物质的聚集态 _生活百科

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物质的聚集态【物质的聚集态】物态（state of matter）,学名聚集态，是一般物质在一定的温度和压强条件下所处的相对稳定的状态，通常是指固态、液态和气态。物质的上述三种状态是可以互相转化的。除三种物态以外，还有等离子态、超固态和玻色-爱因斯坦凝聚态。当气体中分子运动更加剧烈，成为离子、电子的混合体时，称为等离子态；当压强超过百万大气压时，固体的原子结构被破坏，原子的电子壳层被挤压到原子核的範围，这种状态称为超固态；有些原子气体被冷却到纳开（10－9K）温度时，被称为气体原子（玻色子）都进入能量最低的基态，称为玻色–爱因斯坦凝聚态。
基本介绍中文名：物质的聚集态
外文名：State of matter
别名：物态
分类：固态、液态、气态和等离子态等
概述：几乎所有物质都有基本3态
前沿科技发现：夸克-胶子浆
定义物态（物质状态）是指一种物质出现不同的相。早期来说，物质状态是以它的体积性质来分辨。在固态时，物质拥有固定的形状和容量；而在液态时，物质维持固定的容量但形状会随容器的形状而改变；气态时，物质不论有没有容量都会膨涨以进行扩散。科学家以分子之间的相互关係作分类。固态是指因分子之间因为相互的吸力因而只会在固定位置震动。而在液体的时候，分子之间距离仍然比较近，分子之间仍有一定的吸引力，因此只能在有限的範围中活动。至于在气态，分子之间的距离较远，因此分子之间的吸引力并不显着，所以分子可以随意活动。等离子态（Plasma），是在高温之下出现的高度离化气体。而由于相互之间的吸力是离子力，因而出现与气体不同的性质，所以等离子态被认为是第四种物质状态，是宇宙中普遍存在的一种物质的聚集状态。假如有一种物质状态不是由分子组成而是由不同力所组成，会形成一种新的物质状态。例如：夸克-胶子浆等。物态（物质状态）也可用相的转变来表达。相的转变可以是结构上的转变又或者是出现一些独特的性质。根据这个定义，每一种相都可以其他的相中透过相的转变分离出来。例如水数种固体的相。超导电性便是由相的转变引伸出来，因此便有超导电性的状态。同样，液晶体状态等都是用相的转变所划分出来并同时拥有不同的性质。基本物态固态粒子（包括离子、原子或者分子）都是紧密排列。粒子之间有很强的吸力，所以只能在原位震动。因而令固体拥有稳定、固定形状和固定容量的特性，只有因施力而切断或打碎时才可改变它的形状。在晶体固体中，粒子（包括原子、分子、和离子）都是以三维空间的结构排列，而同一种物质可以排列成不同形式晶体结构。例如铁在912℃下是面心立方， 912℃至1394℃之间便是体心立方。又例如冰，世上已知有关冻的晶体结构有15种，这15种的固体物质状态分别存在于不同的温度和压力之下。在物质状态的转变过程中，固体会透过融化变成液体，相反液体会凝固成固体。如果由固体直接转变为气体，例如在大气压力下的二氧化碳，称之为升华，反之则是凝华。严格地说，物理上的固态应当指“结晶态” ，也即各种晶体所具有的状态。最常见的晶体是食盐，由许多立方形晶体构成。还有许多颜色、形状各异的规则晶体。物质在固态时的突出特徵是有一定的体积和几何形状，物理性质具有各向异性。有一定的熔点，熔化时温度不变。在固体中，分子或原子有规则地排列。每个分子或原子在各自固定的位置上振动。晶体的这种结构称为空间点阵结构。液态在温度和气压是常数的情况下，液体的容量是固定的。当固体加热到熔点之上时，便会成为液体。内分子（内原子或者内离子）之间的力仍然不可忽略，但分子有足够的能量，因而可以有相对运动，结构亦是流动的。液体的形状是不定的，由容器的形状来决定。一般情况下液体的容量会比它在固体时要大，水（H2O）是一个反例，因为水从0℃—4℃下密度上升并达到顶点。而物质以液体存在的最高温度和最高压力分别名为临界温度和临界压力。液体有流动性，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），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，不可能再保持原来的固定位置，于是产生流动。这时分子或原子间的吸引力还比较大，使它们不至分散远离，因此液体有一定的体积。在液体内部的小区域内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。