Mga oksido. Carbon - mga katangian ng elemento at katangian ng kemikal Atomic at molecular mass ng carbon

Mga katangiang pisikal: Ang carbon ay bumubuo ng maraming allotropic modification: brilyante- isa sa pinakamahirap na sangkap grapayt, karbon, uling.

Ang isang carbon atom ay may 6 na electron: 1s 2 2s 2 2p 2 . Ang huling dalawang electron ay matatagpuan sa magkahiwalay na p-orbitals at hindi magkapares. Sa prinsipyo, ang pares na ito ay maaaring sakupin ang parehong orbital, ngunit sa kasong ito ang interelectron repulsion ay lubhang tumataas. Para sa kadahilanang ito, ang isa sa kanila ay kumukuha ng 2p x, at ang isa pa, alinman sa 2p y , o 2p z orbital.

Ang pagkakaiba sa enerhiya ng s- at p-sublevels ng panlabas na layer ay maliit, kaya ang atom ay madaling napupunta sa isang nasasabik na estado, kung saan ang isa sa dalawang electron mula sa 2s orbital ay pumasa sa isang libre. 2 kuskusin. Lumilitaw ang valence state na may configuration na 1s 2 2s 1 2p x 1 2p y 1 2p z 1 . Ito ang eksaktong estado ng carbon atom na katangian ng diamond lattice—tetrahedral spatial arrangement ng hybrid orbitals, magkaparehong haba ng bond at enerhiya.

Ang kababalaghang ito ay kilala na tinatawag na sp 3 -hybridization, at ang mga umuusbong na function ay sp 3 -hybrid . Ang pagbuo ng apat na sp 3 na mga bono ay nagbibigay ng carbon atom na may mas matatag na estado kaysa tatlo r-r- at isang s-s-koneksyon. Bilang karagdagan sa sp 3 hybridization, sp 2 at sp hybridization ay sinusunod din sa carbon atom . Sa unang kaso, nangyayari ang mutual overlap s- at dalawang p-orbital. Tatlong katumbas na sp 2 hybrid orbitals ang nabuo, na matatagpuan sa parehong eroplano sa isang anggulo na 120° sa bawat isa. Ang ikatlong orbital p ay hindi nagbabago at nakadirekta patayo sa eroplano sp2.

Sa panahon ng sp hybridization, ang s at p orbitals ay magkakapatong. Ang isang anggulo ng 180° ay lumitaw sa pagitan ng dalawang katumbas na hybrid na orbital na nabuo, habang ang dalawang p-orbital ng bawat atom ay nananatiling hindi nagbabago.

Allotropy ng carbon. Brilyante at grapayt

Sa isang graphite na kristal, ang mga carbon atom ay matatagpuan sa parallel na mga eroplano, na sumasakop sa mga vertices ng mga regular na hexagons. Ang bawat carbon atom ay konektado sa tatlong kalapit na sp 2 hybrid bond. Ang koneksyon sa pagitan ng mga parallel na eroplano ay isinasagawa dahil sa mga puwersa ng van der Waals. Ang mga libreng p-orbital ng bawat atom ay nakadirekta patayo sa mga eroplano ng mga covalent bond. Ipinapaliwanag ng kanilang overlap ang karagdagang π bond sa pagitan ng mga carbon atom. Kaya, mula sa ang valence state kung saan matatagpuan ang mga carbon atoms sa isang substance ay tumutukoy sa mga katangian ng substance na ito.

Mga kemikal na katangian ng carbon

Ang pinaka-katangiang mga estado ng oksihenasyon ay: +4, +2.

Sa mababang temperatura, ang carbon ay hindi gumagalaw, ngunit kapag pinainit ay tumataas ang aktibidad nito.

Carbon bilang isang ahente ng pagbabawas:

- may oxygen
C 0 + O 2 – t° = CO 2 carbon dioxide
na may kakulangan ng oxygen - hindi kumpletong pagkasunog:
2C 0 + O 2 – t° = 2C +2 O carbon monoxide

- may fluorine
C + 2F 2 = CF 4

- may singaw ng tubig
C 0 + H 2 O – 1200° = C +2 O + H 2 water gas

- na may mga metal oxide. Ganito ang pagtunaw ng metal mula sa ore.
C 0 + 2CuO – t° = 2Cu + C +4 O 2

- may mga acid - mga ahente ng oxidizing:
C 0 + 2H 2 SO 4 (conc.) = C +4 O 2 + 2SO 2 + 2H 2 O
C 0 + 4HNO 3 (conc.) = C +4 O 2 + 4NO 2 + 2H 2 O

- bumubuo ng carbon disulfide na may asupre:
C + 2S 2 = CS 2.

Carbon bilang isang oxidizing agent:

- bumubuo ng mga carbide na may ilang mga metal

4Al + 3C 0 = Al 4 C 3

Ca + 2C 0 = CaC 2 -4

- may hydrogen - methane (pati na rin ang isang malaking bilang ng mga organic compound)

C0 + 2H2 = CH4

— na may silikon, bumubuo ng carborundum (sa 2000 °C sa isang electric furnace):

Paghahanap ng carbon sa kalikasan

Ang libreng carbon ay nangyayari sa anyo ng brilyante at grapayt. Sa anyo ng mga compound, ang carbon ay matatagpuan sa mga mineral: chalk, marmol, limestone - CaCO 3, dolomite - MgCO 3 *CaCO 3; hydrocarbonates - Mg(HCO 3) 2 at Ca(HCO 3) 2, CO 2 ay bahagi ng hangin; Ang carbon ay ang pangunahing bahagi ng mga natural na organikong compound - gas, langis, karbon, pit, at bahagi ng mga organikong sangkap, protina, taba, carbohydrates, amino acid na bumubuo sa mga buhay na organismo.

Mga inorganikong carbon compound

Ang alinman sa C 4+ o C 4- ion ay hindi nabubuo sa panahon ng anumang karaniwang proseso ng kemikal: ang mga carbon compound ay naglalaman ng mga covalent bond ng iba't ibang polarity.

Carbon monoxide CO

Carbon monoxide; walang kulay, walang amoy, bahagyang natutunaw sa tubig, natutunaw sa mga organikong solvent, nakakalason, kumukulo = -192°C; t pl. = -205°C.

Resibo
1) Sa industriya (sa mga generator ng gas):
C + O 2 = CO 2

2) Sa laboratoryo - thermal decomposition ng formic o oxalic acid sa pagkakaroon ng H 2 SO 4 (conc.):
HCOOH = H2O + CO

H 2 C 2 O 4 = CO + CO 2 + H 2 O

Mga katangian ng kemikal

Sa ilalim ng normal na mga kondisyon, ang CO ay hindi gumagalaw; kapag pinainit - isang pagbabawas ng ahente; non-salt-forming oxide.

1) na may oxygen

2C +2 O + O 2 = 2C +4 O 2

2) na may mga metal oxide

C +2 O + CuO = Cu + C +4 O 2

3) na may chlorine (sa liwanag)

CO + Cl 2 – hn = COCl 2 (phosgene)

4) tumutugon sa pagkatunaw ng alkali (sa ilalim ng presyon)

CO + NaOH = HCOONa (sodium formate)

5) bumubuo ng mga carbonyl na may mga metal na transisyon

Ni + 4CO – t° = Ni(CO) 4

Fe + 5CO – t° = Fe(CO) 5

Carbon monoxide (IV) CO2

Carbon dioxide, walang kulay, walang amoy, solubility sa tubig - 0.9V CO 2 dissolves sa 1V H 2 O (sa ilalim ng normal na kondisyon); mas mabigat kaysa sa hangin; t°pl. = -78.5°C (tinatawag na "dry ice" ang solid CO 2); hindi sumusuporta sa pagkasunog.

Resibo

1. Thermal decomposition ng mga carbonic acid salts (carbonates). Pagpapaputok ng apog:

CaCO 3 – t° = CaO + CO 2

1. Ang pagkilos ng mga malakas na acid sa carbonates at bicarbonates:

CaCO 3 + 2HCl = CaCl 2 + H 2 O + CO 2

NaHCO 3 + HCl = NaCl + H 2 O + CO 2

Kemikalari-arianCO2
Acid oxide: Tumutugon sa mga pangunahing oxide at base upang bumuo ng mga carbonic acid salt

Na 2 O + CO 2 = Na 2 CO 3

2NaOH + CO 2 = Na 2 CO 3 + H 2 O

NaOH + CO 2 = NaHCO 3

Sa mataas na temperatura ay maaaring magpakita ng mga katangian ng oxidizing

C +4 O 2 + 2Mg – t° = 2Mg +2 O + C 0

Kwalitatibong reaksyon

Pagkaulap ng tubig ng apog:

Ca(OH) 2 + CO 2 = CaCO 3 ¯ (white precipitate) + H 2 O

Nawawala ito kapag ang CO 2 ay naipasa sa tubig ng kalamansi sa mahabang panahon, dahil ang hindi matutunaw na calcium carbonate ay nagiging natutunaw na bikarbonate:

CaCO 3 + H 2 O + CO 2 = Ca(HCO 3) 2

Carbonic acid at nitoasin

H 2CO 3 - Isang mahinang acid, ito ay umiiral lamang sa may tubig na solusyon:

CO 2 + H 2 O ↔ H 2 CO 3

Dibasic:
H 2 CO 3 ↔ H + + HCO 3 - Mga acid salt - bicarbonates, bicarbonates
HCO 3 - ↔ H + + CO 3 2- Mga katamtamang asin - carbonate

Ang lahat ng mga katangian ng mga acid ay katangian.

Ang mga carbonates at bicarbonate ay maaaring magbago sa isa't isa:

2NaHCO 3 – t° = Na 2 CO 3 + H 2 O + CO 2

Na 2 CO 3 + H 2 O + CO 2 = 2NaHCO 3

Ang mga metal carbonate (maliban sa mga alkali na metal) ay decarboxylate kapag pinainit upang bumuo ng isang oxide:

CuCO 3 – t° = CuO + CO 2

Kwalitatibong reaksyon- "kumukulo" sa ilalim ng impluwensya ng isang malakas na acid:

Na 2 CO 3 + 2HCl = 2NaCl + H 2 O + CO 2

CO 3 2- + 2H + = H 2 O + CO 2

Carbides

Calcium carbide:

CaO + 3 C = CaC 2 + CO

CaC 2 + 2 H 2 O = Ca(OH) 2 + C 2 H 2.

Ang acetylene ay inilalabas kapag ang zinc, cadmium, lanthanum at cerium carbide ay tumutugon sa tubig:

2 LaC 2 + 6 H 2 O = 2La(OH) 3 + 2 C 2 H 2 + H 2.

Ang Be 2 C at Al 4 C 3 ay nabubulok sa tubig upang bumuo ng methane:

Al 4 C 3 + 12 H 2 O = 4 Al(OH) 3 = 3 CH 4.

Sa teknolohiya, ang titanium carbides TiC, tungsten W 2 C (hard alloys), silikon SiC (carborundum - bilang isang nakasasakit at materyal para sa mga heaters) ay ginagamit.

