பொருட்களின் நிலை

பொருட்களின் நிலை என்பது ஒரு பொருள் காணப்படக்கூடிய பல்வேறு நிலைகளுள் ஒன்றைக் குறிக்கும். பொதுவாக இயற்பியலின்படி பொருட்கள் மூன்று நிலைகளில் இருக்கக்கூடும். அவை, திண்மம், நீர்மம், வளிமம் என்பன. திண்ம நிலையில் ஒரு பொருளின் கனவளவும், வடிவமும் மாறாமல் இருக்கும். நீர்ம நிலையில் கனவளவு மாறாமல் இருந்தாலும், வடிவம் அதைக் கொண்டிருக்கும் கொள்கலனின் வடிவத்தை எடுக்கும். வளிம நிலையில் பொருட்களுக்கு நிலையான கனவளவோ அல்லது வடிவமோ கிடையாது. கிடைக்கக்கூடிய இடம் முழுதும் இது பரந்து காணப்படும்.

அண்மைக் காலத்தில், பொருளொன்றின் நிலைகளுக்கு இடையேயான வேறுபாடுகள் மூலக்கூறுகளுக்கு இடையிலான தொடர்புகளின் அடிப்படையில் விளக்கப்படுகின்றன. இதன்படி திண்மம் என்பது மூலக்கூறுகளுக்கு இடையிலான கவர்ச்சி அவற்றை நிலையாக வைத்திருக்கும் ஒரு நிலை ஆகும். நீர்ம நிலையில் மூலக்கூறுகளுக்கு இடையிலான கவர்ச்சி அவற்றுக்கு இடையிலான தூரத்தை மாறாமல் வைத்திருந்தாலும், அவற்றை ஒரு நிலையான தொடர்பில் வைத்திருப்பதில்லை. வளிம நிலையில் மூலக்கூறுகளுக்கு இடையில் உள்ள கவர்ச்சி தனித்தனி மூலக்கூறுகளின் இயக்கத்தில் குறைவான தாக்கத்தையே கொண்டிருக்கும். மிக உயர்ந்த வெப்பநிலைகளில் உயர் அயனாக்கம் அடையும் வளிமங்களின் மூலக்கூறுகளுக்கு இடையிலான கவர்ச்சி விசைகளும் தள்ளுவிசைகளும் தனித்துவமான இயல்புகளை உருவாக்குகின்றன. இதனால், இந்நிலை பொருளின் நான்காம் நிலை எனக் கொள்ளப்படுகின்றது. இது பிளாசுமா நிலை எனப்படும். பிளாசுமா நிலையே இந்த அண்டத்தில் காணப்படும் கண்ணுக்குப்  புலனாகக் கூடிய மிகப்பெரிய பொருளின் நிலையாகும்..

