物質除了固態,液態,氣態之外,還有什麼狀態

2021-05-04 04:43:54 字數 5617 閱讀 3294

1樓:匿名使用者

物質除了這3種以外,究竟還有沒有別的形態呢?

我們用水做例子:將冰加熱到一定的程度,它就由固體變成為液體的水;溫度再公升高,又蒸發成氣體.但要是將氣體的溫度繼續公升高,會得到什麼樣的結果呢?

當氣體的溫度公升高到幾千度以上的時候,氣體的原子就開始拋掉身上的電子,於是帶負電的電子開始自由自在地遊逛,而原子也成為帶正電的離子.溫度愈高,氣體原子脫落的電子就愈多,這種現象叫做氣體的電離化.科學家把電離化的氣體,叫做"等離子態".

除了高溫以外,用強大的紫外線,x射線和丙種射線來照射氣體,也可以使氣體轉變成等離子態.

這種等離子態也許你感到很稀罕吧!其實,在廣漠無邊的宇宙中,它是最普遍存在的一種形態.因為宇宙中大部分的發光的星球,它們內部的溫度和壓力都高極了,這些星球內部的物質幾乎都處在等離子態.

只有在那些昏暗的行星和分散的星際物質裡,才能找到固體,液體和氣體.

就是在我們的周圍,也經常能夠碰到等離子態的物質.像在日光燈和霓虹燈的燈管裡,眩目的白熾電弧中,都能找到它的蹤跡.再有,在地球周圍的電離層裡,在美麗的極光,大氣中的閃光放電和流星的尾巴裡面,也能找到這種奇妙的等離子態.

科學家發現天空中的白矮星,個子不大,可是它的密度卻大得嚇人.它們的密度大約是水的3600萬到幾億倍.這是什麼緣故呢?

物質是由原子構成的.普通的物質,原子和原子之間有著很大的空隙.原子的中心是原子核,外面是圍繞著它旋轉的電子層;原子核很重,它的重量佔整個原子的99%,但是它的體積卻很小,如果拿原子比做一座高大的樓房,原子核就像是一顆放在大樓**的玻璃彈子,因此原子內部的空隙也是很大的.

在白矮星裡面,壓力和溫度都大極度了.大幾百萬大氣壓的壓力下,不但原子之間的空隙被壓得消失了,就是原子外圍的電子層也都被壓碎了,所有的原子核和電子都緊緊地擠在一起,這時候物質裡面就不再有什麼空隙,因些物質也就特別的重了.這樣的物質,科學家把它叫做"超固態".

白矮星的內部就是充滿這樣的超固態物質.在我們居住著的地球的中心,那裡的壓力達到35.5億百帕左右(1個大氣壓=1013百帕),因此也存在著一定的超固態物質.

假如在超固態物質上再加上巨大的壓力,那麼原來已經擠得緊緊的原子核和電子,就不可能再緊了,這時候原子核只好被迫解散,從裡面放出質子和中子.從原子核裡放出的質子,在極度大的壓力下會和電子結合成為中心.這樣一來,物質的構造發生了根本的變化,原來是原子核和電子,現在卻都變成了中子,這樣的狀態,叫做"中子態".

中子態物質的密度更是嚇人,它比超固態物質還要大10多萬倍呢!乙個火柴盒那麼大的中子態物質,可以有30億噸重,要有96000多台重型火車頭才能拉動它.在宇宙中,估計只有少數的恆星,才具有這種形態的物質.

記不清這些具體的解釋,就引用他人資料,要詳細的請參考引用資料!

2樓:

常見的三種狀態是固態、液態、氣態!

第四種狀態:等離子態!電子離開原子核,這個過程就叫做「電離」。

這時,物質就變成了由帶正電的原子核和帶負電的電子組成的,一團均勻的「漿糊」,人們稱它離子漿。這些離子漿中正負電荷總量相等,因此又叫等離子體。

第五種狀態:電子離開原子核,這個過程就叫做「電離」。這時,物質就變成了由帶正電的原子核和帶負電的電子組成的,一團均勻的「漿糊」,人們稱它離子漿。

這些離子漿中正負電荷總量相等,因此又叫等離子體。

第五種狀態:超流體 一團6li超冷原子氣起初被壓縮成薄圓柱形,一旦釋放,它就急劇膨脹。這個結果很有可能意味著超流體的出現,但我們尚不能下定論。

從左到右順序展示出從氣體被釋放後的0.1毫秒到2毫秒之間的變化情況。

超導體、原子核以及中子星等多種物質中都能出現這種狀態。目前有幾個研究小組在實驗室中競相工作,希望在超冷氣體中觀測到微小斑點,再現這種狀態。目前它還處於理論研究領域,一旦他們獲得成功,就能夠開展實驗研究。

