Агрегатно стање — разлика између измена

С Википедије, слободне енциклопедије
Садржај обрисан Садржај додат
м Obsuser је преместио страницу Агрегатна стања на Агрегатно стање
.
Ред 1: Ред 1:
{{bez_izvora}}{{Термодинамика}}
[[Датотека:Phase-diag.svg|мини|десно|200п|Дијаграм промене агрегатних стања.|мини]]
'''Агрегатно стање''' је макроскопски облик постојања [[материја|материје]], униформних [[физичке особине|физичких особина]], и униформног [[хемија|хемијског]] састава у којем честице ([[атом]]и, [[молекул]]и, [[јон]]и...) имају карактеристичнан просторни распоред и карактеристичне облике кретања.


[[File:Four Fundamental States of Matter.png|thumb|right|470px|Četiri fundamentalna stanja materije. U smeru kazaljki na satu od gore levo, ona su čvrsto, tečno, plazma, i gas, predstavljeni sa [[ledena skulptura|ledenom skulpturom]], [[kap (tečnost)|kapljicom]] vode, [[Električni luk |električnim lukom]] iz [[Teslin transformator |teslinog namotaja]], i vazduhom oko oblaka, respektivno.]]
Тип агрегатног стања (чврсто, течно, гасовито, плазма) зависи од односа термалне енергије честица и енергије међучестичних интеракција.
{{Termodinamika-lat }}


'''Agregatno stanje''' je makroskopski oblik postojanja [[materija|materije]], uniformnih [[fizičke osobine|fizičkih osobina]], i uniformnog [[hemija|hemijskog]] sastava u kojem čestice ([[atom]]i, [[molekul]]i, [[jon]]i...) imaju karakterističnan prostorni raspored i karakteristične oblike kretanja. Tip agregatnog stanja (čvrsto, tečno, gasovito, plazma) zavisi od odnosa termalne energije čestica i energije međučestičnih interakcija. Promene agregatnih stanja se nazivaju [[Fazna transformacija|fazni prelazi]]. Mnoga druga stanja su poznata kao što su [[Bose–Ajnštajnov kondenzat]]i i [[neutron-degenerisana materija]], mada se ona javljanju samo ekstremnim situacijama kao što su ultra hladna ili ultra gusta materija. Druga stanja, kao što su [[kvark–gluonska plazma|kvark–gluonske plazme]], se smatraju mogućim ali su za sad u domenu teorije.
Промене агрегатних стања се називају [[Фазна трансформација|фазни прелази]].


Istorijski, distinkcija se pravila na osnovu kvalitativnih razlika u svojstvima. Materija u čvrstom stanju zadržava fiksnu zapreminu i oblik, sa sastavnim česticama ([[atom]]ima, [[molekul]]ima ili [[jon]]ima) blizo jedan drugog i sa fiksnim pozicijama. Materija u tečnom stanju zadržava fiksnu zapreminu, ali ima promenljivi oblik koji se prilagođava sidu. Njene čestice su još uvek blizo jedna drugoj ali su slobodnije. Materija u gasovitom stanju ima promenljivu zapreminu i oblik, adaptirajući obe da popuni sud. Njene čestice su niti blizo jedna drugoj niti imaju fiksnu poziciju. Materija u stanju plazme ima promenljivu zapreminu i oblik, kao i neutralne atome, ona sadrži znatan broj jona i elektrona, koji mogu da se slobodno kreću. Plazma je najrasprostranjenija forma vidljive materije u svemiru.<ref>{{cite book|author=D. A. Gurnett|author2=A. Bhattacharjee|title=Introduction to Plasma Physics: With Space and Laboratory Applications|date=2005|url=http://books.google.com/?id=VcueZlunrbcC&pg=PA2|page=2|isbn=0-521-36483-3|publisher=Cambridge University Press|location=Cambridge, UK}} and {{cite book|author=K Scherer|author2=H Fichtner|author3=B Heber|title=Space Weather: The Physics Behind a Slogan|date=2005|url=http://books.google.com/?id=irHgIUtLi0gC&pg=PA138|page=138|isbn=3-540-22907-8|publisher=Springer|location=Berlin}}</ref>
== Чврсто агрегатно стање ==
{{Главни чланак|Чврсто агрегатно стање}}
Тела у чврстом стању могу бити [[кристал]]на и аморфна. У кристалним телима атоми су правилно распоређени у простору и само [[осцилација|осцилују]] око равнотежних положаја. У аморфним телима честице исто осцилују око равнотежних положаја али је њихов просторни распоред неуређен.


Termin [[Faza (materija)|faze]] se ponekad koristi kao sinonim za stanje materije, mada sistem može da sadrži nekoliko faza istog stanja materije koje se ne mešaju.
== Течно агрегатно стање ==
{{Главни чланак|течност}}
У течном стању распоред честица је попут онога у аморфном с тиме што је допуштено и [[транслаторно кретање]] честица. Дакле, поред осциловања око равнотежних положаја честице се међусобно крећу. (Молекули могу још и да [[ротација|ротирају]] око свог [[центар масе|центра масе]] и још да поседују бројне облике унутрашњег кретања попут вибрација, торзионих осцилација, ротација, конформационих прелаза итд.) При томе честице могу да размењују положаје и да стварају нове, међутим, привлачне силе су довољно велике у односу на термалну енергију да држе честице на блиским растојањима. Отуда течности имају константну запремину али не и облик.


== Četiri fundamentalna stanja ==
== Гасовито агрегатно стање ==
=== Čvrsto agregatno stanje ===
{{главни|Гас}}
[[Image:Stohrem.jpg|thumb|left|Kristalna čvrsta materija: slika atomske rezolucije [[stroncijum titanat]]a. Svetliji atomi su [[Stroncijum|Sr]] a tamniji us [[Titanijum|Ti]].]]
У гасовитом стању привлачне силе међу честицама знатно су слабије од њихове топлотне енергије па се честице скоро слободно крећу испуњавајући целокупан расположиви простор.
{{Glavni članak|Čvrsto agregatno stanje}}


Tela u čvrstom stanju mogu biti [[kristal]]na i amorfna. U kristalnim telima atomi su pravilno raspoređeni u prostoru i samo [[Oscilator|osciluju]] oko ravnotežnih položaja. U amorfnim telima čestice isto osciluju oko ravnotežnih položaja ali je njihov prostorni raspored neuređen.<ref>
== Плазма ==
{{Cite book
{{главни чланак|Плазма (физика)}}
|author=M.A. Wahab
[[Плазма (физика)|Плазма]] је јонизован гас који се због јединствених особина сматра посебним агрегатним стањем материје. Одлике плазме су степен јонизације, температура, густина и магнетна индукција. Од ових параметара зависе особине плазме.
|date=2005
|title=Solid State Physics: Structure and Properties of Materials
|publisher=Alpha Science
|pages=1–3
|isbn=1-84265-218-4
}}</ref>


[[Staklo|Stakla]] i druge nekristalne, [[Amorfnost |amorfne]] čvrste materije bez uređenosti na većim rastojanjima nisu u [[termalna ravnoteža|termalno ravnotežnim]] osnovnim stanjima; stoga se ona opisuju kao neklasična stanja materije.
== Остала агрегатна стања ==
Поред основних агрегатних стања (чврсто, течно, гасовито и плазма) постоји и читава серија међустања, која се називају и течни кристали или мезоморфна стања, која су по својим особинама између течног и чврстог стања. Практично ради се о анизотропним течностима, дакле, системима у којима честице имају покретљивост течности али просторни распоред кристала.


Čvrste materije se mogu transformisati u tečnosti topljenjem, a tečnositi se mogu transformisati u čvste materije zamrzavanjem. Čvrste materije takođe mogu direktno da pređu u gasove putem procesa [[Сублимација (физика)|sublimacije]], i gasovi mogu na analogan način direktno da pređu u čvrsto stanje putem [[depozicija (fazni prelaz)|depozicije]].
== Промена агрегатног стања ==
{{главни|Фазна трансформација}}
Прелаз из једног агрегатног стања у друго назива се [[фазна трансформација|фазни прелаз]]. При томе се мења само релативни распоред честица и/или њихова покретљивост али не и њихова хемијска природа. Дакле, промена агрегатног стања је стриктно физички процес без хемијских реакција. Промена агрегатног стања може да буде скоковита (топљење леда, сублимација јода, испаравање воде) или континуална (омекшавање стакла). На температури [[апсолутна нула|апсолутне нуле]] скоро све супстанце су у чврстом стању. На екстремно високим температурама скоро све супстанце прелазе у плазму.


