: [30 खंडों में] / अध्याय। ईडी। ए. एम. प्रोखोरोव; 1969-1978, खंड 1).
सभी पदार्थ चार रूपों में से एक में मौजूद हो सकते हैं। उनमें से प्रत्येक किसी पदार्थ के एकत्रीकरण की एक विशिष्ट अवस्था है। पृथ्वी की प्रकृति में, उनमें से तीन में से केवल एक का प्रतिनिधित्व एक साथ किया जाता है। यह पानी है. वाष्पित, पिघला हुआ और कठोर दोनों को देखना आसान है। यानी भाप, पानी और बर्फ. वैज्ञानिकों ने पदार्थ की समग्र अवस्थाओं को बदलना सीख लिया है। उनके लिए सबसे बड़ी मुश्किल प्लाज्मा ही है. इस स्थिति के लिए विशेष परिस्थितियों की आवश्यकता होती है।
यह क्या है, यह किस पर निर्भर करता है और इसकी विशेषता कैसी है?
यदि कोई पिंड पदार्थ की भिन्न अवस्था में चला गया है, तो इसका मतलब यह नहीं है कि कुछ और प्रकट हो गया है। पदार्थ वही रहता है. यदि तरल में पानी के अणु होते, तो बर्फ और भाप में समान अणु होते। केवल उनका स्थान, गति की गति और एक-दूसरे के साथ संपर्क की ताकतें बदल जाएंगी।
"एकत्रीकरण की स्थिति (ग्रेड 8)" विषय का अध्ययन करते समय, उनमें से केवल तीन पर विचार किया जाता है। ये तरल, गैस और ठोस हैं। उनकी अभिव्यक्तियाँ पर्यावरण की भौतिक स्थितियों पर निर्भर करती हैं। इन स्थितियों की विशेषताएं तालिका में प्रस्तुत की गई हैं।
| एकत्रीकरण की स्थिति का नाम | ठोस | तरल | गैस |
| इसके गुण | आयतन के साथ आकार बरकरार रखता है | इसका आयतन स्थिर रहता है, यह एक बर्तन का आकार ले लेता है | इसमें स्थिर आयतन और आकार नहीं होता है |
| आणविक व्यवस्था | क्रिस्टल जाली के नोड्स पर | उल्टा पुल्टा | अराजक |
| उनके बीच की दूरी | अणुओं के आकार के बराबर | अणुओं के आकार के लगभग बराबर | उनके आकार से काफी बड़ा |
| अणु कैसे गति करते हैं | एक जाली नोड के चारों ओर दोलन करें | संतुलन के बिंदु से हिलें नहीं, बल्कि कभी-कभी बड़ी छलांग लगाएं | यदा-कदा टकरावों के साथ अनियमित |
| वे कैसे बातचीत करते हैं? | प्रबल रूप से आकर्षित होते हैं | एक-दूसरे के प्रति अत्यधिक आकर्षित होते हैं | आकर्षित न करें, प्रभाव के दौरान प्रतिकारक शक्तियां प्रकट होती हैं |
पहली अवस्था: ठोस
दूसरों से इसका मूलभूत अंतर यह है कि अणुओं का एक कड़ाई से परिभाषित स्थान होता है। जब लोग एकत्रीकरण की ठोस स्थिति के बारे में बात करते हैं, तो उनका मतलब अक्सर क्रिस्टल से होता है। उनकी जाली संरचना सममित और कड़ाई से आवधिक है। इसलिए, यह हमेशा संरक्षित रहता है, चाहे शरीर कितनी भी दूर तक फैल जाए। किसी पदार्थ के अणुओं की कंपन गति इस जाली को नष्ट करने के लिए पर्याप्त नहीं है।
लेकिन अनाकार शरीर भी होते हैं। उनमें परमाणुओं की व्यवस्था में सख्त संरचना का अभाव है। वे कहीं भी हो सकते हैं. लेकिन यह स्थान क्रिस्टलीय पिंड की तरह ही स्थिर है। अनाकार पदार्थों और क्रिस्टलीय पदार्थों के बीच अंतर यह है कि उनके पास एक विशिष्ट पिघलने (ठोसीकरण) तापमान नहीं होता है और तरलता की विशेषता होती है। ऐसे पदार्थों के ज्वलंत उदाहरण: कांच और प्लास्टिक।
दूसरी अवस्था: तरल
पदार्थ की यह अवस्था ठोस और गैस के बीच का मिश्रण है। इसलिए, यह पहले और दूसरे से कुछ गुणों को जोड़ता है। इस प्रकार, कणों के बीच की दूरी और उनकी परस्पर क्रिया वैसी ही है जैसी क्रिस्टल के मामले में थी। लेकिन स्थान और गति गैस के करीब है। इसलिए, तरल अपना आकार बरकरार नहीं रखता है, बल्कि पूरे बर्तन में फैल जाता है जिसमें इसे डाला जाता है।
तीसरी अवस्था: गैस
"भौतिकी" नामक विज्ञान के लिए, गैस के रूप में एकत्रीकरण की स्थिति अंतिम स्थान पर नहीं है। आख़िरकार, वह अपने आस-पास की दुनिया का अध्ययन करती है, और उसमें हवा बहुत व्यापक है।
इस अवस्था की ख़ासियत यह है कि अणुओं के बीच व्यावहारिक रूप से कोई परस्पर क्रिया बल नहीं होते हैं। यह उनके मुक्त विचरण की व्याख्या करता है। जिससे गैसीय पदार्थ उसे प्रदान किये गये सम्पूर्ण आयतन को भर देता है। इसके अलावा, सब कुछ इस स्थिति में स्थानांतरित किया जा सकता है, आपको बस आवश्यक मात्रा में तापमान बढ़ाने की आवश्यकता है।
चौथी अवस्था: प्लाज्मा
किसी पदार्थ के एकत्रीकरण की यह अवस्था एक ऐसी गैस है जो पूरी तरह या आंशिक रूप से आयनित होती है। इसका मतलब यह है कि इसमें ऋणात्मक और धनावेशित कणों की संख्या लगभग समान है। यह स्थिति तब उत्पन्न होती है जब गैस को गर्म किया जाता है। फिर थर्मल आयनीकरण प्रक्रिया में तेज तेजी आती है। इसमें यह तथ्य शामिल है कि अणु परमाणुओं में विभाजित होते हैं। बाद वाला फिर आयनों में बदल जाता है।
ब्रह्मांड के भीतर, यह स्थिति बहुत आम है। क्योंकि इसमें सभी तारे और उनके बीच का माध्यम शामिल है। यह पृथ्वी की सतह की सीमाओं के भीतर अत्यंत दुर्लभ रूप से घटित होता है। आयनमंडल और सौर हवा के अलावा, प्लाज्मा केवल तूफान के दौरान ही संभव है। बिजली की चमक में ऐसी स्थितियाँ निर्मित होती हैं जिनमें वायुमंडलीय गैसें पदार्थ की चौथी अवस्था में परिवर्तित हो जाती हैं।
लेकिन इसका मतलब ये नहीं कि प्लाज्मा प्रयोगशाला में नहीं बनाया गया. पहली चीज़ जिसे हम पुन: उत्पन्न करने में कामयाब रहे वह गैस डिस्चार्ज था। प्लाज़्मा अब फ्लोरोसेंट लैंप और नियॉन विज्ञापन भरता है।
राज्यों के बीच परिवर्तन कैसे पूरा होता है?
ऐसा करने के लिए, आपको कुछ स्थितियाँ बनाने की आवश्यकता है: निरंतर दबाव और एक विशिष्ट तापमान। इस मामले में, किसी पदार्थ की समग्र स्थिति में परिवर्तन ऊर्जा की रिहाई या अवशोषण के साथ होता है। इसके अलावा, यह संक्रमण बिजली की गति से नहीं होता है, बल्कि इसके लिए एक निश्चित समय की आवश्यकता होती है। इस पूरे समय के दौरान स्थितियाँ अपरिवर्तित रहनी चाहिए। संक्रमण दो रूपों में एक पदार्थ के एक साथ अस्तित्व के साथ होता है जो थर्मल संतुलन बनाए रखता है।
पदार्थ की पहली तीन अवस्थाएँ परस्पर एक दूसरे में परिवर्तित हो सकती हैं। सीधी प्रक्रियाएँ और विपरीत प्रक्रियाएँ होती हैं। उनके निम्नलिखित नाम हैं:
- गलन(ठोस से तरल) और क्रिस्टलीकरण, उदाहरण के लिए, बर्फ का पिघलना और पानी का जमना;
- वाष्पीकरण(तरल से गैसीय तक) और वाष्पीकरण, एक उदाहरण पानी का वाष्पीकरण और भाप से इसका उत्पादन है;
- उच्च बनाने की क्रिया(ठोस से गैस तक) और उदात्तीकरण, उदाहरण के लिए, उनमें से पहले के लिए सूखे स्वाद का वाष्पीकरण और दूसरे के लिए ग्लास पर ठंढा पैटर्न।
पिघलने और क्रिस्टलीकरण का भौतिकी
यदि किसी ठोस को एक निश्चित तापमान पर गर्म किया जाता है, तो उसे कहा जाता है गलनांककिसी विशिष्ट पदार्थ के एकत्रीकरण की स्थिति में बदलाव शुरू हो जाएगा, जिसे पिघलना कहा जाता है। इस प्रक्रिया में ऊर्जा का अवशोषण शामिल होता है, जिसे कहा जाता है ऊष्मा की मात्राऔर पत्र द्वारा निर्दिष्ट है क्यू. इसकी गणना करने के लिए आपको जानना होगा संलयन की विशिष्ट ऊष्मा, जिसे दर्शाया गया है λ . और सूत्र निम्नलिखित अभिव्यक्ति लेता है:
क्यू = λ * एम, जहां m उस पदार्थ का द्रव्यमान है जो पिघलने में शामिल है।
यदि विपरीत प्रक्रिया होती है, अर्थात तरल का क्रिस्टलीकरण, तो स्थितियाँ दोहराई जाती हैं। अंतर केवल इतना है कि ऊर्जा मुक्त होती है, और सूत्र में एक ऋण चिह्न दिखाई देता है।
वाष्पीकरण और संघनन का भौतिकी
जैसे-जैसे पदार्थ गर्म होता जाता है, यह धीरे-धीरे उस तापमान के करीब पहुंच जाएगा जिस पर इसका तीव्र वाष्पीकरण शुरू होता है। इस प्रक्रिया को वाष्पीकरण कहा जाता है। यह फिर से ऊर्जा के अवशोषण की विशेषता है। केवल इसकी गणना करने के लिए आपको जानना आवश्यक है वाष्पीकरण की विशिष्ट ऊष्मा आर. और सूत्र इस प्रकार होगा:
क्यू = आर * एम.