這是一種超流態,根據理論**,通常情況下相互排斥的量子粒子彼此結合成對,這時它們的集體行為表現就像一團流體一樣。

這種超流態涉及到一大類被稱為費公尺子的量子粒子。根據量子力學,自然界中的量子粒子。根據量子力學,自然界中的粒子要麼是玻色子,要麼是費公尺子。

這兩類粒子特性的區別在極低溫時表現得最為明顯:玻色子全部聚集在同一量子態上,形成玻色―愛因斯坦凝聚;費公尺子則與之相反,它們更像是個人主義者,各自佔據著不同的量子態。當物體冷卻時,費公尺子逐漸佔據最低能態,但它們是在不同能態上堆疊起來的,就像人群湧向一段狹窄的樓梯時那樣。

大部分最低能態都被單個費公尺子佔據,這種狀態稱為簡併費公尺氣體。

3樓:付清弦

狀態:氣態、液態和固態;特殊條件下:等離子態、原子凝聚態(2023年諾貝爾獎)

如夢似幻第六態物質

我們的地球雖然身為宇宙的一員,但在浩瀚的宇宙中卻顯得孤傲不群,像一座孤獨飄零的島嶼。不要說它誕生了宇宙中極為罕見的智慧型生命(而這樣的生命在宇宙中其他地方卻難以生存),就是它上面的物質形態特別的與眾不同。地球上司空見慣的物質三態——固態、液態、氣態,在宇宙中卻極為罕見,物質第四態——等離子態,是宇宙中極多的狀態。

這更有意思的是,當我們讓物質不斷地冷下去、冷下去……不可思議的新物質形態又出現了。這種在地球上只能出現於條件嚴格的實驗室中的物質形態,會在宇宙的某個角落隨意飄盪嗎?

從物質三態到第四態

石頭、鐵塊等物體既堅硬又不易揮發,這就是作為固體物質的基本特性之一。我們人類居住在乙個絕大部分由這些固態物質組成的天地裡。當然,我們一樣離不開水和空氣,它們分別屬於液態和氣態物質中的一類,相比較而言,這些柔軟而易揮發的物質在我們生存的環境中佔據的比例更大,對我們生活的影響其實也更大:

在科幻故事中,人類依然可以生活在未來水世界上,卻無法生活在全部由岩石構成的世界之中。

物質的三態之間的轉換很早就被人類認識到了,它們是不同溫度下的狀態,由所謂的冰點和熔點決定各自產生轉換的溫度。100多年前,人類對物質狀態的認識基本上僅只於此。雖然亞里斯多德在2000多年前就發現世界的組成除了這三態以外還包括火,但他也不清楚火究竟是一種什麼物質?

其實這就是物質的第四種狀態——等離子體的一種表現形式。

如果把氣體持續加熱幾千甚至上萬度時,物質會呈現出一種什麼樣的狀態呢?這時,氣體原子的外層電子會擺脫原子核的束縛成為自由電子,失去外層電子的原子變成帶電的離子,這個過程稱為電離。所謂「電離」,其實就是電子離開原子核的意思。

除了加熱能使原子電離(熱電離)外,還可通過電子吸收光子能量發生電離(光電離),或者使帶電粒子在電場中加速獲得能量與氣體原子碰撞發生能量交換,從而使氣體電離(碰撞電離)。發生電離(無論是部分電離還是完全電離)的氣體稱之為等離子體(或等離子態)。等離子體的獨特行為與固態、液態、氣態截然不同,因此稱之為物質第四態。

等離子體的存在機理是怎樣的呢?物質是由分子或者原子組成的,而分子也是由原子組成。原子都由原子核和繞核高速運動的電子構成。

原子核帶正電,電子帶負電,正、負電數量相等,整個原子對外不顯電性。電子之所以繞核運動,因為它的能量不足以掙脫核的束縛力。如果不停地給物質加熱,當溫度公升高到數十萬度甚至更高,或者用較高電壓的電激,電子就能獲得足夠逃逸的能量,從原子核上剝落下來,成為自由運動的電子。

這就像一群下課後的學生跑到操場上隨意玩耍一樣。這時物質就成為由帶正電的原子核和帶負電的電子組成的一團勻漿,人們戲稱它「離子漿」。這些離子漿中正負電荷總量相等,因此又叫等離子體。

等離子體的物質密度跨度極大,從10的3次方個/立方厘公尺的稀薄星際等離子體到密度為10的22次方個/立方厘公尺的電弧放電等離子體,跨越近20個數量級;溫度分布範圍則從100 k(—173.15°c)的低溫到超高溫核聚變等離子體的10的8次方—10的9次方k。

等離子體在我們的宇宙中大量存在,從一根蠟燭燃起的火苗到滋生萬物的太陽,從閃爍的星星到燦爛的星系。就在我們周圍,在日光燈和霓虹燈的燈管裡,在眩目的白熾電弧裡,都能找到它的蹤跡;另外,在地球大氣層的電離層裡,在美麗的極光和流星的尾巴裡,也能找到奇妙的等離子態;放眼宇宙,更是等離子體的天下,宇宙中大部分發光的星球內部溫度和壓力都很高,這些星球內部的物質差不多都處於等離子態,像太陽這樣灼熱的恆星就是一團巨大的等離子體。只有那些昏暗的行星和分散的星際物質裡才可以找到固態、液態和氣態的物質。

據印度天體物理學家沙哈的計算,宇宙中99%的物質都處於等離子體狀態,而地球上常見的物質狀態在宇宙中卻成為稀罕寶貝。

這是為什麼呢?原來是地球演化到今日,已成為一顆冷行星。實際上,室溫下物質的電離成分完全可以忽略不計,即使溫度上公升到一萬度,電離成分也不過千萬分之一!

