¿Cuál es el estado de la materia?
El estado físico se refiere al estado relativamente estable de la materia bajo ciertas condiciones. Según la visión tradicional y clásica, la materia tiene tres estados: sólido, líquido y gaseoso. Cuando los átomos o moléculas que componen una sustancia solo pueden vibrar ligeramente alrededor de sus posiciones de equilibrio debido a las limitaciones de las fuerzas de interacción, aparece como un estado sólido. El sólido puede mantener un cierto volumen y forma bajo ciertas condiciones; Los átomos se mueven relativamente rápido. Violento, por lo que no tiene una posición de equilibrio fija y puede desplazarse a largas distancias, pero no se dispersa muy lejos. Se comporta como un líquido. El líquido puede mantener un cierto volumen en determinadas condiciones, pero no puede. mantener su forma. La forma del líquido se determina acomodándolo. Depende del recipiente si no solo desaparece la posición de equilibrio de las moléculas o átomos, sino que también pueden moverse libremente en el espacio y dispersarse entre sí; aparecerá como un gas.
2. Propuesta de materia condensada
De hecho, muchas veces no existe una frontera estricta entre los estados sólido y líquido. Los sólidos se dividen en cristalinos y amorfos. Los cristales tienen un punto de fusión definido; los cristales amorfos no tienen un punto de fusión definido, pero tienen un rango de temperatura en el que se ablandan de sólido a líquido (llamado temperatura de reblandecimiento). Cuando una sustancia amorfa se encuentra dentro de su rango de temperatura de ablandamiento, es imposible decir si la sustancia se encuentra en estado sólido o líquido.
Además, el coloide también es un estado intermedio entre sólido y líquido.
El fluido electrorreológico es una suspensión en condiciones normales, que puede sufrir una transición líquido-sólido bajo la acción de un campo eléctrico. Cuando la intensidad del campo eléctrico aplicado es mucho menor que un cierto valor crítico, el fluido electrorreológico se encuentra en estado líquido; cuando la intensidad del campo eléctrico es mucho mayor que este valor crítico, pasa a un estado sólido cercano al valor crítico del eléctrico; intensidad del campo, la viscosidad de la suspensión La histéresis aumenta con el aumento de la intensidad del campo eléctrico y es difícil saber si está en estado líquido o sólido.
Los sólidos se dividen en sólidos cristalinos y amorfos. La razón básica de las diferentes características de los cristales y los sólidos amorfos es el orden o desorden de la disposición espacial de los átomos y moléculas que forman el material. La transformación de los estados sólido, líquido y gaseoso de sustancias comunes es el cambio de orden-desorden en la disposición espacial de los átomos y moléculas que la componen.
En el estado gaseoso, la posición espacial de las moléculas es completamente aleatoria, y las moléculas pueden moverse libremente en el espacio. Este es un estado muy desordenado.
La estructura cristalina está ordenada de largo alcance, es decir, los átomos que componen el cristal están dispuestos de forma regular y periódica a lo largo del espacio (o al menos dentro de un rango macroscópico de larga distancia). puede considerarse como una pequeña unidad: una repetición periódica de células.
Los cristales amorfos son desordenados de largo alcance y ordenados de corto alcance, es decir, dentro de un rango macroscópico en los cristales amorfos, la disposición espacial de los átomos es irregular, pero en cada zona local, dentro de unas pocas. Dentro de la distancia entre átomos o entre una docena de átomos, a menudo todavía existe un cierto grado de disposición regular. En los líquidos, la disposición espacial de los átomos también es desordenada de largo alcance y ordenada de corto alcance.
Aunque los átomos de los sólidos amorfos están fijos cerca de un cierto punto en el espacio, y los átomos de los líquidos pueden desplazarse, los líquidos y los sólidos amorfos siguen siendo muy similares, por eso la gente a veces llama a los sólidos amorfos líquido sobreenfriado. . Si se pudiera obtener una imagen instantánea de la disposición atómica en un cristal amorfo, sería igual a la imagen instantánea obtenida en un líquido. Por tanto, estas dos sustancias pueden describirse mediante la misma forma matemática.
Entonces, desde la perspectiva del orden-desorden de la estructura material, los sólidos amorfos deben clasificarse en la misma categoría que los líquidos. Los cristales y los materiales amorfos son dos tipos de sustancias con propiedades completamente diferentes. Los cristales líquidos pueden fluir y parecer sustancias líquidas; sin embargo, la disposición espacial de las moléculas de los cristales líquidos tiene un orden de largo alcance, lo que hace que los cristales líquidos tengan ciertas características de cristales, por lo que los cristales líquidos no pueden clasificarse simplemente como líquidos o sólidos. De hecho, la fase de cristal líquido es una fase intermedia en el proceso de transformación de una determinada sustancia de una fase sólida a una fase líquida o de una fase líquida a una fase sólida.
En resumen, no es muy exacto ni científico dividir los estados de la materia en estado sólido y líquido. Por eso también se clasificaron los estados sólidos, líquidos y diversos estados intermedios, así como estados cuánticos especiales que sólo existen a bajas temperaturas (como el estado superfluido, el condensado de Bose-Einstein).