=== Tečno agregatno stanje ===
== Особине агрегатног стања ==
[[Image:Teilchenmodell Flüssigkeit.svg|thumb|left|Struktura klasične monoatomske tečnosti. Atomi imaju mnoge bliske susede, mada ne postoji pravilan raspored na većim razdaljinama.]]
Под особинама агрегатног стања подразумевамо статичке особине као што су:
{{Glavni članak|tečnost}}
* [[притисак]]
* [[температура]]
* [[ентропија]]
* [[топлотни капацитет]]
* симетрија просторног уређења (симетрија [[кристал]]а у чврстом стању)


U tečnom stanju raspored čestica nalikuje na amorfno, s time što je dopušteno i [[translatorno kretanje]] čestica. Dakle, pored oscilovanja oko ravnotežnih položaja čestice se međusobno kreću. (Molekuli mogu još i da [[Rotaciono kretanje čvrstog tela|rotiraju]] oko svog [[centar mase|centra mase]] i još da poseduju brojne oblike unutrašnjeg kretanja poput vibracija, torzionih oscilacija, rotacija, konformacionih prelaza itd.) Pri tome čestice mogu da razmenjuju položaje i da stvaraju nove, međutim, privlačne sile su dovoljno velike u odnosu na termalnu energiju da drže čestice na bliskim rastojanjima. Otuda tečnosti imaju konstantnu zapreminu ali ne i oblik.<ref name=White>
Као и динамичке особине као:
{{Cite book
* [[брзина звука]] у средини
|author=F. White
* [[топлотна проводљивост]]
|date=2003
* [[електрична проводљивост]]
|title=Fluid Mechanics
* [[модул еластичности]]
|page=4
|publisher= McGraw-Hill
|isbn=0-07-240217-2
}}</ref>


=== Gasovito agregatno stanje ===
Одреднице које карактеришу „врсту честица“ од којих се систем састоји не одређују директно агрегатно стање. Другим речима, [[течност]] је течност јер се понаша као иста, па макар била [[вода]], [[ацетон]], [[етанол]], [[антивода]] (антикисеоник + антиводоник), итд.
{{glavni|Gas}}
U gasovitom stanju privlačne sile među česticama znatno su slabije od njihove toplotne energije pa se čestice skoro slobodno kreću ispunjavajući celokupan raspoloživi prostor.<ref name=Turrell>
{{Cite book
|author=G. Turrell
|date=1997
|title=Gas Dynamics: Theory and Applications
|url=http://books.google.com/?id=-6qF7TKfiNIC&pg=PA3
|publisher= John Wiley & Sons
|pages=3–5
|isbn=0-471-97573-7
}}</ref>


=== Plazma ===
Нека добро позната агрегатна стања:
{{glavni članak|Plazma (fizika)}}
* чврсто
[[Plazma (fizika)|Plazma]] je jonizovan gas koji se zbog jedinstvenih osobina smatra posebnim agregatnim stanjem materije. Odlike plazme su stepen jonizacije, temperatura, gustina i magnetna indukcija. Od ovih parametara zavise osobine plazme.
* текуће ([[течност]])
* [[гас]]овито (Босе, Ферми и [[класични гас|класични гасови]])
* [[Плазма (физика)|плазма]]
* У(1) суперфлуид (пример: Цоопер парови електрона у обичном [[суперпроводност|суперпроводнику]]; део -{He4}- текућине испод 4-{K}-; Босе-Еинстеин кондензат -{Rb}- [[атом]]а)


== Ostala agregatna stanja ==
Мање позната агрегатна стања су:
Pored osnovnih agregatnih stanja (čvrsto, tečno, gasovito i plazma) postoji i čitava serija međustanja, koja se nazivaju i [[tečni kristal]]i ili [[mezomorfna stanja]], koja su po svojim osobinama između tečnog i čvrstog stanja. Praktično radi se o anizotropnim tečnostima, dakle, sistemima u kojima čestice imaju pokretljivost tečnosti ali prostorni raspored kristala.
* суперсолид
* фракциона квантна -{Hall}- течност (нискотемпературни електронски гас)
* поремећена X-Y кристална решетка


== Promena agregatnog stanja ==
{{glavni|Fazna transformacija}}
::[[Image:Physics matter state transition 1 en.svg|700px|left|Ovaj dijagram ilustrije prelaze između četiri fundamentalna stanja materije.]]{{clear-left}}

Prelaz iz jednog agregatnog stanja u drugo naziva se [[fazni prelaz]]. Pri tome se menja samo relativni raspored čestica i/ili njihova pokretljivost ali ne i njihova hemijska priroda. Dakle, promena agregatnog stanja je striktno fizički proces bez hemijskih reakcija. Promena agregatnog stanja može da bude skokovita (topljenje leda, sublimacija joda, isparavanje vode) ili kontinualna (omekšavanje stakla). Na temperaturi [[apsolutna nula|apsolutne nule]] skoro sve supstance su u čvrstom stanju. Na ekstremno visokim temperaturama skoro sve supstance prelaze u plazmu. <ref>
{{Cite web
|author=M. Chaplin
|date=20. 8. 2009
|title=Water phase Diagram
|url=http://www.lsbu.ac.uk/water/phase.html
|work=Water Structure and Science
|accessdate=23. 2. 2010
}}</ref> Pojava superprovodnosti je vezana za fazni prelaz, tako da postoje [[superprovodnost|superprovodna]] stanja. Slično tome, [[Feromagnetizam |feromagnetična]] stanja su označena faznim prelazima i imaju prepoznatljiva svojstava. Kad dođe do promene stanja posredni koraci se nazivaju [[mezofaza]]ma. Takve faze su iskorišćene uvođenjem tehnolgije [[tečni kristal|tečnih kristala]].
<ref>{{Cite book
|author=D.L. Goodstein
|date=1985
|title=States of Matter
|publisher= Dover Publications
|isbn=978-0-486-49506-4
}}</ref><ref>{{Cite book
|author=A.P. Sutton
|date=1993
|title=Electronic Structure of Materials
|pages=10–12
|publisher=Oxford Science Publications
|isbn=978-0-19-851754-2
}}</ref>
[[Datoteka:Phase-diag.svg|Dijagram promene agregatnih stanja.|thumb|left|250px]]

Stanje ili ''faza'' date materije se može promeniti u zavisnosti od [[pritisak|pritiska]] i [[temperatura|temperature]], pri čemu dolazi do prelaza u druge faze kad se uslovi promene tako da pogoduju njihovom postojanju; na primer, čvrsta materija prelazi u tečnost sa povišenjem temperature. U blizini [[Apsolutna nula |apsolutne nule]], supstanca postoji kao čvsta materija. Sa dodatkom toplote supstanca se topi u tečnost na [[tačka topljenja|tački topljenja]], ključa u gas na njenoj [[Vrelište |tački ključanja]], i ako se dovoljno zagreje prelazi bilo u stanje [[plazma (fizika)|plazme]] u kome [[elektron]]i imaju dovoljno energije da napuste atome.

Forme materije koje se ne sastoje od molekula i koje su organizovane različitim silama se takođe mogu smatrati različitim stanjima materije. [[Superfluid]]i (poput [[Fermionski kondenzat|Fermionskog kondenzata]]) i [[kvark–gluonska plazma|kvark–gluonske plazme]] su primeri.

U hemijskoj jednačini, stanje materije hemikalija se može prikazati kao (s) za čvrste materije, (l) za tečnosti, i (g) za gas. [[Vodeni rastvor]] se označava sa (aq). Materija u stanju plazme se retko koristi (ako ikad) u hemijskim jednačinama, tako da nema standardnog simbola za njeno označavanje. U retkim jednačinama u kojima se koristi plazma ona se obeležava sa (p).

== Osobine agregatnog stanja ==
Pod osobinama agregatnog stanja podrazumevamo statičke osobine kao što su:
* [[pritisak]]
* [[temperatura]]
* [[entropija]]
* [[toplotni kapacitet]]
* simetrija prostornog uređenja (simetrija [[kristal]]a u čvrstom stanju)

Kao i dinamičke osobine kao:
* [[brzina zvuka]] u sredini
* [[toplotna provodljivost]]
* [[električna provodljivost]]
* [[modul elastičnosti]]

Odrednice koje karakterišu "vrstu čestica" od kojih se sistem sastoji ne određuju direktno agregatno stanje. Drugim rečima, [[tečnost]] je tečnost jer se ponaša kao ista, pa makar bila [[voda]], [[aceton]], [[etanol]], [[anti-voda]] (anti-kiseonik + anti-vodonik), itd.

Neka dobro poznata agregatna stanja:
* čvrsto
* tekuće ([[tečnost]])
* [[gas]]ovito (Bose, Fermi i [[klasični gas]]ovi)
* [[plazma]]
* U(1) superfluid (primer: Cooper parovi elektrona u običnom [[superprovodnik]]u; deo He4 tekućine ispod 4K; Bose-Einstein kondenzat Rb [[atom]]a)

Manje poznata agregatna stanja su:
* supersolid
* frakciona kvantna Hall tečnost (nisko-temperaturni elektronski gas)
* poremećena X-Y kristalna rešetka

== Ostala agregatna stanja ==
Pored osnovnih agregatnih stanja (čvrsto, tečno, gasovito i plazma) postoji i čitava serija međustanja, koja se nazivaju i tečni kristali ili mezomorfna stanja, koja su po svojim osobinama između tečnog i čvrstog stanja. Praktično radi se o anizotropnim tečnostima, dakle, sistemima u kojima čestice imaju pokretljivost tečnosti ali prostorni raspored kristala.

