‘壹’ 物质都有哪些形态最新发现的物质形态是什么
现在最新物质形态主要有10种:
1.固态
严格地说,物理上的固态应当指“结晶态”,也就是各种各样晶体所具有的状态。最常见的晶体是食盐(化学成份是氯化钠,化学符号是NaCl)。你拿一粒食盐观察(最好是粗制盐),可以看到它由许多立方形晶体构成。如果你到地质博物馆还可以看到许多颜色、形状各异的规则晶体,十分漂亮。物质在固态时的突出特征是有一定的体积和几何形状,在不同方向上物理性质可以不同(称为“各向异性”);有一定的熔点,就是熔化时温度不变。
在固体中,分子或原子有规则地周期性排列着,就像我们全体做操时,人与人之间都等距离地排列一样。每个人在一定位置上运动,就像每个分子或原子在各自固定的位置上作振动一样。我们将晶体的这种结构称为“空间点阵”结构。
2.液态
液体有流动性,把它放在什么形状的容器中它就有什么形状。此外与固体不同,液体还有“各向同性”特点(不同方向上物理性质相同),这是因为,物体由固态变成液态的时候,由于温度的升高使得分子或原子运动剧烈,而不可能再 保持原来的固定位置,于是就产生了流动。但这时分子或原子间的吸引力还比较大,使它们不会分散远离,于是液体仍有一定的体积。实际上,在液体内部许多小的区域仍存在类似晶体的结构——“类晶区”。流动性是“类晶区”彼此间可以移动形成的。我们打个比喻,在柏油路上送行的“车流”,每辆汽车内的人是有固定位置的一个“类晶区”,而车与车之间可以相对运动,这就造成了车队整体的流动。
3.气态
液体加热会变成气态。这时分子或原子运动更剧烈,“类晶区”也不存在了。由于分子或原子间的距离增大,它们之间的引力可以忽略,因此气态时主要表现为分子或原子各自的无规则运动,这导致了我们所知的气体特性:有流动性,没有固定的形状和体积,能自动地充满任何容器;容易压缩;物理性质“各向同性”。
显然,液态是处于固态和气态之间的形态。
4.非晶态——特殊的固态
普通玻璃是固体吗?你一定会说,当然是固体。其实,它不是处于固态(结晶态)。对这一点,你一定会奇怪。
这是因为玻璃与晶体有不同的性质和内部结构。
你可以做一个实验,将玻璃放在火中加热,随温度逐渐升高,它先变软,然后逐步地熔化。也就是说玻璃没有一个固定的熔点。此外,它的物理性质也“各向同性”。这些都与晶体不同。
经过研究,玻璃内部结构没有“空间点阵”特点,而与液态的结构类似。只不过“类晶区”彼此不能移动,造成玻璃没有流动性。我们将这种状态称为“非晶态”。
严格地说,“非晶态固体”不属于固体,因为固体专指晶体;它可以看作一种极粘稠的液体。因此,“非晶态”可以作为另一种物态提出来。
除普通玻璃外,“非晶态”固体还很多,常见的有橡胶、石蜡、天然树脂、沥青和高分子塑料等。
5.液晶态——结晶态和液态之间的一种形态
“液晶”现在对我们已不陌生,它在电子表、计算器、手机、传呼机、微型电脑和电视机等的文字和图形显示上得到了广泛的应用。
“液晶”这种材料属于有机化合物,迄今人工合成的液晶已达5000多种。
这种材料在一定温度范围内可以处于“液晶态”,就是既具有液体的流动性,又具有晶体在光学性质上的“各向异性”。它对外界因素(如热、电、光、压力等)的微小变化很敏感。我们正是利用这些特性,使它在许多方面得到应用。
上述几种“物态”,在日常条件下我们都可以观察到。但是随着物理学实验技术的进步,在超高温、超低温、超高压等条件下,又发现了一些新“物态”。
6.超高温下的等离子态
这是气体在约几百万度的极高温或在其它粒子强烈碰撞下所呈现出的物态,这时,电子从原子中游离出来而成为自由电子。等离子体就是一种被高度电离的气体,但是它又处于与“气态”不同的“物态”——“等离子态”。
太阳及其它许多恒星是极炽热的星球,它们就是等离子体。宇宙内大部分物质都是等离子体。地球上也有等离子体:高空的电离层、闪电、极光等等。日光灯、水银灯里的电离气体则是人造的等离子体。
7.超高压下的超固态
在140万大气压下,物质的原子就可能被“压碎”。电子全部被“挤出”原子,形成电子气体,裸露的原子核紧密地排列,物质密度极大,这就是超固态。一块乒乓球大小的超固态物质,其质量至少在1000吨以上。
已有充分的根据说明,质量较小的恒星发展到后期阶段的白矮星就处于这种超固态。它的平均密度是水的几万到一亿倍。
8.超高压下的中子态
在更高的温度和压力下,原子核也能被“压碎”。我们知道,原子核由中子和质子组成,在更高的温度和压力下质子吸收电子转化为中子,物质呈现出中子紧密排列的状态,称为“中子态”。