பொருளின் நான்கு நிலைகள்

திண்மம்

திண்மம் என்பது பொருட்களின் நான்கு நிலைகளுள் ஒன்றாகும்.  அமைப்புரீதியான உறுதித்தன்மை மற்றும் வடிவம் மற்றும் கனஅளவு ஆகியவற்றில் மாற்றங்களுக்கு எளிதில் உட்படாத் தன்மை ஆகிய பண்புகளைப் பெற்றுள்ள நிலையாகும். ஒரு திரவத்தைப் போல கொள்கலனின் வடிவத்தைப் பெறக்கூடிய திரவத்தன்மையோ அல்லது ஒரு வாயுவைப் போல தனக்களிக்கப்பட்ட கன அளவு முழுமையையும் நிரப்பிக்கொள்ளும் விதத்தில் விரிவடையும் தன்மையோ திண்மத்திற்கு இல்லை. திண்மத்தில் உள்ள அணுக்களானது ஒன்றோடு ஒன்று இறுக்கமாகப் பிணைக்கப்பட்டிருக்கின்றன. ஒழுங்கான படிக வடிவமுடைய திண்மங்களில் ஒழுங்கான வடிவியல் மாதிரிகளைப் போன்றும் படிக வடிவமற்ற திண்மங்களில் ஒழுங்கற்ற விதத்திலும் நெருக்கமாகப் பிணைக்கப்பட்டிருக்கின்றன. 
படிக வடிவமுள்ள திண்மங்களில் துகள்கள் (அணுக்கள், மூலக்கூறுகள், அயனிகள்) ஒழுங்கமைக்கப்பட்ட நிலையிலும், மீண்டும், மீண்டும் வருகின்ற விதத்திலும் அமைக்கப்பட்டுள்ளன. ஒரே பொருளானது வெவ்வேறு படிக நிலைகளில் காணப்படலாம். உதாரணமாக, இரும்பானது 912 °C வெப்பநிலைக்கு கீழாக உள்ள போது பொருள் மைய கனச்சதுர நிலையிலும் (body centered cubic), 912 °C க்கும் 1394 °C க்கும் இடைப்பட்ட வெப்பநிலையில் இருக்கும் போது முகப்பு மைய கனச்சதுர நிலையிலும் (face centered cubic) காணப்படுகிறது.  வெவ்வேறு வெப்பநிலை மற்றும் அழுத்தங்களில், பனிக்கட்டியானது பதினைந்திற்கும் மேற்பட்ட படிக வடிவங்களை (அல்லது) திண்ம நிலைகளைக் கொண்டுள்ளது.

படிக வடிவமற்ற திண்மங்கள் திண்மங்களின் பொதுவான பண்புகளில் பலவற்றைக் கொண்டுள்ளன. அவை உறுதியான, கடினமான மற்றும் குறிப்பிட்ட வடிவத்தைக் கொண்டவையாக உள்ளன. ஆனால், இவற்றின் உருவாக்கத்திற்குக் காரணமான துகள்கள் ஒழுங்கான வரிசையில் அமைக்கப்பட்டிருப்பதில்லை.  நிலக்கரி, அதிக மூலக்கூறு நிறையுள்ள தொகுப்பு முறை பலபடிகள் மற்றும் உருகிய சிலிகா கண்ணாடி ஆகியவை படிக வடிவமற்ற திண்மங்களுக்கான எடுத்துக்காட்டுகளாகும்.

திண்மங்கள் உருகுதல் மூலமாக திரவங்களாகவும், திரவங்கள் உறைதல் மூலமாக திண்மங்களாகவும் மாற்றப்படலாம். திண்மங்கள் திரவங்களாக மாறாமலே நேரடியாக வாயு நிலைமைக்கு மாறும் நிகழ்வானது பதங்கமாதல் எனப்படுகிறது.

திரவம்

திரவ நிலை என்பது வாயு நிலையில் உள்ள மூலக்கூறுகளின் முழுமையான கட்டற்ற தன்மை மற்றும் படிக வடிவத் திண்மங்களில் திண்ம நிலையில் உள்ள மூலக்கூறுகளின் ஒழுங்கமைவு ஆகியவற்றுக்கு இடைப்பட்ட நிலையாகும். திரவங்கள், அழுத்தத்தைச் சாராது கொள்கலனின் வடிவத்தைப் பெற்றவையாகவும், தோராயமாக மாறாத கன அளவைப் பெற்றதாகவும் காணப்படும். வெப்பநிலை மற்றும் அழுத்தம் மாறாத நிலையில் திரவத்தின் கன அளவானது மாறாததாகும். ஒரு திண்மப்பொருளின் மும்மைப்புள்ளியில் உள்ளதைக் காட்டிலும் அதிகமான அழுத்தத்தில், திண்மமானது அதன் உருகுநிலையைக் காட்டிலும் அதிகமான வெப்பநிலைக்கு வெப்பப்படுத்தப்பட்டால் திரவ நிலையை அடையும். பொதுவாக ஒரு பொருள் திரவ நிலையில் இருக்கும் போது திண்ம நிலையில் உள்ளதைக் காட்டிலும் அதிகமான கன அளவைப் பெற்றிருக்கும். இந்த பொதுமைக் கருத்துக்கு மிகவும் புகழ்பெற்ற ஒரு விதிவிலக்கு நீர் ஆகும். எந்த ஒரு உயர் வெப்பநிலையில் ஒரு திரவமானது தொடர்ந்து தன் நிலையில் நீடித்திருக்க முடியுமோ, அதாவது அந்த வெப்பநிலையைத் தாண்டினால் திரவ நிலை நீடித்திருக்க இயலாதோ அந்த வெப்பநிலையே நிலைமாறு வெப்பநிலை என அழைக்கப்படுகிறது.