विपरीत प्रक्रिया या संघनन समान मात्रा में ऊष्मा निकलने पर होता है। इसलिए, सूत्र में एक ऋण फिर से दिखाई देता है।
वस्तुस्थिति
पदार्थ- एकत्रीकरण की स्थितियों में से एक में रासायनिक बंधों और कुछ शर्तों के तहत जुड़े कणों का वास्तव में मौजूदा संग्रह। किसी भी पदार्थ में बहुत बड़ी संख्या में कणों का संग्रह होता है: परमाणु, अणु, आयन, जो एक दूसरे के साथ जुड़कर सहयोगियों में बदल सकते हैं, जिन्हें समुच्चय या समूह भी कहा जाता है। सहयोगियों में कणों के तापमान और व्यवहार (कणों की सापेक्ष व्यवस्था, उनकी संख्या और एक सहयोगी में बातचीत, साथ ही अंतरिक्ष में सहयोगियों का वितरण और एक दूसरे के साथ उनकी बातचीत) के आधार पर, एक पदार्थ दो मुख्य अवस्थाओं में हो सकता है एकत्रीकरण का - क्रिस्टलीय (ठोस) या गैसीय,और एकत्रीकरण की संक्रमणकालीन अवस्थाओं में - अनाकार (ठोस), तरल क्रिस्टलीय, तरल और वाष्प।एकत्रीकरण की ठोस, तरल क्रिस्टलीय और तरल अवस्थाएँ संघनित होती हैं, जबकि वाष्प और गैसीय अवस्थाएँ अत्यधिक विसर्जित होती हैं।
चरण- यह सजातीय सूक्ष्मक्षेत्रों का एक सेट है, जो कणों के समान क्रम और एकाग्रता की विशेषता है और इंटरफ़ेस द्वारा सीमित पदार्थ की एक स्थूल मात्रा में निहित है। इस समझ में, चरण केवल क्रिस्टलीय और गैसीय अवस्था में पदार्थों के लिए विशेषता है, क्योंकि ये एकत्रीकरण की सजातीय अवस्थाएँ हैं।
मेटाफ़ेज़विषम सूक्ष्मक्षेत्रों का एक संग्रह है जो कणों के क्रम या उनकी सांद्रता की डिग्री में एक दूसरे से भिन्न होते हैं और इंटरफ़ेस द्वारा सीमित पदार्थ के स्थूल आयतन में समाहित होते हैं। इस समझ में, मेटाफ़ेज़ केवल उन पदार्थों की विशेषता है जो एकत्रीकरण की विषम संक्रमण अवस्था में हैं। विभिन्न चरण और मेटाफ़ेज़ एक-दूसरे के साथ मिश्रित हो सकते हैं, जिससे एकत्रीकरण की एक स्थिति बन सकती है, और फिर उनके बीच कोई इंटरफ़ेस नहीं होता है।
आमतौर पर एकत्रीकरण की "बुनियादी" और "संक्रमण" स्थितियों की अवधारणाओं को अलग नहीं किया जाता है। "समग्र अवस्था", "चरण" और "मेसोफ़ेज़" की अवधारणाएँ अक्सर परस्पर विनिमय के लिए उपयोग की जाती हैं। पदार्थों की स्थिति के लिए एकत्रीकरण की पांच संभावित स्थितियों पर विचार करना उचित है: ठोस, तरल क्रिस्टलीय, तरल, वाष्प, गैसीय।एक चरण से दूसरे चरण में संक्रमण को पहले और दूसरे क्रम का चरण संक्रमण कहा जाता है। प्रथम-क्रम चरण संक्रमणों की विशेषता है:
भौतिक मात्राओं में अचानक परिवर्तन जो किसी पदार्थ की स्थिति (मात्रा, घनत्व, चिपचिपाहट, आदि) का वर्णन करता है;
एक निश्चित तापमान जिस पर एक दिया गया चरण संक्रमण होता है
एक निश्चित गर्मी जो इस संक्रमण की विशेषता है, क्योंकि अंतरआण्विक बंधन टूट जाते हैं।
एकत्रीकरण की एक अवस्था से एकत्रीकरण की दूसरी अवस्था में संक्रमण के दौरान प्रथम-क्रम चरण परिवर्तन देखे जाते हैं। दूसरे क्रम के चरण संक्रमण तब देखे जाते हैं जब एकत्रीकरण की एक स्थिति के भीतर कणों का क्रम बदलता है और इसकी विशेषता होती है:
किसी पदार्थ के भौतिक गुणों में क्रमिक परिवर्तन;
बाहरी क्षेत्रों के ढाल के प्रभाव में या एक निश्चित तापमान पर किसी पदार्थ के कणों के क्रम में परिवर्तन, जिसे चरण संक्रमण तापमान कहा जाता है;
दूसरे क्रम के चरण संक्रमणों की ऊष्मा बराबर और शून्य के करीब होती है।
पहले और दूसरे क्रम के चरण संक्रमणों के बीच मुख्य अंतर यह है कि पहले क्रम के संक्रमण के दौरान, सबसे पहले, सिस्टम के कणों की ऊर्जा बदल जाती है, और दूसरे क्रम के संक्रमण के मामले में, कणों का क्रम बदल जाता है। व्यवस्था बदल जाती है.
किसी पदार्थ का ठोस से तरल में संक्रमण कहलाता है गलनऔर इसकी विशेषता इसके गलनांक से होती है। किसी पदार्थ का द्रव से वाष्प अवस्था में संक्रमण कहलाता है वाष्पीकरणऔर इसकी विशेषता क्वथनांक है। कम आणविक भार और कमजोर अंतर-आणविक अंतःक्रिया वाले कुछ पदार्थों के लिए, तरल अवस्था को दरकिनार करते हुए, ठोस से वाष्प अवस्था में सीधा संक्रमण संभव है। इस संक्रमण को कहा जाता है उर्ध्वपातन.उपरोक्त सभी प्रक्रियाएँ विपरीत दिशा में भी घटित हो सकती हैं: तब उन्हें कहा जाता है जमना, संघनन, ऊर्ध्वपातन।
जो पदार्थ पिघलने और उबालने पर विघटित नहीं होते हैं, वे एकत्रीकरण की सभी चार अवस्थाओं में तापमान और दबाव के आधार पर मौजूद हो सकते हैं।
ठोस अवस्था
पर्याप्त रूप से कम तापमान पर, लगभग सभी पदार्थ ठोस अवस्था में होते हैं। इस अवस्था में, पदार्थ के कणों के बीच की दूरी स्वयं कणों के आकार के बराबर होती है, जो उनकी मजबूत अंतःक्रिया और गतिज ऊर्जा पर उनकी संभावित ऊर्जा की एक महत्वपूर्ण अधिकता सुनिश्चित करती है। ठोस पदार्थ के कणों की गति केवल सीमित होती है उनकी स्थिति के सापेक्ष मामूली कंपन और घुमाव होते हैं, और उनकी कोई अनुवादात्मक गति नहीं होती है। इससे कणों की व्यवस्था में आंतरिक व्यवस्था बनती है। इसलिए, ठोसों की विशेषता उनके अपने आकार, यांत्रिक शक्ति और स्थिर आयतन से होती है (वे व्यावहारिक रूप से असम्पीडित होते हैं)। कणों के क्रम की डिग्री के आधार पर ठोसों को विभाजित किया जाता है क्रिस्टलीय और अनाकार.