Cyanide

nakuha sa pamamagitan ng pag-init ng soda sa isang kapaligiran ng ammonia at carbon monoxide:

Na 2 CO 3 + 2 NH 3 + 3 CO = 2 NaCN + 2 H 2 O + H 2 + 2 CO 2

Ang hydrocyanic acid HCN ay isang mahalagang produkto ng industriya ng kemikal at malawakang ginagamit sa organic synthesis. Ang pandaigdigang produksyon nito ay umabot sa 200 libong tonelada bawat taon. Ang elektronikong istraktura ng cyanide anion ay katulad ng carbon monoxide (II);

C = O: [:C = N:] –

Ang cyanides (0.1-0.2% aqueous solution) ay ginagamit sa pagmimina ng ginto:

2 Au + 4 KCN + H 2 O + 0.5 O 2 = 2 K + 2 KOH.

Kapag kumukulo ang mga solusyon ng cyanide na may asupre o natutunaw na mga solido, nabuo ang mga ito thiocyanates:
KCN + S = KSCN.

Kapag ang mga cyanide ng mababang-aktibong metal ay pinainit, ang cyanide ay nakukuha: Hg(CN) 2 = Hg + (CN) 2. Ang mga solusyon sa cyanide ay na-oxidized sa cyanates:

2 KCN + O 2 = 2 KOCN.

Ang cyanic acid ay umiiral sa dalawang anyo:

H-N=C=O; H-O-C = N:

Noong 1828, nakuha ni Friedrich Wöhler (1800-1882) ang urea mula sa ammonium cyanate: NH 4 OCN = CO(NH 2) 2 sa pamamagitan ng pagsingaw ng isang may tubig na solusyon.

Ang kaganapang ito ay karaniwang itinuturing bilang ang tagumpay ng sintetikong kimika laban sa "vitalistang teorya".

Mayroong isomer ng cyanic acid - paputok na asido

H-O-N=C.
Ang mga asin nito (mercuric fulminate Hg(ONC) 2) ay ginagamit sa mga impact igniter.

Synthesis urea(urea):

CO 2 + 2 NH 3 = CO(NH 2) 2 + H 2 O. Sa 130 0 C at 100 atm.

Ang urea ay isang carbonic acid amide ay mayroon ding "nitrogen analogue" - guanidine.

Carbonates

Ang pinakamahalagang inorganikong carbon compound ay mga asin ng carbonic acid (carbonates). Ang H 2 CO 3 ay isang mahinang acid (K 1 = 1.3 10 -4; K 2 = 5 10 -11). Mga suporta sa carbonate buffer balanse ng carbon dioxide sa kapaligiran. Ang mga karagatan sa mundo ay may napakalaking buffer capacity dahil sila ay isang bukas na sistema. Ang pangunahing reaksyon ng buffer ay ang equilibrium sa panahon ng paghihiwalay ng carbonic acid:

H 2 CO 3 ↔ H + + HCO 3 - .

Kapag bumababa ang kaasiman, ang karagdagang pagsipsip ng carbon dioxide mula sa atmospera ay nangyayari sa pagbuo ng acid:
CO 2 + H 2 O ↔ H 2 CO 3 .

Habang tumataas ang kaasiman, natutunaw ang mga carbonate na bato (mga shell, chalk at limestone sediment sa karagatan); binabayaran nito ang pagkawala ng mga hydrocarbonate ions:

H + + CO 3 2- ↔ HCO 3 —

CaCO 3 (solid) ↔ Ca 2+ + CO 3 2-

Ang mga solid carbonate ay nagiging natutunaw na bikarbonate. Ang prosesong ito ng kemikal na paglusaw ng labis na carbon dioxide na sumasalungat sa "greenhouse effect" - global warming dahil sa pagsipsip ng thermal radiation mula sa Earth sa pamamagitan ng carbon dioxide. Humigit-kumulang isang katlo ng produksyon ng soda sa mundo (sodium carbonate Na 2 CO 3) ay ginagamit sa paggawa ng salamin.

Non-salt-forming (walang malasakit, walang malasakit) oxides CO, SiO, N 2 0, NO.

Mga oksido na bumubuo ng asin:

Basic. Mga oxide na ang mga hydrates ay mga base. Mga metal oxide na may oxidation states na +1 at +2 (mas madalas +3). Mga halimbawa: Na 2 O - sodium oxide, CaO - calcium oxide, CuO - copper (II) oxide, CoO - cobalt (II) oxide, Bi 2 O 3 - bismuth (III) oxide, Mn 2 O 3 - manganese (III) oksido).

Amphoteric. Mga oxide na ang mga hydrates ay amphoteric hydroxides. Mga metal oxide na may oxidation states na +3 at +4 (mas madalas +2). Mga halimbawa: Al 2 O 3 - aluminum oxide, Cr 2 O 3 - chromium (III) oxide, SnO 2 - tin (IV) oxide, MnO 2 - manganese (IV) oxide, ZnO - zinc oxide, BeO - beryllium oxide.

acidic. Mga oxide na ang mga hydrates ay mga acid na naglalaman ng oxygen. Non-metal oxides. Mga halimbawa: P 2 O 3 - phosphorus oxide (III), CO 2 - carbon oxide (IV), N 2 O 5 - nitrogen oxide (V), SO 3 - sulfur oxide (VI), Cl 2 O 7 - chlorine oxide ( VII). Mga metal oxide na may mga estado ng oksihenasyon na +5, +6 at +7. Mga halimbawa: Sb 2 O 5 - antimony (V) oxide. CrOz - chromium (VI) oxide, MnOz - manganese (VI) oxide, Mn 2 O 7 - manganese (VII) oxide.

Pagbabago sa likas na katangian ng mga oxide na may pagtaas ng estado ng oksihenasyon ng metal

Mga katangiang pisikal

Ang mga oxide ay solid, likido at gas, na may iba't ibang kulay. Halimbawa: ang tanso (II) oxide CuO ay itim, ang calcium oxide CaO ay puti - solids. Ang sulfur oxide (VI) SO 3 ay isang walang kulay na volatile liquid, at ang carbon monoxide (IV) CO 2 ay isang walang kulay na gas sa ilalim ng ordinaryong mga kondisyon.

Estado ng pagsasama-sama

CaO, CuO, Li 2 O at iba pang mga pangunahing oksido; ZnO, Al 2 O 3, Cr 2 O 3 at iba pang amphoteric oxides; SiO 2, P 2 O 5, CrO 3 at iba pang mga acid oxide.

SO 3, Cl 2 O 7, Mn 2 O 7, atbp.

puno ng gas:

CO 2, SO 2, N 2 O, NO, NO 2, atbp.

Solubility sa tubig

Natutunaw:

a) mga pangunahing oksido ng alkali at alkaline na mga metal na lupa;

b) halos lahat ng acid oxides (exception: SiO 2).

Hindi matutunaw:

a) lahat ng iba pang mga pangunahing oksido;

b) lahat ng amphoteric oxides

Mga katangian ng kemikal

1. Mga katangian ng acid-base

Ang mga karaniwang katangian ng basic, acidic at amphoteric oxides ay acid-base interaction, na inilalarawan ng sumusunod na diagram:

(para lamang sa mga oxide ng alkali at alkaline earth metals) (maliban sa SiO 2).

Ang mga amphoteric oxide, na may mga katangian ng parehong basic at acidic oxides, ay nakikipag-ugnayan sa malakas na acids at alkalis:

2. Mga katangian ng redox

Kung ang isang elemento ay may variable na estado ng oksihenasyon (s.o.), kung gayon ang mga oxide nito na may mababang s. O. maaaring magpakita ng pagbabawas ng mga katangian, at mga oxide na may mataas na c. O. - oxidative.

Mga halimbawa ng mga reaksyon kung saan ang mga oxide ay kumikilos bilang mga ahente ng pagbabawas:

Oksihenasyon ng mga oxide na may mababang c. O. sa mga oxide na may mataas na c. O. mga elemento.

2C +2 O + O 2 = 2C +4 O 2

2S +4 O 2 + O 2 = 2S +6 O 3

2N +2 O + O 2 = 2N +4 O 2

Binabawasan ng carbon (II) monoxide ang mga metal mula sa kanilang mga oxide at hydrogen mula sa tubig.

C +2 O + FeO = Fe + 2C +4 O 2

C +2 O + H 2 O = H 2 + 2C +4 O 2

Mga halimbawa ng mga reaksyon kung saan ang mga oxide ay kumikilos bilang mga ahente ng oxidizing:

Pagbawas ng mga oxide na may mataas na o. mga elemento sa mga oxide na may mababang c. O. o sa mga simpleng sangkap.

C +4 O 2 + C = 2C +2 O

2S +6 O 3 + H 2 S = 4S +4 O 2 + H 2 O

C +4 O 2 + Mg = C 0 + 2MgO

Cr +3 2 O 3 + 2Al = 2Cr 0 + 2Al 2 O 3

Cu +2 O + H 2 = Cu 0 + H 2 O

Ang paggamit ng mga oxide ng mababang-aktibong metal para sa oksihenasyon ng mga organikong sangkap.

Ilang oxides kung saan ang elemento ay may intermediate c. o., may kakayahang mag-disproportionation;

Halimbawa:

2NO 2 + 2NaOH = NaNO 2 + NaNO 3 + H 2 O

Mga paraan ng pagkuha

1. Pakikipag-ugnayan ng mga simpleng sangkap - metal at non-metal - sa oxygen:

4Li + O 2 = 2Li 2 O;

2Cu + O 2 = 2CuO;

4P + 5O 2 = 2P 2 O 5

2. Pag-aalis ng tubig ng mga hindi matutunaw na base, amphoteric hydroxides at ilang acid:

Cu(OH) 2 = CuO + H 2 O

2Al(OH) 3 = Al 2 O 3 + 3H 2 O

H 2 SO 3 = SO 2 + H 2 O

H 2 SiO 3 = SiO 2 + H 2 O

3. Pagkabulok ng ilang asin:

2Cu(NO 3) 2 = 2CuO + 4NO 2 + O 2

CaCO 3 = CaO + CO 2

(CuOH) 2 CO 3 = 2CuO + CO 2 + H 2 O

4. Oxidation ng mga kumplikadong sangkap na may oxygen:

CH 4 + 2O 2 = CO 2 + H 2 O

4FeS 2 + 11O 2 = 2Fe 2 O 3 + 8SO 2

4NH 3 + 5O 2 = 4NO + 6H 2 O

5. Pagbawas ng mga oxidizing acid na may mga metal at non-metal:

Cu + H 2 SO 4 (conc) = CuSO 4 + SO 2 + 2H 2 O

10HNO 3 (conc) + 4Ca = 4Ca(NO 3) 2 + N 2 O + 5H 2 O

2HNO 3 (diluted) + S = H 2 SO 4 + 2NO

6. Interconversions ng oxides sa panahon ng redox reactions (tingnan ang redox properties ng oxides).

Chemistry

INORGANIC CHEMISTRY. MGA ELEMENTO AT KANILANG MGA KONEKSIYON

7. Karbon

Ari-arian 6 C.

