Fest, flüssig, gasförmig … das sind die Aggregatzustände, mit denen wir bestens vertraut sind, aber was macht einen Aggregatzustand aus? Und gibt es noch andere Aggregatzustände?
Da die Menschen zum ersten Mal zwischen ihnen unterschieden haben, wurden die Zustände der Materie dadurch definiert, wie sich die Materie in großen Mengen verhält; So hatte ein Feststoff eine feste Form (und ein festes Volumen), eine Flüssigkeit ein festes Volumen (aber die Form änderte sich, um in den Behälter zu passen, in dem er sich befand) und ein Gas expandierte, um seinen Behälter zu füllen. Als wir erkannten, dass Materie aus Atomen (und Molekülen) besteht, wurden die Aggregatzustände danach unterschieden, wie sich die Moleküle (oder Atome in einem Element) verhalten: In Festkörpern sind sie sowohl nahe als auch in einer festen Anordnung (z Kristalle), in Flüssigkeiten in der Nähe, aber die Anordnung ist nicht festgelegt, und in Gasen nicht in der Nähe (also keine besondere Anordnung).
Aber was ist mit Plasma? Art wie ein Gas – so wie es jeden Behälter füllt, in dem es sich befindet, ist es ein Gas – aber nicht (die Ionen und Elektronen interagieren in einem Plasma auf völlig andere Weise als Moleküle (oder Atome) in einem Festkörper, einer Flüssigkeit oder einem Gas ). Plasma ist somit der vierte Aggregatzustand.
Die Dinge wurden etwas komplizierter, als Wissenschaftler die Materie genauer untersuchten.
Wenn Sie beispielsweise Wasser in einem starken, aber durchsichtigen Behälter über eine bestimmte Temperatur (und einen bestimmten Druck) – die sogenannte kritische Temperatur (kritischer Druck) – erhitzen, werden der flüssige und der gasförmige Zustand eins … das Wasser ist jetzt ein überkritisches Fluid ( Sie haben dies vielleicht demonstriert gesehen, vielleicht in einem Chemieunterricht, aber wahrscheinlich nicht mit Wasser!).
Dann gibt es die Unterscheidung zwischen Kristallen (kristalliner Zustand) und Gläsern (glasiger Zustand); beide scheinen sehr fest zu sein, aber die Anordnung der Moleküle in einem Glas ähnelt eher der von Molekülen in einer Flüssigkeit als der in einem Kristall … und Gläser können, genau wie Flüssigkeiten, fließen, wenn sie lange genug belassen werden.
Gibt es einen „fünften Aggregatzustand“? Jawohl! Ein Bose-Einstein-Kondensat (BEC) … das wie ein Gas ist, außer dass die konstituierenden Atome alle (oder größtenteils) im niedrigsten möglichen Quantenzustand sind … also hat ein BEC Volumeneigenschaften, die denen jedes anderen Aggregatzustands (Quanten Verhalten wird makroskopisch).
In der Astrophysik gibt es einige exotische Aggregatzustände; zum Beispiel wird in Weißen Zwergen die Materie durch den Entartungsdruck der Elektronen am weiteren (Gravitations-) Kollaps gehindert; das Gleiche passiert bei Neutronensternen, außer dem Neutronen-Entartungsdruck (es kann auch einen noch extremeren Aggregatzustand geben, der durch den Quark-Entartungsdruck aufrechterhalten wird!). Es gibt auch ein Gegenstück zu gewöhnlichen Plasmen: Quark-Gluon-Plasma (in einem gewöhnlichen Plasma aus Wasserstoff werden die Atome in Elektronen und Protonen zerlegt; in einem Quark-Gluon-Plasma „schmelzen“ Protonen und Neutronen zu ihren Bestandteilen Quarks und Gluonen).
Gibt es ähnliche Universe Today-Geschichten? Sicher! Zum Beispiel: Vergessen Sie Neutronensterne, Quarksterne könnten die dichtesten Körper im Universum sein , Schwarzschildradius , und Magnetoplasma-Rakete der nächsten Generation könnte auf der Raumstation getestet werden .
Aggregatzustände, einschließlich einiger exotischer, werden Sie in Astronomy Cast besprechen; zum Beispiel diese Fragen zeigen .
Quellen:
Wikipedia
Purdue Universität
New Yorker Universität
Wikipedia: Bose-Einstein-Kondensat
