Агрегатний стан
Агрега́тний стан (від лат. aggregatum — з’єднане, сполучене) — стан речовини за певних умов, насамперед, температури та тиску. Згідно з термодинамічними уявленнями речовина може перебувати в трьох агрегатних станах: газуватому, рідкому та твердому. За дуже високих температур реалізується четвертий агрегатний стан — плазма. Крім чотирьох основних, є ще й інший агрегатний стан — нейтронний, Кварк-глюонна плазма, конденсат Бозе — Айнштайна.
Агрегатний стан визначається характером руху частинок (атомів і молекул) та їхньою взаємодією, а саме — співвідношенням між середньою енергією кінетичною і середньою енергією потенціальною притягання частинок (за модулем). Коли це співвідношення значно більше від одиниці, реалізується газуватий стан, у протилежному випадку — твердий (див. Тіло тверде). Рідкий стан характеризується приблизно рівними значеннями кінетичної і потенціальної енергій. У газуватому стані речовина не зберігає ані форми, ані об’єму. Її частинки упродовж великого проміжку часу рухаються без взаємодії. Між зіткненнями частинки речовини пролітають відстані, які в тисячі разів більші за розміри частинок. За нормальних умов середня довжина вільного пробігу молекул повітря становить близько 10-5 см, а за тиску 1,33.10–4 Па — уже 50 м. В’язкість (внутрішнє тертя), якою характеризується опір зміщенню між рухомими шарами, за нормальних умов для багатьох газів становить близько 2.105 Па·с, до того ж зі зростанням температури в’язкість газів збільшується.
У рідкому стані частинки перебувають на малих відстанях і через різке зростання сил притягання поводяться «осіло». Значну частину часу, коли коливаються навколо положення рівноваги (період коливання близько 10–12 c) і перескакують у нові положення (час «осілого» життя — близько 10–11 c), що зумовлює їхню плинність і здатність зберігати об’єм. У рідинах є близький порядок. В’язкість звичайних рідин становить близько 1 мПа·с (наприклад, у води), натомість в’язкість гліцеролу — 1,480 Па·с. Зі зростанням температури в’язкість рідин різко (експоненціально) зменшується. Гелій за дуже низьких температур переходить у надплинний стан (див. Надплинність). Тверді тіла, насамперед кристалічні, характеризуються значною впорядкованістю структури (далекий порядок), в якій частинки здійснюють невеликі за амплітудою коливання навколо положень рівноваги (вузлів кристалічних ґраток), стрибки в нові положення відбуваються надзвичайно рідко. Тому тверді тіла зберігають об’єм і форму. В’язкість твердих тіл вища за 1014 Па·с. Швидкості переміщення об’єму частинок у різних станах значно різняться. Порядки значень коефіцієнтів самодифузії (у м2/с) такі: газ — 10–5; рідина — 10–9; тверде тіло — 10–35. Переходи між агрегатними станами відбуваються за певних температур і тисків зі стрибкоподібною зміною густини, ентропії, вільної енергії тощо. Однак вони можуть бути й неперервними, що свідчить про певну умовність поділу речовин за агрегатним станом. Наприклад, перехід рідина — тверде тіло може здійснюватися через кілька стадій: аморфну, склувату, мікро-, полі- та монокристалічну. Деякі речовини за певних умов набувають стану рідких кристалів. У так званій потрійній точці речовини існують одночасно у трьох станах — термодинамічних фазах (для води потрійна точка — 273,16º і 609 Па).
Література
- Дутчак Я. Й. Молекулярная физика. Москва, 1987.
- Гомонай В. І., Гомонай О. В. Фізична хімія. Ужгород, 2004.
