1. АГРЕГАТНЫЕ СОСТОЯНИЯ ВЕЩЕСТВА
Агрегатные состояния вещества (от латинского aggrego – присоеди-
няю, связываю) – это состояния одного и того же вещества, переходам
между которыми соответствуют скачкообразные изменения свободной
энергии, энтропии, плотности и других физических параметров веще-
ства.
Газ (французское gaz, происшедшее от греческого chaos – хаос) – это
агрегатное состояние вещества, в котором силы взаимодействия его ча-
стиц, заполняющих весь предоставленный им объем, пренебрежимо
малы. В газах межмолекулярные расстояния велики и молекулы дви-
жутся практически свободно.
Газы можно рассматривать как значительно перегретые или малона-
сыщенные пары. Над поверхностью каждой жидкости вследствие испа-
рения находится пар. При повышении давления пара до определенного
предела, называемого давлением насыщенного пара, испарение жидко-
сти прекращается, так как давление пара и жидкости становится одина-
ковым. Уменьшение объема насыщенного пара вызывает конденсацию
части пара, а не повышение давления. Поэтому давление пара не может
быть выше давления насыщенного пара. Состояние насыщения харак-
теризуется массой насыщения, содержащейся в 1 м3
массой насыщен-
ного пара, которая зависит от температуры. Насыщенный пар может стать
ненасыщенным, если увеличивать его объем или повышать температу-
ру. Если температура пара много выше точки кипения, соответствую-
щей данному давлению, пар называется перегретым.
Плазмой называется частично или полностью ионизированный газ,
в котором плотности положительных и отрицательных зарядов практи-
чески одинаковы. Солнце, звезды, облака межзвездного вещества состо-
ят из газов – нейтральных или ионизованных (плазмы). В отличие от
других агрегатных состояний плазма представляет собой газ заряжен-
ных частиц (ионов, электронов), которые электрически взаимодейству-
ют друг с другом на больших расстояниях, но не обладают ни ближним,
ни дальним порядками в расположении частиц.
Жидкость – это агрегатное состояние вещества, промежуточное меж-
у твердым и газообразным. Жидкостям присущи некоторые черты твер-
ого вещества (сохраняет свой объем, образует поверхность, обладает
пределенной прочностью на разрыв) и газа (принимает форму сосуда,
котором находится). Тепловое движение молекул (атомов) жидкости
редставляет собой сочетание малых колебаний около положений рав-
овесия и частых перескоков из одного положения равновесия в другое.
Одновременно происходят медленные перемещения молекул и их коле-
ания внутри малых объемов. ⋅астые перескоки молекул нарушают даль-
ий порядок в расположении частиц и обусловливают текучесть жидко-
тей, а малые колебания около положений равновесия обусловливают
уществование в жидкостях ближнего порядка.
Жидкости и твердые вещества, в отличие от газов, можно рассматри-
ать как высоко конденсированные среды. В них молекулы (атомы) рас-
оложены значительно ближе друг к другу и силы взаимодействия на
есколько порядков больше, чем в газах. Поэтому жидкости и твердые
ещества имеют существенно ограниченные возможности для расшире-
ия, заведомо не могут занять произвольный объем, а при постоянных
авлении и температуре сохраняют свой объем, в каком бы объеме их не
азмещали.
Переходы из более упорядоченного по структуре агрегатного состоя-
ия в менее упорядоченное могут происходить и непрерывно. В связи с
тим вместо понятия агрегатного состояния целесообразно пользовать-
я более широким понятием – понятием фазы.
Фазой называется совокупность всех частей системы, обладающих
динаковым химическим составом и находящихся в одинаковом состоя-
ии. Это оправдано одновременным существованием термодинамичес-
и равновесных фаз в многофазной системе: жидкости со своим насы-
щенным паром; воды и льда при температуре плавления; двух несме-
шивающихся жидкостей (смесь воды с триэтиламином), отличающихся
онцентрациями; существованием аморфных твердых веществ, сохра-
яющих структуру жидкости (аморфное состояние).
Аморфное твердое состояние вещества является разновидностью
ереохлажденного состояния жидкости и отличается от обычных жид-
остей существенно большей вязкостью и численными значениями ки-
етических характеристик.
Кристаллическое твердое состояние вещества – это агрегатное со-
cтояние, которое характеризуется большими силами взаимодействия
между частицами вещества (атомами, молекулами, ионами). Частицы
твердых тел совершают колебания около средних равновесных положе-
ний, называемых узлами кристаллической решетки; структура этих ве-
ществ характеризуется высокой степенью упорядоченности (дальним и
ближним порядком) – упорядоченностью в расположении (координаци-
онный порядок), в ориентации (ориентационный порядок) структурных
частиц, или упорядоченностью физических свойств (например, в ори-
ентации магнитных моментов или электрических дипольных моментов).
Область существования нормальной жидкой фазы для чистых жид-
костей, жидкого
4
Не и жидких кристаллов ограничена со стороны низ-
ких температур фазовыми переходами соответственно в твердое (крис-
таллизацией), сверхтекучее и жидко-анизотропное состояние.