Moddaning agregat holatlari

Moddaning agregat holati moddiyat mavjud bo'lishi mumkin boʻlgan aniq shakllardan biridir. Kundalik hayotda moddalarning to'rtta agregat holatini kuzatish mumkin: qattiq, suyuq, gaz va plazma. Ma'lumki, suyuq kristall kabi ko'plab oraliq holatlar mavjud va ba'zi holatlar faqat ekstremal sharoitlarda mavjud bo'ladi, masalan, Bose-Eynshteyn kondensatlari (qattiq sovuqda), neytron-degenerativ materiya (o'ta zichlikda) va kvark-glyuon plazmasi (juda yuqori energiyada). Moddaning barcha ekzotik holatlarining to'liq ro'yxati uchun moddaning agregat holatlari ro'yxatiga qarang.

Tarixiy jihatdan, farqlanish xususiyatlardagi sifat farqlari asosida amalga oshiriladi. Qattiq holatda modda o'zgarmas hajmni (harorat yoki havo bosimining o'zgarmasligini nazarda tutgan holda) va shaklni saqlab turadi, tarkibiy zarrachalar (atomlar, molekulalar yoki ionlar) bir-biriga yaqin va o'z o'rniga joylashgan bo’ladi. Suyuq holatda boʻlgan modda o'zgarmas hajmni saqlaydi (harorat yoki havo bosimining o'zgarmasligini hisobga olsak), lekin u idishga mos keladigan o'zgaruvchan shaklga ega. Uning zarralari hali ham bir-biriga yaqin, lekin erkin harakatlanadi. Gaz holatidagi modda ham o'zgaruvchan hajmga, ham shaklga ega bo'lib, ikkalasini ham o'z idishiga moslashtiradi. Gazlarning zarralari bir-biriga yaqin bo’lmaydi va doimiy harakatda bo’lganligi uchun doimiy joylashuvga ega emas. Neytral atomlardan tashkil topgan plazma holatidagi modda o'zgaruvchan hajm va shaklga ega, shuningdek, erkin harakatlana oladigan sezilarli miqdordagi ionlar va elektronlarni o'z ichiga oladi.

"Faza" atamasi ba'zan modda agregat holatining sinonimi sifatida ishlatiladi, lekin bitta birikma  bir xil agregat holatida boʻlgan turli xil fazalarini hosil qilishi mumkin. Masalan, muz suvning qattiq holatidir, lekin turli xil bosim va haroratlarda hosil boʻlgan turli xil kristalli tuzilmalarga ega muzning bir necha fazalari mavjud.

Moddalarning to'rt asosiy agregat holatlari

Qattiq jism

Qattiq jismda tarkibiy zarralar (ionlar, atomlar yoki molekulalar) bir-biriga yaqin joylashgan. Zarrachalar orasidagi kuchlar shunchalik kuchliki, zarralar erkin harakatlana olmaydi, faqat tebranadi. Natijada, qattiq jism barqaror, aniq shakl va aniq hajmga ega. Qattiq jismlar o'z shakllarini faqat tashqi kuchlar ta'sirida o'zgartirishi mumkin, masalan, singanda yoki kesilganda.
Kristalli qattiq jismlarda zarrachalar (atomlar, molekulalar yoki ionlar) muntazam ravishda tartiblangan bo’ladi va takrorlanuvchi holatda o'raladi. Turli xil kristall tuzilmalar mavjud va bir xil modda bir nechta tuzilishga (yoki qattiq fazaga) ega bo'lishi mumkin. Masalan, temir 912 °C (1,674 °F) dan past haroratlarda tanaga yo'naltirilgan kubik tuzilishiga va 912 °C dan 1,394 °C (2,541 °F) gacha boʻlganda yuzga markazlashtirilgan kub tuzilishiga ega. Muz turli harorat va bosimlarda mavjud boʻlgan o'n beshta kristalli tuzilishga yoki o'n besh qattiq fazaga ega.
Qattiq moddalarni eritish orqali suyuqliklarga, muzlatish orqali esa suyuqliklarni qattiq moddalarga aylantirish mumkin. Qattiq moddalar sublimatsiya jarayoni orqali to'g'ridan-to'g'ri gazlarga aylanishi mumkin va gazlar ham depozitsiya hodisasi orqali to'g'ridan-to'g'ri qattiq moddalarga aylanishi mumkin.

