan penghantar sering diterapkan padanya. Ia dianggap sebagai media kontinu, meskipun kompresibilitasnya membedakannya dari cairan biasa, namun perbedaan ini hanya muncul pada aliran yang kecepatannya lebih besar dari kecepatan suara. Perilaku fluida penghantar dipelajari dalam suatu ilmu yang disebut hidrodinamika magnetik. Di luar angkasa, plasma apa pun merupakan konduktor ideal, dan hukum medan beku dapat diterapkan secara luas. Model cairan konduktif memungkinkan kita memahami mekanisme pengurungan plasma oleh medan magnet. Dengan demikian, aliran plasma yang dipancarkan dari Matahari mempengaruhi atmosfer bumi. Aliran itu sendiri tidak mempunyai medan magnet, tetapi medan asing tidak dapat menembus ke dalamnya menurut hukum pembekuan. Aliran plasma matahari mendorong medan magnet antarplanet asing keluar dari sekitar Matahari. Rongga magnet muncul di tempat yang medannya lebih lemah. Ketika aliran plasma sel darah ini mendekati Bumi, mereka bertabrakan dengan medan magnet bumi dan dipaksa mengalir di sekitarnya menurut hukum yang sama. Ternyata itu semacam rongga tempat medan magnet dikumpulkan dan aliran plasma tidak menembus. Partikel bermuatan yang terdeteksi oleh roket dan satelit terakumulasi di permukaannya - ini adalah sabuk radiasi terluar bumi. Ide-ide ini juga digunakan dalam memecahkan masalah pengurungan plasma oleh medan magnet pada perangkat khusus - tokamaks (dari singkatan kata: ruang toroidal, magnet). Dengan plasma terionisasi penuh yang terkandung dalam sistem ini dan sistem lainnya, harapan diberikan untuk memperoleh reaksi termonuklir yang terkendali di Bumi. Hal ini akan menyediakan sumber energi yang bersih dan murah (air laut). Pekerjaan juga sedang dilakukan untuk memproduksi dan mempertahankan plasma menggunakan radiasi laser terfokus.

Presentasi dengan topik "Alkohol" dalam kimia dalam format powerpoint. Presentasi untuk anak sekolah berisi 12 slide yang dari sudut pandang kimia membahas tentang alkohol, sifat fisiknya, dan reaksi dengan hidrogen halida.

Fragmen dari presentasi

Dari sejarah

Tahukah Anda hal itu pada abad ke-4. SM e. tahukah orang cara membuat minuman yang mengandung etil alkohol? Anggur diproduksi dengan memfermentasi jus buah dan beri. Namun, mereka belajar mengekstrak komponen yang memabukkan darinya jauh di kemudian hari. Pada abad ke-11 alkemis mendeteksi uap zat mudah menguap yang dilepaskan saat anggur dipanaskan.

Properti fisik

• Alkohol rendah adalah cairan yang sangat larut dalam air, tidak berwarna, dan tidak berbau.
• Alkohol yang lebih tinggi adalah zat padat yang tidak larut dalam air.

Ciri-ciri sifat fisik: keadaan agregasi

• Metil alkohol (perwakilan pertama dari rangkaian alkohol homolog) adalah cairan. Mungkinkah ia memiliki berat molekul yang tinggi? TIDAK. Jauh lebih sedikit dibandingkan karbon dioksida. Lalu apa itu?
• Ternyata intinya ada pada ikatan hidrogen yang terbentuk antara molekul alkohol dan mencegah molekul individu terbang menjauh.

Ciri sifat fisik: kelarutan dalam air

• Alkohol yang lebih rendah larut dalam air, alkohol yang lebih tinggi tidak larut. Mengapa?
• Ikatan hidrogen terlalu lemah untuk menahan molekul alkohol, yang memiliki porsi besar yang tidak larut, di antara molekul air.

Ciri sifat fisik: kontraksi

• Mengapa orang tidak pernah menggunakan volume, melainkan massa saja ketika menyelesaikan soal perhitungan?
• Campurkan 500 ml alkohol dan 500 ml air. Kami mendapatkan 930 ml larutan. Ikatan hidrogen antara molekul alkohol dan air begitu kuat sehingga volume total larutan berkurang, “kompresi” (dari bahasa Latin contractio - kompresi).

Apakah alkohol bersifat asam?

• Alkohol bereaksi dengan logam alkali. Dalam hal ini, atom hidrogen dari gugus hidroksil digantikan oleh logam. Sepertinya asam.
• Tetapi sifat asam alkohol terlalu lemah, sangat lemah sehingga alkohol tidak mempengaruhi indikatornya.

Persahabatan dengan polisi lalu lintas.

• Apakah alkohol bersahabat dengan polisi lalu lintas? Tapi bagaimana caranya!
• Pernahkah Anda dihentikan oleh inspektur polisi lalu lintas? Pernahkah Anda bernapas ke dalam tabung?
• Jika kurang beruntung, alkohol akan mengalami reaksi oksidasi sehingga menyebabkan warnanya berubah dan Anda harus membayar denda.

Kami memberi air 1

Penghapusan air - dehidrasi dapat terjadi secara intramolekul jika suhunya lebih dari 140 derajat. Ini membutuhkan katalis - asam sulfat pekat.

Kembalikan air 2

Jika suhu diturunkan dan katalis tetap, maka akan terjadi dehidrasi antarmolekul.

Reaksi dengan hidrogen halida.