क्रिस्टलीय पदार्थों की विशेषता सभी कणों की व्यवस्था में क्रम की उपस्थिति है। क्रिस्टलीय पदार्थों के ठोस चरण में ऐसे कण होते हैं जो एक सजातीय संरचना बनाते हैं, जो सभी दिशाओं में एक ही इकाई कोशिका की सख्त पुनरावृत्ति की विशेषता होती है। क्रिस्टल की इकाई कोशिका कणों की व्यवस्था में त्रि-आयामी आवधिकता को दर्शाती है, अर्थात। इसकी क्रिस्टल जाली. क्रिस्टल जालकों को क्रिस्टल बनाने वाले कणों के प्रकार और उनके बीच आकर्षक बलों की प्रकृति के आधार पर वर्गीकृत किया जाता है।
कई क्रिस्टलीय पदार्थ, स्थितियों (तापमान, दबाव) के आधार पर, अलग-अलग क्रिस्टल संरचना वाले हो सकते हैं। इस घटना को कहा जाता है बहुरूपता.कार्बन के प्रसिद्ध बहुरूपी संशोधन: ग्रेफाइट, फुलरीन, हीरा, कार्बाइन।
अनाकार (आकारहीन) पदार्थ।यह अवस्था पॉलिमर के लिए विशिष्ट है। लंबे अणु आसानी से मुड़ जाते हैं और अन्य अणुओं के साथ जुड़ जाते हैं, जिससे कणों की व्यवस्था में अनियमितता होती है।
अनाकार कणों और क्रिस्टलीय कणों के बीच अंतर:
आइसोट्रॉपी - किसी शरीर या पर्यावरण के सभी दिशाओं में समान भौतिक और रासायनिक गुण, यानी। दिशा से संपत्तियों की स्वतंत्रता;
कोई निश्चित गलनांक नहीं.
ग्लास, फ़्यूज्ड क्वार्ट्ज़ और कई पॉलिमर में अनाकार संरचना होती है। अनाकार पदार्थ क्रिस्टलीय पदार्थों की तुलना में कम स्थिर होते हैं, और इसलिए कोई भी अनाकार शरीर, समय के साथ, ऊर्जावान रूप से अधिक स्थिर अवस्था - क्रिस्टलीय में बदल सकता है।
तरल अवस्था
जैसे-जैसे तापमान बढ़ता है, कणों के थर्मल कंपन की ऊर्जा बढ़ती है, और प्रत्येक पदार्थ के लिए एक तापमान होता है, जिससे शुरू होकर थर्मल कंपन की ऊर्जा बांड की ऊर्जा से अधिक हो जाती है। कण एक दूसरे के सापेक्ष गति करते हुए विभिन्न गतियाँ कर सकते हैं। वे अभी भी संपर्क में रहते हैं, हालांकि कणों की सही ज्यामितीय संरचना बाधित होती है - पदार्थ तरल अवस्था में मौजूद होता है। कणों की गतिशीलता के कारण, तरल अवस्था में कणों की ब्राउनियन गति, प्रसार और अस्थिरता की विशेषता होती है। तरल का एक महत्वपूर्ण गुण चिपचिपापन है, जो अंतर-सहयोगी बलों की विशेषता है जो तरल के मुक्त प्रवाह को बाधित करते हैं।
तरल पदार्थों की गैसीय और ठोस अवस्था के बीच एक मध्यवर्ती स्थिति होती है। गैस की तुलना में अधिक व्यवस्थित संरचना, लेकिन ठोस की तुलना में कम।
वाष्प और गैसीय अवस्थाएँ
वाष्प-गैसीय अवस्था को आमतौर पर प्रतिष्ठित नहीं किया जाता है।
गैस - यह एक अत्यधिक विसर्जित सजातीय प्रणाली है जिसमें अलग-अलग अणु एक-दूसरे से बहुत दूर होते हैं, जिसे एकल गतिशील चरण माना जा सकता है।
भाप - यह एक अत्यधिक विसर्जित अमानवीय प्रणाली है, जो अणुओं और इन अणुओं से बने अस्थिर छोटे सहयोगियों का मिश्रण है।
आणविक गतिज सिद्धांत निम्नलिखित सिद्धांतों के आधार पर एक आदर्श गैस के गुणों की व्याख्या करता है: अणु निरंतर यादृच्छिक गति से गुजरते हैं; अंतर-आणविक दूरियों की तुलना में गैस अणुओं का आयतन नगण्य है; गैस अणुओं के बीच कोई आकर्षक या प्रतिकारक बल नहीं होते हैं; गैस अणुओं की औसत गतिज ऊर्जा उसके निरपेक्ष तापमान के समानुपाती होती है। अंतर-आणविक संपर्क की शक्तियों के महत्वहीन होने और एक बड़ी मुक्त मात्रा की उपस्थिति के कारण, गैसों की विशेषता है: थर्मल आंदोलन और आणविक प्रसार की उच्च दर, अणुओं की यथासंभव अधिक मात्रा पर कब्जा करने की इच्छा, साथ ही उच्च संपीड़न क्षमता। .
एक पृथक गैस-चरण प्रणाली की विशेषता चार मापदंडों से होती है: दबाव, तापमान, आयतन और पदार्थ की मात्रा। इन मापदंडों के बीच संबंध राज्य के आदर्श गैस समीकरण द्वारा वर्णित है:
आर = 8.31 केजे/मोल - सार्वभौमिक गैस स्थिरांक।
पाठ मकसद:
- पदार्थ की समग्र अवस्थाओं के बारे में ज्ञान को गहरा और सामान्य बनाना, यह अध्ययन करना कि पदार्थ किन अवस्थाओं में मौजूद हो सकते हैं।
पाठ मकसद:
शैक्षिक - ठोस, गैस, तरल पदार्थ के गुणों का एक विचार तैयार करें।
विकासात्मक - छात्रों के भाषण कौशल का विकास, विश्लेषण, कवर की गई और अध्ययन की गई सामग्री पर निष्कर्ष।
शैक्षिक - मानसिक कार्य को बढ़ावा देना, अध्ययन किए गए विषय में रुचि बढ़ाने के लिए सभी परिस्थितियों का निर्माण करना।
महत्वपूर्ण पदों:
एकत्रीकरण की अवस्था- यह पदार्थ की एक अवस्था है जो कुछ गुणात्मक गुणों की विशेषता है: - आकार और आयतन बनाए रखने की क्षमता या असमर्थता; - छोटी दूरी और लंबी दूरी के ऑर्डर की उपस्थिति या अनुपस्थिति; - दूसरों के द्वारा।
चित्र 6. तापमान में परिवर्तन होने पर किसी पदार्थ की समग्र अवस्था।
जब कोई पदार्थ ठोस अवस्था से तरल अवस्था में जाता है, तो इसे पिघलना कहा जाता है, इसकी विपरीत प्रक्रिया को क्रिस्टलीकरण कहा जाता है। जब कोई पदार्थ तरल से गैस में परिवर्तित होता है, तो इस प्रक्रिया को वाष्पीकरण कहा जाता है, और गैस से तरल में परिवर्तित होने की प्रक्रिया को संघनन कहा जाता है। और तरल को दरकिनार करते हुए ठोस से सीधे गैस में संक्रमण ऊर्ध्वपातन है, विपरीत प्रक्रिया ऊर्ध्वपातन है।
1.क्रिस्टलीकरण; 2. पिघलना; 3. संघनन; 4. वाष्पीकरण;
5. उर्ध्वपातन; 6. डीसब्लिमेशन.
परिवर्तन के ये उदाहरण हम रोजमर्रा की जिंदगी में हर समय देखते हैं। जब बर्फ पिघलती है, तो यह पानी में बदल जाती है, और पानी वाष्पित हो जाता है, जिससे भाप बनती है। अगर हम इसे विपरीत दिशा में देखें तो भाप संघनित होकर वापस पानी में बदलने लगती है और पानी जम कर बर्फ बन जाता है। किसी भी ठोस शरीर की गंध ऊर्ध्वपातन है। कुछ अणु शरीर से बाहर निकल जाते हैं और एक गैस बनती है, जिससे गंध निकलती है। विपरीत प्रक्रिया का एक उदाहरण सर्दियों में कांच पर पैटर्न है, जब हवा में वाष्प जम जाता है और कांच पर जम जाता है।
वीडियो किसी पदार्थ के एकत्रीकरण की स्थिति में बदलाव को दर्शाता है।
नियंत्रण खंड.
1. जमने के बाद पानी बर्फ में बदल गया। क्या पानी के अणु बदल गए?
2. मेडिकल ईथर का उपयोग घर के अंदर किया जाता है। और इस वजह से आमतौर पर वहां उसकी बहुत तेज गंध आती है। ईथर किस अवस्था में है?
3.द्रव के आकार का क्या होता है?
4.बर्फ. यह पानी की कौन सी स्थिति है?
5.जब पानी जम जाता है तो क्या होता है?
गृहकार्य।
प्रश्नों के उत्तर दें:
1. क्या किसी बर्तन का आधा आयतन गैस से भरना संभव है? क्यों?
2.क्या कमरे के तापमान पर नाइट्रोजन और ऑक्सीजन तरल अवस्था में मौजूद हो सकते हैं?
3. क्या लोहा और पारा कमरे के तापमान पर गैसीय अवस्था में मौजूद हो सकते हैं?
4. ठण्डे सर्दियों के दिन, नदी के ऊपर कोहरा छा गया। यह पदार्थ की कौन सी अवस्था है?