等離子體的研究主要分為高溫和低溫等離子體兩大方面。

高溫等離子體中的粒子溫度高達上千萬以至上億度,可以使粒子有足夠的能量互相碰撞,達到核聚變反應。氫彈就是人類歷史上第一次成功應用高溫等離子體的產物。氫彈是用原子彈作為「引信」,發出高熱,從而產生高溫等離子體,引發猛烈的核聚變,釋放巨大的破壞性能量。

核聚變如果用於和平目的,把其變成一種新能源,那麼核聚變就必須是緩慢地、持續地、可以控制地進行,這正是半個世紀以來高溫等離子體物理研究的重點。

空間等離子體研究也是高溫等離子體研究的乙個重要部分。宇宙中99%以上的物質均是等離子體,而我們的太陽也就是一團巨大的等離子體,因此空間等離子體研究在宇航時代具有極其重要的作用。

一般來說,人們把溫度在10萬度以下的等離子體稱為低溫等離子體,低溫等離子體大多是弱電離、多成分、並與其它物質有強烈的相互作用。低溫等離子體能夠由人類的技術來產生,因此被廣泛應用於科學技術和工業的許多領域。現在,低溫等離子體技術已經成為非常先進的工業加工技術,例如未來所有的超大規模積體電路,都將依靠等離子體加工;航天、冶煉、切割、噴塗等領域都需要低溫等離子體技術。

超級大原子——物質第五態

如果物質不斷冷下去、冷下去……一直冷到不能再冷下去,比如說,接近絕對零度(-273.16℃)吧,在這樣的極低溫下,物質又會出現什麼奇異的狀態呢?

這時,奇蹟出現了——所有的原子似乎都變成了同乙個原子,再也分不出你我他了!這就是物質第五態——玻色-愛因斯坦凝聚態(以下簡稱「玻愛凝聚態」)。

這個新的第五態的發現還得從2023年說起,那一年,年輕的印度物理學家玻色寄給愛因斯坦一篇**,提出了一種關於原子的新的理論,在傳統理論中,人們假定乙個體系中所有的原子(或分子)都是可以辨別的,我們可以給乙個原子取名張三,另乙個取名李四……,並且不會將張三認成李四,也不會將李四認成張三。然而玻色卻挑戰了上面的假定,認為在原子尺度上我們根本不可能區分兩個同類原子(如兩個氧原子)有什麼不同。

玻色的**引起了愛因斯坦的高度重視,他將玻色的理論用於原子氣體中,進而推測,在正常溫度下,原子可以處於任何乙個能級(能級是指原子的能量像台階一樣從低到高排列),但在非常低的溫度下,大部分原子會突然跌落到最低的能級上,就好像一座突然坍塌的大樓一樣。處於這種狀態的大量原子的行為像乙個大超級原子。打個比方,練兵場上散亂的士兵突然接到指揮官的命令「向前齊步走」,於是他們迅速集合起來,像乙個士兵一樣整齊地向前走去。

後來物理界將物質的這一狀態稱為玻色-愛因斯坦凝聚態(bec),它表示原來不同狀態的原子突然「凝聚」到同一狀態。這就是嶄新的玻愛凝聚態。

然而,實現玻愛凝聚態的條件極為苛刻和矛盾:一方面需要達到極低的溫度,另一方面還需要原子體系處於氣態。極低溫下的物質如何能保持氣態呢?這實在令無數科學家頭疼不已。

後來物理學家使用稀薄的金屬原子氣體,金屬原子氣體有乙個很好的特性:不會因製冷出現液態,更不會高度聚集形成常規的固體。實驗物件找到了,下一步就是創造出可以冷卻到足夠低溫度的條件。

由於雷射冷卻技術的發展,人們可以製造出與絕對零度僅僅相差十億分之一度的低溫。並且利用電磁操縱的磁阱技術可以對任意金屬物體實行無觸移動。這樣的實驗系統經過不斷改進,終於在玻色—愛因斯坦凝聚理論提出71年之後的2023年6月,兩名美國科學家康奈爾、維曼以及德國科學家克特勒分別在銣原子蒸氣中第一次直接觀測到了玻愛凝聚態。

這三位科學家也因此而榮膺2023年度諾貝爾物理學獎。此後,這個領域經歷著爆發性的發展,目前世界上己有近30個研究組在稀薄原子氣中實現了玻愛凝聚態。

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