CARBON, C, elemento ng kemikal ng pangkat IV ng periodic system, atomic weight 12.00, atomic number 6. Hanggang kamakailan lamang, ang carbon ay itinuturing na walang isotopes; Kamakailan lamang ay naging posible, gamit ang mga partikular na sensitibong pamamaraan, upang makita ang pagkakaroon ng C 13 isotope. Ang carbon ay isa sa pinakamahalagang elemento sa mga tuntunin ng pagkalat nito, ang bilang at pagkakaiba-iba ng mga compound nito, ang biological na kahalagahan nito (bilang isang organogen), ang malawak na teknikal na paggamit ng carbon mismo at ang mga compound nito (bilang mga hilaw na materyales at bilang isang mapagkukunan ng enerhiya para sa pang-industriya at domestic na pangangailangan), at sa wakas, sa mga tuntunin ng papel nito sa pag-unlad ng agham kemikal. Ang carbon sa malayang estado ay nagpapakita ng isang malinaw na kababalaghan ng allotropy, na kilala sa loob ng higit sa isang siglo at kalahati, ngunit hindi pa rin ganap na pinag-aralan, kapwa dahil sa matinding kahirapan sa pagkuha ng carbon sa isang purong kemikal na anyo, at dahil ang karamihan sa mga constants ng Ang mga allotropic modification ng carbon ay lubhang nag-iiba depende sa mga morphological features ng kanilang istraktura, na tinutukoy ng paraan at kondisyon ng produksyon.

Ang carbon ay bumubuo ng dalawang kristal na anyo - brilyante at grapayt at kilala rin sa amorphous na estado sa anyo ng tinatawag na. walang hugis na karbon. Ang sariling katangian ng huli ay pinagtatalunan bilang isang resulta ng kamakailang pananaliksik: ang karbon ay nakilala sa grapayt, na isinasaalang-alang ang parehong bilang morphological varieties ng parehong anyo - "itim na carbon", at ang pagkakaiba sa kanilang mga katangian ay ipinaliwanag ng pisikal na istraktura at antas. ng pagpapakalat ng sangkap. Gayunpaman, kamakailan lamang, ang mga katotohanan ay nakuha na nagpapatunay sa pagkakaroon ng karbon bilang isang espesyal na allotropic form (tingnan sa ibaba).

Mga likas na mapagkukunan at stock ng carbon. Sa mga tuntunin ng paglaganap sa kalikasan, ang carbon ay nasa ika-10 sa mga elemento, na bumubuo ng 0.013% ng atmospera, 0.0025% ng hydrosphere at humigit-kumulang 0.35% ng kabuuang masa ng crust ng lupa. Karamihan sa carbon ay nasa anyo ng mga compound ng oxygen: ang hangin sa atmospera ay naglalaman ng ~800 bilyong tonelada ng carbon sa anyo ng CO 2 dioxide; sa tubig ng mga karagatan at dagat - hanggang sa 50,000 bilyong tonelada ng carbon sa anyo ng CO 2, carbonic acid ions at bicarbonates; sa mga bato - hindi matutunaw na carbonates (calcium, magnesium at iba pang mga metal), at ang bahagi ng CaCO 3 lamang ay nagkakahalaga ng ~160·10 6 bilyong tonelada ng carbon. Ang mga malalaking reserbang ito, gayunpaman, ay hindi kumakatawan sa anumang halaga ng enerhiya; mas mahalaga ang mga nasusunog na carbonaceous na materyales - fossil coals, pit, pagkatapos ay langis, hydrocarbon gas at iba pang natural na bitumen. Ang reserba ng mga sangkap na ito sa crust ng lupa ay medyo makabuluhan din: ang kabuuang masa ng carbon sa fossil coals ay umabot sa ~6000 bilyong tonelada, sa langis ~10 bilyong tonelada, atbp. Sa malayang estado, ang carbon ay medyo bihira (diamond at bahagi ng graphite substance). Ang mga fossil coal ay naglalaman ng halos o walang libreng carbon: binubuo sila ng ch. arr. ng mataas na molekular na timbang (polycyclic) at napaka-matatag na mga compound ng carbon na may iba pang mga elemento (H, O, N, S) ay napakakaunti pa rin ang pinag-aralan. Ang mga carbon compound ng buhay na kalikasan (ang biosphere ng globo), na na-synthesize sa mga selula ng halaman at hayop, ay nakikilala sa pamamagitan ng hindi pangkaraniwang iba't ibang mga katangian at dami ng komposisyon; ang pinakakaraniwang mga sangkap sa mundo ng halaman - hibla at lignin - ay gumaganap din ng isang papel bilang mga mapagkukunan ng enerhiya.

Ang carbon ay nagpapanatili ng isang patuloy na pamamahagi sa kalikasan salamat sa isang tuluy-tuloy na cycle, ang cycle na kung saan ay binubuo ng synthesis ng mga kumplikadong organikong sangkap sa mga cell ng halaman at hayop at ang reverse disaggregation ng mga sangkap na ito sa panahon ng kanilang oxidative decomposition (combustion, decay, respiration), na humahantong. sa pagbuo ng CO 2, na ginagamit muli ng mga halaman para sa synthesis. Ang pangkalahatang pamamaraan ng cycle na ito ay maaaring ipinakita sa sumusunod na anyo:

Paggawa ng carbon. Ang mga carbonaceous compound na pinagmulan ng halaman at hayop ay hindi matatag sa mataas na temperatura at, kapag pinainit sa hindi bababa sa 150-400°C nang walang access sa hangin, nabubulok, naglalabas ng tubig at mga pabagu-bagong carbon compound at nag-iiwan ng solidong non-volatile residue na mayaman sa carbon at kadalasan tinatawag na karbon. Ang prosesong pyrolytic na ito ay tinatawag na charring, o dry distillation, at malawakang ginagamit sa teknolohiya. Ang mataas na temperatura na pyrolysis ng fossil coals, langis at pit (sa temperatura na 450-1150°C) ay humahantong sa pagpapalabas ng carbon sa graphite form (coke, retort coal). Kung mas mataas ang temperatura ng charring ng mga panimulang materyales, mas malapit ang nagreresultang karbon o coke sa libreng carbon sa komposisyon at sa grapayt sa mga katangian.

Ang amorphous na karbon, na nabuo sa mga temperatura sa ibaba 800°C, ay hindi maaaring gawin. itinuturing namin ito bilang libreng carbon, dahil naglalaman ito ng malaking halaga ng iba pang elemento na nakagapos sa kemikal, Ch. arr. hydrogen at oxygen. Sa mga teknikal na produkto, ang activated carbon at soot ang pinakamalapit sa mga katangian sa amorphous carbon. Ang purong karbon ay maaaring nakuha sa pamamagitan ng charring purong asukal o piperonal, espesyal na paggamot ng gas soot, atbp. Artipisyal na grapayt, na nakuha sa pamamagitan ng electrothermal na paraan, ay halos purong carbon sa komposisyon. Ang natural na grapayt ay palaging kontaminado ng mga dumi ng mineral at naglalaman din ng isang tiyak na halaga ng nakagapos na hydrogen (H) at oxygen (O); sa isang medyo dalisay na estado ito ay maaaring. nakuha lamang pagkatapos ng ilang mga espesyal na paggamot: mekanikal na pagpapayaman, paghuhugas, paggamot na may mga ahente ng oxidizing at calcination sa mataas na temperatura hanggang sa ganap na maalis ang mga pabagu-bago ng isip. Sa teknolohiya ng carbon ang isa ay hindi kailanman nakikitungo sa ganap na purong carbon; Nalalapat ito hindi lamang sa mga natural na hilaw na materyales ng carbon, kundi pati na rin sa mga produkto ng pagpapayaman nito, pag-upgrade at thermal decomposition (pyrolysis). Nasa ibaba ang carbon content ng ilang carbonaceous na materyales (sa %):

Mga pisikal na katangian ng carbon. Ang libreng carbon ay halos ganap na natutunaw, hindi pabagu-bago, at sa ordinaryong temperatura ay hindi matutunaw sa alinman sa mga kilalang solvents. Natutunaw lamang ito sa ilang mga nilusaw na metal, lalo na sa mga temperatura na papalapit sa kumukulong punto ng huli: sa bakal (hanggang 5%), pilak (hanggang 6%) | ruthenium (hanggang 4%), kobalt, nikel, ginto at platinum. Sa kawalan ng oxygen, ang carbon ay ang pinaka-lumalaban sa init na materyal; Ang likidong estado para sa purong carbon ay hindi alam, at ang pagbabago nito sa singaw ay nagsisimula lamang sa mga temperatura na higit sa 3000°C. Samakatuwid, ang pagpapasiya ng mga katangian ng carbon ay isinasagawa ng eksklusibo para sa solidong estado ng pagsasama-sama. Sa mga pagbabago sa carbon, ang brilyante ang may pinakamaraming pisikal na katangian; malaki ang pagkakaiba ng mga katangian ng grapayt sa iba't ibang sample nito (kahit na ang pinakadalisay); Ang mga katangian ng amorphous na karbon ay higit na nagbabago. Ang pinakamahalagang pisikal na pare-pareho ng iba't ibang mga pagbabago sa carbon ay inihambing sa talahanayan.

Ang brilyante ay isang tipikal na dielectric, habang ang graphite at carbon ay may metallic electrical conductivity. Sa ganap na halaga, ang kanilang kondaktibiti ay nag-iiba sa isang napakalawak na hanay, ngunit para sa mga uling ito ay palaging mas mababa kaysa sa mga graphite; sa mga graphite, lumalapit ang kondaktibiti ng mga tunay na metal. Ang kapasidad ng init ng lahat ng mga pagbabago sa carbon sa mga temperatura na >1000°C ay may pare-parehong halaga na 0.47. Sa mga temperatura sa ibaba -180°C, ang kapasidad ng init ng brilyante ay nagiging napakaliit at sa -27°C ito ay halos nagiging zero.