=== Staklo ===
{{Main|Staklo}}

{{multiple image
| image1 = Silica.svg
| alt1 = Atoms of Si and O; each atom has the same number of bonds, but the overall arrangement of the atoms is random.
| width1 = 200
| image2 = SiO² Quartz.svg
| alt2 = Regular hexagonal pattern of Si and O atoms, with a Si atom at each corner and the O atoms at the centre of each side.
| width2 = 200
| footer = Šematska reprezentacija randomne mreže staklaste forme (levo) i uređene kristalne rešetke (desno) sa identičnim hemijskim sastavom.
}}

[[Staklo]] je nekristalni ili [[Amorfnost|amorfni]] čvrsti materijal koji ispoljava [[Temperatura ostakljavanja|stakleni prelaz]] kad se zagreva do tečnog stanja. Stakla mogu da budu napravljena od sasvim različitih klasa materijala: neorganskih mreža (kao što je prozorsko staklo, napravljeno od [[silikat]]a sa aditivima), metalnih legura, jonskih rastopa, vodenih rastvora, molekulskih tečnosti, i polimera. Termodinamički, staklo je u [[metastabilno stanje|metastabilnom stanje]] u odnosu na svoje kristalne pandane. Brzina konverzije je međutim praktično jednaka nuli.

=== Kristali sa izvesnim stepenom neuređenosti ===

[[Plastični kristal]] je molekulski čvrsti materijal sa pozicionim uređenjem na velikim rastojanjima, pri čemu konstituentni molekuli zadržavaju rotacionu slobodu; u [[orijentaciono staklo|orijentacionom staklu]] ti stepeni slobode su zamrznuti u [[red i nered (fizika)|ugaženom neuređenom]] stanju.

Slično tome, u [[spinsko staklo|spinskom staklu]] magnetna neuređenost je zamrznuta.

=== Stanja tečnih kristala ===
{{Main|Tečni kristal}}

Stanja tečnih kristala imaju svojstva koja su na prelazu između pokretnih tečnosti i uređenih čvrstih materija. Generalno, tečni kristali mogu da teku, poput tečnosti, mada ispoljavaju uređenost na velikim rastojanjima. Na primer, [[Tečni kristal|nematična faza]] se sastoji od dugih štapićastkih molekula, kao što je [[Para-Azoksianizol |para-azoksianizol]], koji je nematičan u temperaturnom opsegu 118–136&nbsp;°C.<ref>{{cite journal|title=Phase Transitions of Liquid Crystal PAA in Confined Geometries|author=Shao, Y.|author2=Zerda, T. W.|journal=Journal of Physical Chemistry B|date=1998 |volume=102 |issue=18|pages=3387–3394|doi=10.1021/jp9734437}}</ref> U tom stanju molekuli teku kao tečnosti, ali su svi usmereni u istom pravcu (unutar svakog domena) i ne mogu slobodno da rotiraju.

Drigi tipovi tečnih kristala su opisani u glavnom članku o njima. Nekoliko topova ima tehnološki značaj, na primer, u [[LCD monitor |tečno kristalnim displej]]ima.

=== Magnetno uređena stanja ===
Atomi [[Prelazni metali|prelaznih metala]] često imaju [[Magnetski moment |magnetske momente]] usled neto [[spin (fizika)|spina]] elektrona koji ostaju nespareni i ne formiraju hemijske veze. U nekim čvrstim materijalima magnetni momenti različitih atoma su uređeni i mogu da formiraju feromagnet, antiferomagnet ili ferimagnet.

Kod [[feromagnetizam|feromagnetizma]] — na primer čvrstog [[gvožđe|gvožđa]] — magnetni momenat na svakom atomu je poravnat u istom pravcu (unutar [[magnetni domen|magnetnog domena]]). Ako su i domeni poravnati, čvrsti materijal je permanentni [[magnet]], koji je magnetan čak i u odsustvu vanjskog [[magnetno polje|magnetnog polja]]. [[Magnetizacija]] se gubi kad se magnet zagreva do [[Kirijeva temperatura|Kirijeve tačke]], koja je kod gvožđa na 768&nbsp;°C.

[[Antiferomagnetizam|Antiferomagnet]] ima dve mreže jednakih i suprotnih magnetnih momenata, koje poništavaju jedna drugu tako da je neto magnetizacija jednaka nuli. Na primer, u [[nikal(II) oksid]]u (NiO), polovina niklovih atoma ima momente poravnate u jednom smeru, a polovina u suprotnom smeru.

Kod [[ferimagnetizam|ferimagneta]], dve mreže magnetnih momenata su suprotne ali su nejednake, tako da poništavanje nije kompletno i postoji izvesna magnetizacija. Primer je [[magnetit]] (Fe<sub>3</sub>O<sub>4</sub>), koji sadrži Fe<sup>2+</sup> i Fe<sup>3+</sup> jone sa različitim magnetnim momentima.

=== Mikrofazno-odvojena stanja ===
{{Main|Kopolimer}}
[[File:Sbs block copolymer.jpg|thumb|right|Kopolimer SBS bloka u [[Transmisiona elektronska mikroskopija|TEM]]]]

[[Kopolimer]]i mogu da podlegnu mikrofaznoj separaciji i da formiraju raznovrsne nizove periodičnih nanostruktura, kao što je prikazano na primeru kopolimera [[Kraton (polimer)|stiren-butadien-stirenskog bloka]] prikazanog desno. Mikrofazna separacija se može razumeti po analogiji sa faznim razdvajanjem između [[ulje|ulja]] i vode. Usled hemijske inkompatibilnosti između dva bloka, blok kopolimera podleže sličnoj faznoj separaciji. Međutim, pošto su blokovi [[kovalentna veza|kovalentno vezani]] jedan za drugi, oni se ne mogu makroskopski razdvojiti kao što to voda i ulje čine, nego umesto toga blokovi formiraju strukture [[nanometar]]ske veličine. U zavisnosti od relativnih dužina svakog bloka i sveukupne topologije blokova polimera, može nastati mnoštvo morfologija, svaka od kojih je zasebna faza materije.

=== Kvantno spinska tečnost ===
{{Main|Kvantno spinska tečnost}}
Kvantno spinska tečnost ima neuređeno stanje u sistemu interagujućih kvantnih spinova, koje očuvava svoju neuređenost do veoma niskih temperatura, za razliku od drugih neorjentisanih stanja.

==Niskotemperaturna stanja==

===Superfluid===
[[Image:Liquid helium Rollin film.jpg|thumb|Tečni [[helijum]] u superfluidnoj fazi se uspinje preko zidova šolje u [[Rolinov film|Rolinovom filmu]], i konačno iskaplava iz nje.]]
{{Main|Superfluid}}
U blizini apsolutne nule, neke tečnosti formiraju drugo tečno stanje koje se naziva '''superfluidom''', koje ima nulti [[viskozitet]] (ili infinitnu fluidnost; i.e., teče bez trenja). To je oktriveno 1937. godine za [[helijum]], koji formira superfluid ispod [[lambda tačka|lambda temperature]] od 2,17 K. U tom stanju on pokušava da se „ispenje“ iz svog suda.<ref>
{{Cite web
|author=J.R. Minkel
|date=20. 2. 2009
|title=Strange but True: Superfluid Helium Can Climb Walls
|url=http://www.scientificamerican.com/article.cfm?id=superfluid-can-climb-walls
|work= Scientific American
|accessdate=23. 2. 2010
}}</ref> On isto tako ima beskonačnu [[termalna provodnost|termalnu provodnost]], tako da se [[temperaturni gradijent]] ne može formirati u superfluidu. Smeštanje superfluida u vrteći kontejner proizvodi [[kvantni vrtlog|kvantizovane vrtloge]].

Ta svojstva se teorijski objašnjavaju pretpostavkom da uobičajeni izotop [[helijum-4]] formira [[Boze–Ajnštajnov kondenzat]] (pogledajte sledeću sekciju) u superfluidnom stanju. Nedavno su superfluidi [[Fermionski kondenzat|Fermionskog kondenzata]] bili formirani na još nižim temperaturama za retke izotope [[helijum-3]] i [[Izotopi litijuma|litijum-6]].<ref>
{{Cite web
|author=L. Valigra
|date=22. 6. 2005
|url=http://web.mit.edu/newsoffice/2005/matter.html
|title=MIT physicists create new form of matter
|publisher=[[Massachusetts Institute of Technology|MIT News]]
|accessdate=23. 2. 2010
}}</ref>

=== Boze–Ajnštajnov kondenzat ===
[[Image:Bose Einstein condensate.png|right|thumb|Brzina u gasu [[rubidijum]]a pri hlađenju: početni materijal je levo, a Boze–Ajnštajnom kondenzat desno.]]
{{Main|Boze–Ajnštajnov kondenzat}}
Godine 1924, [[Albert Einstein]] i [[Satyendra Nath Bose]] su predvideli postojanje „Boze–Ajnštajnovog kondenzata“ (BEC), koje se u ponekad naziva petim stanjem materije. U ovom stanju materija prestaje da se ponaša kao set nezavisnih čestica, i kolapsira u jedno kvantno stanje koje se može opisati sa jednom uniformnom talasnom funkcijom.

