Moddaning agregat holatlari

Moddaning agregat holatlari - bu modda mavjud bo'ladigan shakllardir. Kundalik hayotda kuzatiladigan moddaning to'rtta holati bor, bular: qattiq, suyuq, gazsimon va plazmadir. Boshqa modda holatlari ham mavjud, ammo ular maxsus sharoitlarni talab qiladi. Quyida modda holatlari, ularning xossalari va ular orasidagi faza o'tishlari (agregat holatlarning almashinuvi) nomlari keltirilgan.

Moddaning holati nima?

Moddaning agregat holati uning ichidagi zarrachalarning joylashishi va harakatlanishiga bog‘liq. Masalan, qattiq holatda zarrachalar bir-biriga juda yaqin va qat’iy tartiblangan, suyuq holatda esa ular biroz erkinroq harakat qiladi. Gaz holatida zarrachalar keng tarqalgan va erkin harakatda bo‘ladi. Plazmada esa zarrachalar ionlangan, ya’ni elektr zaryadiga ega.

Moddaning harorati yoki bosimini o‘zgartirish orqali uning energiyasini o‘zgartirish mumkin, bu esa moddaning bir agregat holatdan boshqasiga o‘tishiga olib keladi. Masalan, muzning erishi, suvning bug‘lanishi yoki gazning plazmaga aylanishi bularning barchasi moddaning holati o‘zgarishining namunalaridir. Shuni ta’kidlash lozimki, agregat holat o‘zgarsa ham, moddaning kimyoviy xususiyatlari o‘zgarmaydi — muz eritilib suvga aylanadi, ammo u har doim suv bo‘lib qoladi.

Moddalarning asosiy agregat holatlari:

Moddaning to'rtta asosiy agregat holati: qattiq, suyuq, gazsimon va plazmadir. Ammo olimlar ekstremal sharoitlarda mavjud bo'lgan moddaning yangi holatlarini kashf etmoqdalar.

Qattiq modda aniq shakl va hajmga ega. Undagi zarrachalar bir-biriga mahkam bog‘langan va tartibli joylashgan. (Misollar: tosh, muz, olmos.)

Suyuqlikda aniq hajmga ega bo'lgan, ammo aniq shaklga ega bo'lmagan modda holatidir. Boshqacha qilib aytganda, suyuqliklar o'zlari joylashgan idishning shaklini oladi. Suyuqlikdagi zarralar qattiq jismdagiga qaraganda ko'proq energiyaga ega, shuning uchun ular bir-biridan uzoqroq va tartibsiz. (Suyuqliklarga misollar: suv, sharbat va o'simlik yog'i.)

Gazsimon holat aniq hajmga ham, aniq shaklga ham ega bo'lmagan modda holatdir. Suyuqlik kabi gaz ham idishning shaklini oladi. Undan farqli o'laroq, gaz butun idish hajmini to'ldirish uchun osongina kengayadi yoki siqiladi. Gazdagi zarralar qattiq yoki suyuqlikdagiga qaraganda ko'proq energiyaga ega. Ular suyuqlikdagiga qaraganda bir-biridan uzoqroqda bo'ladi va ko'proq tasodifiy harakatlanadi. (Gazlarga misollar: havo, suv bug'i va geliy.)

Plazma gazsimon holatga o'xshash modda holatidir, faqat barcha zarralar elektr zaryadiga ega. Bu holat odatda juda past bosimda mavjud bo'ladi, shuning uchun zarralar gazdagidan ham uzoqroqda joylashgan. U koinotdagi eng keng tarqalgan modda holatidir. Plazma ionlar, elektronlar yoki protonlardan tashkil topishi mumkin. (Plazmaga misollar: chaqmoq, qutb yog'dusi (aurora), Quyosh.)