Reaksi ini bersifat reversibel dan memerlukan katalis - asam sulfat pekat.

Menjadi teman atau tidak berteman dengan alkohol.

Pertanyaan yang menarik. Alkohol adalah xenobiotik - zat yang tidak ditemukan dalam tubuh manusia, namun mempengaruhi fungsi vitalnya. Itu semua tergantung dosisnya.

1. Alkohol adalah nutrisi yang memberi energi pada tubuh. Pada Abad Pertengahan, tubuh menerima sekitar 25% energinya melalui konsumsi alkohol.
2. Alkohol merupakan obat yang memiliki efek desinfektan dan antibakteri.
3. Alkohol merupakan racun yang mengganggu proses biologis alami, merusak organ dalam dan jiwa, serta menyebabkan kematian jika dikonsumsi berlebihan.

Pengetahuan yang paling umum adalah tentang tiga keadaan agregasi: cair, padat, gas; kadang-kadang mereka mengingat plasma, lebih jarang kristal cair. Baru-baru ini, daftar 17 fase materi, yang diambil dari () Stephen Fry yang terkenal, telah tersebar di Internet. Oleh karena itu, kami akan memberi tahu Anda lebih banyak tentangnya, karena... Anda harus tahu lebih banyak tentang materi, setidaknya untuk lebih memahami proses yang terjadi di Alam Semesta.

Daftar keadaan agregat materi yang diberikan di bawah ini meningkat dari keadaan terdingin ke terpanas, dan seterusnya. dapat dilanjutkan. Pada saat yang sama, harus dipahami bahwa dari keadaan gas (No. 11), yang paling “tidak terkompresi”, ke kedua sisi daftar, derajat kompresi zat dan tekanannya (dengan beberapa syarat untuk yang belum dipelajari) keadaan hipotetis seperti kuantum, balok, atau simetri lemah) meningkat.Setelah teks, grafik visual transisi fase materi ditampilkan.

1. Kuantum- keadaan agregasi materi, dicapai ketika suhu turun ke nol mutlak, akibatnya ikatan internal hilang dan materi terurai menjadi quark bebas.

2. Kondensat Bose-Einstein- keadaan agregasi materi, yang dasarnya adalah boson, didinginkan hingga suhu mendekati nol mutlak (kurang dari sepersejuta derajat di atas nol mutlak). Dalam keadaan yang sangat dingin, sejumlah besar atom berada dalam keadaan kuantum seminimal mungkin dan efek kuantum mulai muncul pada tingkat makroskopis. Kondensat Bose-Einstein (sering disebut kondensat Bose, atau hanya "beck") terjadi saat Anda mendinginkan suatu unsur kimia hingga suhu yang sangat rendah (biasanya tepat di atas nol mutlak, minus 273 derajat Celcius). , adalah suhu teoretis di mana segala sesuatu berhenti bergerak).
Di sinilah hal-hal aneh mulai terjadi pada substansi tersebut. Proses yang biasanya hanya diamati pada tingkat atom kini terjadi pada skala yang cukup besar untuk diamati dengan mata telanjang. Misalnya, jika Anda menempatkan “kembali” ke dalam gelas kimia laboratorium dan memberikan suhu yang diinginkan, zat tersebut akan mulai merayap ke atas dinding dan akhirnya keluar dengan sendirinya.
Rupanya, di sini kita berhadapan dengan upaya sia-sia suatu zat untuk menurunkan energinya sendiri (yang sudah berada pada tingkat terendah dari semua tingkat yang mungkin).
Memperlambat atom menggunakan peralatan pendingin menghasilkan keadaan kuantum tunggal yang dikenal sebagai kondensat Bose, atau Bose-Einstein. Fenomena ini diprediksi pada tahun 1925 oleh A. Einstein, sebagai hasil generalisasi karya S. Bose, di mana mekanika statistik dibangun untuk partikel mulai dari foton tak bermassa hingga atom bermassa (naskah Einstein, yang dianggap hilang, ditemukan) di perpustakaan Universitas Leiden pada tahun 2005). Upaya Bose dan Einstein menghasilkan konsep Bose tentang gas yang tunduk pada statistik Bose–Einstein, yang menggambarkan distribusi statistik partikel identik dengan putaran bilangan bulat yang disebut boson. Boson, misalnya, partikel elementer individu - foton, dan seluruh atom, dapat berada dalam keadaan kuantum yang sama satu sama lain. Einstein mengusulkan bahwa mendinginkan atom boson ke suhu yang sangat rendah akan menyebabkan atom tersebut bertransformasi (atau, dengan kata lain, berkondensasi) ke keadaan kuantum serendah mungkin. Akibat dari kondensasi tersebut adalah munculnya bentuk materi baru.
Transisi ini terjadi di bawah suhu kritis, yaitu untuk gas tiga dimensi homogen yang terdiri dari partikel-partikel yang tidak berinteraksi tanpa derajat kebebasan internal.