U gasnoj fazi, Boze–Ajnštajnom kondenzat je ostao nepotvrđeno teoretsko predviđanje dugi niz godina. Israživačke grupe [[Eric Cornell|Erika Kornela]] i [[Carl Wieman|Karla Vimana]] sa univerzita u Koloradu su 1995. godine eksperimentalno proizvele prvi takav kondenzat. Boze–Ajnštajnov kondenzat je „hladniji“ od čvrste materije. On se može formirati kad atomi imaju veoma slične (ili iste) [[Energetski nivo|kvantne nivoe]], na temperaturama bliskim [[apsolutna nula|apsolutnoj nuli]] (−273,15&nbsp;°C).

=== Fermionski kondenzat ===
{{main|Fermionski kondenzat}}
''Fermionski kondenzat'' je sličan Boze–Ajnštajnovom kondenzatu ali se sastoji od [[fermion]]a. [[Paulijev princip isključenja]] sprečava fermione da zauzmu isto kvantno stanje, ali se par fermiona može ponašati kao bozon, i višestruki takvi parovi mogu zatim da stupe u isto kvantno stanje bez ograničenja.

=== Rajdbergov molekul ===
Jedno od [[metastabilno stanje|metastabilnih stanja]] jako neidealne plazme je [[Rajdbergova materija]], koja se formira nakon kondenzacije [[pobuđeno stanje|pobuđenih atoma]]. Ti atomi isto tako mogu da se pretvore u [[jon]]e i [[elektron]]e, ako dostignu određenu temperaturu. Aprila 2009, ''[[Nature]]'' je objavila članak o formiranju Rajdbergovih molekula iz Rajdbergovog atoma i atoma u [[osnovno stanje atoma|osnovnom stanju]],<ref>
{{cite journal
|author=V. Bendkowsky
|display-authors=etal
|date=2009
|title=Observation of Ultralong-Range Rydberg Molecules
|journal=[[Nature (journal)|Nature]]
|volume=458 |pages=1005–8
|doi=10.1038/nature07945
|pmid=19396141
|issue=7241
|bibcode = 2009Natur.458.1005B }}</ref> čime je potvrđeno da takvo stanje materije može da postoji.<ref>
{{Cite web
|author=V. Gill
|date=23. 4. 2009
|title=World First for Strange Molecule
|url=http://news.bbc.co.uk/2/hi/science/nature/8013343.stm
|publisher=[[BBC News]]
|accessdate=23. 4. 2010
}}</ref> Eksperiment je izveden koristeći ultrahladne atome [[rubidijum]]a.

=== Kvantno Holovo stanje ===
{{main|Kvantni Holov efekat}}
''Kvantno Holovo stanje'' dovodi do kvantizovanog [[Holov napon|Holovog napona]] koji se meri u normalnom pravcu na protok struje. ''[[Kvantni spinski Holov efekat|Kvantno spinsko Holovo stanje]]'' je teoretska faza koja može da poploča put do razvoja elektronskih uređaja koji rasipaju manje energije i generišu manje toplote. Ono je derivat kvantnog Holovog stanja materije.

=== Čudna materija ===
{{main|Čudna materija}}
Čudna materija je tip [[Kvarkna materija|kvarkne materija]] koja može da postoji u unutrašnjosti nekih neutronskih zvezda u blizini [[Tolman–Openhejmer–Volkofov limit|Tolman–Openhejmer–Volkofovog limita]] (aproksimativno 2–3 [[solarna masa|solarne mase]]). Ona može da bude stabilna na nižim energetskim stanjima nakon formiranja.

=== Fotonska materija ===
{{main|Fotonska materija}}
Kod fotonske materije, fotoni se ponašaju kao da imaju masu, i mogu da formiraju međusobne interakcije, čak i da formiraju fotonske „molekule“. To je u kontrastu sa uobičajenim svojstvima fotona, koji nemaju masu mirovanja, i ne mogu da formiraju interakcije.

=== Dropleton ===
{{main|Dropleton}}
Dropleton je „kvantna magla“ elektrona i otvora koji teku jedni oko drugih, i čak formiraju talase poput tečnosti, umesto da se javljaju kao diskretni parovi.<ref>http://www.iflscience.com/physics/new-state-matter-discovered#3Oe9x65kkHViXABt.99</ref>

== Visoko energetska stanja ==

=== Degenerisana materija ===
{{Main|Degenerisana materija}}
Pod ekstremno visokim pritiscima, obična materija podleže tranziciji do serije egzotičnih stanja materije koja su kolektivno poznata kao [[degenerasana materija]]. U tim uslovima, struktura materije je podržana [[Paulijev princip isključenja|Paulijevim principom isključenja]]. Ova stanja su od velikog interesa za [[Spisak astronoma|astrofizičare]], pošto se smatra da se uslovi visokog pritiska javljaju unutar [[zvezda]] koje su iskoristile njihovo [[nuklearna fuzija|nuklearno fuziono]] „gorivo“, kao što su [[beli patuljak|beli patuljci]] i [[neutronska zvezda|neutronske zvezde]].

[[Degenerisana materija|Elektronski degenerisana materija]] se javljaju unutar [[beli patuljak|belih patuljaka]]. Elektroni ostaju vezani za atome, ali se mogu preneti na susedne atome. Neutronski degenerisana materija je prisutna u [[neutronska zvezda|neutronskim zvezdama]]. Ogromni gravitacioni pritisak kompresuje atome toliko puno da su elektroni prisiljeni da se kombinuju sa protonima putem inverznog beta raspada, što dovodi do supergustih konglomeracija neutrona. (Normalno se [[Neutron|slobodni neutroni]] izvan atomskih jezgara [[Radioaktivni raspad|raspadaju]] sa poluživotom manjim od 15 minuta, ali u neutronskoj zvezdi, kao i u jezgru atoma, drugi efekti stabilizuju neutrone.)

=== Kvark–gluonska plasma===
{{Main|Kvark–gluonska plazma}}
Kvark–gluonska plazma je faza u kojoj [[kvark]]ovi postaju slobodni i mogu da se kreću nezavisno (umesto da budu neprestano vezani za čestice) u moru [[gluon]]a (subatomskih čestica koje transmituju [[jaka interakcija|jaku silu]] koja vezuje kvarkove); to je slično rastavljanju molekula na atome. Ovo stanje se može kratkotrajno stvariti u [[Akcelerator čestica|akceleratorima čestica]], i ono omugućava naučnicima da uoče svojstva pojedinačnih kvarkova, i da potvrde teorije.

Kvark–gluonska plazma je otkrivena u [[CERN]] institutu 2000. godine.

=== Obojeni stakleni kondenzat ===
{{Main|Obojeni stakleni kondenzat}}
Obojeni stakleni kondenzat je tip materije za koji se teoretski pretpostavlja da postoji u atomskim jezgrima čija brzina kretanja je bliska brzini svetlosti. Sledstveno Ajnštajnovoj teoriji relativnosti, visoko energetska jezgra izgledaju kao da imaju smanjenu dužinu, ili da su kompresovana, duž pravca kretanja. Konsekventno, gluoni unutar jezgra izgledaju nepokretnom posmatraču kao „gluonski zid“ koji putuje brzinom svetlosti. Pri veoma visokim energijama, gustina gluona u tom zidu se znatno povećava. Za razliku od kvark–gluonske plazme proizvedene kolizijom takvih zidova, obojeni stakleni kondenzat opisuje same zidove, i jedan je od unutrašnjih svojstava čestica pod visoko energetskim uslovima kao što su oni pri RHIC i verovatno u Vekom hadronskom kolajderu.

== Veoma visoka energetska stanja ==
'''[[Singularnost|Gravitaciona singularnost]]''' predviđena [[Opšta teorija relativnosti|opštom relativnošću]] da postoji u centru [[crna rupa|crne rupe]] ''nije'' faza materije; ona uopšte nije materijalni objekat (mada je masa-energija materije doprinela njenom kreiranju) nego je svojstvo [[prostor-vreme]]na na datoj lokaciji. Svakako se može tvrditi da su sve čestice svojstva prostor-vremena lokacije,<ref>{{cite book|author1=David Chalmers|author2=David Manley|author3=Ryan Wasserman|title=Metametaphysics: New Essays on the Foundations of Ontology|url=http://books.google.com/books?id=6nqzIi16CY0C&pg=PA378|date=2009|publisher=Oxford University Press|isbn=978-0-19-954604-6|pages=378–}}</ref> čime se otvara kontroverzna polemika o ovoj temi.