हमारा मानना है कि पदार्थ में एकत्रीकरण की तीन अवस्थाएँ होती हैं। वास्तव में, उनमें से कम से कम पंद्रह हैं, और इन स्थितियों की सूची हर दिन बढ़ती जा रही है। ये हैं: अनाकार ठोस, ठोस, न्यूट्रोनियम, क्वार्क-ग्लूऑन प्लाज्मा, दृढ़ता से सममित पदार्थ, कमजोर सममित पदार्थ, फर्मियन कंडेनसेट, बोस-आइंस्टीन कंडेनसेट और अजीब पदार्थ।
एकत्रीकरण की तीन अवस्थाओं के बारे में सबसे आम ज्ञान है: तरल, ठोस, गैसीय; कभी-कभी वे प्लाज्मा को याद करते हैं, कम अक्सर तरल क्रिस्टलीय। हाल ही में, प्रसिद्ध () स्टीफन फ्राई से ली गई पदार्थ के 17 चरणों की एक सूची इंटरनेट पर फैल गई है। इसलिए हम आपको इनके बारे में विस्तार से बताएंगे, क्योंकि... ब्रह्माण्ड में होने वाली प्रक्रियाओं को बेहतर ढंग से समझने के लिए आपको पदार्थ के बारे में थोड़ा और जानना चाहिए।
नीचे दी गई पदार्थ की समग्र अवस्थाओं की सूची सबसे ठंडी अवस्था से सबसे गर्म अवस्था तक बढ़ती है, आदि। जारी रखा जा सकता है. साथ ही, यह समझा जाना चाहिए कि गैसीय अवस्था (नंबर 11) से, सूची के दोनों पक्षों तक, पदार्थ के संपीड़न की डिग्री और उसके दबाव (ऐसे असंपीड़ित के लिए कुछ आरक्षण के साथ) सबसे "असम्पीडित" क्वांटम, बीम या कमजोर सममित) के रूप में काल्पनिक अवस्थाएँ बढ़ती हैं। पाठ के बाद पदार्थ के चरण संक्रमण का एक दृश्य ग्राफ दिखाया जाता है।
1. क्वांटम- पदार्थ के एकत्रीकरण की एक स्थिति, जो तब प्राप्त होती है जब तापमान पूर्ण शून्य तक गिर जाता है, जिसके परिणामस्वरूप आंतरिक बंधन गायब हो जाते हैं और पदार्थ मुक्त क्वार्क में टूट जाता है।
2. बोस-आइंस्टीन संघनन- पदार्थ के एकत्रीकरण की एक अवस्था, जिसका आधार बोसॉन है, जिसे पूर्ण शून्य के करीब तापमान (पूर्ण शून्य से ऊपर एक डिग्री के दस लाखवें हिस्से से भी कम) तक ठंडा किया जाता है। ऐसी अत्यधिक ठंडी अवस्था में, पर्याप्त रूप से बड़ी संख्या में परमाणु स्वयं को अपनी न्यूनतम संभव क्वांटम अवस्था में पाते हैं और क्वांटम प्रभाव स्वयं को स्थूल स्तर पर प्रकट करना शुरू कर देते हैं। बोस-आइंस्टीन कंडेनसेट (जिसे अक्सर बोस कंडेनसेट या बस "बेक" कहा जाता है) तब होता है जब आप एक रासायनिक तत्व को बेहद कम तापमान (आमतौर पर पूर्ण शून्य से थोड़ा ऊपर, शून्य से 273 डिग्री सेल्सियस ऊपर) तक ठंडा करते हैं, यह सैद्धांतिक तापमान होता है जिस पर सब कुछ होता है चलना बंद हो जाता है)।
यहीं पर पदार्थ के साथ पूरी तरह से अजीब चीजें घटित होने लगती हैं। आमतौर पर परमाणु स्तर पर देखी जाने वाली प्रक्रियाएं अब इतने बड़े पैमाने पर होती हैं कि उन्हें नग्न आंखों से देखा जा सकता है। उदाहरण के लिए, यदि आप प्रयोगशाला बीकर में "बैक" रखते हैं और वांछित तापमान प्रदान करते हैं, तो पदार्थ दीवार पर रेंगना शुरू कर देगा और अंततः अपने आप बाहर आ जाएगा।
जाहिर है, यहां हम किसी पदार्थ द्वारा अपनी ऊर्जा (जो पहले से ही सभी संभावित स्तरों में से सबसे निचले स्तर पर है) को कम करने के निरर्थक प्रयास से निपट रहे हैं।
शीतलन उपकरण का उपयोग करके परमाणुओं को धीमा करने से एक विलक्षण क्वांटम अवस्था उत्पन्न होती है जिसे बोस, या बोस-आइंस्टीन, कंडेनसेट के रूप में जाना जाता है। इस घटना की भविष्यवाणी 1925 में ए. आइंस्टीन ने की थी, एस. बोस के काम के सामान्यीकरण के परिणामस्वरूप, जहां द्रव्यमान रहित फोटॉन से लेकर द्रव्यमान-असर वाले परमाणुओं तक के कणों के लिए सांख्यिकीय यांत्रिकी का निर्माण किया गया था (आइंस्टीन की पांडुलिपि, जिसे खोया हुआ माना जाता था, की खोज की गई थी) 2005 में लीडेन विश्वविद्यालय के पुस्तकालय में)। बोस और आइंस्टीन के प्रयासों का परिणाम बोस-आइंस्टीन सांख्यिकी के अधीन गैस की बोस अवधारणा थी, जो बोसॉन नामक पूर्णांक स्पिन के साथ समान कणों के सांख्यिकीय वितरण का वर्णन करती है। बोसॉन, जो, उदाहरण के लिए, व्यक्तिगत प्राथमिक कण - फोटॉन और संपूर्ण परमाणु हैं, एक दूसरे के साथ समान क्वांटम अवस्था में हो सकते हैं। आइंस्टीन ने प्रस्तावित किया कि बोसोन परमाणुओं को बहुत कम तापमान पर ठंडा करने से वे न्यूनतम संभव क्वांटम अवस्था में परिवर्तित हो जाएंगे (या, दूसरे शब्दों में, संघनित हो जाएंगे)। ऐसे संघनन का परिणाम पदार्थ के एक नये रूप का उद्भव होगा।
यह संक्रमण महत्वपूर्ण तापमान के नीचे होता है, जो एक सजातीय त्रि-आयामी गैस के लिए होता है जिसमें स्वतंत्रता की किसी भी आंतरिक डिग्री के बिना गैर-अंतःक्रियात्मक कण होते हैं।
3. फर्मिअन संघनन- किसी पदार्थ के एकत्रीकरण की स्थिति, बैकिंग के समान, लेकिन संरचना में भिन्न। जैसे-जैसे वे पूर्ण शून्य के करीब पहुंचते हैं, परमाणु अपने स्वयं के कोणीय गति (स्पिन) के परिमाण के आधार पर अलग-अलग व्यवहार करते हैं। बोसॉन में पूर्णांक स्पिन होते हैं, जबकि फर्मियन में स्पिन होते हैं जो 1/2 (1/2, 3/2, 5/2) के गुणक होते हैं। फ़र्मियन पाउली अपवर्जन सिद्धांत का पालन करते हैं, जिसमें कहा गया है कि किन्हीं दो फ़र्मियन की क्वांटम स्थिति समान नहीं हो सकती है। बोसॉन के लिए ऐसा कोई निषेध नहीं है, और इसलिए उन्हें एक क्वांटम अवस्था में मौजूद रहने का अवसर मिलता है और इस तरह तथाकथित बोस-आइंस्टीन कंडेनसेट बनता है। इस संघनन के निर्माण की प्रक्रिया अतिचालक अवस्था में संक्रमण के लिए जिम्मेदार है।
इलेक्ट्रॉनों का स्पिन 1/2 होता है और इसलिए उन्हें फ़र्मिअन के रूप में वर्गीकृत किया जाता है। वे जोड़े में जुड़ जाते हैं (जिन्हें कूपर जोड़े कहा जाता है), जो फिर बोस कंडेनसेट बनाते हैं।
अमेरिकी वैज्ञानिकों ने फर्मियन परमाणुओं को गहराई से ठंडा करके उनसे एक प्रकार के अणु प्राप्त करने का प्रयास किया है। वास्तविक अणुओं से अंतर यह था कि परमाणुओं के बीच कोई रासायनिक बंधन नहीं था - वे बस सहसंबद्ध तरीके से एक साथ चलते थे। परमाणुओं के बीच का बंधन कूपर जोड़े में इलेक्ट्रॉनों के बीच के बंधन से भी अधिक मजबूत निकला। फ़र्मिअन के परिणामी जोड़े में कुल स्पिन होता है जो अब 1/2 का गुणज नहीं है, इसलिए, वे पहले से ही बोसॉन की तरह व्यवहार करते हैं और एकल क्वांटम अवस्था के साथ बोस कंडेनसेट बना सकते हैं। प्रयोग के दौरान, पोटेशियम-40 परमाणुओं की एक गैस को 300 नैनोकेल्विन तक ठंडा किया गया, जबकि गैस को एक तथाकथित ऑप्टिकल जाल में बंद कर दिया गया। फिर एक बाहरी चुंबकीय क्षेत्र लागू किया गया, जिसकी मदद से परमाणुओं के बीच बातचीत की प्रकृति को बदलना संभव हो गया - मजबूत प्रतिकर्षण के बजाय, मजबूत आकर्षण देखा जाने लगा। चुंबकीय क्षेत्र के प्रभाव का विश्लेषण करते समय, एक ऐसा मूल्य खोजना संभव हो गया जिस पर परमाणु इलेक्ट्रॉनों के कूपर जोड़े की तरह व्यवहार करने लगे। प्रयोग के अगले चरण में, वैज्ञानिकों को फ़र्मियन कंडेनसेट के लिए अतिचालकता प्रभाव प्राप्त होने की उम्मीद है।