வளிமம்

வாயு அல்லது வளிம நிலை என்பது பருப்பொருளின் நீா்ம மற்றும் பிளாசுமா நிலைகளுக்கு இடைப்பட்ட நிலையாகும். .பெரும்பான்மையான வாயுக்கள் நேரடியாக உற்றுநோக்க சிரமமானவையாக இருப்பதால், நான்கு பேரியலான அல்லது கட்புலனாகத்தக்க பண்புகளான அழுத்தம், கன அளவு, துகள்களின் எண்ணிக்கை(மோல்) மற்றும் வெப்பநிலை ஆகியவற்றின் வழியாக வாயுக்கள் விவரிக்கப்படுகின்றன. வாயுக்களின் பொதுவான பண்புகள் பின்வருமாறு
 வாயுக்கள் முடிவில்லா அளவுக்கு விரிவடைந்து அவை அடைக்கப்படும் கொள்கலன் எவ்வளவு பெரியதாயினும் அதை நிரப்பும் அளவுக்கு விரிவடைகின்றன.
 வாயுக்கள் எளிதில் அழுத்தத்திற்கு உட்படுத்தப்படுபவை.
 வாயுக்கள் மற்ற வாயுக்களுடன் எளிதில் ஒன்றோடு ஒன்று கலக்கும் இயல்புடையவனவாகவும், வெற்றிடத்தில் எளிதில் விரவும் தன்மை உடையனவாகவும் உள்ளன.
 துாய்மையான வாயுக்கள் அல்லது அவற்றின் கலவைகள் ஒருபடித்தான தன்மை பெற்றவையாக உள்ளன.
 வாயுக்களானவை திண்மங்கள் மற்றும் திரவங்களோடு ஒப்பிடும் போது மிகவும் குறைவான அடர்த்தியைக் கொண்டுள்ளன.
 வாயுக்கள் தான் அடைக்கப்பட்டுள்ள கொள்கலத்தின் சுவா்கள் மீது அழுத்தத்தை ஏற்படுத்துகின்றன. வெப்பநிலை அதிகரிக்கும் போது அழுத்தமும் அதிகரிக்கும்.