== Druga predložena stanja ==

=== Superčvrsto stanje ===
{{Main|Superčvrsto stanje}}
Superčvrsto stanje je prostorno uređeni materijal (koji je čvrst ili kristalan) sa superfluidnim svojstvima. Slično superfluidu, superčvrsta materija ima sposobnost kretanja bez trenja ali zadržava čvrst oblik. Mada je superčvrsta supstanca čvrsta materija, ona ispojava znatan broj karakteristika koje je razdvajaju od drugih čvrstih materija, te je mnogi smatraju zasebnim stanjem materije.<ref>
{{cite journal
|author=G. Murthy
|display-authors=etal
|date=1997
|title=Superfluids and Supersolids on Frustrated Two-Dimensional Lattices
|journal= Physical Review B
|volume=55
|issue=5 |page=3104
|doi=10.1103/PhysRevB.55.3104
|arxiv = cond-mat/9607217 |bibcode = 1997PhRvB..55.3104M }}</ref>

===String-net tečnost===
{{main|String-net tečnost}}
U string-net tečnosti, atomi imaju očevidno nestabilan raspored, poput tečnosti, ali su još uvek konzistentni u svekupnom paternu, poput čvrstog materijala. Kad su u normalnom čvrstom stanju, atomi materije se poravnavaju u rešetkastom obrascu, tako da je spin svakog elektrona suprotan spinu svih drugih elektrona u dodiru. U string-net tečnosti, atomi su organizovani u obrascu koji zahteva da neki od elektrona imaju susede sa istim spinom. To dovodi do retkih svojstava, a isto tako daje i podršku nekim neoubičajenim pretpostavkama o fundamentnim svojstvima samog svemira.

=== Superstaklo ===
{{Main|Superstaklo}}
Superstaklo je faza materije koja je okarakterisana istovremeno [[superfluid]]nošću i zamrznutom amorfnom strukturom.

=== Tamna materija ===
{{Main|Tamna materija}}
Dok se procenjuje da tamna materija sačinjava 83% sveukupne mase [[svemir]]a, većina njenih svojstva ostaje misterija zbog toga što ona niti [[Apsorpcija (elektromagnetna radijacija)|absorbuje]] niti [[Emisioni spektar|emituje]] [[elektromagnetna radijacija|elektromagnetnu radijaciju]]. Postoji mnoštvo konkurentskih teorija koje objašnjavaju sastav tamne materije. Dakle, mada se hipotetiše da ona postoji i da sačinjava najveći deo materije svemira, skoro sva njena svojstva su nepoznata i stvar spekulacije, pošto je ona jedino uočena putem njenih [[gravitacija|gravitacionih]] dejstava.<ref name="Trimble 1987" >{{cite journal | authorlink= |last=Trimble | first=Virginia | title=Existence and nature of dark matter in the universe | journal= Annual Review of Astronomy and Astrophysics | volume=25 | pages=425–472 | date=1987 | bibcode=1987ARA&A..25..425T|doi = 10.1146/annurev.aa.25.090187.002233 }}</ref><ref>{{cite web
|last = Hinshaw
|first = Gary F.
|title = What is the universe made of?
|work = Universe 101
|publisher = NASA website
|date = 29. 1. 2010
|url = http://map.gsfc.nasa.gov/universe/uni_matter.html
|accessdate = 17. 3. 2010}}</ref>

=== Ekvilibrijumski gel ===
{{Main|Ekvilibrijumski gel}}
[[Ekvilibrijumski gel]] je sačinjen od sintetičke gline zvane Laponit. Za razliku od drugih gelova, on zadržava istu konzistenciju širom svoje strukture i stabilan je, što znači da se ne razdvaja u sekcije čvrste mase i one koje su više tečna masa. Ekvilibrijumska gelna filtraciona tečna hromatografija je tehnika koja se koristi za kvantizaciju vezivanja liganda.<ref>{{cite web
|last = Cartlidge
|first = Edwin
|title = New State of Matter Seen in Clay
|work = Technology
|publisher = Science Now website
|date = 12. 1. 2012
|url = http://news.sciencemag.org/physics/2010/12/new-state-matter-seen-clay
|accessdate = 10. 9. 2013}}</ref>

== Vidite još ==
* [[Skrivena stanja materije]]
* [[Osnovni elementi ]]
* [[Fizika kondenzovanje materije]]
* [[Kriva hlađenja]]
* [[Faza (materija)]]
* [[Superhlađenje]]
* [[Superzagrevanje]]

== Reference ==
{{Reflist|2}}

== Literatura ==
{{refbegin|2}}
* {{Cite journal |author= Peter Kurzweil |author2= Paul Scheipers | title=Chemie: Grundlagen, Aufbauwissen, Anwendungen und Experimente | publisher=Springer | year=2010 | isbn=9783834803412 }}
* {{Cite journal | author=Guido Kickelbick | title=Chemie für Ingenieure | publisher=Pearson Deutschland | year=2008 | ISBN=9783827372673 }}
* {{Cite journal | author=B. Engels |author2= C. Schmuck |author3= T. Schirmeister |author4= R. Fink | title=Chemie für Mediziner | publisher=Pearson Deutschland | year=2008 | isbn=9783827372864 }}
* {{Cite journal | author=Compact Silver Line | title=Physik: Grundwissen Formeln und Gesetze | publisher=Compact Verlag | year=2010 | isbn=9783817478910 }}
* {{Cite journal | author=Dieter Meschede |author2= Christian Gerthsen | title=Gerthsen Physik | publisher=Springer | year=2003 | isbn=9783540026228 }}

* J. P. Hansen, I. R. Mcdonald: ''Theory of simple Liquids''. Elsevier Academic Press, 2006, ISBN 978-0-12-370535-8
* M. P. Allen, D.J. Tildesly: ''Computer Simulation of Liquids''. Oxford University Press, 1989, ISBN 0-19-855645-4

* {{Cite book|author=Anderson, John D. |title=Fundamentals of aerodynamics|year=1984|isbn=0070016569|publisher=McGraw-Hill Higher Education|ref=harv}}
* {{Cite book |last=John|first=James|title= Gas Dynamics|year=1984|publisher=Allyn and Bacon|isbn=0-205-08014-6|ref=harv}}
* {{Cite book|author=McPherson, William |author2= Henderson, William |title=An Elementary study of chemistry|year=1917|ref=harv}}
* Philip Hill and Carl Peterson. ''Mechanics and Thermodynamics of Propulsion: Second Edition'' Addison-Wesley, 1992. ISBN 0-201-14659-2
* National Aeronautics and Space Administration (NASA). [http://www.grc.nasa.gov/WWW/K-12/airplane/Animation/frglab.html Animated Gas Lab]. Accessed February, 2008.
* Georgia State University. [http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/hframe.html HyperPhysics]. Accessed February, 2008.
* Antony Lewis [http://www.wordwebonline.com/en/GASEOUSSTATE WordWeb]. Accessed February, 2008.
* Northwestern Michigan College [http://www.nmc.edu/~bberthelsen/c9n03.htm The Gaseous State]. Accessed February, 2008.
{{refend}}

== Spoljašnje veze ==
{{Commons category|States of aggregation}}
* [http://web.mit.edu/newsoffice/2005/matter.html 2005-06-22, MIT News: MIT physicists create new form of matter] Citat: "...&nbsp;They have become the first to create a new type of matter, a gas of atoms that shows high-temperature superfluidity."
* [http://www.sciencedaily.com/releases/2003/10/031010075634.htm 2003-10-10, Science Daily: Metallic Phase For Bosons Implies New State Of Matter]
* [http://www.sciencedaily.com/releases/2004/01/040115074553.htm 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..."
* [http://www.sciencedaily.com/releases/2004/01/040129073547.htm 2004-01-29, ScienceDaily: NIST/University Of Colorado Scientists Create New Form Of Matter: A Fermionic Condensate]
* [http://vega.org.uk/video/subseries/30 Short videos demonstrating of States of Matter, solids, liquids and gases by Prof. J M Murrell, University of Sussex]


== Спољашње везе ==
{{Commonscat|State of aggregation}}


[[Категорија:Агрегатна стања|*]]
[[Категорија:Агрегатна стања|*]]
[[Категорија:Термодинамика]]
[[Категорија:Термодинамика]]
[[Категорија:Физичка хемија]]
[[Категорија:Физичка хемија]]
[[Категорија:Хемијске особине]]

Верзија на датум 5. фебруар 2017. у 09:01

Četiri fundamentalna stanja materije. U smeru kazaljki na satu od gore levo, ona su čvrsto, tečno, plazma, i gas, predstavljeni sa ledenom skulpturom, kapljicom vode, električnim lukom iz teslinog namotaja, i vazduhom oko oblaka, respektivno.

Agregatno stanje je makroskopski oblik postojanja materije, uniformnih fizičkih osobina, i uniformnog hemijskog sastava u kojem čestice (atomi, molekuli, joni...) imaju karakterističnan prostorni raspored i karakteristične oblike kretanja. Tip agregatnog stanja (čvrsto, tečno, gasovito, plazma) zavisi od odnosa termalne energije čestica i energije međučestičnih interakcija. Promene agregatnih stanja se nazivaju fazni prelazi. Mnoga druga stanja su poznata kao što su Bose–Ajnštajnov kondenzati i neutron-degenerisana materija, mada se ona javljanju samo ekstremnim situacijama kao što su ultra hladna ili ultra gusta materija. Druga stanja, kao što su kvark–gluonske plazme, se smatraju mogućim ali su za sad u domenu teorije.