3. Kondensat fermion- keadaan agregasi suatu zat, mirip dengan pendukung, tetapi strukturnya berbeda. Saat mendekati nol mutlak, atom berperilaku berbeda tergantung pada besarnya momentum sudut (putaran). Boson memiliki putaran bilangan bulat, sedangkan fermion memiliki putaran yang kelipatannya 1/2 (1/2, 3/2, 5/2). Fermion mematuhi prinsip pengecualian Pauli, yang menyatakan bahwa tidak ada dua fermion yang memiliki keadaan kuantum yang sama. Tidak ada larangan seperti itu terhadap boson, dan oleh karena itu mereka memiliki peluang untuk berada dalam satu keadaan kuantum dan dengan demikian membentuk apa yang disebut kondensat Bose-Einstein. Proses pembentukan kondensat ini bertanggung jawab atas transisi ke keadaan superkonduktor.
Elektron mempunyai spin 1/2 dan oleh karena itu diklasifikasikan sebagai fermion. Mereka bergabung menjadi berpasangan (disebut pasangan Cooper), yang kemudian membentuk kondensat Bose.
Ilmuwan Amerika telah mencoba memperoleh sejenis molekul dari atom fermion dengan pendinginan mendalam. Perbedaannya dengan molekul sebenarnya adalah tidak ada ikatan kimia antar atom - mereka hanya bergerak bersama secara berkorelasi. Ikatan antar atom ternyata lebih kuat dibandingkan antar elektron pada pasangan Cooper. Pasangan fermion yang dihasilkan memiliki putaran total yang bukan lagi kelipatan 1/2, sehingga sudah berperilaku seperti boson dan dapat membentuk kondensat Bose dengan keadaan kuantum tunggal. Selama percobaan, gas atom kalium-40 didinginkan hingga 300 nanokelvin, sementara gas tersebut ditutup dalam perangkap optik. Kemudian medan magnet eksternal diterapkan, yang dengannya sifat interaksi antar atom dapat diubah - alih-alih tolakan yang kuat, tarikan yang kuat mulai diamati. Ketika menganalisis pengaruh medan magnet, dimungkinkan untuk menemukan besaran di mana atom mulai berperilaku seperti pasangan elektron Cooper. Pada percobaan tahap selanjutnya, para ilmuwan berharap mendapatkan efek superkonduktivitas untuk kondensat fermion.

4. Zat superfluida- keadaan di mana suatu zat hampir tidak memiliki viskositas, dan selama mengalir tidak mengalami gesekan dengan permukaan padat. Konsekuensi dari hal ini adalah, misalnya, efek yang menarik seperti “merangkak” helium superfluida secara spontan dari bejana di sepanjang dindingnya melawan gaya gravitasi. Tentu saja tidak ada pelanggaran hukum kekekalan energi di sini. Dengan tidak adanya gaya gesekan, helium hanya dipengaruhi oleh gaya gravitasi, gaya interaksi antar atom antara helium dan dinding bejana dan antara atom helium. Jadi, gaya interaksi antar atom melebihi gabungan semua gaya lainnya. Akibatnya, helium cenderung menyebar sebanyak mungkin ke semua permukaan, dan karenanya “bergerak” di sepanjang dinding bejana. Pada tahun 1938, ilmuwan Soviet Pyotr Kapitsa membuktikan bahwa helium bisa ada dalam keadaan superfluida.
Perlu dicatat bahwa banyak sifat helium yang tidak biasa telah diketahui selama beberapa waktu. Namun, dalam beberapa tahun terakhir, unsur kimia ini telah memanjakan kita dengan efek yang menarik dan tidak terduga. Jadi, pada tahun 2004, Moses Chan dan Eun-Syong Kim dari Universitas Pennsylvania membuat penasaran dunia ilmiah dengan pengumuman bahwa mereka telah berhasil memperoleh helium yang benar-benar baru - padatan superfluida. Dalam keadaan ini, beberapa atom helium dalam kisi kristal dapat mengalir mengelilingi atom lain, dan helium dapat mengalir melalui dirinya sendiri. Efek “kekerasan super” secara teori telah diprediksi pada tahun 1969. Dan kemudian pada tahun 2004 tampaknya ada konfirmasi eksperimental. Namun, eksperimen selanjutnya yang sangat menarik menunjukkan bahwa tidak semuanya sesederhana itu, dan mungkin interpretasi terhadap fenomena tersebut, yang sebelumnya dianggap sebagai superfluiditas helium padat, tidak benar.
Eksperimen para ilmuwan yang dipimpin oleh Humphrey Maris dari Brown University di AS sederhana dan elegan. Para ilmuwan menempatkan tabung reaksi terbalik dalam tangki tertutup berisi helium cair. Mereka membekukan sebagian helium di dalam tabung reaksi dan di dalam reservoir sedemikian rupa sehingga batas antara cairan dan padat di dalam tabung reaksi lebih tinggi daripada di dalam reservoir. Dengan kata lain, di bagian atas tabung reaksi terdapat helium cair, di bagian bawah terdapat helium padat, dengan lancar berpindah ke fase padat reservoir, di atasnya dituangkan sedikit helium cair - lebih rendah dari cairan. tingkat dalam tabung reaksi. Jika helium cair mulai bocor melalui helium padat, maka perbedaan kadarnya akan berkurang, dan kita bisa membicarakan helium superfluida padat. Dan prinsipnya, dalam tiga dari 13 percobaan, perbedaan kadar justru menurun.