பிளாசுமா

பிளாசுமா (மின்மக் கலவை) என்பது இயற்பியல், வேதியியல் ஆகிய துறைகளின்படி பொருளொன்றின், திண்மம், நீர்மம் (திரவம்), வளிமம்(வாயு) ஆகிய மூன்று இயல்பான தனி நிலைகளுக்குப் (phase) புறம்பாகவுள்ள நான்காவது ஒரு தனி நிலையாகும். இதனை (மின்மமாக்கப்பட்ட) அயனாக்கம் அடைந்த வளிம நிலை எனலாம்.
ஒரு வாயு போல, பிளாசுமாவிற்கு குறிப்பிட்ட வடிவம் அல்லது கன அளவு இல்லை. வாயுக்கள் போலல்லாமல், பிளாசுமாக்கள் மின்னோட்டத்தை தன் வழியே அனுமதித்தல், காந்தப் புலங்கள் மற்றும் மின்னோட்டங்களை உருவாக்குகின்றன, மேலும் மின்காந்த விசைகளுக்கு வலுவாக எதிர்வினையாற்றுகின்றன. உலோகத்தில் இருப்பதைப் போலவே, சுதந்திரமாக-நகரும் தனித்து விடப்பட்ட எலக்ட்ரான்களின் "கடலில்" நேர்மின் சுமையை உடைய அணுக்கருக்கள் நீந்திச்செல்கின்றன. உண்மையில் இந்த எலக்ட்ரான் "கடல்" தான் பிளாசுமா நிலையில் உள்ள  பொருளை மின்சாரத்தைக் கடத்த அனுமதிக்கிறது. பிளாசுமா நிலை என்பது அடிக்கடி தவறாகப் புரிந்து கொள்ளப்பட்ட ஒன்றாக உள்ளது. உண்மையில் இது புவியின் மீது மிகச்சாதாரணமாகவும், பொதுவாகவும் காணக்கூடிய நிலையே ஆகும். மிகப் பெரும்பான்மையான மக்கள் தாங்கள் காண்பது பிளாசுமா நிலையிலுள்ள பொருட்களைத்தான் என்பதை அறியாமலேயே பார்த்துக் கொண்டுள்ளனா். மின்னல், மின்சாதனங்களில் ஏற்படும் தீப்பொறிகள், நியான் விளக்குகள், பிளாசுமா தொலைக்காட்சிகள், உறிஞ்சி ஒளி விடுகின்ற விளக்குகள் (fluorescent lamp), சில வகைச் சுடர்கள் மற்றும் நட்சத்திரங்கள் ஆகியவை பிளாசுமா நிலையிலுள்ள ஒளியூட்டப்பட்ட பொருட்களேயாகும். 
ஒரு வாயுவானது இரண்டு வளிகளில் பிளாசுமா நிலைக்கு மாற்றம் செய்யப்படுகிறது. இரண்டு புள்ளிகளுக்கு இடையில் ஏற்படுத்தப்படும் உயர் மின்னழுத்த வேறுபாட்டின் காரணமாகவும், வாயுவானது மீ உயர் வெப்பநிலைக்கு வெப்பப்படுத்துவதன் காரணமாகவும் வாயுவானது பிளாசுமா  நிலைக்கு மாறுகிறது.

பொருட்களின் நிலை மாற்றம்

                                 
                                     இந்தப்படம் பொருளின் நிலை மாற்றத்தைப் பற்றி விளக்குகிறது
ஒரு பொருளின் நிலையானது நிலை மாற்றங்கள் மூலமாகவும் அடையாளப்படுத்தப்படுகிறது. நிலை மாற்றமானது அமைப்பில் ஏற்படும் மாற்றத்தைக் குறிக்கிறது. மேலும், பொருளின் பண்புகளில் ஏற்படும் திடீர் மாற்றத்தின் மூலமாக நிலை மாற்றம் நடந்துள்ளது அங்கீகரிக்கப்படுகிறது. பொருளொன்றின் மாறுபட்ட நிலை, அதன் பல்வேறு நிலைப்பண்புகளால் வரையறுக்கப்படும் போது பொருளின் வேறு ஒரு நிலையானது மற்றுமொரு நிலைப்பண்புகளால் வரையறுக்கப்படலாம். நீர் பல தனித்துவமான திடமான நிலைகளைக் கொண்டுள்ளதாக கூறப்படுகிறது. மிகைக்கடத்துதிறனின் உருவாக்கம் நிலை மாற்றத்தோடு தொடர்புடையது. இதேபோல், ஃபெரோகாந்தத்தன்மை நிலையும் நிலை மாற்றங்கள் மூலம் வரையறுக்கப்படுகின்றன. நிலைமாற்றம் படிப்படியாக நிகழும் போது இடைநிலை படிநிலைகளானவை மெசோநிலைகள் என்று அழைக்கப்படுகின்றன. அத்தகைய நிலைகள் திரவ படிக தொழில்நுட்பத்தை அறிமுகப்படுத்துவதன் மூலம் பயன்படுத்திக்கொள்ளப்படுகிறது..பொருளொன்றின் நிலையானது வெப்பநிலை, அழுத்தம் ஆகியவற்றைப் பொறுத்து மாறக்கூடும். வெப்பநிலை மற்றும் அழுத்தம் ஆகியவை பொருளொன்றின் எந்த ஒரு நிலைக்கு சாதகமாக அமையுமோ அந்த நிலையில் பொருளானது மாறக்கூடும். உதாரணமாக, வெப்பநிலையானது அதிகரிக்க. அதிகரிக்க, பொருளானது திட நிலையிலிருந்து திரவ நிலைக்கு மாறும் நிலை ஏற்படுகிறது. தனி வெப்பநிலையானது சுழியாக இருக்கும் போது, ஒரு பொருளானது திட நிலையில் இருக்கிறது. ஒரு பொருளானது தொடர்ந்து வெப்பப்படுத்தப்படும் போது, உருகுநிலையை அடையும் போது திரவமாகவும், கொதிநிலையை அடையும் போது வாயுவாகவும், இன்னும் அதிக வெப்பநிலைக்கு செல்லும் போது பிளாசுமா நிலையையும் (எலெக்ட்ரான்கள் கிளர்வுற்று தாய் அணுக்களிலிருந்து வெளியேறிச் செல்லும்) அடையும்.