Istorijski, distinkcija se pravila na osnovu kvalitativnih razlika u svojstvima. Materija u čvrstom stanju zadržava fiksnu zapreminu i oblik, sa sastavnim česticama (atomima, molekulima ili jonima) blizo jedan drugog i sa fiksnim pozicijama. Materija u tečnom stanju zadržava fiksnu zapreminu, ali ima promenljivi oblik koji se prilagođava sidu. Njene čestice su još uvek blizo jedna drugoj ali su slobodnije. Materija u gasovitom stanju ima promenljivu zapreminu i oblik, adaptirajući obe da popuni sud. Njene čestice su niti blizo jedna drugoj niti imaju fiksnu poziciju. Materija u stanju plazme ima promenljivu zapreminu i oblik, kao i neutralne atome, ona sadrži znatan broj jona i elektrona, koji mogu da se slobodno kreću. Plazma je najrasprostranjenija forma vidljive materije u svemiru.[1]

Termin faze se ponekad koristi kao sinonim za stanje materije, mada sistem može da sadrži nekoliko faza istog stanja materije koje se ne mešaju.

Četiri fundamentalna stanja

Čvrsto agregatno stanje

Kristalna čvrsta materija: slika atomske rezolucije stroncijum titanata. Svetliji atomi su Sr a tamniji us Ti.

Tela u čvrstom stanju mogu biti kristalna i amorfna. U kristalnim telima atomi su pravilno raspoređeni u prostoru i samo osciluju oko ravnotežnih položaja. U amorfnim telima čestice isto osciluju oko ravnotežnih položaja ali je njihov prostorni raspored neuređen.[2]

Stakla i druge nekristalne, amorfne čvrste materije bez uređenosti na većim rastojanjima nisu u termalno ravnotežnim osnovnim stanjima; stoga se ona opisuju kao neklasična stanja materije.

Čvrste materije se mogu transformisati u tečnosti topljenjem, a tečnositi se mogu transformisati u čvste materije zamrzavanjem. Čvrste materije takođe mogu direktno da pređu u gasove putem procesa sublimacije, i gasovi mogu na analogan način direktno da pređu u čvrsto stanje putem depozicije.

Tečno agregatno stanje

Struktura klasične monoatomske tečnosti. Atomi imaju mnoge bliske susede, mada ne postoji pravilan raspored na većim razdaljinama.

U tečnom stanju raspored čestica nalikuje na amorfno, s time što je dopušteno i translatorno kretanje čestica. Dakle, pored oscilovanja oko ravnotežnih položaja čestice se međusobno kreću. (Molekuli mogu još i da rotiraju oko svog centra mase i još da poseduju brojne oblike unutrašnjeg kretanja poput vibracija, torzionih oscilacija, rotacija, konformacionih prelaza itd.) Pri tome čestice mogu da razmenjuju položaje i da stvaraju nove, međutim, privlačne sile su dovoljno velike u odnosu na termalnu energiju da drže čestice na bliskim rastojanjima. Otuda tečnosti imaju konstantnu zapreminu ali ne i oblik.[3]

Gasovito agregatno stanje

U gasovitom stanju privlačne sile među česticama znatno su slabije od njihove toplotne energije pa se čestice skoro slobodno kreću ispunjavajući celokupan raspoloživi prostor.[4]

Plazma

Plazma je jonizovan gas koji se zbog jedinstvenih osobina smatra posebnim agregatnim stanjem materije. Odlike plazme su stepen jonizacije, temperatura, gustina i magnetna indukcija. Od ovih parametara zavise osobine plazme.

Ostala agregatna stanja

Pored osnovnih agregatnih stanja (čvrsto, tečno, gasovito i plazma) postoji i čitava serija međustanja, koja se nazivaju i tečni kristali ili mezomorfna stanja, koja su po svojim osobinama između tečnog i čvrstog stanja. Praktično radi se o anizotropnim tečnostima, dakle, sistemima u kojima čestice imaju pokretljivost tečnosti ali prostorni raspored kristala.

Promena agregatnog stanja

Ovaj dijagram ilustrije prelaze između četiri fundamentalna stanja materije.
Ovaj dijagram ilustrije prelaze između četiri fundamentalna stanja materije.

Prelaz iz jednog agregatnog stanja u drugo naziva se fazni prelaz. Pri tome se menja samo relativni raspored čestica i/ili njihova pokretljivost ali ne i njihova hemijska priroda. Dakle, promena agregatnog stanja je striktno fizički proces bez hemijskih reakcija. Promena agregatnog stanja može da bude skokovita (topljenje leda, sublimacija joda, isparavanje vode) ili kontinualna (omekšavanje stakla). Na temperaturi apsolutne nule skoro sve supstance su u čvrstom stanju. Na ekstremno visokim temperaturama skoro sve supstance prelaze u plazmu. [5] Pojava superprovodnosti je vezana za fazni prelaz, tako da postoje superprovodna stanja. Slično tome, feromagnetična stanja su označena faznim prelazima i imaju prepoznatljiva svojstava. Kad dođe do promene stanja posredni koraci se nazivaju mezofazama. Takve faze su iskorišćene uvođenjem tehnolgije tečnih kristala. [6][7]

Dijagram promene agregatnih stanja.

Stanje ili faza date materije se može promeniti u zavisnosti od pritiska i temperature, pri čemu dolazi do prelaza u druge faze kad se uslovi promene tako da pogoduju njihovom postojanju; na primer, čvrsta materija prelazi u tečnost sa povišenjem temperature. U blizini apsolutne nule, supstanca postoji kao čvsta materija. Sa dodatkom toplote supstanca se topi u tečnost na tački topljenja, ključa u gas na njenoj tački ključanja, i ako se dovoljno zagreje prelazi bilo u stanje plazme u kome elektroni imaju dovoljno energije da napuste atome.

Forme materije koje se ne sastoje od molekula i koje su organizovane različitim silama se takođe mogu smatrati različitim stanjima materije. Superfluidi (poput Fermionskog kondenzata) i kvark–gluonske plazme su primeri.

U hemijskoj jednačini, stanje materije hemikalija se može prikazati kao (s) za čvrste materije, (l) za tečnosti, i (g) za gas. Vodeni rastvor se označava sa (aq). Materija u stanju plazme se retko koristi (ako ikad) u hemijskim jednačinama, tako da nema standardnog simbola za njeno označavanje. U retkim jednačinama u kojima se koristi plazma ona se obeležava sa (p).

Osobine agregatnog stanja

Pod osobinama agregatnog stanja podrazumevamo statičke osobine kao što su:

Kao i dinamičke osobine kao:

Odrednice koje karakterišu "vrstu čestica" od kojih se sistem sastoji ne određuju direktno agregatno stanje. Drugim rečima, tečnost je tečnost jer se ponaša kao ista, pa makar bila voda, aceton, etanol, anti-voda (anti-kiseonik + anti-vodonik), itd.

Neka dobro poznata agregatna stanja:

Manje poznata agregatna stanja su:

  • supersolid
  • frakciona kvantna Hall tečnost (nisko-temperaturni elektronski gas)
  • poremećena X-Y kristalna rešetka

Ostala agregatna stanja

Pored osnovnih agregatnih stanja (čvrsto, tečno, gasovito i plazma) postoji i čitava serija međustanja, koja se nazivaju i tečni kristali ili mezomorfna stanja, koja su po svojim osobinama između tečnog i čvrstog stanja. Praktično radi se o anizotropnim tečnostima, dakle, sistemima u kojima čestice imaju pokretljivost tečnosti ali prostorni raspored kristala.

Staklo

Atoms of Si and O; each atom has the same number of bonds, but the overall arrangement of the atoms is random.
Regular hexagonal pattern of Si and O atoms, with a Si atom at each corner and the O atoms at the centre of each side.
Šematska reprezentacija randomne mreže staklaste forme (levo) i uređene kristalne rešetke (desno) sa identičnim hemijskim sastavom.

Staklo je nekristalni ili amorfni čvrsti materijal koji ispoljava stakleni prelaz kad se zagreva do tečnog stanja. Stakla mogu da budu napravljena od sasvim različitih klasa materijala: neorganskih mreža (kao što je prozorsko staklo, napravljeno od silikata sa aditivima), metalnih legura, jonskih rastopa, vodenih rastvora, molekulskih tečnosti, i polimera. Termodinamički, staklo je u metastabilnom stanje u odnosu na svoje kristalne pandane. Brzina konverzije je međutim praktično jednaka nuli.

Kristali sa izvesnim stepenom neuređenosti

Plastični kristal je molekulski čvrsti materijal sa pozicionim uređenjem na velikim rastojanjima, pri čemu konstituentni molekuli zadržavaju rotacionu slobodu; u orijentacionom staklu ti stepeni slobode su zamrznuti u ugaženom neuređenom stanju.

Slično tome, u spinskom staklu magnetna neuređenost je zamrznuta.

Stanja tečnih kristala

Stanja tečnih kristala imaju svojstva koja su na prelazu između pokretnih tečnosti i uređenih čvrstih materija. Generalno, tečni kristali mogu da teku, poput tečnosti, mada ispoljavaju uređenost na velikim rastojanjima. Na primer, nematična faza se sastoji od dugih štapićastkih molekula, kao što je para-azoksianizol, koji je nematičan u temperaturnom opsegu 118–136 °C.[8] U tom stanju molekuli teku kao tečnosti, ali su svi usmereni u istom pravcu (unutar svakog domena) i ne mogu slobodno da rotiraju.