Suyuqliklar

Suyuqlik idishning shakliga mos keladigan, lekin bosimga bog'liq bo'lmagan doimiy hajmni saqlaydigan deyarli siqilmaydigan agregat holatdir. Harorat va bosim doimiy bo'lsa, hajm aniq bo'ladi. Qattiq jism erish nuqtasidan yuqori qizdirilganda, u suyuqlikka aylanadi. Molekulalararo (yoki atomlararo yoki ionlararo) kuchlar hali ham muhim, ammo molekulalar bir-biriga nisbatan harakat qilish uchun yetarli energiyaga ega va shu sababdan struktura harakatchan holatda bo’ladi. Bu shuni anglatadiki, suyuqlikning shakli hajmi bilan emas, balki uning idishi bilan belgilanadi. Suyuqlikning hajmi odatda o’zi mos keladigan qattiq moddanikidan kattaroqdir, eng yaxshi ma'lum boʻlgan istisno suv, H2O. Berilgan suyuqlik mavjud bo'lishi mumkin boʻlgan eng yuqori harorat uning kritik haroratidir.

Gazlar

Gaz siqish mumkin bo’lgan yagona moddaning agregat holatidir. Gazlar nafaqat idishning shakliga mos keladi, balki idishni to'ldirish uchun kengayadi ham.
Gazda molekulalar yetarli kinetik energiyaga ega bo'lib, molekulalararo kuchlarning ta'siri kichik (yoki ideal gaz uchun nolga teng) va qo'shni molekulalar orasidagi odatiy masofa molekulalarning diametridan ancha katta. Gazning aniq shakli yoki hajmi yo'q, lekin u yopilgan butun idishni egallaydi. Suyuqlikni doimiy bosimda qaynash nuqtasigacha qizdirish yoki doimiy haroratda bosimni pasaytirish orqali gazga aylantirish mumkin.
Kritik haroratdan past haroratlarda gaz bug'deb ham ataladi va uni sovutmasdan faqat siqish orqali suyultirish mumkin. Bug' suyuqlik (yoki qattiq modda) bilan muvozanatda bo'lishi mumkin, bu holda gaz bosimi suyuqlikning (yoki qattiq moddaning) bug' bosimiga teng bo'ladi.
Superkritik suyuqlik (SCF) - bu harorati va bosimi mos ravishda kritik harorat va kritik bosimdan yuqori boʻlgan gaz. Bu holatda suyuqlik va gaz o'rtasidagi farq yo'qoladi. Superkritik suyuqlik gazning fizik xususiyatlariga ega, ammo uning yuqori zichligi ba'zi hollarda erituvchi xususiyatlarini beradi, bu esa ishlab chiqarish sohasida foydali. Masalan, o'ta kritik karbonat angidrid kofeinsiz qahva ishlab chiqarishda kofeinni ajratib olish uchun ishlatiladi.