5. Zat superkeras- keadaan agregasi di mana materi bersifat transparan dan dapat “mengalir” seperti cairan, tetapi sebenarnya tidak memiliki viskositas. Cairan seperti itu telah dikenal selama bertahun-tahun; disebut superfluida. Faktanya adalah jika superfluida diaduk, ia akan bersirkulasi hampir selamanya, sedangkan fluida normal pada akhirnya akan menjadi tenang. Dua superfluida pertama diciptakan oleh para peneliti menggunakan helium-4 dan helium-3. Mereka didinginkan hingga hampir nol mutlak - minus 273 derajat Celcius. Dan dari helium-4, ilmuwan Amerika berhasil mendapatkan benda superpadat. Mereka mengompres helium beku dengan tekanan lebih dari 60 kali lipat, dan kemudian menempatkan gelas berisi zat tersebut pada piringan yang berputar. Pada suhu 0,175 derajat Celcius, piringan tersebut tiba-tiba mulai berputar lebih bebas, yang menurut para ilmuwan menunjukkan bahwa helium telah menjadi benda super.

6. Padat- keadaan agregasi suatu zat, yang dicirikan oleh kestabilan bentuk dan sifat pergerakan termal atom, yang melakukan getaran kecil di sekitar posisi kesetimbangan. Keadaan stabil padatan adalah kristal. Ada padatan dengan ikatan ionik, kovalen, logam, dan jenis ikatan antar atom lainnya, yang menentukan keragaman sifat fisiknya. Sifat kelistrikan dan beberapa sifat benda padat lainnya terutama ditentukan oleh sifat pergerakan elektron terluar atomnya. Berdasarkan sifat kelistrikannya, padatan dibedakan menjadi dielektrik, semikonduktor, dan logam; berdasarkan sifat kemagnetannya, padatan dibedakan menjadi diamagnetik, paramagnetik, dan benda dengan struktur magnet teratur. Studi tentang sifat-sifat benda padat telah menyatu menjadi bidang yang luas - fisika benda padat, yang perkembangannya didorong oleh kebutuhan teknologi.

7. Padatan amorf- keadaan agregasi suatu zat yang terkondensasi, ditandai dengan isotropi sifat fisik karena susunan atom dan molekul yang tidak teratur. Dalam padatan amorf, atom bergetar di sekitar titik-titik yang terletak secara acak. Berbeda dengan keadaan kristal, transisi dari padat amorf ke cair terjadi secara bertahap. Berbagai zat berada dalam keadaan amorf: kaca, resin, plastik, dll.

8. Kristal cair adalah keadaan agregasi spesifik suatu zat yang secara bersamaan menunjukkan sifat-sifat kristal dan cairan. Perlu segera dicatat bahwa tidak semua zat dapat berbentuk kristal cair. Namun, beberapa zat organik dengan molekul kompleks dapat membentuk keadaan agregasi tertentu - kristal cair. Keadaan ini terjadi ketika kristal zat tertentu meleleh. Ketika meleleh, fase kristal cair terbentuk, yang berbeda dari cairan biasa. Fase ini berada dalam kisaran dari suhu leleh kristal hingga suhu yang lebih tinggi, ketika dipanaskan hingga kristal cair berubah menjadi cairan biasa.
Apa perbedaan kristal cair dengan kristal cair dan kristal biasa, dan apa persamaannya? Seperti cairan biasa, kristal cair memiliki fluiditas dan mengikuti bentuk wadah tempatnya ditempatkan. Inilah perbedaannya dari kristal yang diketahui semua orang. Namun, terlepas dari sifat yang menyatukannya dengan cairan, ia memiliki sifat yang khas dari kristal. Ini adalah keteraturan dalam ruang molekul-molekul yang membentuk kristal. Benar, susunan ini tidak selengkap kristal biasa, namun demikian, hal ini secara signifikan mempengaruhi sifat kristal cair, yang membedakannya dari cairan biasa. Urutan spasial yang tidak lengkap dari molekul-molekul pembentuk kristal cair dimanifestasikan dalam kenyataan bahwa dalam kristal cair tidak ada keteraturan lengkap dalam susunan spasial pusat gravitasi molekul, meskipun mungkin ada keteraturan parsial. Artinya mereka tidak memiliki kisi kristal yang kaku. Oleh karena itu, kristal cair, seperti halnya cairan biasa, memiliki sifat fluiditas.
Sifat wajib kristal cair, yang membuatnya lebih dekat dengan kristal biasa, adalah adanya urutan orientasi spasial molekul. Urutan orientasi ini dapat terwujud, misalnya, dalam kenyataan bahwa semua sumbu panjang molekul dalam sampel kristal cair diorientasikan dengan cara yang sama. Molekul-molekul ini harus berbentuk memanjang. Selain urutan sumbu molekul yang paling sederhana, urutan orientasi molekul yang lebih kompleks dapat terjadi dalam kristal cair.
Tergantung pada jenis susunan sumbu molekulnya, kristal cair dibagi menjadi tiga jenis: nematik, smetik, dan kolesterik.
Penelitian tentang fisika kristal cair dan penerapannya saat ini sedang dilakukan secara luas di semua negara paling maju di dunia. Penelitian dalam negeri terkonsentrasi pada lembaga penelitian akademis dan industri dan memiliki tradisi panjang. Karya-karya V.K., yang diselesaikan pada tahun tiga puluhan di Leningrad, dikenal dan diakui secara luas. Fredericks ke V.N. Tsvetkova. Dalam beberapa tahun terakhir, studi cepat tentang kristal cair telah membuat para peneliti dalam negeri juga memberikan kontribusi yang signifikan terhadap pengembangan studi tentang kristal cair secara umum dan, khususnya, optik kristal cair. Jadi, karya I.G. Chistyakova, A.P. Kapustina, S.A. Brazovsky, S.A. Pikina, L.M. Blinov dan banyak peneliti Soviet lainnya dikenal luas oleh komunitas ilmiah dan menjadi dasar bagi sejumlah aplikasi teknis kristal cair yang efektif.
Keberadaan kristal cair sudah ada sejak lama, yakni pada tahun 1888, yakni hampir satu abad yang lalu. Meskipun para ilmuwan menemukan wujud materi ini sebelum tahun 1888, namun secara resmi ditemukan kemudian.
Orang pertama yang menemukan kristal cair adalah ahli botani Austria Reinitzer. Saat mempelajari zat baru kolesterol benzoat yang disintesisnya, ia menemukan bahwa pada suhu 145°C kristal zat ini meleleh, membentuk cairan keruh yang menghamburkan cahaya dengan kuat. Saat pemanasan berlanjut, setelah mencapai suhu 179°C, cairan menjadi jernih, yaitu mulai berperilaku optik seperti cairan biasa, misalnya air. Kolesteril benzoat menunjukkan sifat yang tidak diharapkan pada fase keruh. Saat memeriksa fase ini di bawah mikroskop polarisasi, Reinitzer menemukan bahwa fase ini menunjukkan birefringence. Artinya indeks bias cahaya, yaitu kecepatan cahaya dalam fase ini, bergantung pada polarisasi.

