สถานะ (สสาร)
จากวิกิพีเดีย สารานุกรมเสรี
สถานะ เป็นกลุ่มของสภาพระบบทางกายภาพที่มองเห็นได้ด้วยตาเปล่าซึ่งมีความสัมพันธ์กับโครงสร้างทางเคมีและคุณสมบัติทางฟิสิกส์ เช่น ความหนาแน่น, โครงสร้างผลึก (crystal structure) , ดรรชนีหักเหของแสง (refractive index) และอื่นๆ
สถานะที่คุ้นเคยกันมาก ได้แก่ ของแข็ง, ของเหลว, และแก๊ส
ส่วนสถานที่ไม่เป็นที่รู้จักกันมากนัก ได้แก่ พลาสมา และ ควาร์ก-กลูออน พลาสม่า, โบส-ไอน์สไตน์ คอนเดนเซต และ เฟอร์มิโอนิค คอนเดนเซต, วัตถุประหลาด, ผลึกเหลว, ซูเปอร์ฟลูอิด ซูเปอร์โซลิด พาราแมกเนติก, เฟอโรแมกเนติก, เฟสของ วัสดุ แม่เหล็ก
เนื้อหา |
[แก้] คำจำกัดความ
ถึงแม้ว่าสถานะเป็นที่ใช้กันอย่างกว้างขวางในวิทยาศาสตร์กายภาพ แต่มันก็ไม่ง่ายที่จะให้คำจำกัดความที่ถูกต้องเที่ยงตรง ก่อนที่เราจะให้คำจำกัดความโดยทั้วไป เราลองมาดูตัวอย่างเกี่ยวกับสถานะกันก่อนสักสองตัวอย่าง
[แก้] ตัวอย่างที่ 1: สถานะของแข็ง ของเหลว และแก๊ส
น้ำ (H2O) ประกอบด้วยโมเลกุลซึ่งประกอบด้วยไฮโดรเจนสองอะตอมเกาะติดกับออกซิเจนตรงกลางหนึ่งอะตอม ที่อุณหภูมิห้อง โมเลกุลของน้ำจะอยู่ใกล้กันและมีแรงดึงดูดต่อกันอย่างอ่อนๆ โดยไม่เกาะติดกัน ทำให้แต่ละโมเลกุลเคลื่อนไหวสัมพัทธ์กันได้เหมือนเม็ดทรายในนาฬิกาทราย พฤติกรรมของโมเลกุลน้ำที่มองไม่เห็นนี้ปรากฏออกมาให้เราเห็นเป็นคุณสมบัติทางฟิสิกส์ของน้ำในสถานะของเหลวซึ่งเราคุ้นเคยกันดี เนื่องจากโมเลกุลของน้ำไม่รวมกันอยู่เป็นโครงสร้างที่แข็งตึง รูปร่างของน้ำจึงไม่ตายตัว และปรับสภาพเลื่อนไหลไปตามภาชนะที่บรรจุ และเนื่องจากโมเลกุลของน้ำอยู่ใกล้กันมากอยู่แล้ว น้ำจึงมีความต้านทานต่อการบีบอัด สังเกตได้จากการบีบลูกโป่งที่บรรจุน้ำซึ่งทำไม่ได้ง่ายเหมือนกับการบีบลูกโป่งที่บรรจุอากาศ
[แก้] รายชื่อและคุณสมบัติของสถานะของสสาร
สถานะของสสาร (phases of matter) มีความแตกต่างกันมากมาย โดยทั่วไปสถานะของสสารจะสังเกตความแตกต่างกันที่ ความดัน และ อุณหภูมิ การปรับเปลี่ยนไปอยู่ในสถานะอื่นตามสภาวะที่เหมาะสมตัวอย่างเช่น การหลอมเหลว และ การเยือกแข็ง (freezing)
- ของแข็ง (Solid) : สามารถคงรูปร่างของตัวเองได้โดยไม่ต้องมีภาชนะ
- อสัณฐานของแข็ง (Amorphous solid) : เป็นของแข็งที่ไม่มีการจัดระเบียบความยาวช่วง (long-range order) ตำแหน่งของอะตอม แบ่งเป็น 2 ชนิดคือ
- อสัณฐานแก้วแข็ง (Amorphous glassy solid)
- อสัณฐานยางแข็ง (Amorphous rubbery solid)
