Fest, flüssig, gasförmig ... das sind die Zustände der Materie, mit denen wir bestens vertraut sind, aber was macht einen Zustand der Materie aus? Und gibt es andere Materiezustände?
Da die Menschen zum ersten Mal zwischen ihnen unterschieden, wurden die Zustände der Materie durch das Verhalten der Materie in großen Mengen definiert. Ein Feststoff hatte also eine feste Form (und ein festes Volumen), eine Flüssigkeit ein festes Volumen (änderte jedoch ihre Form, um dem Behälter zu entsprechen, in dem er sich befand), und ein Gas expandierte, um seinen Behälter zu füllen. Als wir feststellten, dass Materie aus Atomen (und Molekülen) besteht, wurden die Zustände der Materie dadurch unterschieden, wie sich die Moleküle (oder Atome in einem Element) verhalten: In Festkörpern befinden sie sich sowohl in der Nähe als auch in einer festen Anordnung (z Kristalle) in Flüssigkeiten in der Nähe, aber die Anordnung ist nicht festgelegt, und in Gasen in der Nähe (also keine besondere Anordnung).
Aber was ist mit Plasma? Sorta 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 Feststoff, einer Flüssigkeit oder einem Gas ). Daher ist Plasma der vierte Materiezustand.
Die Dinge wurden etwas komplizierter, als Wissenschaftler die Materie genauer untersuchten.
Wenn Sie beispielsweise Wasser in einem starken, aber transparenten Behälter über eine bestimmte Temperatur (und einen bestimmten Druck) erhitzen, die als kritische Temperatur (kritischer Druck) bezeichnet wird, werden die Flüssigkeits- und Gaszustände eins. Das Wasser ist jetzt eine überkritische Flüssigkeit ( Sie haben dies vielleicht in einem Chemieunterricht demonstriert gesehen, 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 denen in einem Kristall… und Gläser können wie Flüssigkeiten fließen, wenn sie lange genug stehen bleiben.
Gibt es einen „fünften Sachverhalt“? Ja! Ein Bose-Einstein-Kondensat (BEC)… das wie ein Gas ist, mit der Ausnahme, dass sich alle Atome (oder meistens) im niedrigstmöglichen Quantenzustand befinden… ein BEC hat also Bulk-Eigenschaften, die denen eines anderen Materiezustands (Quanten) völlig unähnlich sind Verhalten wird makroskopisch).
In der Astrophysik gibt es einige exotische Materiezustände; Beispielsweise wird in weißen Zwergsternen verhindert, dass Materie durch Elektronendegenerationsdruck weiter (durch Gravitation) kollabiert. Das Gleiche passiert bei Neutronensternen, außer dass der Neutronendegenerationsdruck (es kann auch einen noch extremeren Materiezustand geben, der durch den Quarkdegenerationsdruck aufgehalten 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 verwandte Geschichten aus dem Space Magazine? Sicher! Zum Beispiel: Vergessen Sie Neutronensterne, Quarksterne sind möglicherweise die dichtesten Körper im Universum, der Schwarzschild-Radius und die Magnetoplasma-Rakete der nächsten Generation könnten auf der Raumstation getestet werden.
Materiezustände, einschließlich einiger exotischer Zustände, werden in Astronomy Cast besprochen. Zum Beispiel diese Fragen zeigen.
Quellen:
Wikipedia
Purdue Universität
New Yorker Universität
Wikipedia: Bose-Einstein-Kondensat