9. Cairan- keadaan agregasi suatu zat, menggabungkan ciri-ciri wujud padat (kekekalan volume, kekuatan tarik tertentu) dan wujud gas (variabilitas bentuk). Cairan dicirikan oleh keteraturan jarak pendek dalam susunan partikel (molekul, atom) dan perbedaan kecil dalam energi kinetik gerak termal molekul dan energi interaksi potensialnya. Gerakan termal molekul cairan terdiri dari osilasi di sekitar posisi kesetimbangan dan lompatan yang relatif jarang dari satu posisi kesetimbangan ke posisi kesetimbangan lainnya; fluiditas cairan berhubungan dengan hal ini.

10. Cairan superkritis(SCF) adalah keadaan agregasi suatu zat di mana perbedaan antara fase cair dan gas menghilang. Zat apa pun yang suhu dan tekanannya melebihi titik kritisnya adalah fluida superkritis. Sifat-sifat suatu zat dalam keadaan superkritis merupakan perantara antara sifat-sifatnya dalam fasa gas dan cair. Jadi, SCF memiliki massa jenis yang tinggi, mendekati cairan, dan viskositas yang rendah, seperti gas. Koefisien difusi dalam hal ini mempunyai nilai perantara antara zat cair dan gas. Zat dalam keadaan superkritis dapat digunakan sebagai pengganti pelarut organik dalam proses laboratorium dan industri. Air superkritis dan karbon dioksida superkritis paling diminati dan tersebar luas karena sifat-sifat tertentu.
Salah satu sifat terpenting dari keadaan superkritis adalah kemampuannya untuk melarutkan zat. Dengan mengubah suhu atau tekanan fluida, Anda dapat mengubah sifat-sifatnya dalam rentang yang luas. Dengan demikian, dimungkinkan untuk memperoleh fluida yang sifat-sifatnya mendekati cairan atau gas. Dengan demikian, kemampuan melarutkan suatu cairan meningkat seiring dengan meningkatnya massa jenis (pada suhu konstan). Karena massa jenis meningkat seiring dengan meningkatnya tekanan, perubahan tekanan dapat mempengaruhi kemampuan melarutkan fluida (pada suhu konstan). Dalam hal suhu, ketergantungan sifat-sifat fluida agak lebih kompleks - pada kepadatan konstan, kemampuan melarutkan fluida juga meningkat, tetapi mendekati titik kritis, sedikit peningkatan suhu dapat menyebabkan penurunan tajam. dalam kepadatan, dan, karenanya, kemampuan melarutkan. Fluida superkritis bercampur satu sama lain tanpa batas, sehingga ketika titik kritis campuran tercapai, sistem akan selalu berfasa tunggal. Perkiraan suhu kritis campuran biner dapat dihitung sebagai rata-rata aritmatika dari parameter kritis zat Tc(campuran) = (fraksi mol A) x TcA + (fraksi mol B) x TcB.

11. Berbentuk gas- (Gaz Perancis, dari bahasa Yunani chaos - chaos), keadaan agregasi suatu zat di mana energi kinetik gerak termal partikelnya (molekul, atom, ion) secara signifikan melebihi energi potensial interaksi di antara mereka, dan oleh karena itu partikel-partikel bergerak bebas, mengisi secara seragam seluruh volume yang diberikan padanya tanpa adanya medan luar.

12. Plasma- (dari bahasa Yunani plasma - terpahat, berbentuk), keadaan materi yang merupakan gas terionisasi di mana konsentrasi muatan positif dan negatif sama (quasi-netralitas). Sebagian besar materi di alam semesta berada dalam bentuk plasma: bintang, nebula galaksi, dan medium antarbintang. Di dekat Bumi, plasma ada dalam bentuk angin matahari, magnetosfer, dan ionosfer. Plasma suhu tinggi (T ~ 106 - 108K) dari campuran deuterium dan tritium sedang dipelajari dengan tujuan menerapkan fusi termonuklir terkendali. Plasma suhu rendah (T Ј 105K) digunakan dalam berbagai perangkat pelepasan gas (laser gas, perangkat ion, generator MHD, plasmatron, mesin plasma, dll.), serta dalam teknologi (lihat Metalurgi plasma, Pengeboran plasma, Plasma teknologi).

