Какие бывают агрегатные состояния материи?

В твердых телах молекулы расположены очень плотно друг к другу, и поэтому они мало двигаются. Электроны каждого атома постоянно находятся в движении, поэтому они слегка вибрируют, но тем не менее, положение свое не меняют. Из-за этого частицы в твердом теле имеют очень низкую кинетическую энергию.

Твердые тела имеют определенную форму, а также массу, объем и плотность, за счет чего, в отличие от жидкостей и газов, не принимают форму емкости, в которую их помещают.

В этом агрегатном состоянии частицы расположены более свободно, нежели в твердых телах, за счет чего они способны обтекать друг друга, придавая жидкости неопределенную форму. Именно поэтому вода, налитая в стакан, будет принимать форму посуды.

В газообразном агрегатном состоянии частицы находятся на еще большем расстоянии друг от друга, чем в жидкостях, и обладают высокой кинетической энергией. Газ не имеет определенной формы или объема. Если частицы газа ничем не ограничены, они будут распространяться бесконечно, но если же они ограничены каким-либо пространством, то они заполнят его полностью. Когда газ подвергается давлению путем уменьшения объема контейнера, пространство между частицами уменьшается, и газ сжимается.

Плазма — это еще одно естественное агрегатное состояние, которое возникает при нагревании газа. По данным Лаборатории Джефферсона (США), плазма не является обычным состоянием материи на Земле, но это может быть самое распространенное состояние материи во Вселенной.

Плазма состоит из сильно заряженных частиц с чрезвычайно высокой кинетической энергией. Благородные газы (гелий, неон, аргон, криптон, ксенон и радон) часто используются для создания светящихся знаков (например, неоновых вывесок). С помощью электричества газ таких светящихся трубках начинает ионизироваться и светиться. И пока неон находится в ионизированном состоянии, вывеска будет гореть яркими цветами.

Конденсат Бозе-Эйнштейна (BEC) — это искусственное агрегатное состояние материи, которое было создано учеными в 1995 году. Используя комбинацию лазеров и магнитов, американские исследователи Эрик Корнелл и Карл Вейман из Объединенного института лабораторной астрофизики (JILA) охладили образец рубидия с точностью до нескольких градусов от абсолютного нуля. При этой чрезвычайно низкой температуре движение молекул практически прекращается.И когда все ядра в системе окажутся в состоянии с минимальным количеством энергии, образуется новая фаза вещества — конденсат Бозе-Эйнштейна.

Это состояние было предсказано Альбертом Эйнштейном еще в 1925 году, однако получить его на практике удалось только спустя 70 лет. С помощью этого агрегатного состояния ученые могут исследовать явления квантовой механики на микроскопическом уровне. Например, в 2000 году физики таким образом смогли замедлить свет с 300 000 000 метров до 0,2 миллиметра в секунду. Конденсат Бозе-Эйнштейна также используются для моделирования условий, которые могут существовать в черных дырах.

Исследования показали, что могут существовать и другие состояния материи, которые нуждаются в дальнейшем исследовании. Например, в январе 2021 года исследование, опубликованное в журнале PNAS, показало, что стекло имеет некое переходное состояние — оно одновременно не является ни жидкостью, ни твердым телом.

На микроскопическом уровне жидкое стекло находится где-то между твердым телом и гелеобразным веществом, называемым коллоидом — смесью частиц, которые больше одного атома или молекулы. Обычно, когда вещество превращается из жидкости в твердое тело, молекулы располагаются в кристаллической структуре — но в стекле этого не происходит, и частицы застывают на месте до кристаллизации. По словам исследователей, частицы в жидком стекле более гибкие, чем в твердом стекле, но не могут вращаться.