, que también incluye estados gaseosos densos, se denominan colectivamente estados condensados de la materia. El estado gaseoso de la materia se refiere específicamente al estado de la materia de los gases enrarecidos. La diferencia básica entre materia condensada y estado gaseoso es: existe interacción entre partículas (átomos, iones, moléculas) en la materia condensada; la interacción entre moléculas de materia gaseosa es muy pequeña y puede ignorarse aproximadamente;
3. Plasma y estados supersólidos
Los estados gaseosos y condensados no incluyen completamente todos los estados de la materia. Algunas personas han sugerido que además de esto se deben agregar el plasma y los estados supersólidos. Estos dos estados de la materia son el estado supersólido.
Cuando la energía de las moléculas de gas aumenta aún más y el movimiento molecular se vuelve más intenso, las moléculas de gas se ionizan altamente en un grupo mixto de iones positivos y electrones. Este estado se llama plasma. La definición estricta de plasma es: un estado de la materia que contiene un número suficiente de partículas cargadas libres, tiene una gran conductividad eléctrica y cuyo movimiento está dominado principalmente por la fuerza electromagnética. El plasma está compuesto de iones cargados positivamente, electrones cargados negativamente y posiblemente algunos átomos y moléculas neutros. Las partículas se mueven largas distancias en el espacio entre dos colisiones y sus posiciones espaciales son completamente aleatorias.
Cuando la presión supera los 1024 bar y la densidad supera los 1011-1012 g/cm3, la estructura atómica se destruye y las capas de electrones en la periferia de los átomos quedan comprimidas en el ámbito del núcleo atómico. El estado se llama estado supersólido. Los estados supersólidos se pueden dividir en estados de neutrones y agujeros negros con propiedades completamente diferentes. Se ha observado la existencia de estos dos estados físicos en el universo.
Cuando los electrones extranucleares se comprimen dentro del núcleo y se combinan con los protones del núcleo para formar neutrones, el material forma un estado de gas de neutrones degenerado, que se denomina estado de neutrones. Un púlsar es un cuerpo celeste que emite radiación de pulso electromagnético de período corto. Se han descubierto cientos de púlsares en el universo. En general, se cree que son estrellas de neutrones en rotación y el estado físico de una estrella de neutrones es el estado de neutrones.
Una estrella con una masa original de 4-8 masas solares sufrirá un colapso gravitacional y formará un estado degenerado de gas de neutrones cuando su combustible interno se agote y la reacción nuclear se detenga durante el proceso de evolución. El gas de neutrones degenerado puede alcanzar el equilibrio con la contracción gravitacional y entonces se formará una estrella de neutrones. Una "explosión" ocurre durante el colapso de una estrella para formar una estrella de neutrones. Cuando se contrae violentamente, se libera una enorme energía potencial gravitacional, que arranca la capa exterior de la estrella y expulsa una gran cantidad de material al espacio interestelar. Se trata de la llamada "explosión de supernova". Si la masa del núcleo restante después de la explosión es de aproximadamente 1,4-2 masas solares, se formará una estrella de neutrones; si la masa del núcleo central colapsado excede 2 veces la masa del Sol, puede convertirse en un agujero negro.
La densidad de un agujero negro es mucho mayor que la de una estrella de neutrones. La gravedad dentro de un agujero negro es tan fuerte que ninguna materia (incluida la luz) puede escapar de él, pero la materia del exterior sí. ser absorbido por él. Por lo tanto, la radiación del interior del agujero negro no se puede observar, pero el agujero negro aún tiene una interacción gravitacional con el mundo exterior, y la existencia del agujero negro se puede detectar a través del campo gravitacional.
IV.Nueva afirmación: la materia tiene seis estados
Cuando el plasma está completamente ionizado, los electrones fuera del núcleo se eliminan por completo, formando un grupo mixto de núcleos y electrones. En este momento, si la energía del plasma continúa aumentando, puede causar que el núcleo atómico se divida en partículas (elementales) y forme otro estado de la materia. La materia forma un estado gaseoso de partículas compuesto de partículas, que se denomina estado de partículas.
Las ondas electromagnéticas en el vacío, también conocidas como gas fotónico, son una sustancia común en la naturaleza, y su estado físico debería pertenecer al estado de partícula. Además, es difícil ver los estados de las partículas en la naturaleza, pero es posible crear estados de partículas en un rango pequeño y en un corto período de tiempo en el laboratorio. Por ejemplo, la disociación e ionización completa de las moléculas de hidrógeno en una bola de gas hidrógeno formará un estado de partícula compuesto de protones y electrones.
El estado físico en el siguiente nivel por debajo del estado de partículas debería ser un estado en el que las partículas se descompongan en quarks para formar un gas de quarks, que se denomina estado de quarks. Dado que en los experimentos no se han encontrado quarks libres, la existencia de estados de quarks aún no se ha confirmado experimentalmente.