气态在气态中，分子拥有足够多的动能，因而内分子力的影响相对减少（对于理想气体是0），分子之间的距离也较远。气体并没有限定的形状和容量，但是它会占据整个密封的容器。液体可以透过在常压下加热到沸点或者在常温下加压而转变成气体。当气体温度低过临界温度时，这种气体称为蒸气，可以单独透过加压而变成液体。如果气体的压力等同液体的蒸气压，两者便可达致平衡，固体也是如此。当一种气体的温度和气压分别超越自身的临界压力及临界温度时便成为超临界流体，它拥有气体的特性，同时是一种高密度的溶剂。液体加热会变成气态。这时分子或原子运动更剧烈， “类晶区”不复存在。由于分子或原子间的距离增大，它们之间的引力可以忽略，因此气态主要表现为分子或原子各自的无规则运动，导致气体特性有流动性，没有固定的形状和体积，容易压缩；物理性质具有各向同性。理想气体状态方程 PV = nRT；其他聚集状态-前沿科技无定形体无定形体（又名非晶状体）拥有像液体一样的不规则结构，但由于分子间的运动相对不自由，因此通常纳入固体的类别。常见例子有玻璃、聚苯乙烯、合成橡胶或其他聚合物。很多无定形体当加热至玻璃转化温度时便会软化成液体。此时，分子是自由流动的。无定形体不存在长距离的整齐排列，但是在有限範围内，氧原子（O）以正四面体的排列包围硅（Si）原子。部分液体属于非牛顿流体，黏度的大小受作用力和剪应力所影响。因此在某一个流动情况之下便变成无定形体。非晶态也叫无定形或玻璃态，是一大类刚性固体。利用很高的冷却速率，将传统的玻璃工艺发展到金属和合金，製成对应的非晶态材料，称之为金属玻璃或玻璃态金属。非晶态材料的种类很多，硅土，以及硅土和Al、Na、Mg、Ca等元素的氧化物的混合物构成最古老、最重要的无机玻璃，近20多年来，由于非晶态材料优异的物理、化学特性和广泛的技术套用，使其得到了迅速的发展。例如普通玻璃不是处于固态（结晶态），而是非晶态。玻璃没有固定的熔点，物理性质也是各向同性的。玻璃内部结构没有空间点阵，与液态的结构类似。“类晶区”彼此不能移动，因此玻璃没有流动性。严格地说，非晶态不属于固体，因为固体专指晶体。非晶态是另一种物态。除普通玻璃外，常见的非晶态还有橡胶、石蜡、天然树脂、沥青和高分子塑胶等。超导体因为超导体拥有零电阻的物质，所以可以有完美的导电性。当它处在外加磁场中，会对磁场产生的微弱排斥力，这种现象称为迈斯纳效应或者完美的抗磁性。超导磁铁在核磁共振成像机中用作电磁铁。超导现象是在1911年发现，在往后的时间只知部分金属和合金在绝对温标30度之下拥有这种特性。直到1986年，在一些陶瓷的氧化物中发现一种名为高温超导电性的特质，而这种物态出现的温度已提高到绝对温度164度。超导体的电阻完全消失的现象称为超导电性，此状态被称为超导态。超导体在某些科学技术领域中开始进入实用阶段。对高温超导机理的理解可能会导致对很多被称为电子强关联的一大类材料物理本质的理解，同时在科学和技术两个方面产生飞跃。已发现的超导材料主要是一些金属、合金和化合物，已达几千种。超流体当接近绝对零度时，部分液体会转变成另一种的液体状态名为超流体，它的特点是黏度值是零（有无限的流动性），超流动性是其最具特徵的基本性质。科学家在1937年发现，将氦冷却到低于λ温度（2.17K）便形成超流体。此时，氦气可以在容器中不断流动，并可对抗地心吸力。氦-4为了找寻自己的定位会在容器上缓慢地流动，在短时间之后，两个容器的水平将会是一致。而大容器的内壁将会被“罗林膜”所覆盖，如果容器的不是密封的，液体便会流出来。超流体拥有无限大的热传导率，所以在超流体中不能形成温度梯度。这些特性可以用氦-4在超流体状态中转变成玻色-爱因斯坦凝聚态来解释。费米凝聚态的超流体也可以由氦的同位素氦-3或者锂的同位素锂-6在更低温的状态下转变而成。氦-4原子是玻色子，玻色-爱因斯坦统计允许很多原子同时处于一个量子态上。当温度降至λ点以下时，有巨观数量的氦原子同时凝聚在动量为零的单一量子态上，用一个巨观波函式来描述。温度在λ点以下的超流动性及其他特异现象都可用这种巨观波函式的特性来解释。玻色-爱因斯坦凝聚态由爱因斯坦和玻色在1924年预测出来，也被称为第五种物质状态。多年来，玻色-爱因斯坦凝聚态在气体状态下都是一个理论上的预测而已。最后，由克特勒、康奈尔及威曼所领导的团队，在1995年首先透过实验製造出玻色-爱因斯坦凝聚。玻色-爱因斯坦凝聚态比固态时更冷。当原子有非常接近或者一致的量子等级和温度非常接近绝对零度（－273℃）时便会出现玻色-爱因斯坦凝聚态。对于遵从玻色–爱因斯坦统计且总粒子数守恆的理想气体，存在一个极低但非零的转变温度