13. Materi yang merosot— adalah tahap peralihan antara plasma dan neutronium. Ia diamati pada katai putih dan memainkan peran penting dalam evolusi bintang. Ketika atom terkena suhu dan tekanan yang sangat tinggi, atom kehilangan elektronnya (menjadi gas elektron). Dengan kata lain, mereka terionisasi seluruhnya (plasma). Tekanan gas tersebut (plasma) ditentukan oleh tekanan elektron. Jika kepadatannya sangat tinggi, semua partikel akan dipaksa mendekat satu sama lain. Elektron dapat berada dalam keadaan dengan energi tertentu, dan tidak ada dua elektron yang memiliki energi yang sama (kecuali spinnya berlawanan). Jadi, dalam gas padat, semua tingkat energi yang lebih rendah dipenuhi elektron. Gas seperti ini disebut degenerasi. Dalam keadaan ini, elektron menunjukkan tekanan elektron yang merosot, yang melawan gaya gravitasi.

14. Neutronium- keadaan agregasi yang dilalui materi pada tekanan sangat tinggi, yang masih belum dapat dicapai di laboratorium, tetapi ada di dalam bintang neutron. Selama transisi ke keadaan neutron, elektron suatu zat berinteraksi dengan proton dan berubah menjadi neutron. Akibatnya, materi dalam keadaan neutron seluruhnya terdiri dari neutron dan memiliki kepadatan setara nuklir. Suhu zat tidak boleh terlalu tinggi (dalam energi setara, tidak lebih dari seratus MeV).
Dengan peningkatan suhu yang kuat (ratusan MeV ke atas), berbagai meson mulai lahir dan musnah dalam keadaan neutron. Dengan peningkatan suhu lebih lanjut, terjadi pelepasan, dan zat tersebut masuk ke dalam keadaan plasma kuark-gluon. Ia tidak lagi terdiri dari hadron, tetapi quark dan gluon yang terus-menerus lahir dan menghilang.

15. Plasma kuark-gluon(kromoplasma) - keadaan agregasi materi dalam fisika energi tinggi dan fisika partikel elementer, di mana materi hadronik berpindah ke keadaan yang mirip dengan keadaan di mana elektron dan ion ditemukan dalam plasma biasa.
Biasanya, materi dalam hadron berada dalam keadaan tidak berwarna (“putih”). Artinya, quark dengan warna berbeda saling meniadakan. Keadaan serupa terjadi pada materi biasa - ketika semua atom netral secara listrik, yaitu,
muatan positif di dalamnya dikompensasi oleh muatan negatif. Pada suhu tinggi, ionisasi atom dapat terjadi, di mana muatan dipisahkan, dan zat tersebut, seperti yang mereka katakan, “kuasi-netral.” Artinya, seluruh awan materi secara keseluruhan tetap netral, namun masing-masing partikelnya tidak lagi netral. Tampaknya, hal yang sama juga dapat terjadi pada materi hadronik - pada energi yang sangat tinggi, warna dilepaskan dan menjadikan zat tersebut “tak berwarna”.
Agaknya, materi Alam Semesta berada dalam keadaan plasma kuark-gluon pada saat-saat pertama setelah Big Bang. Sekarang plasma quark-gluon dapat terbentuk dalam waktu singkat melalui tumbukan partikel berenergi sangat tinggi.
Plasma quark-gluon diproduksi secara eksperimental di akselerator RHIC di Laboratorium Nasional Brookhaven pada tahun 2005. Suhu plasma maksimum sebesar 4 triliun derajat Celcius diperoleh di sana pada bulan Februari 2010.

16. Zat aneh- keadaan agregasi di mana materi dikompresi hingga nilai kepadatan maksimum; materi dapat berbentuk “sup quark”. Satu sentimeter kubik materi dalam keadaan ini akan berbobot miliaran ton; selain itu, ia akan mengubah zat normal apa pun yang bersentuhan dengannya menjadi bentuk “aneh” yang sama dengan melepaskan sejumlah besar energi.
Energi yang dapat dilepaskan ketika inti bintang berubah menjadi "materi aneh" akan menyebabkan ledakan "quark nova" yang sangat dahsyat - dan, menurut Leahy dan Uyed, inilah yang diamati para astronom pada bulan September 2006.
Proses pembentukan zat ini dimulai dengan supernova biasa, yang berubah menjadi bintang masif. Akibat ledakan pertama, terbentuklah bintang neutron. Namun, menurut Leahy dan Uyed, ia tidak bertahan lama - karena rotasinya tampaknya diperlambat oleh medan magnetnya sendiri, ia mulai menyusut lebih jauh lagi, membentuk gumpalan “materi aneh”, yang menyebabkan keruntuhan yang merata. lebih kuat selama ledakan supernova biasa, pelepasan energi - dan lapisan luar materi bekas bintang neutron, terbang ke ruang sekitarnya dengan kecepatan mendekati kecepatan cahaya.