已经确认,中等质量(1.44~2倍太阳质量)的恒星发展到后期阶段的“中子星”,是一种密度比白矮星还大的星球,它的物态就是“中子态”。
更大质量恒星的后期,理论预言它们将演化为比中子星密度更大的“黑洞”,目前还没有直接的观测证实它的存在。至于 “黑洞”中的超高压作用下物质又呈现什么物态,目前一无所知,有待于今后的观测和研究。
物质在高温、高压下出现了反常的物态,那么在低温、超低温下物质会不会也出现一些特殊的形态呢?下面讲到的两种物态就是这类情况。
9.超导态
超导态是一些物质在超低温下出现的特殊物态。最先发现超导现象的,是荷兰物理学家卡麦林·昂纳斯(1853~1926年)。1911年夏天,他用水银做实验,发现温度降到4.173K的时候(约-269℃),水银开始失去电阻。接着他又发现许多材料都又有这种特性:在一定的临界温度(低温)下失去电阻(请阅读“低温和超导研究的进展”专题)。卡麦林·昂纳斯把某些物质在低温条件下表现出电阻等于零的现象称为“超导”。超导体所处的物态就是“超导态”,超导态在高效率输电、磁悬浮高速列车、高精度探测仪器等方面将会给人类带来极大的益处。
超导态的发现,尤其是它奇特的性质,引起全世界的关注,人们纷纷投入了极大的力量研究超导,至今它仍是十分热门的科研课题。目前发现的超导材料主要是一些金属、合金和化合物,已不下几千种,它们各自对应有不同的“临界温度”,目前最高的“临界温度”已达到130K(约零下143摄氏度),各国科学家正在拼命努力向室温(300K或27℃)的临界温度冲刺。
超导态物质的结构如何?目前理论研究还不成熟,有待继续探索。
10.超流态
超流态是一种非常奇特的物理状态,目前所知,这种状态只发生在超低温下的个别物质上。
1937年,前苏联物理学家彼得·列奥尼多维奇·卡皮察(1894~1984年)惊奇地发现,当液态氦的温度降到2.17K的时候,它就由原来液体的一般流动性突然变化为“超流动性”:它可以无任何阻碍地通过连气体都无法通过的极微小的孔或狭缝(线度约10万分之一厘米),还可以沿着杯壁“爬”出杯口外。我们将具有超流动性的物态称为“超流态”。但是目前只发现低于2.17K的液态氦有这种物态。超流态下的物质结构,理论也在探索之中。
上面介绍的只是迄今发现的10 种物态,有文献归纳说还存在着更多种类的物态,例如:超离子态、辐射场态、量子场态,限于篇幅,这里就不一一列举了。我们相信,随着科学的发展,我们一定会认识更多的物态,解开更多的谜,并利用它们奇特的性质造福于人类。
‘贰’ 除了固体,液体,气体以外,物质还有哪些形态呢
物质的物理状态有许多种,最基本的是固体、液体和气体。但除此之外,您还听说过其它哪些物理状态?小编在这里介绍一些大多数人可能不太熟悉的物理状态。
固体
在固体中,基本粒子的动能很小,只有微弱的振动,它们在引力的作用下,紧密地堆积在一起,并保持着固定的空间关系。根据基本粒子排列是否有序,固体可以分为两大类,即晶体和非晶体。举例来说,冰和金属都是有序的晶体固体;玻璃、大部分聚合物和煤炭是无定形固体。
超流体
超流体是一种完全不具有黏性的状态,所以流动性超级强。如果将超流体注入一个像游泳圈的环形容器中,因为没有内摩擦力,所以不会损失动能,它可以沿着环形通道永无休止地流动。例如液氦,在接近绝对零度(<2.17K)时,就会呈现出超流体的特性。一些物理学家认为,宇宙中的中子星内部,可能存在超流体,另一些物理学家认为,宇宙中的暗物质也是超流体,还有人怀疑时空本身就是一种超流体。
‘叁’ 物质除了有固态,液态,气态之外还有什么其他的状态吗
固态,液态,气态是物质的三大常见状态,其他状态还有:
1,“等离子态”
原子是由原子核和电子组成的,通常情况下电子都围绕着原子核旋转。然而在几千摄氏度以上的高温中,气态的原子开始抛掉身上的电子,于是带负电的电子开始自由自在地游逛,而原子也成为带正电的离子。温度愈高,气体原子脱落的电子就愈多,这种现象叫做气体的电离化。科学家把电离化的气体,叫做“等离子态”。除了高温以外,用强大的紫外线、X射线和丙种射线来照射气体,也可以使气体转变成等离子态。也许你感到这种等离子态很稀罕吧!其实,在广漠无边的宇宙中,它是最普遍存在的一种形态。因为宇宙中大部分的发光的星球,它们内部的温度和压力都高极了,这些星球内部的物质几乎都处在等离子态。这是物质的第四种状态。处于等离子态的物质,电子与原子核“身首异处”,彼此离开。
2,“超固态”