- ผลึก (Crystaline solid) : เป็นของแข็งที่ส่วนประกอบอะตอม โมเลกุล หรือไอออนถูกบรรจุและอัดตัวกันอย่างมีระเบียบและแบบแผนที่ซ้ำๆ กัน
- อสัณฐานของแข็ง (Amorphous solid) : เป็นของแข็งที่ไม่มีการจัดระเบียบความยาวช่วง (long-range order) ตำแหน่งของอะตอม แบ่งเป็น 2 ชนิดคือ
- ของเหลว (Liquid) : เป็น ของไหล ที่ไม่มีการอัดตัวกัน สามารถเปลี่ยนแปลงรูปร่างไปตามภาชนะได้ แต่ยังคงรักษาปริมาตรให้คงที่อยู่ไดโดยความดันต้องเป็นอิสระ
- ก๊าซ (Gas) : เป็นของไหลที่สามารถบีบอัดได้ (compressible fluid) มันไม่เพียงแต่เปลี่ยนแปลงรูปร่างไปตามภาชนะได้เท่านั้น แต่ยังสามารถเพิ่มปริมาณการบรรจุเข้าไปในภาชนะได้อีก
- เจล (Gel) : เป็นของแข็งเมื่อสังเกตด้วยสายตา แต่เมื่อสัมผัสจะรู้สึกว่าเป็นวัสดุคล้ายวุ้นเกิดจากสารละลายคอลลอยด์ (colloidal solution) โดยน้ำหนักแล้วเจลเกือบเป็นของเหลว แต่พฤติกรรมเหมือนของแข็ง (โดยไม่สามารถแยกสถานะอย่างเด็ดขาดได้)
- พลาสมา (Plasma) : เป็นก๊าซที่ อิเล็กตรอน สามารถแยกตัวเป็นอิสระจากอะตอมของมันได้และแพร่กระจายประจุไฟฟ้าเกิดเป็นกระแสไฟฟ้าได้
- ของไหลยิ่งยวด
(Superfluid) : เป็นสถานะที่เมื่อของเหลวอยู่ใน ภาวะเย็นยวดยิ่ง อุณหภูมิยิ่งยวดแล้วยังสามารถไหลได้โดยไม่มี แรงเสียดทาน ของไหลยิ่งยวดสามารถไหลออกจากภาชนะที่เปิดฝาและไหลลงพื้นข้างล่างได้
- ของแข็งยิ่งยวด (Supersolid) : คล้ายกับของไหลยิ่งยวด ของแข็งยิ่งยวดสามารถเคลื่อนที่ได้โดยไมมีแรงเสียดทานแต่ยังคงรักษารูปทรงเดิมของมันได้อยู่
- สสารเสื่อม (Degenerate matter) : พบในเปลือกของดาวแคระขาว ซึ่งอิเล็กตรอนยังคงเกาะอยู่กับอะตอมแต่สามารถเคลื่อนย้ายไปยังอะตอมใกล้เคียงได้
- นิวโตรเนียม (Neutronium) : พบใน ดาวนิวตรอน (neutron stars) ที่ซึ่งมีแรงโน้มถ่วงและแรงกดดันจำนวนมหาศาลบีบอัดอะตอมให้แข็งจนอิเล็กตรอน ถูกอัดเป็นนิวเคลียส เป็นผลให้เกิดการรวมกลุ่มด้วยความหนาแน่นยิ่งยวดกลายเป็นนิวตรอน
- สสารสมมาตรเข้ม (Strongly symmetric matter) : ประมาณว่า 10-36 วินาที หลังจากปรากฏการณ์ บิกแบง พลังงานหนาแน่นสูงของจักรวาลซึ่งสูงจนกระทั่งว่า แรงธรรมชาติ 4 ชนิดคือ แรงนิวเคลียร์อย่างเข้ม, แรงนิวเคลียร์อย่างอ่อน, แรงแม่เหล็กไฟฟ้า, และ แรงโน้มถ่วง, ถูกรวมกันเป็นแรงเดียวแล้วจักรวาลก็ขยายออก อุณหภูมิและความหนาแน่นลดต่ำลงและแรงอย่างแก่แยกสะลายออกซึ่งกระบวนการนี้เรียกว่า การแตกสมมาตร(symmetry breaking)