4. अतितरल पदार्थ- एक ऐसी अवस्था जिसमें किसी पदार्थ में वस्तुतः कोई चिपचिपापन नहीं होता है, और प्रवाह के दौरान यह किसी ठोस सतह के साथ घर्षण का अनुभव नहीं करता है। इसका परिणाम, उदाहरण के लिए, गुरुत्वाकर्षण बल के विपरीत इसकी दीवारों के साथ जहाज से सुपरफ्लुइड हीलियम के पूर्ण सहज "रेंगने" जैसा दिलचस्प प्रभाव है। बेशक, यहां ऊर्जा संरक्षण के नियम का कोई उल्लंघन नहीं है। घर्षण बलों की अनुपस्थिति में, हीलियम केवल गुरुत्वाकर्षण बलों, हीलियम और बर्तन की दीवारों के बीच और हीलियम परमाणुओं के बीच अंतर-परमाणु संपर्क की ताकतों द्वारा कार्य करता है। इसलिए, अंतर-परमाणु संपर्क की ताकतें संयुक्त रूप से अन्य सभी ताकतों से अधिक हैं। नतीजतन, हीलियम सभी संभावित सतहों पर जितना संभव हो सके फैलता है, और इसलिए जहाज की दीवारों के साथ "यात्रा" करता है। 1938 में, सोवियत वैज्ञानिक प्योत्र कपित्सा ने साबित किया कि हीलियम अतितरल अवस्था में मौजूद हो सकता है।
यह ध्यान देने योग्य है कि हीलियम के कई असामान्य गुण काफी समय से ज्ञात हैं। हालाँकि, हाल के वर्षों में, यह रासायनिक तत्व दिलचस्प और अप्रत्याशित प्रभावों से हमें प्रभावित कर रहा है। इसलिए, 2004 में, पेन्सिलवेनिया विश्वविद्यालय के मोसेस चैन और इयुन-सियोंग किम ने यह घोषणा करके वैज्ञानिक दुनिया को चकित कर दिया कि वे हीलियम की एक पूरी तरह से नई अवस्था - एक सुपरफ्लुइड ठोस - प्राप्त करने में सफल रहे हैं। इस अवस्था में, क्रिस्टल जाली में कुछ हीलियम परमाणु दूसरों के चारों ओर प्रवाहित हो सकते हैं, और इस प्रकार हीलियम स्वयं के माध्यम से प्रवाहित हो सकता है। सैद्धांतिक रूप से "अति कठोरता" प्रभाव की भविष्यवाणी 1969 में की गई थी। और फिर 2004 में प्रायोगिक पुष्टि होती दिखी. हालाँकि, बाद में और बहुत दिलचस्प प्रयोगों से पता चला कि सब कुछ इतना सरल नहीं है, और शायद घटना की यह व्याख्या, जिसे पहले ठोस हीलियम की अतितरलता के रूप में स्वीकार किया गया था, गलत है।
संयुक्त राज्य अमेरिका में ब्राउन विश्वविद्यालय के हम्फ्रे मैरिस के नेतृत्व में वैज्ञानिकों का प्रयोग सरल और सुरुचिपूर्ण था। वैज्ञानिकों ने तरल हीलियम युक्त एक बंद टैंक में एक उलटी परखनली रखी। उन्होंने टेस्ट ट्यूब और जलाशय में हीलियम के कुछ हिस्से को इस तरह से जमा दिया कि टेस्ट ट्यूब के अंदर तरल और ठोस के बीच की सीमा जलाशय की तुलना में अधिक थी। दूसरे शब्दों में, टेस्ट ट्यूब के ऊपरी हिस्से में तरल हीलियम था, निचले हिस्से में ठोस हीलियम था, यह आसानी से जलाशय के ठोस चरण में चला गया, जिसके ऊपर थोड़ा तरल हीलियम डाला गया - तरल से कम टेस्ट ट्यूब में स्तर. यदि ठोस हीलियम के माध्यम से तरल हीलियम का रिसाव शुरू हो जाए, तो स्तरों में अंतर कम हो जाएगा, और फिर हम ठोस सुपरफ्लुइड हीलियम के बारे में बात कर सकते हैं। और सिद्धांत रूप में, 13 प्रयोगों में से तीन में, स्तरों में अंतर वास्तव में कम हो गया।
5. अति कठोर पदार्थ- एकत्रीकरण की एक स्थिति जिसमें पदार्थ पारदर्शी होता है और तरल की तरह "प्रवाह" कर सकता है, लेकिन वास्तव में यह चिपचिपाहट से रहित होता है। ऐसे तरल पदार्थ कई वर्षों से ज्ञात हैं, उन्हें सुपरफ्लुइड्स कहा जाता है। तथ्य यह है कि यदि एक सुपरफ्लुइड को हिलाया जाता है, तो यह लगभग हमेशा के लिए प्रसारित होता रहेगा, जबकि एक सामान्य तरल पदार्थ अंततः शांत हो जाएगा। पहले दो सुपरफ्लूइड शोधकर्ताओं द्वारा हीलियम-4 और हीलियम-3 का उपयोग करके बनाए गए थे। उन्हें लगभग पूर्ण शून्य - शून्य से 273 डिग्री सेल्सियस नीचे तक ठंडा किया गया। और हीलियम-4 से अमेरिकी वैज्ञानिक एक सुपरसॉलिड बॉडी प्राप्त करने में कामयाब रहे। उन्होंने जमे हुए हीलियम को 60 गुना से अधिक दबाव से संपीड़ित किया, और फिर पदार्थ से भरे गिलास को एक घूमने वाली डिस्क पर रख दिया। 0.175 डिग्री सेल्सियस के तापमान पर, डिस्क अचानक अधिक स्वतंत्र रूप से घूमने लगी, जो वैज्ञानिकों का कहना है कि संकेत मिलता है कि हीलियम एक सुपरबॉडी बन गया है।
6. ठोस- किसी पदार्थ के एकत्रीकरण की स्थिति, जो आकार की स्थिरता और परमाणुओं के थर्मल आंदोलन की प्रकृति की विशेषता है, जो संतुलन स्थितियों के आसपास छोटे कंपन करते हैं। ठोस पदार्थों की स्थिर अवस्था क्रिस्टलीय होती है। परमाणुओं के बीच आयनिक, सहसंयोजक, धात्विक और अन्य प्रकार के बंधन वाले ठोस होते हैं, जो उनके भौतिक गुणों की विविधता को निर्धारित करते हैं। ठोस पदार्थों के विद्युतीय और कुछ अन्य गुण मुख्य रूप से उसके परमाणुओं के बाहरी इलेक्ट्रॉनों की गति की प्रकृति से निर्धारित होते हैं। उनके विद्युत गुणों के आधार पर, ठोस को ढांकता हुआ, अर्धचालक और धातुओं में विभाजित किया जाता है; उनके चुंबकीय गुणों के आधार पर, ठोस को प्रतिचुंबकीय, अनुचुंबकीय और एक क्रमबद्ध चुंबकीय संरचना वाले निकायों में विभाजित किया जाता है। ठोस पदार्थों के गुणों का अध्ययन एक बड़े क्षेत्र - ठोस अवस्था भौतिकी में विलीन हो गया है, जिसका विकास प्रौद्योगिकी की जरूरतों से प्रेरित है।
7. अनाकार ठोस- किसी पदार्थ के एकत्रीकरण की एक संघनित अवस्था, जो परमाणुओं और अणुओं की अव्यवस्थित व्यवस्था के कारण भौतिक गुणों की आइसोट्रॉपी द्वारा विशेषता है। अनाकार ठोस पदार्थों में, परमाणु बेतरतीब ढंग से स्थित बिंदुओं के आसपास कंपन करते हैं। क्रिस्टलीय अवस्था के विपरीत, ठोस अनाकार से तरल में संक्रमण धीरे-धीरे होता है। विभिन्न पदार्थ अनाकार अवस्था में होते हैं: कांच, रेजिन, प्लास्टिक, आदि।
8. लिक्विड क्रिस्टलकिसी पदार्थ के एकत्रीकरण की एक विशिष्ट अवस्था है जिसमें वह एक साथ क्रिस्टल और तरल के गुणों को प्रदर्शित करता है। यह तुरंत ध्यान दिया जाना चाहिए कि सभी पदार्थ तरल क्रिस्टलीय अवस्था में नहीं हो सकते। हालाँकि, जटिल अणुओं वाले कुछ कार्बनिक पदार्थ एकत्रीकरण की एक विशिष्ट अवस्था बना सकते हैं - तरल क्रिस्टलीय। यह अवस्था तब होती है जब कुछ पदार्थों के क्रिस्टल पिघल जाते हैं। जब वे पिघलते हैं, तो एक तरल क्रिस्टलीय चरण बनता है, जो सामान्य तरल पदार्थों से भिन्न होता है। यह चरण क्रिस्टल के पिघलने के तापमान से लेकर कुछ उच्च तापमान तक की सीमा में मौजूद होता है, जिसे गर्म करने पर लिक्विड क्रिस्टल एक साधारण तरल में बदल जाता है।