17. Zat yang sangat simetris- ini adalah zat yang dikompresi sedemikian rupa sehingga mikropartikel di dalamnya berlapis satu sama lain, dan tubuh itu sendiri runtuh ke dalam lubang hitam. Istilah "simetri" dijelaskan sebagai berikut: Mari kita ambil wujud agregat materi yang diketahui semua orang sejak sekolah - padat, cair, gas. Untuk lebih pastinya, mari kita anggap kristal ideal tak hingga sebagai benda padat. Ada yang tertentu, yang disebut simetri diskrit sehubungan dengan transfer. Ini berarti bahwa jika Anda memindahkan kisi kristal dengan jarak yang sama dengan interval antara dua atom, tidak ada yang berubah di dalamnya - kristal akan berhimpitan dengan dirinya sendiri. Jika kristal dicairkan, maka simetri cairan yang dihasilkan akan berbeda: akan bertambah. Dalam sebuah kristal, hanya titik-titik yang berjauhan satu sama lain pada jarak tertentu, yang disebut simpul kisi kristal, di mana atom-atom identik berada, yang setara.
Cairan itu homogen di seluruh volumenya, semua titiknya tidak dapat dibedakan satu sama lain. Ini berarti bahwa cairan dapat dipindahkan dengan jarak sembarang (dan bukan hanya beberapa jarak diskrit, seperti pada kristal) atau diputar dengan sudut sembarang (yang tidak dapat dilakukan pada kristal sama sekali) dan cairan akan berhimpitan dengan dirinya sendiri. Derajat simetrinya lebih tinggi. Gas bahkan lebih simetris: cairan menempati volume tertentu di dalam bejana dan terdapat asimetri di dalam bejana di mana terdapat cairan dan titik-titik di mana tidak ada cairan. Gas menempati seluruh volume yang diberikan padanya, dan dalam pengertian ini, semua titiknya tidak dapat dibedakan satu sama lain. Meski begitu, di sini lebih tepat jika kita berbicara bukan tentang titik, melainkan tentang unsur-unsur kecil, melainkan unsur makroskopis, karena pada tataran mikroskopis masih terdapat perbedaan. Di beberapa titik pada waktu tertentu terdapat atom atau molekul, sementara di titik lain tidak ada. Simetri hanya diamati secara rata-rata, baik pada beberapa parameter volume makroskopis atau seiring waktu.
Namun masih belum ada simetri instan pada tingkat mikroskopis. Jika suatu zat dikompresi dengan sangat kuat, hingga tekanan yang tidak dapat diterima dalam kehidupan sehari-hari, dikompresi sehingga atom-atomnya hancur, cangkangnya saling menembus, dan inti atom mulai bersentuhan, simetri muncul pada tingkat mikroskopis. Semua inti atom identik dan saling menempel, tidak hanya terdapat jarak antar atom, tetapi juga jarak antar inti, dan zat menjadi homogen (zat aneh).
Namun ada juga tingkat submikroskopis. Inti terdiri dari proton dan neutron yang bergerak di dalam inti. Ada juga jarak di antara mereka. Jika Anda terus menekan sehingga inti atom hancur, maka nukleon akan saling menekan dengan kuat. Kemudian, pada tingkat submikroskopis, akan muncul simetri yang tidak ada bahkan di dalam inti biasa.
Dari apa yang telah dikatakan, kita dapat melihat kecenderungan yang sangat pasti: semakin tinggi suhu dan semakin besar tekanan, semakin simetris zat tersebut. Berdasarkan pertimbangan tersebut, suatu zat yang dikompresi hingga maksimum disebut sangat simetris.

18. Materi yang simetris lemah- suatu keadaan yang sifat-sifatnya berlawanan dengan materi yang sangat simetris, terdapat di alam semesta awal pada suhu yang mendekati suhu Planck, mungkin 10-12 detik setelah Big Bang, ketika gaya kuat, lemah, dan elektromagnetik mewakili satu kekuatan super. Dalam keadaan ini, suatu zat dikompresi sedemikian rupa sehingga massanya berubah menjadi energi, yang mulai mengembang, yaitu mengembang tanpa batas. Energi untuk memperoleh kekuatan super secara eksperimental dan mentransfer materi ke fase ini dalam kondisi terestrial masih belum mungkin dicapai, meskipun upaya serupa telah dilakukan di Large Hadron Collider untuk mempelajari alam semesta awal. Karena tidak adanya interaksi gravitasi pada gaya super yang membentuk zat ini, gaya super tersebut tidak cukup simetris dibandingkan dengan gaya supersimetris yang memuat keempat jenis interaksi tersebut. Oleh karena itu, keadaan agregasi ini mendapat nama seperti itu.

19. Zat sinar- ini sebenarnya bukan lagi materi, melainkan energi dalam bentuknya yang murni. Namun, keadaan agregasi hipotetis inilah yang akan terjadi pada benda yang telah mencapai kecepatan cahaya. Hal ini juga dapat diperoleh dengan memanaskan benda hingga suhu Planck (1032K), yaitu mempercepat molekul suatu zat hingga kecepatan cahaya. Sebagai berikut dari teori relativitas, ketika kecepatan mencapai lebih dari 0,99 detik, massa benda mulai bertambah jauh lebih cepat dibandingkan dengan percepatan “normal”; selain itu, benda memanjang, memanas, yaitu mulai memancar dalam spektrum inframerah. Ketika melewati ambang batas 0,999 detik, tubuh berubah secara radikal dan memulai transisi fase cepat hingga ke keadaan sinar. Sebagai berikut dari rumus Einstein, secara keseluruhan, pertambahan massa zat akhir terdiri dari massa-massa yang dipisahkan dari benda dalam bentuk radiasi termal, sinar-X, optik, dan lainnya, yang energinya masing-masing dijelaskan oleh suku berikutnya dalam rumus. Jadi, benda yang mendekati kecepatan cahaya akan mulai memancarkan cahaya di semua spektrum, bertambah panjang dan melambat seiring waktu, menipis hingga panjang Planck, yaitu, setelah mencapai kecepatan c, benda akan berubah menjadi panjang tak terhingga dan berkas tipis, bergerak dengan kecepatan cahaya dan terdiri dari foton yang tidak memiliki panjang, dan massanya yang tak terhingga akan diubah seluruhnya menjadi energi. Oleh karena itu, zat tersebut disebut sinar.