- สสารสมมาตรอ่อน (Weakly symmetric matter) : ประมาณว่า 10-12 วินาที หลังจากปรากฏการณ์ บิกแบง แรงแก่ อ่อน และแรงแม่เหล็กไฟฟ้ารวมตัวกัน
- โบส-ไอน์สไตน์ คอนเดนเซต (Bose-Einstein condensate) : เป็นสถานะที่ซึ่งจำนวนมหาศาลของ โบสัน(boson) ทั้งหมดอยู่ใน สถานะควอนตัม (quantum state) เดียวกันเป็นผลให้กลายเป็น คลื่นเดี่ยว/อนุภาค
- เฟอร์มิโอนิค คอนเดนเซต (Fermionic condensate) : คล้ายกับ โบส-ไอน์สไตน์ คอนเดนเซต แต่ประกอบด้วย เฟอร์มิออน (fermion) กฏกันออกไปของพอลิ (Pauli exclusion principle) ป้องกันเฟอร์มิออน จากการเข้าไปในสถานะควอนตัมเดียวกัน แต่คู่ของ 2 เฟอร์มิออน สามารถแสดงพฤติกรรมเป็น โบสัน และคู่มันสามารถเข้าไปในสถานะควอนตัมเดียวกันโดยไม่มีข้อจำกัด
- ควาร์ก-กลูออน พลาสม่า (Quark-gluon plasma) : สถานะที่ ควาร์ก (quarks) เป็นอิสระและสามารถเคลื่อนที่อย่างไร้ขีดจำกัด (มากกว่าที่จะเกาะกับอนุภาค) ในทะเลของ กลูออน (gluons) (อนุภาคย่อยของอะตอมที่เคลื่อนย้าย แรงเข้ม ที่ติดด้วยกันกับควาร์ก) อาจเป็นข้อสรุปได้ใน ตัวเร่งอนุภาค
- สสารประหลาด (Strange matter) : (aka Quark matter) อาจมีในดาวนิวตรอน ขนาดใหญ่โดยเฉพาะ
[แก้] แหล่งข้อมูลอื่น
- 2005-06-22, MIT News: MIT physicists create new form of matter Citat: "... They have become the first to create a new type of matter, a gas of atoms that shows high-temperature superfluidity."
- 2003-10-10, Science Daily: Metallic Phase For Bosons Implies New State Of Matter
- 2004-01-15, ScienceDaily: Probable Discovery Of A New, Supersolid, Phase Of Matter Citat: "...We apparently have observed, for the first time, a solid material with the characteristics of a superfluid...but because all its particles are in the identical quantum state, it remains a solid even though its component particles are continually flowing..."
- 2004-01-29, ScienceDaily: NIST/University Of Colorado Scientists Create New Form Of Matter: A Fermionic Condensate
- French physicists find a solution that reversibly solidifies with a rise in temperature - α-cyclodextrine, water, and 4-methylpyridine
[แก้] ดูเพิ่ม
[แก้] อ้างอิง
http://www.rmutphysics.com/charud/specialnews/6/Matter/index.html มหาวิทยาลัยราชมงคล คณะวิทยาศาสตร์
| สถานะของสสาร |
|---|
| ของแข็ง • ของเหลว • แก๊ส (ก๊าซ) • พลาสมา |