Mga kemikal na katangian ng carbon. Kapag pinainit sa itaas ng 1000°C, ang parehong brilyante at karbon ay unti-unting nagiging grapayt, na samakatuwid ay dapat ituring bilang ang pinaka-matatag (sa mataas na temperatura) na monotropikong anyo ng carbon. Ang pagbabagong-anyo ng amorphous coal sa graphite ay tila nagsisimula sa paligid ng 800°C at nagtatapos sa 1100°C (sa huling puntong ito, nawawala ang aktibidad ng adsorption ng karbon at kakayahang mag-reactivate, at ang electrical conductivity nito ay tumataas nang husto, na nananatiling halos pare-pareho sa hinaharap). Ang libreng carbon ay nailalarawan sa pamamagitan ng inertness sa mga ordinaryong temperatura at makabuluhang aktibidad sa mataas na temperatura. Ang amorphous na karbon ay ang pinaka-chemically active, habang ang brilyante ang pinaka-lumalaban. Halimbawa, ang fluorine ay tumutugon sa karbon sa temperatura na 15°C, na may grapayt lamang sa 500°C, at may brilyante sa 700°C. Kapag pinainit sa hangin, ang porous na karbon ay nagsisimulang mag-oxidize sa ibaba 100°C, grapayt sa humigit-kumulang 650°C, at brilyante sa itaas ng 800°C. Sa temperaturang 300°C pataas, ang karbon ay nagsasama-sama ng sulfur upang bumuo ng carbon disulfide CS 2. Sa mga temperaturang higit sa 1800°C, ang carbon (karbon) ay nagsisimulang makipag-ugnayan sa nitrogen, na bumubuo (sa maliliit na dami) cyanogen C 2 N 2. Ang pakikipag-ugnayan ng carbon sa hydrogen ay nagsisimula sa 1200°C, at sa hanay ng temperatura na 1200-1500°C lamang ang methane CH 4 ay nabuo; sa itaas 1500°C - isang pinaghalong mitein, ethylene (C 2 H 4) at acetylene (C 2 H 2); sa mga temperatura ng pagkakasunud-sunod ng 3000 ° C halos eksklusibo acetylene ay nakuha. Sa temperatura ng electric arc, ang carbon ay pumapasok sa direktang kumbinasyon sa mga metal, silikon at boron, na bumubuo ng kaukulang mga karbida. Maaaring direkta o hindi direktang paraan. ang mga compound ng carbon na may lahat ng kilalang elemento ay nakuha, maliban sa mga gas ng zero group. Ang carbon ay isang di-metal na elemento na nagpapakita ng ilang mga palatandaan ng amphotericity. Ang carbon atom ay may diameter na 1.50 Ᾰ (1Ᾰ = 10 -8 cm) at naglalaman sa panlabas na globo ng 4 valence electron, na pantay na madaling ibigay o idinagdag sa 8; samakatuwid, ang normal na valency ng carbon, parehong oxygen at hydrogen, ay apat. Sa karamihan ng mga compound nito, ang carbon ay tetravalent; Maliit lamang na bilang ng mga compound ng divalent carbon (carbon monoxide at mga acetals nito, isonitriles, fulminate acid at mga salts nito) at trivalent carbon (ang tinatawag na "free radical") ang kilala.

Sa oxygen, ang carbon ay bumubuo ng dalawang normal na oxide: acidic carbon dioxide CO 2 at neutral carbon monoxide CO. Bilang karagdagan, mayroong isang numero mga carbon suboxide naglalaman ng higit sa 1 C atom at walang teknikal na kahalagahan; Sa mga ito, ang pinakakilala ay ang suboxide ng komposisyon C 3 O 2 (isang gas na may kumukulo na +7 ° C at isang natutunaw na punto ng -111 ° C). Ang unang produkto ng pagkasunog ng carbon at ang mga compound nito ay CO 2, na nabuo ayon sa equation:

C+O 2 = CO 2 +97600 cal.

Ang pagbuo ng CO sa panahon ng hindi kumpletong pagkasunog ng gasolina ay resulta ng pangalawang proseso ng pagbawas; Ang ahente ng pagbabawas sa kasong ito ay ang carbon mismo, na sa mga temperatura na higit sa 450°C ay tumutugon sa CO 2 ayon sa equation:

CO 2 +C = 2СО -38800 cal;

ang reaksyong ito ay nababaligtad; sa itaas ng 950°C, ang conversion ng CO 2 sa CO ay nagiging halos kumpleto, na isinasagawa sa mga hurno na gumagawa ng gas. Ang energetic na pagbabawas ng kakayahan ng carbon sa mataas na temperatura ay ginagamit din sa produksyon ng water gas (H 2 O + C = CO + H 2 -28380 cal) at sa mga prosesong metalurhiko upang makakuha ng libreng metal mula sa oxide nito. Iba-iba ang reaksyon ng mga allotropic na anyo ng carbon sa pagkilos ng ilang oxidizing agent: halimbawa, ang pinaghalong KCIO 3 + HNO 3 ay walang epekto sa brilyante, ang amorphous na karbon ay ganap na na-oxidized sa CO 2, habang ang graphite ay gumagawa ng mga aromatic compound - graphitic acid. na may empirical formula (C 2 OH) x pataas mellitic acid C 6 (COOH) 6 . Ang mga compound ng carbon na may hydrogen - hydrocarbons - ay napakarami; mula sa kanila, karamihan sa iba pang mga organikong compound ay ginawa ng genetically, na, bilang karagdagan sa carbon, kadalasang kasama ang H, O, N, S at mga halogens.

Ang pambihirang pagkakaiba-iba ng mga organikong compound, kung saan hanggang 2 milyon ang nalalaman, ay dahil sa ilang mga katangian ng carbon bilang isang elemento. 1) Ang carbon ay nailalarawan sa pamamagitan ng isang malakas na bono ng kemikal sa karamihan ng iba pang mga elemento, parehong metal at di-metal, dahil sa kung saan ito ay bumubuo ng medyo matatag na mga compound sa pareho. Kapag ito ay pinagsama sa iba pang mga elemento, ang carbon ay may napakakaunting tendensya na bumuo ng mga ion. Karamihan sa mga organikong compound ay nasa uri ng homeopolar at hindi naghihiwalay sa ilalim ng normal na mga kondisyon; Ang pagsira sa mga intramolecular bond sa kanila ay madalas na nangangailangan ng paggasta ng isang malaking halaga ng enerhiya. Kapag hinuhusgahan ang lakas ng mga koneksyon, dapat, gayunpaman, makilala ng isa; a) absolute bond strength, sinusukat sa thermochemically, at b) ang kakayahan ng bond na masira sa ilalim ng impluwensya ng iba't ibang reagents; ang dalawang katangiang ito ay hindi palaging nagtutugma. 2) Ang mga carbon atom ay nagbubuklod sa isa't isa nang may pambihirang kadalian (non-polar), na bumubuo ng mga carbon chain, bukas o sarado. Ang haba ng naturang mga kadena ay tila hindi napapailalim sa anumang mga paghihigpit; Kaya, ang mga medyo matatag na molekula na may bukas na mga kadena ng 64 na mga atomo ng carbon ay kilala. Ang pagpapahaba at pagiging kumplikado ng mga bukas na kadena ay hindi nakakaapekto sa lakas ng koneksyon ng kanilang mga link sa isa't isa o sa iba pang mga elemento. Sa mga saradong chain, ang 6- at 5-membered na singsing ay pinakamadaling mabuo, bagama't kilala ang mga ringed chain na naglalaman ng mula 3 hanggang 18 carbon atoms. Ang kakayahan ng mga carbon atoms na magkaugnay nang maayos ay nagpapaliwanag ng mga espesyal na katangian ng grapayt at ang mekanismo ng mga proseso ng charring; nililinaw din nito ang katotohanan na ang carbon ay hindi kilala sa anyo ng diatomic C 2 molecules, na maaaring asahan sa pamamagitan ng pagkakatulad sa iba pang mga light non-metallic elements (sa vapor form, carbon ay binubuo ng monatomic molecules). 3) Dahil sa di-polar na katangian ng mga bono, maraming mga carbon compound ang may chemical inertness hindi lamang sa panlabas (kabagalan ng reaksyon), kundi pati na rin sa loob (kahirapan ng intramolecular rearrangements). Ang pagkakaroon ng malalaking "passive resistances" ay lubos na kumplikado ang kusang pagbabagong-anyo ng mga hindi matatag na anyo sa mga matatag, kadalasang binabawasan ang rate ng naturang pagbabago sa zero. Ang resulta nito ay ang posibilidad na mapagtanto ang isang malaking bilang ng mga isomeric form na halos pantay na matatag sa mga ordinaryong temperatura.

Allotropy at atomic na istraktura ng carbon . Ang pagsusuri sa X-ray ay naging posible upang mapagkakatiwalaang maitatag ang atomic na istraktura ng brilyante at grapayt. Ang parehong paraan ng pananaliksik ay nagbigay liwanag sa tanong ng pagkakaroon ng ikatlong allotropic modification ng carbon, na mahalagang tanong tungkol sa amorphousness o crystallinity ng karbon: kung ang karbon ay isang amorphous formation, hindi ito magagawa. hindi kinilala sa grapayt o diyamante, ngunit dapat ituring bilang isang espesyal na anyo ng carbon, bilang isang indibidwal na simpleng sangkap. Sa brilyante, ang mga atomo ng carbon ay nakaayos sa paraang ang bawat atom ay namamalagi sa gitna ng isang tetrahedron, ang mga vertice nito ay 4 na katabi na mga atomo; ang bawat isa sa huli ay ang sentro ng isa pang katulad na tetrahedron; ang mga distansya sa pagitan ng mga katabing atom ay 1.54 Ᾰ (ang gilid ng isang elementary cube ng crystal lattice ay 3.55 Ᾰ). Ang istraktura na ito ay ang pinaka-compact; ito ay tumutugma sa mataas na katigasan, densidad at chemical inertness ng brilyante (unipormeng pamamahagi ng mga puwersa ng valence). Ang magkaparehong koneksyon ng mga carbon atom sa brilyante na sala-sala ay kapareho ng sa mga molekula ng karamihan sa mga organikong compound ng mataba na serye (tetrahedral na modelo ng carbon). Sa mga graphite na kristal, ang mga carbon atom ay nakaayos sa mga siksik na layer, na may pagitan na 3.35-3.41 Ᾰ mula sa isa't isa; ang direksyon ng mga layer na ito ay tumutugma sa mga cleavage plane at sliding plane sa panahon ng mga mekanikal na pagpapapangit. Sa eroplano ng bawat layer, ang mga atom ay bumubuo ng isang grid na may hexagonal na mga cell (mga kumpanya); ang gilid ng naturang hexagon ay 1.42-1.45 Ᾰ. Sa katabing mga layer, ang mga hexagons ay hindi nakahiga sa isa sa ilalim ng isa: ang kanilang vertical coincidence ay paulit-ulit lamang pagkatapos ng 2 layer sa ikatlo. Ang tatlong mga bono ng bawat carbon atom ay nasa parehong eroplano, na bumubuo ng mga anggulo ng 120°; Ang ika-4 na bono ay nakadirekta nang halili sa isang direksyon o iba pa mula sa eroplano hanggang sa mga atomo ng mga kalapit na layer. Ang mga distansya sa pagitan ng mga atomo sa isang layer ay mahigpit na pare-pareho, ngunit ang distansya sa pagitan ng mga indibidwal na layer ay maaaring maging binago ng mga panlabas na impluwensya: halimbawa, kapag pinindot sa ilalim ng presyon hanggang sa 5000 atm, ito ay bumababa sa 2.9 Ᾰ, at kapag ang grapayt ay lumubog sa puro HNO 3, ito ay tumataas sa 8 Ᾰ. Sa eroplano ng isang layer, ang mga carbon atom ay nakagapos sa homeopolarly (tulad ng sa mga hydrocarbon chain), ngunit ang mga bono sa pagitan ng mga atomo ng mga katabing layer ay medyo metal sa kalikasan; ito ay maliwanag mula sa katotohanan na ang electrical conductivity ng graphite crystals sa direksyon na patayo sa mga layer ay ~100 beses na mas mataas kaysa sa conductivity sa direksyon ng layer. yun. Ang grapayt ay may mga katangian ng isang metal sa isang direksyon at ang mga katangian ng isang di-metal sa kabilang direksyon. Ang pag-aayos ng mga carbon atom sa bawat layer ng graphite lattice ay eksaktong kapareho ng sa mga molekula ng kumplikadong nuclear aromatic compound. Ang pagsasaayos na ito ay mahusay na nagpapaliwanag ng matalim na anisotropy ng grapayt, bukod-tanging nabuong cleavage, mga katangian ng antifriction at ang pagbuo ng mga aromatic compound sa panahon ng oksihenasyon nito. Ang amorphous na pagbabago ng itim na carbon ay tila umiiral bilang isang malayang anyo (O. Ruff). Para dito, ang pinaka-malamang ay isang foam-like cellular na istraktura, na walang anumang regularidad; ang mga dingding ng naturang mga selula ay nabuo sa pamamagitan ng mga patong ng mga aktibong atomo carbon mga 3 atom ang kapal. Sa pagsasagawa, ang aktibong substansiya ng karbon ay karaniwang nasa ilalim ng isang shell ng malapit na espasyo na hindi aktibong mga atomo ng carbon, na nakatuon sa graphically, at natagos ng mga inklusyon ng napakaliit na graphite crystallites. Malamang na walang tiyak na punto ng pagbabagong-anyo ng karbon → grapayt: sa pagitan ng parehong mga pagbabago ay may tuluy-tuloy na paglipat, kung saan ang random na masikip na masa ng C-atoms ng amorphous coal ay binago sa isang regular na kristal na sala-sala ng grapayt. Dahil sa kanilang random na pag-aayos, ang mga carbon atom sa amorphous na karbon ay nagpapakita ng maximum na natitirang affinity, na (ayon sa mga ideya ni Langmuir tungkol sa pagkakakilanlan ng mga puwersa ng adsorption na may mga puwersa ng valence) ay tumutugma sa mataas na adsorption at catalytic na aktibidad kaya katangian ng karbon. Ang mga carbon atom na nakatuon sa kristal na sala-sala ay gumugugol ng lahat ng kanilang pagkakaugnay (sa brilyante) o karamihan sa mga ito (sa grapayt) sa mutual adhesion; Ito ay tumutugma sa pagbaba sa aktibidad ng kemikal at aktibidad ng adsorption. Sa brilyante, ang adsorption ay posible lamang sa ibabaw ng isang kristal, habang sa grapayt, ang natitirang valency ay maaaring lumitaw sa parehong mga ibabaw ng bawat flat lattice (sa "mga bitak" sa pagitan ng mga layer ng mga atomo), na kinumpirma ng katotohanan na ang grapayt maaaring bumaga sa mga likido (HNO 3) at ang mekanismo ng oksihenasyon nito sa graphitic acid.

