Газообразное вещество

Газообразное вещество характеризуется хаотическим движением частиц, значительными расстояниями между ними и малыми силами взаимодействия. Воздух, которым мы дышим, состоит из молекул, движущихся по всем направлениям, сталкивающихся друг с другом и с различными поверхностями. При этом меняется величина их кинетической энергии. При столкновении газообразных частиц потери энергии может и не происходить; они разлетятся, но сумма кинетической энергии не изменится: произойдет лишь ее перераспределение. Частицы находятся в постоянном движении не только в газах.

Плазменное состояние

В жидкостях и твердых телах молекулы и атомы также непрерывно движутся. Только характер этого движения иной. В жидкости частицы либо совершают колебательные движения вокруг положения равновесия, либо перемещаются скачкообразно из одного положения равновесия в другое. Перемещение происходит с гораздо меньшей скоростью, чем в газах. Частицы сближены, расстояния между ними сопоставимы с их размерами, и поэтому силы взаимодействия значительны. Это приводит к возникновению довольно крупных агрегатов, в которых взаимное расположение молекул (или атомов) упорядочено. В жидкости такой порядок распространяется только на соседей по агрегату и называется "ближний порядок". На значительном расстоянии упорядоченность нарушается и прочность связей между агрегатами частиц невелика. Следствием таких особенностей является способность жидкостей занимать определенный объем, не уменьшать его под давлением, но менять форму под действием силы тяжести.

Плазменное состояние стало известно людям относительно недавно, хотя вещество Солнца в подавляющем количестве находится именно в этом виде. Плазма состоит из электронов, ионов и остатков молекул и атомов, лишившихся электронов. В целом число положительных и отрицательных зарядов одинаково, поэтому плазма электронейтральна. Известна низкотемпературная и высокотемпературная плазма. Различие между ними состоит в том, что первая имеет температуру около 10 000°С, а вторая (та, что существует на Солнце) — несколько миллионов. При таких условиях начинают идти уже ядерные процессы. Плазма неустойчива и может существовать только в сильных магнитных полях в виде огненных шпуров или шарообразных форм. Ученые надеются, овладев тайной плазмы, получить мощный источник энергии и метод синтеза новых веществ с необычными свойствами.

Металлы в твердом состоянии

При охлаждении газообразного вещества кинетическая энергия частиц понижается, скорость становится меньше, они сближаются, возрастает их взаимодействие. Наступает момент, когда возросшие межмолекулярные (или межатомные) силы вызывают соприкосновение частиц. Возникает жидкое, а при дальнейшем охлаждении твердое агрегатное состояние. В твердом теле диффузия частиц очень затруднена, они в основном совершают колебательные движения вокруг положения равновесия. Прочность связи в этом агрегатном состоянии гораздо выше, чем в жидкости и газе при охлаждении. Может возникнуть как кристаллическая, так и аморфная структура, во многом сходная с жидким состоянием. Аморфные вещества (например, стекло или вар) можно рассматривать как вязкие жидкости, которые различаются степенью подвижности. Вязкость аморфных структур падает постепенно. Определенной температуры плавления они не имеют.

Кристаллические вещества плавятся при вполне определенной температуре и в этой точке плавления резко меняют свои свойства. Металлы в твердом состоянии образуют кристаллическую структуру. В ней возникает упорядоченное расположение частиц, охватывающее практически всю массу,— дальний порядок. Свойства твердого вещества определяются не только составом, но и структурой — типом кристаллической решетки. Она представляет собой упорядоченное взаимное расположение в пространстве частиц и характеризуется расстоянием между центрами, вокруг которых они совершают колебательные движения.