लिक्विड क्रिस्टल लिक्विड और साधारण क्रिस्टल से किस प्रकार भिन्न होता है और यह उनके समान कैसे होता है? एक साधारण तरल की तरह, लिक्विड क्रिस्टल में तरलता होती है और यह उस कंटेनर का आकार ले लेता है जिसमें इसे रखा जाता है। इस प्रकार यह सभी को ज्ञात क्रिस्टल से भिन्न है। हालाँकि, इस गुण के बावजूद, जो इसे एक तरल के साथ जोड़ता है, इसमें क्रिस्टल की विशेषता वाली संपत्ति है। यह क्रिस्टल बनाने वाले अणुओं के अंतरिक्ष में क्रम है। सच है, यह क्रम सामान्य क्रिस्टल की तरह पूर्ण नहीं है, लेकिन, फिर भी, यह तरल क्रिस्टल के गुणों को महत्वपूर्ण रूप से प्रभावित करता है, जो उन्हें सामान्य तरल पदार्थों से अलग करता है। लिक्विड क्रिस्टल बनाने वाले अणुओं का अधूरा स्थानिक क्रम इस तथ्य में प्रकट होता है कि लिक्विड क्रिस्टल में अणुओं के गुरुत्वाकर्षण केंद्रों की स्थानिक व्यवस्था में कोई पूर्ण क्रम नहीं होता है, हालांकि आंशिक क्रम हो सकता है। इसका मतलब यह है कि उनके पास कठोर क्रिस्टल जाली नहीं है। इसलिए, सामान्य तरल पदार्थों की तरह लिक्विड क्रिस्टल में तरलता का गुण होता है।
तरल क्रिस्टल की एक अनिवार्य संपत्ति, जो उन्हें सामान्य क्रिस्टल के करीब लाती है, अणुओं के स्थानिक अभिविन्यास के क्रम की उपस्थिति है। अभिविन्यास में यह क्रम स्वयं प्रकट हो सकता है, उदाहरण के लिए, इस तथ्य में कि लिक्विड क्रिस्टल नमूने में अणुओं की सभी लंबी अक्षें एक ही तरह से उन्मुख होती हैं। इन अणुओं का आकार लम्बा होना चाहिए। आणविक अक्षों के सबसे सरल नामित क्रम के अलावा, लिक्विड क्रिस्टल में अणुओं का एक अधिक जटिल ओरिएंटेशनल क्रम भी हो सकता है।
आणविक अक्षों के क्रम के प्रकार के आधार पर, लिक्विड क्रिस्टल को तीन प्रकारों में विभाजित किया जाता है: नेमैटिक, स्मेक्टिक और कोलेस्टेरिक।
लिक्विड क्रिस्टल की भौतिकी और उनके अनुप्रयोगों पर अनुसंधान वर्तमान में दुनिया के सभी सबसे विकसित देशों में व्यापक स्तर पर किया जा रहा है। घरेलू अनुसंधान अकादमिक और औद्योगिक अनुसंधान संस्थानों दोनों में केंद्रित है और इसकी एक लंबी परंपरा है। लेनिनग्राद में तीस के दशक में पूरी हुई वी.के. की रचनाएँ व्यापक रूप से जानी और पहचानी गईं। फ्रेडरिक्स से वी.एन. स्वेत्कोवा। हाल के वर्षों में, लिक्विड क्रिस्टल के तेजी से अध्ययन ने देखा है कि घरेलू शोधकर्ता भी सामान्य रूप से लिक्विड क्रिस्टल के अध्ययन के विकास में और विशेष रूप से लिक्विड क्रिस्टल के प्रकाशिकी में महत्वपूर्ण योगदान दे रहे हैं। इस प्रकार, आई.जी. के कार्य चिस्त्यकोवा, ए.पी. कपुस्टिना, एस.ए. ब्रेज़ोव्स्की, एस.ए. पिकिना, एल.एम. ब्लिनोव और कई अन्य सोवियत शोधकर्ता वैज्ञानिक समुदाय में व्यापक रूप से जाने जाते हैं और लिक्विड क्रिस्टल के कई प्रभावी तकनीकी अनुप्रयोगों की नींव के रूप में काम करते हैं।
लिक्विड क्रिस्टल का अस्तित्व बहुत समय पहले, अर्थात् 1888 में, यानी लगभग एक सदी पहले स्थापित किया गया था। हालाँकि वैज्ञानिकों को पदार्थ की इस अवस्था का सामना 1888 से पहले ही हो गया था, लेकिन आधिकारिक तौर पर इसकी खोज बाद में हुई।
लिक्विड क्रिस्टल की खोज करने वाले पहले ऑस्ट्रियाई वनस्पतिशास्त्री रेनित्ज़र थे। उनके द्वारा संश्लेषित नए पदार्थ कोलेस्टेरिल बेंजोएट का अध्ययन करते समय, उन्होंने पाया कि 145 डिग्री सेल्सियस के तापमान पर इस पदार्थ के क्रिस्टल पिघल जाते हैं, जिससे एक बादलदार तरल बनता है जो दृढ़ता से प्रकाश बिखेरता है। जैसे-जैसे गर्म करना जारी रहता है, 179 डिग्री सेल्सियस के तापमान तक पहुंचने पर, तरल साफ हो जाता है, यानी, यह सामान्य तरल, उदाहरण के लिए पानी की तरह ऑप्टिकली व्यवहार करना शुरू कर देता है। कोलेस्टेरिल बेंजोएट ने टर्बिड चरण में अप्रत्याशित गुण दिखाए। एक ध्रुवीकरण माइक्रोस्कोप के तहत इस चरण की जांच करते हुए, रेनित्ज़र ने पाया कि यह द्विअपवर्तन प्रदर्शित करता है। इसका मतलब यह है कि प्रकाश का अपवर्तनांक, यानी इस चरण में प्रकाश की गति, ध्रुवीकरण पर निर्भर करती है।
9. तरल- किसी पदार्थ के एकत्रीकरण की स्थिति, एक ठोस अवस्था (आयतन का संरक्षण, एक निश्चित तन्य शक्ति) और एक गैसीय अवस्था (आकार परिवर्तनशीलता) की विशेषताओं का संयोजन। तरल पदार्थों को कणों (अणुओं, परमाणुओं) की व्यवस्था में कम दूरी के क्रम और अणुओं की तापीय गति की गतिज ऊर्जा और उनकी संभावित अंतःक्रिया ऊर्जा में एक छोटे अंतर की विशेषता होती है। तरल अणुओं की तापीय गति में संतुलन स्थिति के आसपास दोलन होते हैं और तरल की तरलता इसके साथ जुड़ी होती है;
10. अतिक्रिटिकल द्रव(एससीएफ) किसी पदार्थ के एकत्रीकरण की एक अवस्था है जिसमें तरल और गैस चरणों के बीच का अंतर गायब हो जाता है। अपने क्रांतिक बिंदु से ऊपर के तापमान और दबाव पर कोई भी पदार्थ एक सुपरक्रिटिकल तरल पदार्थ है। सुपरक्रिटिकल अवस्था में किसी पदार्थ के गुण गैस और तरल चरणों में उसके गुणों के बीच मध्यवर्ती होते हैं। इस प्रकार, एससीएफ में उच्च घनत्व, तरल के करीब और गैसों की तरह कम चिपचिपापन होता है। इस मामले में प्रसार गुणांक का तरल और गैस के बीच एक मध्यवर्ती मूल्य होता है। सुपरक्रिटिकल अवस्था में पदार्थों का उपयोग प्रयोगशाला और औद्योगिक प्रक्रियाओं में कार्बनिक सॉल्वैंट्स के विकल्प के रूप में किया जा सकता है। सुपरक्रिटिकल पानी और सुपरक्रिटिकल कार्बन डाइऑक्साइड को कुछ गुणों के कारण सबसे अधिक रुचि और वितरण प्राप्त हुआ है।
सुपरक्रिटिकल अवस्था का सबसे महत्वपूर्ण गुण पदार्थों को घोलने की क्षमता है। तरल पदार्थ के तापमान या दबाव को बदलकर, आप इसके गुणों को एक विस्तृत श्रृंखला में बदल सकते हैं। इस प्रकार, ऐसा तरल पदार्थ प्राप्त करना संभव है जिसके गुण तरल या गैस के करीब हों। इस प्रकार, बढ़ते घनत्व (स्थिर तापमान पर) के साथ तरल पदार्थ की घुलनशीलता बढ़ जाती है। चूँकि बढ़ते दबाव के साथ घनत्व बढ़ता है, दबाव बदलने से द्रव की घुलने की क्षमता (स्थिर तापमान पर) प्रभावित हो सकती है। तापमान के मामले में, द्रव के गुणों की निर्भरता कुछ अधिक जटिल होती है - स्थिर घनत्व पर, द्रव की घुलने की क्षमता भी बढ़ जाती है, लेकिन महत्वपूर्ण बिंदु के पास, तापमान में थोड़ी सी वृद्धि से तेज गिरावट हो सकती है घनत्व में, और, तदनुसार, घुलने की क्षमता में। सुपरक्रिटिकल तरल पदार्थ बिना किसी सीमा के एक-दूसरे के साथ मिश्रित होते हैं, इसलिए जब मिश्रण का महत्वपूर्ण बिंदु पहुंच जाता है, तो सिस्टम हमेशा एकल-चरण होगा। बाइनरी मिश्रण के अनुमानित महत्वपूर्ण तापमान की गणना पदार्थों के महत्वपूर्ण मापदंडों के अंकगणितीय माध्य Tc (मिश्रण) = (मोल अंश A) x TcA + (मोल अंश B) x TcB के रूप में की जा सकती है।
