Відомі три основні агрегатні стани речовини: газ, рідина і тверде тіло. Дуже в 'язкі рідини на вигляд можуть бути схожі на тверді тіла, але відрізняються від них за характером плавлення. Сучасна наука виділяє і четвертий агрегатний стан речовини - плазму, що має багато незвичайних властивостей.
У фізиці агрегатним станом речовини прийнято називати її здатність зберігати свою форму і обсяг. Додаткова ознака - способи переходу речовини їх одного агрегатного стану в інше. Виходячи з цього, виділяють три агрегатних стани: тверде тіло, рідина і газ. Видимі властивості їх такі:
- Тверде тіло - зберігає і форму, і об 'єм. Може переходити як в рідину шляхом плавлення, так і безпосередньо в газ шляхом сублімації.
Рідина - зберігає об 'єм, але не форму, тобто володіє плинністю. Пролита рідина прагне необмежено розтіктися по поверхні, на яку вилита. У тверде тіло рідина може перейти шляхом кристалізації, а в газ - шляхом випаровування. - Газ - не зберігає ні форми, ні обсягу. Газ поза яким-небудь вмістилищем прагне необмежено розширитися в усі боки. Перешкодити йому в цьому може тільки сила тяжкості, завдяки чому земна атмосфера не розсіюється в космос. У рідину газ переходить шляхом конденсації, а безпосередньо в тверде тіло може перейти шляхом облоги.
Фазові переходи
Перехід речовини з одного агрегатного стану в інше називається фазовим переходом, оскільки науковий синонім агрегатного стану - фаза речовини. Наприклад, вода може існувати в твердій фазі (лід), рідкій (звичайна вода) і газоподібній (водяній пар). На прикладі води також добре демонструється сублімація. Вивішене у дворі на просушку в морозний безвітряний день білизна тут же промерзає, але через деякий час виявляється сухим: лід сублімує, безпосередньо переходячи у водяний пар. Як правило, фазовий перехід з твердого тіла в рідину і газ вимагає нагріву, але температура середовища при цьому не підвищується: теплова енергія йде на розрив внутрішніх зв 'язків у речовині. Це так звана прихована теплота фазового переходу. При зворотних фазових переходах (конденсації, кристалізації) ця теплота виділяється. Саме тому так небезпечні опіки пором. Потрапляючи на шкіру, він конденсується. Прихована теплота випаровування/конденсації води дуже велика: вода в цьому відношенні - аномальна речовина; саме тому і можливе життя на Землі. При опіку пором прихована теплота конденсації води "прошпарює" обпалене місце дуже глибоко, і наслідки парового опіку виявляються куди важче, ніж від полум 'я на такій же площі тіла.
Псевдофази
Плинність рідкої фази речовини визначається її в 'язкістю, а в' язкість - характером внутрішніх зв 'язків, яким присвячений наступний розділ. В 'язкість рідини може бути дуже високою, і така рідина може текти непомітно для ока. Класичний приклад - скло. Воно не тверде тіло, а дуже в 'язка рідина. Зверніть увагу, що аркуші скла на складах ніколи не зберігають прислоненими навіски до стіни. Вже через кілька днів вони прогнуться під власною тяжкістю і виявляться непридатними до вживання. Інші приклади псевдотвердих тіл - чоботарний вар і будівельний бітум. Якщо забути кутовий шматок бітуму на даху, за літо він розтечеться в ліпушку і прилипне до основи. Псевдотверді тіла відрізнити від справжніх можна за характером плавлення: справжні при ньому або зберігають свою форму, поки враз не розтікуться (припій при пайку), або оплюють, пускаючи лужиці і струмочки (лід). А дуже в 'язкі рідини поступово розм' якшуються, як той же вар або бітум. Надзвичайно в 'язкими рідинами, плинність яких не помітна протягом багатьох років і десятиліть, є пластики. Висока їх здатність зберігати форму забезпечується величезною молекулярною вагою полімерів, у багато тисяч і мільйони атомів водню.
Структура фаз речовини
У газовій фазі молекули або атоми речовини відстоять один від одного дуже далеко, у багато разів більше, ніж відстань між ними. Взаємодіють вони між собою зрідка і нерегулярно, тільки при зіткненнях. Сама взаємодія упруге: зіткнулися, як тверді кульки, і тут же розлетілися. У рідині молекули/атоми постійно "відчувають" один одного за рахунок дуже слабких зв 'язків хімічної природи. Ці зв 'язки весь час рвуться і тут же знову відновлюються, молекули рідини безперервно переміщаються відносно один одного, тому рідина і тече. Але щоб перетворити її на газ, потрібно розірвати всі зв 'язки відразу, а на це потрібно дуже багато енергії, тому рідина і зберігає обсяг. Вода в цьому відношенні відрізняється від інших речовин тим, що її молекули в рідині пов 'язані так званими водневими зв' язками, досить міцними. Тому вода і може бути рідиною при нормальній для життя температурі. Багато речовин з молекулярною масою в десятки і сотні разів більше, ніж у води, в нормальних умовах - гази, як хоча б звичайний побутовий газ.У твердому тілі всі його молекули міцно стоять на своїх місцях завдяки сильним хімічним зв 'язкам між ними, утворюючи кристалічну решітку. Кристали правильної форми вимагають для свого зростання особливих умов і тому в природі зустрічаються рідко. Більшість твердих тіл є міцно зчепленими силами механічної та електричної природи конгломерати дрібних і найдрібніших кристаликів - кристалів. Якщо читачеві доводилося бачити, наприклад, тріснуту напівось автомобіля або чавунний колосник, то зерна кристалів на зламі там видно простим оком. А на осколках розбитого порцелянового або фаянсового посуду їх можна спостерігати під лупою.
Плазма
Фізики виділяють і четвертий агрегатний стан речовини - плазму. У плазмі електрони відірвані від атомних ядер, і вона являє собою суміш електрично заряджених частинок. Плазма може бути дуже щільною. Наприклад, один кубічний сантиметр плазми з надр зірок - білих карликів, важить десятки і сотні тонн. Плазму виділяють в окремий агрегатний стан тому, що вона активно взаємодіє з електромагнітними полями через те, що її частинки заряджені. У вільному просторі плазма прагне розширитися, остигаючи і переходячи в газ. Але під впливом електромагнітних полів вона може поза посудиною зберігати форму і об 'єм, як тверде тіло. Ця властивість плазми використовується в термоядерних енергетичних реакторах - прообразах енергоустановок майбутнього.