Պինդ մարմին
Հիմնական հոդված՝ Պինդ մարմինՍտրոնցիումի տիտանատի ({\displaystyle SrTiO_{3}}
) բյուրեղային կառուցվածքը։ Բաց գույնով պատկերված են ստրոնցիումի ({\displaystyle Sr}
), իսկ մուգով՝ տիտանի ({\displaystyle Ti}
) ատոմները։
Պինդ վիճակում նյութի բաղկացուցիչ մասնիկները (ատոմներ, մոլեկուլներ կամ իոններ) դասավորված են միմյանց մոտ։ Նրանց միջև գործող փոխազդեցության գումարային ուժերը ձգողական բնույթի են, և այնքան մեծ են, որ թույլ չեն տալիս մասնիկներին ազատ շարժվել, մասնիկները կատարում են միայն տատանողական շարժում հավասարակշռության դիրքերի շուրջը։ Դրա հետևանքով պինդ մարմինների ծավալն ու ձևը կայուն են և խիստ որոշակի։ Պինդ մարմինները կարող են փոխել իրենց ձևը միայն արտաքին ուժի ազդեցության դեպքում (ինչը տեղի է ունենում, օրինակ, երբ պինդ մարմինը կոտրվում է)։
Բյուրեղային պինդ մարմիններում մասնիկների (ատոմներ, մոլեկուլներ կամ իոններ) տեղակայման դիրքերը տարածական պարբերականություն ունեն, մասնիկների փոխադարձ դասավորությունը նման է տարածական կարգավորված ցանցի։ Գոյություն ունեն բյուրեղային կառուցվածքների բազմաթիվ տեսակներ, ընդ որում նույն նյութը տարբեր պայմաններում կարող է ունենալ տարբեր բյուրեղային կառուցվածքներ։ Օրինակ՝ երկաթի բյուրեղային կառուցվածքը 912 °C-ից ցածր ջերմաստիճաններում խորանարդակենտրոն է, իսկ 912—1394 °C ջերմաստիճանային տիրույթում՝ նիստակենտրոն։ Սառույցի համար հայտնի են տասնհինգ բյուրեղային կառուցվածքներ, որոնք առաջանում են տարբեր ջերմաստիճանների և ճնշումների դեպքում[1]։
Ապակին, կամ այլ ոչ բյուրեղային, ամորֆ պինդ մարմինները, որոնցում առկա չէ հեռակա կարգը, նկարագրվում են ստորև որպես նյութի ոչ դասական ագրեգատային վիճակներ
Պինդ մարմինները կարող են ձևափոխվել հեղուկի հալման հետևանքով, իսկ հեղուկները պինդ մարմնի՝ սառեցման։ Հնարավոր է նաև պինդ մարմնի անմիջապես անցումը գազային վիճակի, այդ պրոցեսը անվանվում է սուբլիմացիա։ Հակառակ պրոցեսը, երբ գազը անմիջապես վերածվում է պինդ մարմնի, կոչվում է դեսուբլիմացիա։
Հեղուկ
Հիմնական հոդված՝ ՀեղուկԴասական միատոմ հեղուկի կառուցվածքը։ Յուրաքանչյուր ատոմ կոնտակտի մեջ է իր հարևան ատոմների հետ, սակայն հեռակա կարգը բացակայում է։
Հեղուկ վիճակում նյութը գրեթե անսեղմելի է և ընդունում է իրեն պարունակող անոթի ձևը։ Հեղուկի ծավալը անփոփոխ է, եթե հաստատուն են ջերմաստիճանն ու ճնշումը։ Երբ պինդ մարմինը տաքացվում է մինչև իր հալման կետից բարձր ջերմաստիճաններ, այն վերածվում է հեղուկի (այն դեպքում, երբ ճնշումը բարձր է եռակի կետին համապատասխանող ճնշումից)։ Հեղուկի դեպքում միջմոլեկուլային (միջատոմական կամ միջիոնային) ուժերը նույնպես էական են, սակայն մոլեկուլները (ատոմները, իոնները) ունեն բավարար էներգիա միմյանց նկատմամբ շարժվելու համար, այսինքն հեղուկի կառուցվածքը «շարժուն» է։ Սա նշանակում է, որ հեղուկի ձևը փոխվում է՝ կախված այն պարունակող անոթից։ Նույն նյութի ծավալը հեղուկ վիճակում սովորաբար ավելի մեծ է, քան պինդ վիճակում, ամենահայտնի բացառությունը ջուրն է, {\displaystyle H_{2}O}
-ն։ Ամենաբարձր ջերմաստիճանը, որում տրված հեղուկը կարող է գոյություն ունենալ, կոչվում է կրիտիկական ջերմաստիճան[2]։
Գազ
Հիմնական հոդված՝ ԳազԳազի մոլեկուլների միջև հեռավորությունները շատ մեծ են, իսկ նրանց միջև կապերը՝ շատ թույլ (իդեալական գազի մոդելի դեպքում նրանք ընդհանրապես գոյություն չունեն)։ Գազի մոլեկուլները կարող են շարժվել ազատ և արագ։