11. गैसीय- (फ्रांसीसी गज़, ग्रीक अराजकता से - अराजकता), किसी पदार्थ के एकत्रीकरण की स्थिति जिसमें उसके कणों (अणुओं, परमाणुओं, आयनों) की तापीय गति की गतिज ऊर्जा उनके बीच बातचीत की संभावित ऊर्जा से काफी अधिक हो जाती है, और इसलिए कण स्वतंत्र रूप से चलते हैं, बाहरी क्षेत्रों की अनुपस्थिति में उन्हें प्रदान की गई संपूर्ण मात्रा को समान रूप से भरते हैं।
12. प्लाज्मा- (ग्रीक प्लाज्मा से - मूर्तिकला, आकार), पदार्थ की एक अवस्था जो एक आयनित गैस है जिसमें सकारात्मक और नकारात्मक चार्ज की सांद्रता बराबर होती है (अर्ध-तटस्थता)। ब्रह्मांड में अधिकांश पदार्थ प्लाज्मा अवस्था में है: तारे, गैलेक्टिक नीहारिकाएं और अंतरतारकीय माध्यम। पृथ्वी के निकट, प्लाज्मा सौर वायु, मैग्नेटोस्फीयर और आयनोस्फीयर के रूप में मौजूद है। नियंत्रित थर्मोन्यूक्लियर संलयन को लागू करने के उद्देश्य से ड्यूटेरियम और ट्रिटियम के मिश्रण से उच्च तापमान वाले प्लाज्मा (T ~ 106 - 108K) का अध्ययन किया जा रहा है। कम तापमान वाले प्लाज्मा (T Ј 105K) का उपयोग विभिन्न गैस-डिस्चार्ज उपकरणों (गैस लेजर, आयन डिवाइस, MHD जनरेटर, प्लास्माट्रॉन, प्लाज्मा इंजन, आदि) के साथ-साथ प्रौद्योगिकी में किया जाता है (प्लाज्मा धातु विज्ञान, प्लाज्मा ड्रिलिंग, प्लाज्मा देखें) तकनीकी) ।
13. पतित पदार्थ- प्लाज्मा और न्यूट्रोनियम के बीच एक मध्यवर्ती चरण है। यह सफ़ेद बौनों में देखा जाता है और तारों के विकास में महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है। जब परमाणु अत्यधिक उच्च तापमान और दबाव के अधीन होते हैं, तो वे अपने इलेक्ट्रॉन खो देते हैं (वे इलेक्ट्रॉन गैस बन जाते हैं)। दूसरे शब्दों में, वे पूरी तरह से आयनीकृत (प्लाज्मा) हैं। ऐसी गैस (प्लाज्मा) का दबाव इलेक्ट्रॉनों के दबाव से निर्धारित होता है। यदि घनत्व बहुत अधिक है, तो सभी कण एक-दूसरे के करीब आ जाते हैं। इलेक्ट्रॉन विशिष्ट ऊर्जा वाले राज्यों में मौजूद हो सकते हैं, और किन्हीं दो इलेक्ट्रॉनों की ऊर्जा समान नहीं हो सकती (जब तक कि उनके स्पिन विपरीत न हों)। इस प्रकार, एक घनी गैस में, सभी निचले ऊर्जा स्तर इलेक्ट्रॉनों से भरे होते हैं। ऐसी गैस को डीजेनरेट कहा जाता है। इस अवस्था में, इलेक्ट्रॉन ख़राब इलेक्ट्रॉन दबाव प्रदर्शित करते हैं, जो गुरुत्वाकर्षण बलों का प्रतिकार करता है।
14. न्यूट्रोनियम- एकत्रीकरण की एक स्थिति जिसमें पदार्थ अति-उच्च दबाव में गुजरता है, जो प्रयोगशाला में अभी भी अप्राप्य है, लेकिन न्यूट्रॉन सितारों के अंदर मौजूद है। न्यूट्रॉन अवस्था में संक्रमण के दौरान, पदार्थ के इलेक्ट्रॉन प्रोटॉन के साथ परस्पर क्रिया करते हैं और न्यूट्रॉन में बदल जाते हैं। परिणामस्वरूप, न्यूट्रॉन अवस्था में पदार्थ पूरी तरह से न्यूट्रॉन से बना होता है और इसका घनत्व परमाणु के क्रम पर होता है। पदार्थ का तापमान बहुत अधिक नहीं होना चाहिए (ऊर्जा के बराबर, सौ MeV से अधिक नहीं)।
तापमान में भारी वृद्धि (सैकड़ों MeV और ऊपर) के साथ, विभिन्न मेसॉन पैदा होने लगते हैं और न्यूट्रॉन अवस्था में नष्ट हो जाते हैं। तापमान में और वृद्धि के साथ, विघटन होता है, और पदार्थ क्वार्क-ग्लूऑन प्लाज्मा की स्थिति में चला जाता है। इसमें अब हैड्रॉन नहीं, बल्कि लगातार पैदा होने वाले और लुप्त होने वाले क्वार्क और ग्लूऑन शामिल हैं।
15. क्वार्क-ग्लूआन प्लाज्मा(क्रोमोप्लाज्म) - उच्च-ऊर्जा भौतिकी और प्राथमिक कण भौतिकी में पदार्थ के एकत्रीकरण की एक अवस्था, जिसमें हैड्रोनिक पदार्थ उस अवस्था के समान अवस्था में चला जाता है जिसमें इलेक्ट्रॉन और आयन साधारण प्लाज्मा में पाए जाते हैं।
आमतौर पर, हैड्रोन में पदार्थ तथाकथित रंगहीन ("सफ़ेद") अवस्था में होता है। अर्थात् विभिन्न रंगों के क्वार्क एक दूसरे को रद्द कर देते हैं। सामान्य पदार्थ में भी ऐसी ही स्थिति मौजूद होती है - जब सभी परमाणु विद्युत रूप से तटस्थ होते हैं, अर्थात,
उनमें सकारात्मक चार्ज की भरपाई नकारात्मक चार्ज से होती है। उच्च तापमान पर, परमाणुओं का आयनीकरण हो सकता है, जिसके दौरान आवेश अलग हो जाते हैं, और पदार्थ, जैसा कि वे कहते हैं, "अर्ध-तटस्थ" हो जाता है। अर्थात्, पदार्थ का पूरा बादल समग्र रूप से तटस्थ रहता है, लेकिन उसके व्यक्तिगत कण तटस्थ रहना बंद कर देते हैं। जाहिरा तौर पर यही बात हैड्रोनिक पदार्थ के साथ भी हो सकती है - बहुत उच्च ऊर्जा पर, रंग निकलता है और पदार्थ को "अर्ध-रंगहीन" बना देता है।
संभवतः, बिग बैंग के बाद पहले क्षणों में ब्रह्मांड का पदार्थ क्वार्क-ग्लूऑन प्लाज्मा की स्थिति में था। अब बहुत अधिक ऊर्जा वाले कणों की टक्कर के दौरान क्वार्क-ग्लूऑन प्लाज्मा थोड़े समय के लिए बन सकता है।
2005 में ब्रुकहेवन नेशनल लेबोरेटरी में आरएचआईसी एक्सेलेरेटर में प्रायोगिक तौर पर क्वार्क-ग्लूऑन प्लाज्मा का उत्पादन किया गया था। फरवरी 2010 में वहां अधिकतम प्लाज्मा तापमान 4 ट्रिलियन डिग्री सेल्सियस प्राप्त किया गया था।
16. अजीब पदार्थ- एकत्रीकरण की एक स्थिति जिसमें पदार्थ को अधिकतम घनत्व मान तक संपीड़ित किया जाता है, यह "क्वार्क सूप" के रूप में मौजूद हो सकता है; इस अवस्था में एक घन सेंटीमीटर पदार्थ का वजन अरबों टन होगा; इसके अलावा, यह संपर्क में आने वाले किसी भी सामान्य पदार्थ को महत्वपूर्ण मात्रा में ऊर्जा जारी करके उसी "अजीब" रूप में बदल देगा।
जब तारे का कोर "अजीब पदार्थ" में बदल जाता है तो जो ऊर्जा निकलती है, वह "क्वार्क नोवा" के एक सुपर-शक्तिशाली विस्फोट का कारण बनेगी - और, लीही और उयेद के अनुसार, यह बिल्कुल वही है जो खगोलविदों ने सितंबर 2006 में देखा था।