Plazma

Gaz odatda ikkita usuldan birida: ikkita nuqta orasidagi katta kuchlanishdan yoki juda yuqori haroratga ta'sir qildirish orqali plazmaga aylanadi. Moddani yuqori haroratgacha qizdirish elektronlarning atomlarni tark etishiga olib keladi, natijada erkin elektronlar hosil bo’ladi. Bu qisman ionlangan plazmani hosil qiladi. Juda yuqori haroratlarda, masalan, yulduzlarda mavjud boʻlgan haroratlarda, barcha elektronlar "erkin" deb taxmin qilinadi va elektronlar dengizida suzuvchi yadrolar yuqori energiyali plazmaning asosidir. Ushbu hodisa to’liq ionlangan plazmani hosil qiladi.
Plazma holati ko'pincha noto'g'ri tushuniladi va yer yuzida oddiy sharoitlarda erkin mavjud bo'lmasa ham, u odatda chaqmoq, elektr uchqunlari, lyuminestsent chiroqlar, neon chiroqlar yoki plazma televizorlarida hosil bo'ladi. Quyosh toji, olovning ayrim turlari va yulduzlar plazma holatidagi yoritilgan materiyaga misoldir. Plazma to'rtta asosiy holatning eng keng tarqalganidir, chunki koinotdagi barcha oddiy moddalarning 99% plazma, chunki u barcha yulduzlarni tashkil qiladi.

Fazali o'zgarishlar (Agregat holatlarning almashinuvi)

Moddaning holati agregatning o’zgarishi bilan ham tavsiflanadi. Fazali o’tish (agregat holatning o’zgarishi) strukturaning o'zgarishini ko'rsatadi va xususiyatlarning keskin o'zgarishi bilan tanib olinishi mumkin. Suvni bir necha aniq qattiq holatga ega deyish mumkin. Supero'tkazuvchanlikning ko'rinishi fazali o'tish bilan bog'liq, shuning uchun super o'tkazuvchan holatlar mavjud. Xuddi shunday, ferromagnit holatlar fazaviy o'tishlar bilan chegaralanadi va o'ziga xos xususiyatlarga ega. Holatning o'zgarishi bosqichlarda sodir boʻlganda, oraliq bosqichlar mezofazalar deb ataladi. Bunday fazalardan suyuq kristall texnologiyasini joriy etish orqali foydalanilgan.

Berilgan modda to'plamining holati yoki fazasi bosim va harorat sharoitlariga qarab o'zgarishi mumkin, boshqa fazalarga o'tadi, chunki bu sharoitlar ularning mavjudligiga yordam beradi; masalan, haroratning oshishi bilan qattiq jismning suyuqlikka o'tishi. Mutlaq nolga yaqin modda qattiq jism sifatida mavjud. Ushbu moddaga issiqlik berilsa, u erish nuqtasida suyuqlikka aylanadi, qaynash nuqtasida esa gazga aylanadi va agar etarlicha yuqori qizdirilsa, elektronlar shunchalik energiyalanadiki, ular ota-ona atomlarini tark etadigan plazma holatiga kiradi.

Kimyoviy tenglamada kimyoviy moddalarning holati qattiq uchun (s), suyuqlik uchun (l) va gaz uchun (g) sifatida ko'rsatilishi mumkin. Suvli eritma (aq) bilan belgilanadi. Plazma holatidagi materiya kimyoviy tenglamalarda kamdan-kam qo'llaniladi, shuning uchun uni belgilash uchun standart belgi yo'q. Plazma qo'llaniladigan tenglamalarda u (p) sifatida ifodalanadi.

Notes and references

External links

 2005-06-22, MIT News: MIT physicists create new form of matter Citat: "... They have become the first to create a new type of matter, a gas of atoms that shows high-temperature superfluidity."
 2003-10-10, Science Daily: Metallic Phase For Bosons Implies New State Of Matter
 2004-01-15, ScienceDaily: Probable Discovery Of A New, Supersolid, Phase Of Matter Citat: "...We apparently have observed, for the first time, a solid material with the characteristics of a superfluid...but because all its particles are in the identical quantum state, it remains a solid even though its component particles are continually flowing..."
 2004-01-29, ScienceDaily: NIST/University Of Colorado Scientists Create New Form Of Matter: A Fermionic Condensate
 Short videos demonstrating of States of Matter, solids, liquids and gases by Prof. J M Murrell, University of Sussex 

Condensed matter physics
Engineering thermodynamics