Teknikal na kahalagahan ng carbon. Tungkol naman sa b. o m ng libreng carbon na nakuha sa panahon ng mga proseso ng charring at coking, kung gayon ang paggamit nito sa teknolohiya ay batay sa parehong kemikal nito (inertness, pagbabawas ng kakayahan) at ang mga pisikal na katangian nito (heat resistance, electrical conductivity, adsorption capacity). Kaya, ang coke at uling, bilang karagdagan sa kanilang bahagyang direktang paggamit bilang walang apoy na gasolina, ay ginagamit upang makabuo ng gas na panggatong (generator gases); sa metalurhiya ng ferrous at non-ferrous na mga metal - para sa pagbawas ng mga metal oxide (Fe, Cu, Zn, Ni, Cr, Mn, W, Mo, Sn, As, Sb, Bi); sa teknolohiya ng kemikal - bilang isang pagbabawas ng ahente sa paggawa ng mga sulfides (Na, Ca, Ba) mula sa sulfates, anhydrous chloride salts (Mg, Al), mula sa mga metal oxide, sa paggawa ng natutunaw na baso at posporus - bilang isang hilaw na materyal para sa ang produksyon ng calcium carbide, carborundum at iba pang carbides carbon disulfide, atbp.; sa industriya ng konstruksiyon - bilang isang thermal insulating material. Ang retort coal at coke ay nagsisilbing mga materyales para sa mga electrodes ng mga electric furnace, electrolytic bath at galvanic cells, para sa paggawa ng arc coals, rheostats, commutator brushes, melting crucibles, atbp., at bilang isang nozzle sa tower-type chemical equipment. Bilang karagdagan sa mga aplikasyon sa itaas, ang uling ay ginagamit upang makabuo ng puro carbon monoxide, cyanide salts, para sa sementasyon ng bakal, ay malawakang ginagamit bilang isang adsorbent, bilang isang katalista para sa ilang mga sintetikong reaksyon, at sa wakas ay kasama sa itim na pulbos at iba pang mga paputok. at pyrotechnic compositions.

Analytical na pagpapasiya ng carbon. Ang carbon ay natutukoy nang husay sa pamamagitan ng pagsunog ng sample ng isang sangkap na walang access sa hangin (na hindi angkop para sa lahat ng mga sangkap) o, na mas maaasahan, sa pamamagitan ng kumpletong oksihenasyon nito, halimbawa, sa pamamagitan ng calcination sa isang halo na may tansong oksido, at ang pagbuo ng CO 2 ay napatunayan ng mga ordinaryong reaksyon. Upang mabilang ang carbon, ang isang sample ng sangkap ay sinusunog sa isang oxygen na kapaligiran; ang nagreresultang CO 2 ay nakukuha ng alkali solution at tinutukoy ng timbang o dami gamit ang conventional method ng quantitative analysis. Ang pamamaraang ito ay angkop para sa pagtukoy ng carbon hindi lamang sa mga organikong compound at teknikal na uling, kundi pati na rin sa mga metal.

Ang pinakakaraniwang kaalaman ay tungkol sa tatlong estado ng pagsasama-sama: likido, solid, gas kung minsan ay naaalala nila ang plasma, mas madalas na likidong mala-kristal. Kamakailan lamang, kumalat sa Internet ang isang listahan ng 17 mga yugto ng bagay, na kinuha mula sa sikat na () Stephen Fry. Samakatuwid, sasabihin namin sa iyo ang tungkol sa mga ito nang mas detalyado, dahil... dapat mong malaman ang kaunti pa tungkol sa bagay, kung para lamang mas maunawaan ang mga prosesong nagaganap sa Uniberso.

Ang listahan ng mga pinagsama-samang estado ng bagay na ibinigay sa ibaba ay tumataas mula sa pinakamalamig na estado hanggang sa pinakamainit, atbp. maaaring ipagpatuloy. Kasabay nito, dapat itong maunawaan na mula sa gas na estado (No. 11), ang pinaka "hindi naka-compress", sa magkabilang panig ng listahan, ang antas ng compression ng sangkap at presyon nito (na may ilang mga reserbasyon para sa naturang hindi pinag-aralan. hypothetical states bilang quantum, beam o weakly symmetric) na pagtaas Pagkatapos ng text ay ipinapakita ang isang visual graph ng phase transition ng matter.

1. Quantum- isang estado ng pagsasama-sama ng bagay, na nakamit kapag ang temperatura ay bumaba sa absolute zero, bilang isang resulta kung saan ang mga panloob na bono ay nawawala at ang matter ay gumuho sa mga libreng quark.

2. Bose-Einstein condensate- isang estado ng pagsasama-sama ng bagay, na ang batayan ay boson, pinalamig sa mga temperatura na malapit sa absolute zero (mas mababa sa isang milyon ng isang degree sa itaas ng absolute zero). Sa ganoong malakas na paglamig na estado, ang isang sapat na malaking bilang ng mga atomo ay nahahanap ang kanilang mga sarili sa kanilang pinakamababang posibleng mga estado ng quantum at ang mga epekto ng quantum ay nagsisimulang magpakita ng kanilang mga sarili sa antas ng macroscopic. Ang Bose-Einstein condensate (kadalasang tinatawag na Bose condensate, o simpleng "beck") ay nangyayari kapag pinalamig mo ang isang kemikal na elemento sa napakababang temperatura (karaniwan ay nasa itaas lamang ng absolute zero, minus 273 degrees Celsius , ay ang teoretikal na temperatura kung saan ang lahat huminto sa paggalaw).
Dito nagsisimulang mangyari ang ganap na kakaibang mga bagay sa sangkap. Ang mga prosesong karaniwang sinusunod lamang sa antas ng atom ay nangyayari na ngayon sa mga kaliskis na sapat na malaki upang maobserbahan sa mata. Halimbawa, kung ilalagay mo ang "pabalik" sa isang laboratoryo ng beaker at ibibigay ang nais na temperatura, ang substansiya ay magsisimulang gumapang sa dingding at kalaunan ay lalabas sa sarili nitong.
Tila, narito tayo ay nakikitungo sa isang walang saysay na pagtatangka ng isang sangkap upang mapababa ang sarili nitong enerhiya (na nasa pinakamababa na sa lahat ng posibleng antas).
Ang pagpapabagal sa mga atomo gamit ang mga kagamitan sa paglamig ay gumagawa ng isang solong estado ng kabuuan na kilala bilang isang Bose, o Bose-Einstein, condensate. Ang hindi pangkaraniwang bagay na ito ay hinulaang noong 1925 ni A. Einstein, bilang resulta ng paglalahat ng gawain ni S. Bose, kung saan ang mga istatistikal na mekanika ay itinayo para sa mga particle mula sa walang masa na mga photon hanggang sa mass-bearing atoms (ang manuskrito ni Einstein, na itinuturing na nawala, ay natuklasan. sa aklatan ng Leiden University noong 2005). Ang resulta ng mga pagsisikap nina Bose at Einstein ay ang Bose na konsepto ng isang gas na napapailalim sa mga istatistika ng Bose–Einstein, na naglalarawan sa istatistikal na pamamahagi ng mga magkakahawig na particle na may integer spin na tinatawag na boson. Ang mga boson, na, halimbawa, mga indibidwal na elementarya na particle - mga photon, at buong atom, ay maaaring nasa parehong mga estado ng kabuuan sa bawat isa. Iminungkahi ni Einstein na ang paglamig ng mga atomo ng boson sa napakababang temperatura ay magdudulot sa kanila ng pagbabago (o, sa madaling salita, mag-condense) sa pinakamababang posibleng quantum state. Ang resulta ng naturang condensation ay ang paglitaw ng isang bagong anyo ng bagay.
Ang paglipat na ito ay nangyayari sa ibaba ng kritikal na temperatura, na para sa isang homogenous na tatlong-dimensional na gas na binubuo ng mga hindi nakikipag-ugnayan na mga particle na walang anumang panloob na antas ng kalayaan.