மரபுசாரா நிலைகள் (Non-Classical States)

கண்ணாடி

கண்ணாடியானது ஒரு படிக வடிவமற்ற திண்மம் ஆகும். கண்ணாடியை திரவ நிலையை நோக்கி வெப்பப்படுத்தும் போது ஒரு இடைநிலைப்பொருளாக கண்ணாடி கிடைக்கிறது. கண்ணாடியானது முற்றிலும் வேறுபட்ட வகைப்பாடுகளுடைய பொருட்களிலிருந்து உருவாக்கப்படுகின்றது. கனிம வலைப்பின்னலுக்குள்ளான (சிலிகேட்டுகள் மற்றும் சன்னல் கண்ணாடி போன்ற) சேர்மங்கள், உலோகக் கலவைகள், நீா்மக் கரைசல்கள், மூலக்கூறு நிலையிலுள்ள நீா்மங்கள் மற்றும் பலபடிகள் ஆகிய வெவ்வேறு வகைப்பாடுடைய பொருட்கள் கண்ணாடி தயாரிப்பதற்கான மூலப்பொருட்களாகின்றன. கண்ணாடியானது அதன் படிக வடிவமுள்ள சேர்மத்தோடு ஒப்பிடும் போது வெப்ப இயக்கவியல் கொள்கைகளின் அடிப்படையில் நடுநிலையான நிலைப்புத்தன்மையுடைய பொருளாக இருக்கிறது.

குறைபாடுடைய படிகங்கள்
பிளாசுடிக் படிகமானது நீண்ட தொடர் வரிசையில் ஒழுங்காக வடிவமைக்கப்பட்ட மற்றும் கட்டின்மையின் சுழற்சி அளவுகள் கொண்ட மூலக்கூறுகளை உடைய மூலக்கூறு நிலைப் படிகமாகும்.

திரவ படிகங்கள்(Liquid crystals)
'திரவ படிகங்களானவை திண்ம படிகங்கள் மற்றும் அவற்றின் மரபுரீதியான திரவங்கள் இவற்றுக்கிடையேயான பண்புகளைப் பெற்றுள்ள பொருளின் நிலையாகும். உதாரணமாக, ஒரு திரவ படிகமானது ஒரு திரவத்தைப்போன்று நகரும் தன்மையைக் கொண்டதாகவும், படிகத்தைப் போன்ற அமைப்பைக் கொண்டதாகவும் இருக்கும். பல்வேறு வகையான திரவ படிக நிலைப் பொருட்கள் காணப்படுகின்றன. இவை அவற்றின் இரட்டை ஒளிப்பிரிகை போன்ற ஒளியியல் பண்புகளைக் கொண்டு வேறுபடுத்தி அறியப்படலாம்.  ஒரு தளமுனைவுக்குட்படுத்தப்பட்ட ஒளி மூலத்தைக் கொண்டு நுண்ணோக்கியைப் பயன்படுத்தி பார்க்கும் போது வெவ்வேறு விதமான திரவ படிகங்களானவை வெவ்வேறு விதமான இழையமைப்பைக் கொண்டுள்ளதைப் பார்க்க இயலும்.

மேற்கோள் நுால்கள்

இயற்பியல்
திண்மப்பொருள் இயற்பியல்