Գազը սեղմելի հեղուկն է։ Գազը ոչ միայն ընդունում է իրեն պարունակող անոթի ձևը, այլ նաև ընդարձակվում է՝ ամբողջությամբ գրավելով անոթի ծավալը։
Գազերում մոլեկուլների կինետիկ էներգիաները բավականչափ մեծ են միջմոլեկուլային ուժերը անտեսելու համար (իդեալական գազի պարագայում նրանք համարվում են հավասար զրոյի), բացի դրանից հարևան մոլեկուլների միջև հեռավորությունները շատ անգամ ավելի են, քան մոլեկուլների չափերը։ Գազը որոշալի ձև կամ ծավալ չունի, գազի համար այս մեծությունները պայմանավորված են այն պարունակող անոթով։ Հեղուկը կարող է փոխակերպվել գազի հաստատուն ճնշման տակ մինչև եռման կետը տաքացնելու հետևանքով, կամ հաստատուն ջերմաստիճանի դեպքում՝ ճնշումը նվազեցնելու հետևանքով։
Կրիտիկական ջերմաստիճանից ցածր ջերմաստիճաններում գազը (կամ որ նույնն է՝ գոլորշին) կարող է հեղուկացվել միայն սեղմման հետևանքով՝ առանց սառեցնելու։ Գոլորշին կարող է հավասարակշռության մեջ լինել հեղուկի (կամ պինդ մարմնի) հետ, և այդ դեպքում նրա ճնշումը հավասար է հեղուկի (կամ պինդ մարմնի) հագեցած գոլորշու ճնշմանը։
Գերկրիտիկական հեղուկ է անվանվում այն գազը, որի ջերմաստիճանը և ճնշումը ավելի բարձր են կրիտիկական արժեքներից։ Այս դեպքում գազի և հեղուկի միջև տարբերությունը վերանում է։ Գերկրիտիկական հեղուկը ունի գազին բնորոշ հատկություններ, սակայն նրա մեծ խտության հետևանքով որոշ դեպքերում ի հայտ են գալիս լուծիչի հատկություններ, որոնք օգտակար կիրառությունների հիմք են հանդիսանում։ Օրինակ գերկրիտիկական կարբոնի երկօքսիդը օգտագործվում է կոֆեինի նկատմամբ գերկրիտիկական հեղուկ էքստրակցիա կիրառելիս՝ կոֆեինազերծված սուրճի արտադրության ժամանակ[3]։
Պլազմա
Հիմնական հոդված՝ ՊլազմաՊլազմայում էլեկտրոնները անջատված են միջուկներից և կազմում են էլեկտրոնային «ծով»։ Դա էլեկտրականություն հաղորդելու հնարավորություն է տալիս։
Պլազման ևս չունի որոշակի ձև կամ ծավալ։ Սակայն ի տարբերություն գազերի, պլազման էլեկտրահաղորդիչ է, այն առաջացնում է մագնիսական դաշտեր և էլեկտրական հոսանքներ, «արձագանքում է» էլեկտրամագնիսական բնույթի ուժերին։ Պլազմայում դրականապես լիցքավորված միջուկները կարծես լողում են անարգել շարժվող ազատ էլեկտրոնների «ծովում»։ Ինչպես և մետաղների դեպքում, այս ազատ էլեկտրոնների «ծովը» էլեկտրականություն հաղորդելու հնարավորություն է տալիս։
Սովորաբար գազը փոխակերպվում է պլազմայի երկու ճանապարհներով․ կամ երկու կետերի միջև պոտենցիալների հսկայական տարբերություն կիրառելով, կամ հասցնելով գազը էքստրեմալ բարձր ջերմաստիճանների։ Ջերմաստիճանի բարձրացումը հնարավորություն է տալիս վալենտական էլեկտրոններին լքել ատոմները և դառնալ ազատ։ Այսպիսով առաջանում է մասնակի իոնացված պլազմա։ Սակայն ավելի բարձր ջերմաստիճանների դեպքում, ինչպիսիք առկա են աստղերում, ըստ էության բոլոր էլեկտրոնները ազատ են, և փաստորեն պլազման կազմված է ազատ էլեկտրոնների «ծովում» շարժվող միջուկներից։ Վերջինս անվանվում է լրիվ իոնացված պլազմա։
Չնայած պլազման Երկրի վրա նորմալ պայմաններում ազատ վիճակում գոյություն չունի, այն սովորաբար առաջանում է կայծակների, կայծային պարպումների ընթացքում, լյումինեսցենտային կամ նեոնային լամպերում և պլազմային հեռուստացույցներում։ Արևի պսակը, կրակի որոշ տեսակները, ինչպես նաև աստղերը պլազմային վիճակում գտնվող լուսարձակող նյութի լավ օրինակ են։