3. Fermion condensate- isang estado ng pagsasama-sama ng isang sangkap, katulad ng pag-back, ngunit naiiba sa istraktura. Habang lumalapit sila sa absolute zero, ang mga atom ay kumikilos nang iba depende sa laki ng kanilang sariling angular momentum (spin). Ang mga boson ay may mga integer spin, habang ang mga fermion ay may mga spin na multiple ng 1/2 (1/2, 3/2, 5/2). Ang mga fermion ay sumusunod sa prinsipyo ng pagbubukod ng Pauli, na nagsasaad na walang dalawang fermion ang maaaring magkaroon ng parehong quantum state. Walang ganoong pagbabawal para sa mga boson, at samakatuwid mayroon silang pagkakataon na umiral sa isang estado ng kabuuan at sa gayon ay bumubuo ng tinatawag na Bose-Einstein condensate. Ang proseso ng pagbuo ng condensate na ito ay responsable para sa paglipat sa superconducting state.
Ang mga electron ay may spin 1/2 at samakatuwid ay inuri bilang mga fermion. Pinagsasama sila sa mga pares (tinatawag na mga pares ng Cooper), na pagkatapos ay bumubuo ng isang Bose condensate.
Sinubukan ng mga Amerikanong siyentipiko na makakuha ng isang uri ng mga molekula mula sa mga atomo ng fermion sa pamamagitan ng malalim na paglamig. Ang pagkakaiba mula sa mga tunay na molekula ay walang kemikal na bono sa pagitan ng mga atomo - sila ay gumagalaw nang magkasama sa paraang magkakaugnay. Ang bono sa pagitan ng mga atomo ay naging mas malakas kaysa sa pagitan ng mga electron sa mga pares ng Cooper. Ang mga nagreresultang pares ng fermion ay may kabuuang pag-ikot na hindi na isang multiple ng 1/2, samakatuwid, kumikilos na sila tulad ng mga boson at maaaring bumuo ng Bose condensate na may iisang quantum state. Sa panahon ng eksperimento, ang isang gas ng potassium-40 atoms ay pinalamig sa 300 nanokelvins, habang ang gas ay nakapaloob sa isang tinatawag na optical trap. Pagkatapos ay inilapat ang isang panlabas na magnetic field, sa tulong kung saan posible na baguhin ang likas na katangian ng mga pakikipag-ugnayan sa pagitan ng mga atomo - sa halip na malakas na pagtanggi, nagsimulang maobserbahan ang malakas na atraksyon. Kapag pinag-aaralan ang impluwensya ng magnetic field, posible na makahanap ng isang halaga kung saan nagsimulang kumilos ang mga atomo tulad ng mga pares ng Cooper ng mga electron. Sa susunod na yugto ng eksperimento, inaasahan ng mga siyentipiko na makakuha ng superconductivity effect para sa fermion condensate.

4. Superfluid substance- isang estado kung saan ang isang sangkap ay halos walang lagkit, at sa panahon ng daloy ay hindi ito nakakaranas ng alitan na may matibay na ibabaw. Ang kinahinatnan nito ay, halimbawa, tulad ng isang kawili-wiling epekto bilang ang kumpletong kusang "gumagapang" ng superfluid helium mula sa sisidlan sa kahabaan ng mga dingding nito laban sa puwersa ng grabidad. Siyempre, walang paglabag sa batas ng konserbasyon ng enerhiya dito. Sa kawalan ng frictional forces, ang helium ay kumikilos lamang sa pamamagitan ng gravity forces, ang mga puwersa ng interatomic na interaksyon sa pagitan ng helium at ng mga dingding ng sisidlan at sa pagitan ng mga helium atoms. Kaya, ang mga puwersa ng interatomic na pakikipag-ugnayan ay lumampas sa lahat ng iba pang pwersang pinagsama. Bilang resulta, ang helium ay may posibilidad na kumalat hangga't maaari sa lahat ng posibleng ibabaw, at samakatuwid ay "naglalakbay" sa mga dingding ng sisidlan. Noong 1938, pinatunayan ng siyentipikong Sobyet na si Pyotr Kapitsa na ang helium ay maaaring umiral sa isang superfluid na estado.
Kapansin-pansin na marami sa mga hindi pangkaraniwang katangian ng helium ay matagal nang kilala. Gayunpaman, sa mga nagdaang taon, ang kemikal na elementong ito ay nagpapalayaw sa amin ng mga kawili-wili at hindi inaasahang epekto. Kaya, noong 2004, sina Moses Chan at Eun-Syong Kim mula sa Unibersidad ng Pennsylvania ay inintriga ang siyentipikong mundo sa anunsyo na sila ay nagtagumpay sa pagkuha ng isang ganap na bagong estado ng helium - isang superfluid solid. Sa ganitong estado, ang ilang helium atoms sa kristal na sala-sala ay maaaring dumaloy sa iba, at ang helium ay maaaring dumaloy sa sarili nito. Ang epekto ng "superhardness" ay theoretically hinulaang noong 1969. At pagkatapos noong 2004 ay tila may pang-eksperimentong kumpirmasyon. Gayunpaman, sa kalaunan at napaka-kagiliw-giliw na mga eksperimento ay nagpakita na hindi lahat ay napakasimple, at marahil ang interpretasyong ito ng kababalaghan, na dating tinanggap bilang superfluidity ng solid helium, ay hindi tama.
Ang eksperimento ng mga siyentipiko na pinamumunuan ni Humphrey Maris mula sa Brown University sa USA ay simple at eleganteng. Naglagay ang mga siyentipiko ng nakabaligtad na test tube sa isang saradong tangke na naglalaman ng likidong helium. Pina-freeze nila ang bahagi ng helium sa test tube at sa reservoir sa paraang mas mataas ang hangganan sa pagitan ng likido at solid sa loob ng test tube kaysa sa reservoir. Sa madaling salita, sa itaas na bahagi ng test tube ay mayroong likidong helium, sa ibabang bahagi ay may solidong helium, maayos itong pumasa sa solidong bahagi ng reservoir, sa itaas kung saan ang isang maliit na likidong helium ay ibinuhos - mas mababa kaysa sa likido. antas sa test tube. Kung ang likidong helium ay nagsimulang tumagas sa pamamagitan ng solidong helium, kung gayon ang pagkakaiba sa mga antas ay bababa, at pagkatapos ay maaari nating pag-usapan ang tungkol sa solid superfluid helium. At sa prinsipyo, sa tatlo sa 13 eksperimento, ang pagkakaiba sa mga antas ay talagang nabawasan.

5. Superhard substance- isang estado ng pagsasama-sama kung saan ang bagay ay transparent at maaaring "dumaloy" tulad ng isang likido, ngunit sa katunayan ito ay walang lagkit. Ang ganitong mga likido ay kilala sa loob ng maraming taon; Ang katotohanan ay na kung ang isang superfluid ay hinalo, ito ay magpapalipat-lipat halos magpakailanman, samantalang ang isang normal na likido ay tuluyang huminahon. Ang unang dalawang superfluid ay nilikha ng mga mananaliksik gamit ang helium-4 at helium-3. Pinalamig sila sa halos ganap na zero - minus 273 degrees Celsius. At mula sa helium-4, ang mga Amerikanong siyentipiko ay nakakuha ng isang supersolid na katawan. Pinisil nila ang frozen na helium na may higit sa 60 beses ang presyon, at pagkatapos ay inilagay ang baso na puno ng sangkap sa isang umiikot na disk. Sa temperatura na 0.175 degrees Celsius, ang disk ay biglang nagsimulang umikot nang mas malaya, na sinasabi ng mga siyentipiko na nagpapahiwatig na ang helium ay naging isang superbody.

6. Solid- isang estado ng pagsasama-sama ng isang sangkap, na nailalarawan sa pamamagitan ng katatagan ng hugis at ang likas na katangian ng thermal na paggalaw ng mga atom, na nagsasagawa ng maliliit na vibrations sa paligid ng mga posisyon ng balanse. Ang matatag na estado ng mga solid ay mala-kristal. May mga solidong may ionic, covalent, metal at iba pang uri ng mga bono sa pagitan ng mga atomo, na tumutukoy sa pagkakaiba-iba ng kanilang mga pisikal na katangian. Ang mga elektrikal at ilang iba pang mga katangian ng mga solid ay pangunahing tinutukoy ng likas na katangian ng paggalaw ng mga panlabas na electron ng mga atomo nito. Batay sa kanilang mga katangiang elektrikal, ang mga solid ay nahahati sa mga dielectric, semiconductors, at mga metal batay sa kanilang mga magnetic na katangian, ang mga solido ay nahahati sa diamagnetic, paramagnetic, at mga katawan na may nakaayos na magnetic structure. Ang mga pag-aaral ng mga katangian ng solids ay pinagsama sa isang malaking larangan - solid state physics, ang pag-unlad nito ay pinasigla ng mga pangangailangan ng teknolohiya.

7. Amorphous solid- isang condensed na estado ng pagsasama-sama ng isang substance, na nailalarawan sa pamamagitan ng isotropy ng mga pisikal na katangian dahil sa hindi maayos na pag-aayos ng mga atomo at molekula. Sa amorphous solids, ang mga atom ay nag-vibrate sa paligid ng mga random na matatagpuan na mga punto. Hindi tulad ng mala-kristal na estado, ang paglipat mula sa solid amorphous hanggang sa likido ay unti-unting nangyayari. Ang iba't ibang mga sangkap ay nasa isang amorphous na estado: salamin, resin, plastik, atbp.