Plazma agregat holati

Moddalarning noyob agregat holatlari

Boze–Eynshteyn Kondensati (BEK)
Olimlar BEKni moddaning beshinchi holati deb atashadi. Bu holatda atomlar va ionlar (elektr zaryadiga ega zarrachalar) alohida harakat qilmaydi, balki bitta umumiy tizim sifatida harakat qiladi. Ya’ni, ularning barchasini bitta to‘lqin orqali tasvirlash mumkin. 1995-yilda Erik Kornell va Karl Vayman BEKni tajriba orqali isbotlashgan. U eng sovuq sharoitlarda — mutlaq nolga yaqin (–273°C atrofida) haroratda hosil bo‘ladi.

O‘ta Suyuqlik (Superfluid)
O‘ta suyuqlik — bu moddaning ishqalanishsiz oqadigan holati. Unda yopishqoqlik (qarshilik) butunlay yo‘q. 1937-yilda bu holat geliy suyuqligida kuzatilgan. O‘ta suyuq geliy hatto idish devorlariga chiqib, chetidan oqib tushadi. U ham mutlaq nolga yaqin sovuq haroratda paydo bo‘ladi.

Fermion Kondensati
Bu holat BEKga o‘xshaydi, lekin u fermionlar (elektron, kvark, lepton kabi zarrachalar) dan tashkil topgan. Pauli istisno qonuni bo‘yicha fermionlar bir xil holatda bo‘la olmaydi. Ammo bu kondensatda fermionlar juft bo‘lib harakat qiladi.

Rydberg Moddasi
Rydberg moddasi — kuchli qo‘zg‘atilgan atomlar birlashganda hosil bo‘ladigan plazma turi (ya’ni elektr zaryadli gaz). U olti burchakli shakldagi kichik tuzilmalar hosil qiladi. Olimlar uni vodorod, kaliy, azot va seziy elementlarida kuzatishgan. Bunday modda laboratoriyada yaratiladi yoki sayyoralar atmosferasida hamda kosmik bulutlarda mavjud bo‘lishi mumkin.

Fotonik Modda
Bu modda — yorug‘lik zarralari (fotonlar) gaz bilan o‘zaro ta’sirlashganda hosil bo‘ladi. Bu vaqtda fotonlar massaga ega bo‘lgandek harakat qiladi va bir-biriga ta’sir o‘tkazishi mumkin. Hatto ular “foton molekulalari” deb ataluvchi kichik tuzilmalar hosil qila oladi.

Rangli–Shisha Kondensati (Color–Glass Condensate)
Bu modda atom yadrolari yorug‘lik tezligiga juda yaqin harakat qilganda paydo bo‘ladi. Tez harakat sababli yadro siqilgan ko‘rinadi, va unda gluonlar (yadro ichidagi kuchli zarrachalar) juda zich joylashadi. Bu holat zarrachalar to‘qnashuvi bo‘lgan tajribalarda kuzatiladi.

Degenerativ Modda
Bu modda juda katta bosim ostida paydo bo‘ladi. Bunda zarrachalar shunchalik zich joylashadiki, kvant qonunlari ustun bo‘lib qoladi (ya’ni, ularning harakati oddiy fizika bilan emas, kvant qonunlari bilan izohlanadi).

Misollar:

• Oq mitti yulduzlar – elektronlar bilan to‘ldirilgan degenerativ modda.

• Neytron yulduzlar – asosan neytronlardan iborat degenerativ modda.

Vaqt Kristali
Vaqt kristali — bu modda energiya sarflamasdan, vaqt bo‘ylab muntazam harakatni davom ettiradi. U har doim bir xil ritmda tebranadi, hatto eng past energiya holatida ham. Bu holat 2017-yilda birinchi marta tajribada isbotlangan.

Moddaning boshqa agregat holatlari

Olimlar moddaning yana bir nechta g‘ayrioddiy holatlarini ham kashf etgan yoki taklif qilishgan. Quyida ularning ayrimlari haqida qisqacha:

Kvark moddasi – bu kvarklar (atom yadrosini tashkil etuvchi eng kichik zarrachalar) juda kuchli bosim va haroratda erkin harakatlana oladigan holat. U neytron yulduzlari markazida bo‘lishi mumkin.