Kuliah 4. Keadaan agregat materi

1. Keadaan padat materi.

2. Keadaan zat cair.

3. Keadaan materi berbentuk gas.

Zat dapat berada dalam tiga keadaan agregasi: padat, cair dan gas. Pada suhu yang sangat tinggi, sejenis keadaan gas muncul - plasma (keadaan plasma).

1. Keadaan materi padat dicirikan oleh fakta bahwa energi interaksi antar partikel lebih tinggi daripada energi kinetik pergerakannya. Sebagian besar zat dalam keadaan padat mempunyai struktur kristal. Setiap zat membentuk kristal dengan bentuk tertentu. Misalnya natrium klorida yang berbentuk kristal kubus, tawas berbentuk segi delapan, dan natrium nitrat berbentuk prisma.

Bentuk kristal suatu zat adalah yang paling stabil. Susunan partikel-partikel dalam zat padat digambarkan dalam bentuk kisi-kisi, yang pada titik-titik simpulnya terdapat partikel-partikel tertentu yang dihubungkan oleh garis-garis khayal. Ada empat jenis utama kisi kristal: atom, molekuler, ionik, dan logam.

Kisi kristal atom dibentuk oleh atom-atom netral yang dihubungkan melalui ikatan kovalen (berlian, grafit, silikon). Kisi kristal molekul memiliki naftalena, sukrosa, glukosa. Elemen struktural kisi ini adalah molekul polar dan nonpolar. Kisi kristal ionik dibentuk oleh ion bermuatan positif dan negatif (natrium klorida, kalium klorida) yang bergantian secara teratur dalam ruang. Semua logam memiliki kisi kristal logam. Node-nodenya mengandung ion bermuatan positif, di antaranya terdapat elektron dalam keadaan bebas.

Zat kristal memiliki sejumlah ciri. Salah satunya adalah anisotropi - ketidaksamaan sifat fisik suatu kristal dalam arah yang berbeda di dalam kristal.

2. Dalam keadaan cair, energi interaksi antarmolekul partikel sepadan dengan energi kinetik pergerakannya. Keadaan ini merupakan peralihan antara gas dan kristal. Tidak seperti gas, gaya tarik-menarik yang besar bekerja antara molekul-molekul cair, yang menentukan sifat gerak molekul. Gerak termal suatu molekul zat cair meliputi getaran dan translasi. Setiap molekul berosilasi di sekitar titik kesetimbangan tertentu selama beberapa waktu, kemudian bergerak dan kembali mengambil posisi setimbang. Ini menentukan fluiditasnya. Gaya tarik-menarik antarmolekul mencegah molekul-molekul bergerak menjauh satu sama lain ketika mereka bergerak.

Sifat-sifat zat cair juga bergantung pada volume molekul dan bentuk permukaannya. Jika molekul-molekul zat cair bersifat polar, maka molekul-molekul tersebut bergabung (berasosiasi) menjadi kompleks yang kompleks. Cairan seperti itu disebut terikat (air, aseton, alkohol). Οʜᴎ memiliki t kip yang lebih tinggi, volatilitas yang lebih rendah, dan konstanta dielektrik yang lebih tinggi.

Seperti yang Anda ketahui, zat cair memiliki tegangan permukaan. Tegangan permukaan- ϶ᴛᴏ energi permukaan per satuan permukaan: ϭ = E/S, dengan ϭ adalah tegangan permukaan; E – energi permukaan; S – luas permukaan. Semakin kuat ikatan antarmolekul suatu cairan, semakin besar tegangan permukaannya. Zat yang dapat menurunkan tegangan permukaan disebut surfaktan.

Sifat lain dari zat cair adalah viskositas. Viskositas adalah resistensi yang terjadi ketika beberapa lapisan cairan bergerak relatif terhadap lapisan lainnya saat bergerak. Beberapa cairan memiliki viskositas tinggi (madu, mala), sementara yang lain memiliki viskositas rendah (air, etil alkohol).

3. Dalam keadaan gas suatu zat, energi interaksi antarmolekul partikel lebih kecil daripada energi kinetiknya. Oleh karena itu, molekul-molekul gas tidak terikat satu sama lain, tetapi bergerak bebas dalam volumenya. Gas dicirikan oleh sifat-sifat berikut: 1) distribusi seragam di seluruh volume bejana di mana gas tersebut berada; 2) kepadatan rendah dibandingkan cairan dan padatan; 3) kompresibilitas mudah.

Dalam gas, molekul-molekul terletak pada jarak yang sangat jauh satu sama lain, gaya tarik-menarik di antara mereka kecil. Pada jarak yang jauh antar molekul, gaya-gaya ini praktis tidak ada. Gas dalam keadaan ini biasa disebut ideal. Gas nyata pada tekanan tinggi dan suhu rendah tidak mematuhi persamaan keadaan gas ideal (persamaan Mendeleev-Clapeyron), karena pada kondisi ini gaya interaksi antar molekul mulai muncul.