8. Liquid na kristal ay isang tiyak na estado ng pagsasama-sama ng isang sangkap kung saan ito ay sabay na nagpapakita ng mga katangian ng isang kristal at isang likido. Dapat pansinin kaagad na hindi lahat ng mga sangkap ay maaaring nasa isang likidong mala-kristal na estado. Gayunpaman, ang ilang mga organikong sangkap na may kumplikadong mga molekula ay maaaring bumuo ng isang tiyak na estado ng pagsasama-sama - likidong mala-kristal. Ang estado na ito ay nangyayari kapag ang mga kristal ng ilang mga sangkap ay natutunaw. Kapag natunaw ang mga ito, nabuo ang isang likidong mala-kristal na bahagi, na naiiba sa mga ordinaryong likido. Ang bahaging ito ay umiiral sa hanay mula sa temperatura ng pagkatunaw ng kristal hanggang sa ilang mas mataas na temperatura, kapag pinainit kung saan ang likidong kristal ay nagiging isang ordinaryong likido.
Paano naiiba ang isang likidong kristal mula sa isang likido at isang ordinaryong kristal at paano ito katulad sa kanila? Tulad ng isang ordinaryong likido, ang isang likidong kristal ay may pagkalikido at tumatagal ang hugis ng lalagyan kung saan ito inilagay. Ito ay kung paano ito naiiba sa mga kristal na kilala ng lahat. Gayunpaman, sa kabila ng pag-aari na ito, na pinagsasama ito ng isang likido, mayroon itong katangian na katangian ng mga kristal. Ito ang pag-order sa espasyo ng mga molekula na bumubuo sa kristal. Totoo, ang pag-order na ito ay hindi kumpleto tulad ng sa mga ordinaryong kristal, ngunit, gayunpaman, ito ay makabuluhang nakakaapekto sa mga katangian ng mga likidong kristal, na nagpapakilala sa kanila mula sa mga ordinaryong likido. Ang hindi kumpletong spatial na pag-order ng mga molekula na bumubuo ng isang likidong kristal ay ipinakita sa katotohanan na sa mga likidong kristal ay walang kumpletong pagkakasunud-sunod sa spatial na pag-aayos ng mga sentro ng grabidad ng mga molekula, bagaman maaaring mayroong bahagyang pagkakasunud-sunod. Nangangahulugan ito na wala silang matibay na kristal na sala-sala. Samakatuwid, ang mga likidong kristal, tulad ng mga ordinaryong likido, ay may pag-aari ng pagkalikido.
Ang isang ipinag-uutos na pag-aari ng mga likidong kristal, na nagdadala sa kanila na mas malapit sa mga ordinaryong kristal, ay ang pagkakaroon ng isang pagkakasunud-sunod ng spatial na oryentasyon ng mga molekula. Ang pagkakasunud-sunod na ito sa oryentasyon ay maaaring magpakita mismo, halimbawa, sa katotohanan na ang lahat ng mahabang axes ng mga molekula sa isang sample ng likidong kristal ay nakatuon sa parehong paraan. Ang mga molekulang ito ay dapat magkaroon ng isang pinahabang hugis. Bilang karagdagan sa pinakasimpleng pinangalanang pag-order ng mga molecular axes, ang isang mas kumplikadong oryentasyon na pagkakasunud-sunod ng mga molekula ay maaaring mangyari sa isang likidong kristal.
Depende sa uri ng pag-order ng mga molecular axes, ang mga likidong kristal ay nahahati sa tatlong uri: nematic, smectic at cholesteric.
Ang pananaliksik sa pisika ng mga likidong kristal at ang kanilang mga aplikasyon ay kasalukuyang isinasagawa sa isang malawak na harapan sa lahat ng mga pinaka-maunlad na bansa sa mundo. Ang lokal na pananaliksik ay puro sa akademiko at industriyal na mga institusyong pananaliksik at may mahabang tradisyon. Ang mga gawa ng V.K., na natapos noong dekada thirties sa Leningrad, ay naging malawak na kilala at kinikilala. Fredericks kay V.N. Tsvetkova. Sa mga nagdaang taon, ang mabilis na pag-aaral ng mga likidong kristal ay nakakita ng mga lokal na mananaliksik na gumawa din ng isang makabuluhang kontribusyon sa pagbuo ng pag-aaral ng mga likidong kristal sa pangkalahatan at, sa partikular, ang mga optika ng mga likidong kristal. Kaya, ang mga gawa ng I.G. Chistyakova, A.P. Kapustina, S.A. Brazovsky, S.A. Pikina, L.M. Si Blinov at maraming iba pang mga mananaliksik ng Sobyet ay malawak na kilala sa komunidad na pang-agham at nagsisilbing pundasyon para sa isang bilang ng mga epektibong teknikal na aplikasyon ng mga likidong kristal.
Ang pagkakaroon ng mga likidong kristal ay itinatag nang matagal na ang nakalipas, lalo na noong 1888, iyon ay, halos isang siglo na ang nakalilipas. Bagaman nakatagpo ng mga siyentipiko ang kalagayang ito ng bagay bago ang 1888, opisyal na itong natuklasan nang maglaon.
Ang unang nakatuklas ng mga likidong kristal ay ang Austrian botanist na si Reinitzer. Habang pinag-aaralan ang bagong substance na cholesteryl benzoate na kanyang na-synthesize, natuklasan niya na sa temperatura na 145°C ang mga kristal ng substance na ito ay natutunaw, na bumubuo ng maulap na likido na malakas na nakakalat ng liwanag. Habang nagpapatuloy ang pag-init, kapag umabot sa temperatura na 179°C, nagiging malinaw ang likido, ibig sabihin, nagsisimula itong kumilos nang optically tulad ng isang ordinaryong likido, halimbawa tubig. Ang Cholesteryl benzoate ay nagpakita ng mga hindi inaasahang katangian sa magulo na yugto. Sinusuri ang yugtong ito sa ilalim ng isang polarizing microscope, natuklasan ni Reinitzer na nagpapakita ito ng birefringence. Nangangahulugan ito na ang refractive index ng liwanag, ibig sabihin, ang bilis ng liwanag sa yugtong ito, ay nakasalalay sa polariseysyon.

9. likido- ang estado ng pagsasama-sama ng isang sangkap, pinagsasama ang mga tampok ng isang solidong estado (konserbasyon ng lakas ng tunog, isang tiyak na lakas ng makunat) at isang gas na estado (pagbabago ng hugis). Ang mga likido ay nailalarawan sa pamamagitan ng maikling-range na pagkakasunud-sunod sa pag-aayos ng mga particle (mga molekula, mga atomo) at isang maliit na pagkakaiba sa kinetic energy ng thermal motion ng mga molekula at ang kanilang potensyal na enerhiya ng pakikipag-ugnayan. Ang thermal motion ng liquid molecules ay binubuo ng mga oscillations sa paligid ng equilibrium positions at medyo bihirang pagtalon mula sa isang equilibrium position papunta sa isa pa, na nauugnay sa fluidity ng liquid.

10. Supercritical fluid(SCF) ay isang estado ng pagsasama-sama ng isang sangkap kung saan ang pagkakaiba sa pagitan ng likido at gas phase ay nawawala. Ang anumang sangkap sa temperatura at presyon sa itaas ng kritikal na punto nito ay isang supercritical fluid. Ang mga katangian ng isang substance sa supercritical state ay intermediate sa pagitan ng mga katangian nito sa gas at liquid phase. Kaya, ang SCF ay may mataas na density, malapit sa isang likido, at mababang lagkit, tulad ng mga gas. Ang diffusion coefficient sa kasong ito ay may halagang intermediate sa pagitan ng likido at gas. Ang mga supercritical substance ay maaaring gamitin bilang mga pamalit para sa mga organikong solvent sa mga proseso ng laboratoryo at pang-industriya. Ang supercritical na tubig at supercritical na carbon dioxide ay nakatanggap ng pinakamalaking interes at pamamahagi dahil sa ilang mga katangian.
Ang isa sa mga pinakamahalagang katangian ng supercritical na estado ay ang kakayahang matunaw ang mga sangkap. Sa pamamagitan ng pagbabago ng temperatura o presyon ng likido, maaari mong baguhin ang mga katangian nito sa isang malawak na hanay. Kaya, posible na makakuha ng isang likido na ang mga katangian ay malapit sa alinman sa isang likido o isang gas. Kaya, ang kakayahang matunaw ng isang likido ay tumataas sa pagtaas ng density (sa isang pare-parehong temperatura). Dahil ang density ay tumataas sa pagtaas ng presyon, ang pagbabago ng presyon ay maaaring maka-impluwensya sa kakayahang matunaw ng likido (sa isang pare-parehong temperatura). Sa kaso ng temperatura, ang pag-asa ng mga katangian ng likido ay medyo mas kumplikado - sa isang pare-parehong density, ang kakayahang matunaw ng likido ay tumataas din, ngunit malapit sa kritikal na punto, ang isang bahagyang pagtaas sa temperatura ay maaaring humantong sa isang matalim na pagbaba. sa density, at, nang naaayon, ang kakayahang matunaw. Ang mga supercritical fluid ay naghahalo sa isa't isa nang walang limitasyon, kaya kapag naabot ang kritikal na punto ng pinaghalong, ang sistema ay palaging magiging single-phase. Ang tinatayang kritikal na temperatura ng isang binary mixture ay maaaring kalkulahin bilang arithmetic mean ng mga kritikal na parameter ng mga substance Tc(mix) = (mole fraction A) x TcA + (mole fraction B) x TcB.

11. puno ng gas- (French gaz, mula sa Greek chaos - chaos), isang estado ng pagsasama-sama ng isang sangkap kung saan ang kinetic energy ng thermal motion ng mga particle nito (molecules, atoms, ions) ay makabuluhang lumampas sa potensyal na enerhiya ng mga pakikipag-ugnayan sa pagitan nila, at samakatuwid ang mga particle ay malayang gumagalaw, pantay na pinupunan sa kawalan ng mga panlabas na patlang ang buong volume na ibinigay dito.

12. Plasma- (mula sa Greek plasma - sculpted, shaped), isang estado ng bagay na isang ionized gas kung saan ang mga konsentrasyon ng positibo at negatibong mga singil ay pantay (quasi-neutrality). Ang karamihan sa mga bagay sa Uniberso ay nasa estado ng plasma: mga bituin, galactic nebulae at ang interstellar medium. Malapit sa Earth, ang plasma ay umiiral sa anyo ng solar wind, magnetosphere at ionosphere. Ang high-temperature plasma (T ~ 106 - 108K) mula sa pinaghalong deuterium at tritium ay pinag-aaralan na may layuning ipatupad ang kinokontrol na thermonuclear fusion. Ang low-temperature plasma (T Ј 105K) ay ginagamit sa iba't ibang gas-discharge device (gas lasers, ion device, MHD generators, plasmatrons, plasma engines, atbp.), pati na rin sa teknolohiya (tingnan ang Plasma metallurgy, Plasma drilling, Plasma teknolohiya).

13. Masisira ang bagay— ay isang intermediate na yugto sa pagitan ng plasma at neutronium. Ito ay sinusunod sa mga puting dwarf at gumaganap ng mahalagang papel sa ebolusyon ng mga bituin. Kapag ang mga atomo ay napapailalim sa napakataas na temperatura at presyon, nawawala ang kanilang mga electron (sila ay nagiging electron gas). Sa madaling salita, sila ay ganap na ionized (plasma). Ang presyon ng naturang gas (plasma) ay tinutukoy ng presyon ng mga electron. Kung ang density ay napakataas, ang lahat ng mga particle ay pinipilit na mas malapit sa isa't isa. Ang mga electron ay maaaring umiral sa mga estado na may mga tiyak na enerhiya, at walang dalawang electron ang maaaring magkaroon ng parehong enerhiya (maliban kung ang kanilang mga spin ay magkasalungat). Kaya, sa isang siksik na gas, ang lahat ng mas mababang antas ng enerhiya ay puno ng mga electron. Ang ganitong gas ay tinatawag na degenerate. Sa ganitong estado, ang mga electron ay nagpapakita ng degenerate na presyon ng elektron, na sumasalungat sa mga puwersa ng grabidad.

14. Neutronium- isang estado ng pagsasama-sama kung saan ang bagay ay pumasa sa napakataas na presyon, na hindi pa rin matamo sa laboratoryo, ngunit umiiral sa loob ng mga neutron na bituin. Sa panahon ng paglipat sa estado ng neutron, ang mga electron ng sangkap ay nakikipag-ugnayan sa mga proton at nagiging mga neutron. Bilang resulta, ang bagay sa estado ng neutron ay ganap na binubuo ng mga neutron at may density sa pagkakasunud-sunod ng nuclear. Ang temperatura ng sangkap ay hindi dapat masyadong mataas (sa katumbas ng enerhiya, hindi hihigit sa isang daang MeV).
Sa isang malakas na pagtaas ng temperatura (daan-daang MeV pataas), ang iba't ibang meson ay nagsisimulang ipanganak at mapuksa sa estado ng neutron. Sa isang karagdagang pagtaas sa temperatura, nangyayari ang deconfinement, at ang sangkap ay pumasa sa estado ng quark-gluon plasma. Hindi na ito binubuo ng mga hadron, ngunit ng patuloy na pagsilang at nawawalang mga quark at gluon.