Drigi tipovi tečnih kristala su opisani u glavnom članku o njima. Nekoliko topova ima tehnološki značaj, na primer, u tečno kristalnim displejima.

Magnetno uređena stanja

Atomi prelaznih metala često imaju magnetske momente usled neto spina elektrona koji ostaju nespareni i ne formiraju hemijske veze. U nekim čvrstim materijalima magnetni momenti različitih atoma su uređeni i mogu da formiraju feromagnet, antiferomagnet ili ferimagnet.

Kod feromagnetizma — na primer čvrstog gvožđa — magnetni momenat na svakom atomu je poravnat u istom pravcu (unutar magnetnog domena). Ako su i domeni poravnati, čvrsti materijal je permanentni magnet, koji je magnetan čak i u odsustvu vanjskog magnetnog polja. Magnetizacija se gubi kad se magnet zagreva do Kirijeve tačke, koja je kod gvožđa na 768 °C.

Antiferomagnet ima dve mreže jednakih i suprotnih magnetnih momenata, koje poništavaju jedna drugu tako da je neto magnetizacija jednaka nuli. Na primer, u nikal(II) oksidu (NiO), polovina niklovih atoma ima momente poravnate u jednom smeru, a polovina u suprotnom smeru.

Kod ferimagneta, dve mreže magnetnih momenata su suprotne ali su nejednake, tako da poništavanje nije kompletno i postoji izvesna magnetizacija. Primer je magnetit (Fe3O4), koji sadrži Fe2+ i Fe3+ jone sa različitim magnetnim momentima.

Mikrofazno-odvojena stanja

Kopolimer SBS bloka u TEM

Kopolimeri mogu da podlegnu mikrofaznoj separaciji i da formiraju raznovrsne nizove periodičnih nanostruktura, kao što je prikazano na primeru kopolimera stiren-butadien-stirenskog bloka prikazanog desno. Mikrofazna separacija se može razumeti po analogiji sa faznim razdvajanjem između ulja i vode. Usled hemijske inkompatibilnosti između dva bloka, blok kopolimera podleže sličnoj faznoj separaciji. Međutim, pošto su blokovi kovalentno vezani jedan za drugi, oni se ne mogu makroskopski razdvojiti kao što to voda i ulje čine, nego umesto toga blokovi formiraju strukture nanometarske veličine. U zavisnosti od relativnih dužina svakog bloka i sveukupne topologije blokova polimera, može nastati mnoštvo morfologija, svaka od kojih je zasebna faza materije.

Kvantno spinska tečnost

Kvantno spinska tečnost ima neuređeno stanje u sistemu interagujućih kvantnih spinova, koje očuvava svoju neuređenost do veoma niskih temperatura, za razliku od drugih neorjentisanih stanja.

Niskotemperaturna stanja

Superfluid

Tečni helijum u superfluidnoj fazi se uspinje preko zidova šolje u Rolinovom filmu, i konačno iskaplava iz nje.

U blizini apsolutne nule, neke tečnosti formiraju drugo tečno stanje koje se naziva superfluidom, koje ima nulti viskozitet (ili infinitnu fluidnost; i.e., teče bez trenja). To je oktriveno 1937. godine za helijum, koji formira superfluid ispod lambda temperature od 2,17 K. U tom stanju on pokušava da se „ispenje“ iz svog suda.[9] On isto tako ima beskonačnu termalnu provodnost, tako da se temperaturni gradijent ne može formirati u superfluidu. Smeštanje superfluida u vrteći kontejner proizvodi kvantizovane vrtloge.

Ta svojstva se teorijski objašnjavaju pretpostavkom da uobičajeni izotop helijum-4 formira Boze–Ajnštajnov kondenzat (pogledajte sledeću sekciju) u superfluidnom stanju. Nedavno su superfluidi Fermionskog kondenzata bili formirani na još nižim temperaturama za retke izotope helijum-3 i litijum-6.[10]

Boze–Ajnštajnov kondenzat

Brzina u gasu rubidijuma pri hlađenju: početni materijal je levo, a Boze–Ajnštajnom kondenzat desno.

Godine 1924, Albert Einstein i Satyendra Nath Bose su predvideli postojanje „Boze–Ajnštajnovog kondenzata“ (BEC), koje se u ponekad naziva petim stanjem materije. U ovom stanju materija prestaje da se ponaša kao set nezavisnih čestica, i kolapsira u jedno kvantno stanje koje se može opisati sa jednom uniformnom talasnom funkcijom.

U gasnoj fazi, Boze–Ajnštajnom kondenzat je ostao nepotvrđeno teoretsko predviđanje dugi niz godina. Israživačke grupe Erika Kornela i Karla Vimana sa univerzita u Koloradu su 1995. godine eksperimentalno proizvele prvi takav kondenzat. Boze–Ajnštajnov kondenzat je „hladniji“ od čvrste materije. On se može formirati kad atomi imaju veoma slične (ili iste) kvantne nivoe, na temperaturama bliskim apsolutnoj nuli (−273,15 °C).

Fermionski kondenzat

Fermionski kondenzat je sličan Boze–Ajnštajnovom kondenzatu ali se sastoji od fermiona. Paulijev princip isključenja sprečava fermione da zauzmu isto kvantno stanje, ali se par fermiona može ponašati kao bozon, i višestruki takvi parovi mogu zatim da stupe u isto kvantno stanje bez ograničenja.

Rajdbergov molekul

Jedno od metastabilnih stanja jako neidealne plazme je Rajdbergova materija, koja se formira nakon kondenzacije pobuđenih atoma. Ti atomi isto tako mogu da se pretvore u jone i elektrone, ako dostignu određenu temperaturu. Aprila 2009, Nature je objavila članak o formiranju Rajdbergovih molekula iz Rajdbergovog atoma i atoma u osnovnom stanju,[11] čime je potvrđeno da takvo stanje materije može da postoji.[12] Eksperiment je izveden koristeći ultrahladne atome rubidijuma.

Kvantno Holovo stanje

Kvantno Holovo stanje dovodi do kvantizovanog Holovog napona koji se meri u normalnom pravcu na protok struje. Kvantno spinsko Holovo stanje je teoretska faza koja može da poploča put do razvoja elektronskih uređaja koji rasipaju manje energije i generišu manje toplote. Ono je derivat kvantnog Holovog stanja materije.

Čudna materija

Čudna materija je tip kvarkne materija koja može da postoji u unutrašnjosti nekih neutronskih zvezda u blizini Tolman–Openhejmer–Volkofovog limita (aproksimativno 2–3 solarne mase). Ona može da bude stabilna na nižim energetskim stanjima nakon formiranja.

Fotonska materija

Kod fotonske materije, fotoni se ponašaju kao da imaju masu, i mogu da formiraju međusobne interakcije, čak i da formiraju fotonske „molekule“. To je u kontrastu sa uobičajenim svojstvima fotona, koji nemaju masu mirovanja, i ne mogu da formiraju interakcije.

Dropleton

Dropleton je „kvantna magla“ elektrona i otvora koji teku jedni oko drugih, i čak formiraju talase poput tečnosti, umesto da se javljaju kao diskretni parovi.[13]

Visoko energetska stanja

Degenerisana materija

Pod ekstremno visokim pritiscima, obična materija podleže tranziciji do serije egzotičnih stanja materije koja su kolektivno poznata kao degenerasana materija. U tim uslovima, struktura materije je podržana Paulijevim principom isključenja. Ova stanja su od velikog interesa za astrofizičare, pošto se smatra da se uslovi visokog pritiska javljaju unutar zvezda koje su iskoristile njihovo nuklearno fuziono „gorivo“, kao što su beli patuljci i neutronske zvezde.

Elektronski degenerisana materija se javljaju unutar belih patuljaka. Elektroni ostaju vezani za atome, ali se mogu preneti na susedne atome. Neutronski degenerisana materija je prisutna u neutronskim zvezdama. Ogromni gravitacioni pritisak kompresuje atome toliko puno da su elektroni prisiljeni da se kombinuju sa protonima putem inverznog beta raspada, što dovodi do supergustih konglomeracija neutrona. (Normalno se slobodni neutroni izvan atomskih jezgara raspadaju sa poluživotom manjim od 15 minuta, ali u neutronskoj zvezdi, kao i u jezgru atoma, drugi efekti stabilizuju neutrone.)

Kvark–gluonska plasma

Kvark–gluonska plazma je faza u kojoj kvarkovi postaju slobodni i mogu da se kreću nezavisno (umesto da budu neprestano vezani za čestice) u moru gluona (subatomskih čestica koje transmituju jaku silu koja vezuje kvarkove); to je slično rastavljanju molekula na atome. Ovo stanje se može kratkotrajno stvariti u akceleratorima čestica, i ono omugućava naučnicima da uoče svojstva pojedinačnih kvarkova, i da potvrde teorije.

Kvark–gluonska plazma je otkrivena u CERN institutu 2000. godine.