Dropleton – bu elektronlar va teshiklar (zaryadlarning “bo‘sh joylari”) birlashib hosil qilgan mayda suyuq tomchi. U elektr zaryadlarning “suyuqlikka o‘xshash” harakatini ko‘rsatadi.

Kvant Xoll holati – bu holatda elektronlar kuchli magnit maydoni ichida harakatlanadi va kvant qonunlariga bo‘ysunuvchi oqimlar hosil qiladi. Bu holat elektronika va kvant fizikasida muhim ahamiyatga ega.

Suyuq shisha (Superglass) – bu holatda zarrachalar shisha kabi tartibsiz joylashgan, lekin shu bilan birga ishqalanishsiz oqish (superfluidlik) xususiyatiga ega.

O‘ta qattiq (Supersolid) – bu modda qattiq jism kabi shaklini saqlaydi, lekin ichidagi zarrachalar suyuqlik kabi harakatlanadi

Ip-to‘r suyuqligi (String-net liquid) – bu nazariy holat bo‘lib, unda butun modda iplar to‘ri shaklidagi mayda zarrachalardan tashkil topgan deb qaraladi. Ba’zi olimlar bu holat elementar zarrachalar va kuchlarning kelib chiqishini tushuntiradi, deb hisoblaydi.

Modda agregat holatlari o’rtasidagi faza o’tishlari

Agregat holatlari o’rtasidagi faza o’tishlari

Harorat va bosimning o'zgarishi modda holatlari o'rtasida faza o'tishlarini (agregat holatining o’zgarishini) keltirib chiqaradi.

Harorat va bosimdagi o'zgarishlar moddaning bir holatdan ikkinchi holatga o'zgarishiga sabab bo'ladi. Bu o'zgarish faza o'tishi yoki faza o'zgarishi deb ataladi. Faza o'tishlariga misollar: muzning (qattiq jism) suvga (suyuqlik) erishi va suvning suv bug'iga (gazsimon) aylanishi.

Quyida qattiq, suyuq, gazsimon va plazma holatlari o'rtasidagi faza o'tishlarining nomlari keltirilgan:

● Erish: Qattiq holatdan suyuq holatga faza o'tishi.

● Muzlash : Suyuq holatdan qattiq holatga faza o'tishi.

● Bug'lanish : Suyuq holatdan gazsimon holatga faza o'tishi.

● Kondensatsiya : Gazsimon holatdan suyuq holatga faza o'tishi.

● Sublimatsiya : Qattiq holatdan gazsimon holatga faza o'tishi.

● Desublimatsiya : Gazsimon holatdan qattiq holatga faza o'tishi.

● Ionlanish : Gazsimon holatdan plazmaga faza o'tishi.

● Deionlanish yoki Rekombinatsiya (De-ionization or recombination): Plazmadan

gazsimon holatga faza o'tishi.

●Uchlanish nuqtasida (triple point) uchta klassik holat muvozanatda birga mavjud bo'ladi.

●Kritik nuqta: suyuqlik-gaz chegarasining tugashini belgilaydi, undan tashqarida modda o'ta kritik suyuqlikka aylanadi.

Manbalar:

Goodstein, D.L. (1985). States of Matter. Dover Phoenix. ISBN 978-0-486-49506-4.

Murthy, G.; et al. (1997). “Superfluids and Supersolids on Frustrated Two-Dimensional Lattices”. Physical Review B. 55 (5): 3104. doi:10.1103/PhysRevB.55.3104

Sutton, A.P. (1993). Electronic Structure of Materials. Oxford Science Publications. ISBN 978-0-19-851754-2.

Wahab, M.A. (2005). Solid State Physics: Structure and Properties of Materials. Alpha Science. ISBN 978-1-84265-218-3.

White, F. (2003). Fluid Mechanics. McGraw-Hill. ISBN 978-0-07-240217-9.