15. Quark-gluon plasma(chromoplasm) - isang estado ng pagsasama-sama ng bagay sa high-energy physics at elementary particle physics, kung saan ang hadronic matter ay pumasa sa isang estado na katulad ng estado kung saan ang mga electron at ion ay matatagpuan sa ordinaryong plasma.
Karaniwan, ang bagay sa mga hadron ay nasa tinatawag na walang kulay ("puti") na estado. Iyon ay, ang mga quark ng iba't ibang kulay ay kanselahin ang bawat isa. Ang isang katulad na estado ay umiiral sa ordinaryong bagay - kapag ang lahat ng mga atom ay neutral sa kuryente, iyon ay,
Ang mga positibong singil sa mga ito ay binabayaran ng mga negatibo. Sa mataas na temperatura, ang ionization ng mga atom ay maaaring mangyari, kung saan ang mga singil ay pinaghihiwalay, at ang sangkap ay nagiging, gaya ng sinasabi nila, "quasi-neutral." Iyon ay, ang buong ulap ng bagay sa kabuuan ay nananatiling neutral, ngunit ang mga indibidwal na particle nito ay tumigil sa pagiging neutral. Ang parehong bagay, tila, ay maaaring mangyari sa hadronic matter - sa napakataas na enerhiya, ang kulay ay inilabas at ginagawang "quasi-colorless" ang sangkap.
Malamang, ang bagay ng Uniberso ay nasa estado ng quark-gluon plasma sa mga unang sandali pagkatapos ng Big Bang. Ngayon ang quark-gluon plasma ay maaaring mabuo sa maikling panahon sa panahon ng banggaan ng mga particle ng napakataas na enerhiya.
Ang quark-gluon plasma ay ginawang eksperimento sa RHIC accelerator sa Brookhaven National Laboratory noong 2005. Ang pinakamataas na temperatura ng plasma na 4 trilyon degrees Celsius ay nakuha doon noong Pebrero 2010.

16. Kakaibang sangkap- isang estado ng pagsasama-sama kung saan ang bagay ay na-compress sa maximum na mga halaga ng density; Ang isang kubiko sentimetro ng bagay sa estadong ito ay tumitimbang ng bilyun-bilyong tonelada; bilang karagdagan, babaguhin nito ang anumang normal na sangkap na nakontak nito sa parehong "kakaibang" anyo na may paglalabas ng malaking halaga ng enerhiya.
Ang enerhiya na maaaring ilabas kapag ang core ng bituin ay naging "kakaibang bagay" ay hahantong sa isang napakalakas na pagsabog ng isang "quark nova" - at, ayon kina Leahy at Uyed, ito mismo ang naobserbahan ng mga astronomo noong Setyembre 2006.
Ang proseso ng pagbuo ng sangkap na ito ay nagsimula sa isang ordinaryong supernova, kung saan lumiko ang isang napakalaking bituin. Bilang resulta ng unang pagsabog, nabuo ang isang neutron star. Ngunit, ayon kina Leahy at Uyed, hindi ito nagtagal - dahil ang pag-ikot nito ay tila pinabagal ng sarili nitong magnetic field, lalo itong lumiit, na bumubuo ng isang kumpol ng "kakaibang bagay", na humantong sa isang pantay. mas malakas sa panahon ng isang ordinaryong pagsabog ng supernova, ang pagpapakawala ng enerhiya - at ang mga panlabas na layer ng matter ng dating neutron star, na lumilipad sa nakapalibot na espasyo sa bilis na malapit sa bilis ng liwanag.

17. Malakas na simetriko na sangkap- ito ay isang sangkap na naka-compress sa isang lawak na ang mga microparticle sa loob nito ay pinagpatong sa ibabaw ng bawat isa, at ang katawan mismo ay bumagsak sa isang black hole. Ang terminong "symmetry" ay ipinaliwanag tulad ng sumusunod: Kunin natin ang pinagsama-samang estado ng bagay na kilala ng lahat mula sa paaralan - solid, likido, gas. Para sa katiyakan, isaalang-alang natin ang isang perpektong walang katapusan na kristal bilang isang solid. Mayroong isang tiyak, tinatawag na discrete symmetry na may kinalaman sa paglipat. Nangangahulugan ito na kung ililipat mo ang kristal na sala-sala sa isang distansya na katumbas ng pagitan sa pagitan ng dalawang atomo, walang magbabago dito - ang kristal ay magkakasabay sa sarili nito. Kung ang kristal ay natunaw, kung gayon ang simetrya ng nagresultang likido ay magkakaiba: tataas ito. Sa isang kristal, ang mga punto lamang na malayo sa isa't isa sa ilang mga distansya, ang tinatawag na mga node ng kristal na sala-sala, kung saan matatagpuan ang magkaparehong mga atomo, ay katumbas.
Ang likido ay homogenous sa buong dami nito, ang lahat ng mga punto nito ay hindi makikilala sa isa't isa. Nangangahulugan ito na ang mga likido ay maaaring ilipat sa pamamagitan ng anumang di-makatwirang mga distansya (at hindi lamang ng ilang mga discrete, tulad ng sa isang kristal) o paikutin ng anumang mga arbitrary na anggulo (na hindi maaaring gawin sa mga kristal) at ito ay magkakasabay sa sarili nito. Mas mataas ang antas ng symmetry nito. Ang gas ay mas simetriko: ang likido ay sumasakop sa isang tiyak na dami sa sisidlan at mayroong isang kawalaan ng simetrya sa loob ng sisidlan kung saan mayroong likido at mga punto kung saan wala. Sinasakop ng gas ang buong volume na ibinigay dito, at sa ganitong kahulugan, ang lahat ng mga punto nito ay hindi makikilala sa isa't isa. Gayunpaman, dito magiging mas tama na pag-usapan hindi ang tungkol sa mga punto, ngunit tungkol sa maliit, ngunit macroscopic na mga elemento, dahil sa antas ng mikroskopiko mayroon pa ring mga pagkakaiba. Sa ilang mga punto sa isang naibigay na sandali sa oras ay may mga atomo o molekula, habang sa iba ay wala. Ang simetrya ay sinusunod lamang sa karaniwan, alinman sa ilang mga macroscopic na parameter ng volume o sa paglipas ng panahon.
Ngunit wala pa ring instant symmetry sa microscopic level dito. Kung ang isang sangkap ay na-compress nang napakalakas, sa mga presyon na hindi katanggap-tanggap sa pang-araw-araw na buhay, na-compress upang ang mga atomo ay durog, ang kanilang mga shell ay tumagos sa isa't isa, at ang nuclei ay nagsimulang hawakan, ang simetrya ay bumangon sa antas ng mikroskopiko. Ang lahat ng nuclei ay magkapareho at pinindot laban sa isa't isa, hindi lamang interatomic, kundi pati na rin ang mga internuclear na distansya at ang sangkap ay nagiging homogenous (kakaibang sangkap).
Ngunit mayroon ding antas ng submicroscopic. Ang nuclei ay binubuo ng mga proton at neutron na gumagalaw sa loob ng nucleus. May konting espasyo din sa pagitan nila. Kung patuloy kang mag-compress upang ang nuclei ay durog, ang mga nucleon ay magdidikit nang mahigpit sa isa't isa. Pagkatapos, sa antas ng submicroscopic, lilitaw ang simetrya, na wala kahit sa loob ng ordinaryong nuclei.
Mula sa kung ano ang sinabi, ang isa ay maaaring makilala ang isang napaka-tiyak na kalakaran: mas mataas ang temperatura at mas malaki ang presyon, mas simetriko ang sangkap. Batay sa mga pagsasaalang-alang na ito, ang isang sangkap na na-compress sa maximum nito ay tinatawag na highly simetriko.

18. Mahinang simetriko bagay- isang estado na kabaligtaran ng malakas na simetriko na bagay sa mga katangian nito, na nasa pinakaunang Uniberso sa isang temperatura na malapit sa Planck, marahil 10-12 segundo pagkatapos ng Big Bang, kapag ang malakas, mahina at electromagnetic na pwersa ay kumakatawan sa isang superforce. Sa ganitong estado, ang sangkap ay naka-compress sa isang lawak na ang masa nito ay nagiging enerhiya, na nagsisimulang lumaki, iyon ay, lumawak nang walang katiyakan. Hindi pa posible na makamit ang mga enerhiya para sa eksperimentong pagkuha ng superpower at paglilipat ng bagay sa bahaging ito sa ilalim ng mga kondisyong panlupa, bagaman ang mga naturang pagtatangka ay ginawa sa Large Hadron Collider upang pag-aralan ang unang bahagi ng uniberso. Dahil sa kawalan ng pakikipag-ugnayan ng gravitational sa superforce na bumubuo sa sangkap na ito, ang superforce ay hindi sapat na simetriko kumpara sa supersymmetric na puwersa na naglalaman ng lahat ng 4 na uri ng pakikipag-ugnayan. Samakatuwid, ang estado ng pagsasama-sama ay nakatanggap ng ganoong pangalan.

19. Ray substance- ito, sa katunayan, ay hindi na mahalaga, ngunit enerhiya sa dalisay nitong anyo. Gayunpaman, tiyak na ang hypothetical na estadong ito ng pagsasama-sama na kukuha ng katawan na umabot sa bilis ng liwanag. Maaari rin itong makuha sa pamamagitan ng pag-init ng katawan sa temperatura ng Planck (1032K), iyon ay, pagpapabilis ng mga molekula ng sangkap sa bilis ng liwanag. Tulad ng sumusunod mula sa teorya ng relativity, kapag ang isang bilis ay umabot sa higit sa 0.99 s, ang masa ng katawan ay nagsisimulang lumaki nang mas mabilis kaysa sa "normal" na acceleration bilang karagdagan, ang katawan ay nagpapahaba, umiinit, iyon ay, nagsisimula ito nagniningning sa infrared spectrum. Kapag tumatawid sa threshold ng 0.999 s, ang katawan ay nagbabago nang radikal at nagsisimula ng isang mabilis na paglipat ng yugto hanggang sa estado ng ray. Tulad ng sumusunod mula sa pormula ni Einstein, na kinuha sa kabuuan nito, ang lumalaking masa ng pangwakas na sangkap ay binubuo ng mga masa na nahiwalay sa katawan sa anyo ng thermal, x-ray, optical at iba pang radiation, ang enerhiya ng bawat isa ay inilarawan ng susunod na termino sa formula. Kaya, ang isang katawan na lumalapit sa bilis ng liwanag ay magsisimulang maglabas sa lahat ng spectra, lumalaki ang haba at bumagal sa oras, pagnipis sa haba ng Planck, iyon ay, kapag naabot ang bilis c, ang katawan ay magiging isang walang katapusang haba at manipis na sinag, na gumagalaw sa bilis ng liwanag at binubuo ng mga photon na walang haba, at ang walang katapusang masa nito ay ganap na mai-convert sa enerhiya. Samakatuwid, ang naturang sangkap ay tinatawag na ray.