Obojeni stakleni kondenzat

Obojeni stakleni kondenzat je tip materije za koji se teoretski pretpostavlja da postoji u atomskim jezgrima čija brzina kretanja je bliska brzini svetlosti. Sledstveno Ajnštajnovoj teoriji relativnosti, visoko energetska jezgra izgledaju kao da imaju smanjenu dužinu, ili da su kompresovana, duž pravca kretanja. Konsekventno, gluoni unutar jezgra izgledaju nepokretnom posmatraču kao „gluonski zid“ koji putuje brzinom svetlosti. Pri veoma visokim energijama, gustina gluona u tom zidu se znatno povećava. Za razliku od kvark–gluonske plazme proizvedene kolizijom takvih zidova, obojeni stakleni kondenzat opisuje same zidove, i jedan je od unutrašnjih svojstava čestica pod visoko energetskim uslovima kao što su oni pri RHIC i verovatno u Vekom hadronskom kolajderu.

Veoma visoka energetska stanja

Gravitaciona singularnost predviđena opštom relativnošću da postoji u centru crne rupe nije faza materije; ona uopšte nije materijalni objekat (mada je masa-energija materije doprinela njenom kreiranju) nego je svojstvo prostor-vremena na datoj lokaciji. Svakako se može tvrditi da su sve čestice svojstva prostor-vremena lokacije,[14] čime se otvara kontroverzna polemika o ovoj temi.

Druga predložena stanja

Superčvrsto stanje

Superčvrsto stanje je prostorno uređeni materijal (koji je čvrst ili kristalan) sa superfluidnim svojstvima. Slično superfluidu, superčvrsta materija ima sposobnost kretanja bez trenja ali zadržava čvrst oblik. Mada je superčvrsta supstanca čvrsta materija, ona ispojava znatan broj karakteristika koje je razdvajaju od drugih čvrstih materija, te je mnogi smatraju zasebnim stanjem materije.[15]

String-net tečnost

U string-net tečnosti, atomi imaju očevidno nestabilan raspored, poput tečnosti, ali su još uvek konzistentni u svekupnom paternu, poput čvrstog materijala. Kad su u normalnom čvrstom stanju, atomi materije se poravnavaju u rešetkastom obrascu, tako da je spin svakog elektrona suprotan spinu svih drugih elektrona u dodiru. U string-net tečnosti, atomi su organizovani u obrascu koji zahteva da neki od elektrona imaju susede sa istim spinom. To dovodi do retkih svojstava, a isto tako daje i podršku nekim neoubičajenim pretpostavkama o fundamentnim svojstvima samog svemira.

Superstaklo

Superstaklo je faza materije koja je okarakterisana istovremeno superfluidnošću i zamrznutom amorfnom strukturom.

Tamna materija

Dok se procenjuje da tamna materija sačinjava 83% sveukupne mase svemira, većina njenih svojstva ostaje misterija zbog toga što ona niti absorbuje niti emituje elektromagnetnu radijaciju. Postoji mnoštvo konkurentskih teorija koje objašnjavaju sastav tamne materije. Dakle, mada se hipotetiše da ona postoji i da sačinjava najveći deo materije svemira, skoro sva njena svojstva su nepoznata i stvar spekulacije, pošto je ona jedino uočena putem njenih gravitacionih dejstava.[16][17]

Ekvilibrijumski gel

Ekvilibrijumski gel je sačinjen od sintetičke gline zvane Laponit. Za razliku od drugih gelova, on zadržava istu konzistenciju širom svoje strukture i stabilan je, što znači da se ne razdvaja u sekcije čvrste mase i one koje su više tečna masa. Ekvilibrijumska gelna filtraciona tečna hromatografija je tehnika koja se koristi za kvantizaciju vezivanja liganda.[18]

Vidite još

Reference

  1. ^ D. A. Gurnett; A. Bhattacharjee (2005). Introduction to Plasma Physics: With Space and Laboratory Applications. Cambridge, UK: Cambridge University Press. стр. 2. ISBN 0-521-36483-3.  and K Scherer; H Fichtner; B Heber (2005). Space Weather: The Physics Behind a Slogan. Berlin: Springer. стр. 138. ISBN 3-540-22907-8. 
  2. ^ M.A. Wahab (2005). Solid State Physics: Structure and Properties of Materials. Alpha Science. стр. 1—3. ISBN 1-84265-218-4. 
  3. ^ F. White (2003). Fluid Mechanics. McGraw-Hill. стр. 4. ISBN 0-07-240217-2. 
  4. ^ G. Turrell (1997). Gas Dynamics: Theory and Applications. John Wiley & Sons. стр. 3—5. ISBN 0-471-97573-7. 
  5. ^ M. Chaplin (20. 8. 2009). „Water phase Diagram”. Water Structure and Science. Приступљено 23. 2. 2010. 
  6. ^ D.L. Goodstein (1985). States of Matter. Dover Publications. ISBN 978-0-486-49506-4. 
  7. ^ A.P. Sutton (1993). Electronic Structure of Materials. Oxford Science Publications. стр. 10—12. ISBN 978-0-19-851754-2. 
  8. ^ Shao, Y.; Zerda, T. W. (1998). „Phase Transitions of Liquid Crystal PAA in Confined Geometries”. Journal of Physical Chemistry B. 102 (18): 3387—3394. doi:10.1021/jp9734437. 
  9. ^ J.R. Minkel (20. 2. 2009). „Strange but True: Superfluid Helium Can Climb Walls”. Scientific American. Приступљено 23. 2. 2010. 
  10. ^ L. Valigra (22. 6. 2005). „MIT physicists create new form of matter”. MIT News. Приступљено 23. 2. 2010. 
  11. ^ V. Bendkowsky; et al. (2009). „Observation of Ultralong-Range Rydberg Molecules”. Nature. 458 (7241): 1005—8. Bibcode:2009Natur.458.1005B. PMID 19396141. doi:10.1038/nature07945. 
  12. ^ V. Gill (23. 4. 2009). „World First for Strange Molecule”. BBC News. Приступљено 23. 4. 2010. 
  13. ^ http://www.iflscience.com/physics/new-state-matter-discovered#3Oe9x65kkHViXABt.99
  14. ^ David Chalmers; David Manley; Ryan Wasserman (2009). Metametaphysics: New Essays on the Foundations of Ontology. Oxford University Press. стр. 378—. ISBN 978-0-19-954604-6. 
  15. ^ G. Murthy; et al. (1997). „Superfluids and Supersolids on Frustrated Two-Dimensional Lattices”. Physical Review B. 55 (5): 3104. Bibcode:1997PhRvB..55.3104M. arXiv:cond-mat/9607217Слободан приступ. doi:10.1103/PhysRevB.55.3104. 
  16. ^ Trimble, Virginia (1987). „Existence and nature of dark matter in the universe”. Annual Review of Astronomy and Astrophysics. 25: 425—472. Bibcode:1987ARA&A..25..425T. doi:10.1146/annurev.aa.25.090187.002233. 
  17. ^ Hinshaw, Gary F. (29. 1. 2010). „What is the universe made of?”. Universe 101. NASA website. Приступљено 17. 3. 2010. 
  18. ^ Cartlidge, Edwin (12. 1. 2012). „New State of Matter Seen in Clay”. Technology. Science Now website. Приступљено 10. 9. 2013. 

Literatura

  • Peter Kurzweil; Paul Scheipers (2010). „Chemie: Grundlagen, Aufbauwissen, Anwendungen und Experimente”. Springer. ISBN 9783834803412. 
  • Guido Kickelbick (2008). „Chemie für Ingenieure”. Pearson Deutschland. ISBN 9783827372673. 
  • B. Engels; C. Schmuck; T. Schirmeister; R. Fink (2008). „Chemie für Mediziner”. Pearson Deutschland. ISBN 9783827372864. 
  • Compact Silver Line (2010). „Physik: Grundwissen Formeln und Gesetze”. Compact Verlag. ISBN 9783817478910. 
  • Dieter Meschede; Christian Gerthsen (2003). „Gerthsen Physik”. Springer. ISBN 9783540026228. 
  • J. P. Hansen, I. R. Mcdonald: Theory of simple Liquids. Elsevier Academic Press, 2006, ISBN 978-0-12-370535-8
  • M. P. Allen, D.J. Tildesly: Computer Simulation of Liquids. Oxford University Press, 1989, ISBN 0-19-855645-4
  • Anderson, John D. (1984). Fundamentals of aerodynamics. McGraw-Hill Higher Education. ISBN 0070016569. 
  • John, James (1984). Gas Dynamics. Allyn and Bacon. ISBN 0-205-08014-6. 
  • McPherson, William; Henderson, William (1917). An Elementary study of chemistry. 
  • Philip Hill and Carl Peterson. Mechanics and Thermodynamics of Propulsion: Second Edition Addison-Wesley, 1992. ISBN 0-201-14659-2
  • National Aeronautics and Space Administration (NASA). Animated Gas Lab. Accessed February, 2008.
  • Georgia State University. HyperPhysics. Accessed February, 2008.
  • Antony Lewis WordWeb. Accessed February, 2008.
  • Northwestern Michigan College The Gaseous State. Accessed February, 2008.

Spoljašnje veze