इस पदार्थ के बनने की प्रक्रिया एक साधारण सुपरनोवा से शुरू हुई, जो एक विशाल तारे में बदल गया। पहले विस्फोट के फलस्वरूप एक न्यूट्रॉन तारे का निर्माण हुआ। लेकिन, लीही और उयेद के अनुसार, यह बहुत लंबे समय तक नहीं टिक सका - क्योंकि इसका घूर्णन अपने ही चुंबकीय क्षेत्र के कारण धीमा हो गया था, यह और भी अधिक सिकुड़ने लगा, जिससे "अजीब पदार्थ" का एक समूह बन गया, जिसके कारण एक समान स्थिति पैदा हो गई। एक साधारण सुपरनोवा विस्फोट के दौरान अधिक शक्तिशाली, ऊर्जा की रिहाई - और पूर्व न्यूट्रॉन तारे के पदार्थ की बाहरी परतें, प्रकाश की गति के करीब की गति से आसपास के अंतरिक्ष में उड़ती हैं।
17. अत्यधिक सममित पदार्थ- यह एक ऐसा पदार्थ है जो इस हद तक संकुचित होता है कि इसके अंदर के सूक्ष्म कण एक दूसरे के ऊपर परत चढ़ जाते हैं और शरीर स्वयं एक ब्लैक होल में ढह जाता है। शब्द "समरूपता" की व्याख्या इस प्रकार की गई है: आइए स्कूल से सभी को ज्ञात पदार्थ की समग्र अवस्थाओं को लें - ठोस, तरल, गैसीय। निश्चितता के लिए, आइए हम एक आदर्श अनंत क्रिस्टल को ठोस मानें। स्थानांतरण के संबंध में एक निश्चित, तथाकथित असतत समरूपता है। इसका मतलब यह है कि यदि आप क्रिस्टल जाली को दो परमाणुओं के बीच के अंतराल के बराबर दूरी तक ले जाते हैं, तो इसमें कुछ भी नहीं बदलेगा - क्रिस्टल स्वयं के साथ मेल खाएगा। यदि क्रिस्टल पिघलाया जाता है, तो परिणामी तरल की समरूपता अलग होगी: यह बढ़ जाएगी। एक क्रिस्टल में, केवल कुछ दूरी पर एक दूसरे से दूरस्थ बिंदु, क्रिस्टल जाली के तथाकथित नोड्स, जिसमें समान परमाणु स्थित थे, समतुल्य थे।
तरल अपने पूरे आयतन में एक समान है, इसके सभी बिंदु एक दूसरे से अप्रभेद्य हैं। इसका मतलब यह है कि तरल पदार्थ को किसी भी मनमानी दूरी से विस्थापित किया जा सकता है (और केवल कुछ अलग-अलग दूरी से नहीं, जैसे कि क्रिस्टल में) या किसी भी मनमाने कोण से घुमाया जा सकता है (जो कि क्रिस्टल में बिल्कुल नहीं किया जा सकता है) और यह स्वयं के साथ मेल खाएगा। इसकी समरूपता की डिग्री अधिक है. गैस और भी अधिक सममित है: तरल बर्तन में एक निश्चित मात्रा में रहता है और बर्तन के अंदर जहां तरल है और जहां यह नहीं है, वहां एक विषमता है। गैस उसे प्रदान की गई संपूर्ण मात्रा पर कब्जा कर लेती है, और इस अर्थ में, इसके सभी बिंदु एक दूसरे से अप्रभेद्य हैं। फिर भी, यहां बिंदुओं के बारे में नहीं, बल्कि छोटे, लेकिन स्थूल तत्वों के बारे में बात करना अधिक सही होगा, क्योंकि सूक्ष्म स्तर पर अभी भी मतभेद हैं। किसी निश्चित समय पर कुछ बिंदुओं पर परमाणु या अणु होते हैं, जबकि अन्य पर नहीं होते हैं। समरूपता केवल औसतन देखी जाती है, या तो कुछ मैक्रोस्कोपिक वॉल्यूम मापदंडों पर या समय के साथ।
लेकिन सूक्ष्म स्तर पर अभी भी कोई तात्कालिक समरूपता नहीं है। यदि किसी पदार्थ को बहुत जोर से दबाया जाता है, ऐसे दबाव में जो रोजमर्रा की जिंदगी में अस्वीकार्य है, दबाया जाता है ताकि परमाणु कुचल जाएं, उनके गोले एक-दूसरे में घुस जाएं, और नाभिक स्पर्श करने लगें, तो सूक्ष्म स्तर पर समरूपता उत्पन्न होती है। सभी नाभिक समान होते हैं और एक-दूसरे के खिलाफ दबाए जाते हैं, न केवल अंतर-परमाणु, बल्कि अंतर-परमाणु दूरियां भी होती हैं, और पदार्थ सजातीय (अजीब पदार्थ) बन जाता है।
लेकिन एक सूक्ष्मदर्शी स्तर भी होता है। नाभिक प्रोटॉन और न्यूट्रॉन से बने होते हैं जो नाभिक के अंदर घूमते हैं। इनके बीच कुछ जगह भी होती है. यदि आप संपीड़ित करना जारी रखते हैं ताकि नाभिक कुचल जाएं, तो नाभिक एक दूसरे के खिलाफ कसकर दब जाएंगे। फिर, सूक्ष्मदर्शी स्तर पर, समरूपता दिखाई देगी, जो सामान्य नाभिक के अंदर भी मौजूद नहीं है।
जो कहा गया है, उससे एक बहुत ही निश्चित प्रवृत्ति का पता चल सकता है: तापमान जितना अधिक होगा और दबाव जितना अधिक होगा, पदार्थ उतना ही अधिक सममित हो जाएगा। इन विचारों के आधार पर, अपनी अधिकतम सीमा तक संपीड़ित पदार्थ को अत्यधिक सममित कहा जाता है।
18. कमजोर सममित पदार्थ- अपने गुणों में दृढ़ता से सममित पदार्थ के विपरीत एक स्थिति, प्लैंक के करीब तापमान पर बहुत प्रारंभिक ब्रह्मांड में मौजूद, शायद बिग बैंग के 10-12 सेकंड बाद, जब मजबूत, कमजोर और विद्युत चुम्बकीय बल एक एकल सुपरफोर्स का प्रतिनिधित्व करते थे। इस अवस्था में, पदार्थ इस हद तक संकुचित हो जाता है कि उसका द्रव्यमान ऊर्जा में बदल जाता है, जो फूलने लगता है, यानी अनिश्चित काल तक फैलने लगता है। स्थलीय परिस्थितियों में प्रयोगात्मक रूप से महाशक्ति प्राप्त करने और पदार्थ को इस चरण में स्थानांतरित करने के लिए ऊर्जा प्राप्त करना अभी तक संभव नहीं है, हालांकि प्रारंभिक ब्रह्मांड का अध्ययन करने के लिए लार्ज हैड्रॉन कोलाइडर में ऐसे प्रयास किए गए थे। इस पदार्थ को बनाने वाले सुपरफोर्स में गुरुत्वाकर्षण संपर्क की अनुपस्थिति के कारण, सुपरफोर्स सभी 4 प्रकार की इंटरैक्शन वाले सुपरसिमेट्रिक बल की तुलना में पर्याप्त रूप से सममित नहीं है। इसलिए, एकत्रीकरण की इस स्थिति को ऐसा नाम मिला।
19. किरण पदार्थ- वास्तव में, यह अब कोई पदार्थ नहीं है, बल्कि अपने शुद्ध रूप में ऊर्जा है। हालाँकि, यह एकत्रीकरण की बिल्कुल काल्पनिक स्थिति है जिसे एक पिंड जो प्रकाश की गति तक पहुँच चुका है, लेगा। इसे शरीर को प्लैंक तापमान (1032K) तक गर्म करके, यानी पदार्थ के अणुओं को प्रकाश की गति तक तेज करके भी प्राप्त किया जा सकता है। जैसा कि सापेक्षता के सिद्धांत से पता चलता है, जब गति 0.99 सेकेंड से अधिक हो जाती है, तो शरीर का द्रव्यमान "सामान्य" त्वरण की तुलना में बहुत तेजी से बढ़ने लगता है, इसके अलावा, शरीर लंबा हो जाता है, गर्म हो जाता है, यानी बढ़ने लगता है; इन्फ्रारेड स्पेक्ट्रम में विकिरण करें। 0.999 सेकेंड की सीमा को पार करने पर, शरीर मौलिक रूप से बदल जाता है और किरण अवस्था तक तीव्र चरण संक्रमण शुरू कर देता है। जैसा कि आइंस्टीन के सूत्र से लिया गया है, इसकी संपूर्णता में, अंतिम पदार्थ के बढ़ते द्रव्यमान में थर्मल, एक्स-रे, ऑप्टिकल और अन्य विकिरण के रूप में शरीर से अलग किए गए द्रव्यमान होते हैं, जिनमें से प्रत्येक की ऊर्जा का वर्णन किया गया है सूत्र में अगला पद. इस प्रकार, एक पिंड जो प्रकाश की गति के करीब पहुंचता है, वह सभी स्पेक्ट्रा में उत्सर्जन करना शुरू कर देगा, लंबाई में बढ़ेगा और समय के साथ धीमा हो जाएगा, प्लैंक लंबाई तक पतला हो जाएगा, अर्थात, गति सी तक पहुंचने पर, शरीर एक अनंत लंबे में बदल जाएगा और पतली किरण, जो प्रकाश की गति से चलती है और इसमें फोटॉन होते हैं जिनकी कोई लंबाई नहीं होती है, और इसका अनंत द्रव्यमान पूरी तरह से ऊर्जा में परिवर्तित हो जाएगा। अतः ऐसे पदार्थ को किरण कहते हैं।