在白矮星里面,压力和温度更高了。在几百吉帕气压的压力下,不但原子之间的空隙被压得消失了,就是原子外围的电子层也都被压碎了,所有的原子核和电子都紧紧地挤在一起,这时候物质里面就不再有什么空隙,这样的物质,科学家把它叫做“超固态”。白矮星的内部就是充满这样的超固态物质。在我们居住着的地球的中心,那里的压力达到350吉帕左右,因此也存在着 一定的超固态物质。
3,“中子态”
假如在超固态物质上再加上巨大的压力,那么原来已经挤得 的原子核和电子,就不可能再紧了,这时候原子核只好宣告解散,从里面放出质子和中子。从原子核里放出的质子,在极大的压力下会和电子结合成为中子。这样一来,物质的构造发生了根本的 变化,原来是原子核和电子,现在却都变成了中子。这样的状态,叫做“中子态”。中子态物质的密度更是吓人,它比超固态物质 还要大十多万倍呢!一个火柴盒那么大的中子态物质,重30亿吨,要有960000多台重型火车头才能拉动它!在宇宙中,估计只有少 数的恒星,才具有这种形态的物质。
4,非晶态——特殊的固态
普通玻璃是固体吗?你一定会说,当然是固体。其实,它不是处于固态(结晶态)。对这一点,你一定会奇怪。
这是因为玻璃与晶体有不同的性质和内部结构。
你可以做一个实验,将玻璃放在火中加热,随温度逐渐升高,它先变软,然后逐步地熔化。也就是说玻璃没有一个固定的熔点。此外,它的物理性质也“各向同性”。这些都与晶体不同。
经过研究,玻璃内部结构没有“空间点阵”特点,而与液态的结构类似。只不过“类晶区”彼此不能移动,造成玻璃没有流动性。我们将这种状态称为“非晶态”。
严格地说,“非晶态固体”不属于固体,因为固体专指晶体;它可以看作一种极粘稠的液体。因此,“非晶态”可以作为另一种物态提出来。
除普通玻璃外,“非晶态”固体还很多,常见的有橡胶、石蜡、天然树脂、沥青和高分子塑料等。
‘肆’ 物质的五种状态是什么
固态,液态,气态,等离子状态和终止状态。
物态变化也称为相变。初中物理讲的物态变化是指固、液、气三种物态间的变化,这种变化是相变中的一类,称为一级相变。它的特点是:①相变过程中,体积要发生明显的改变;②相变过程中要吸收或放出所谓的相变潜热、此外,还有另一类相变,它们没有以上两个特点,既不发生体积的突变,也不吸收或放出相变潜热,但它的某些特性,如热容量、热膨胀系数等要发生突变,这类相变称为二级相变。某些物质在温度低到一定程度时电阻会突然消失,成为超导体,就是一种二级相变。本书只讨论与一级相变有关的问题。
固态,从宏观上讲,是指具有一定的体积和形状的物体,从微观上讲,是指组成物质的微观粒子按一定规则周期性、对称性地排列,因此,我们讲的固态是结晶态。组成结晶态的物质微粒都有较强的相互作用力(这种相互作用力称为“键”,常见的有离子键、共价键、金属键等),这些微粒在各自的平衡位置附近做无规则的振动,一般不能离开自己的平衡位置,因此固体有一定的体积,也有一定的形状,并且熔化和凝固都有确定的温度,即有确定的熔点。此外,对于单晶体,它还具有规则的几何形状和物理性质各向异性的特点。
液态,从宏观上讲,是指具有一定的体积,不容易被压缩,但没有一定的形状,能够流动的物体。从微观上讲,组成物质的微粒(以下简称为分子)相互间也有较强的作用力,分子的排列情况更接近于固体,只是它们的有规则排列局限于很小的区域内(约在10-7m的范围内),而众多的这些小区域之间则是完全无序地聚合在一起。组成液体的分子的运动主要也是在某一平衡位置附近做无规则振动,但振动一小段时间就会挣脱周围分子的束缚而转移到另一个新的平衡位置附近,因此液体具有流动性。液体分子在同一位置附近做振动的时间长短并不相同,但每一种液体,在一定的温度和压力下,分子在同一位置附近振动的持续时间的平均值是确定的,称为“定居时间”。例如液态金属的分子定居时间的数量级为10-10S,水的分子定居时间数量级为10-11S。同一种液体,温度越高,分子定居时间越短,而分子定居时间越短,则表示液体的流动性越好。
气态,从宏观上讲,是指既没有一定的形状,也没有一定的体积的物体,它总是充满整个容器,很容易被压缩。从微观上讲,气体分子间距很大,它们的相互作用力很小,除了在相互发生碰撞或与器壁发生碰撞以外,气体分子的运动近似地可以看做是匀速直线运动,直到与其他分子或器壁发生碰撞为止,因此气体总是充满整个容器。两种不同的气体混合后,总是均匀地混合在一起,不会像两种不相溶的液体那样会出现明显的分界面。
一般说来,任何一种物质,在温度、压强…等发生变化时,都会呈现不同的物态。