Warum existiert Materie in 3 Zuständen (flüssig, fest, gasförmig)?

Die Prämisse ist falsch. Nicht alle Materialien existieren in genau drei verschiedenen Zuständen; dies ist nur das einfachste Schema und gilt für einige einfache molekulare oder ionische Substanzen.

Stellen wir uns vor, was mit einer Substanz passiert, wenn man bei niedriger Temperatur beginnt und immer mehr Wärme hinzufügt.

Fest

Bei sehr niedrigen Temperaturen gibt es praktisch keine thermische Bewegung, die ein Zusammenkleben der Moleküle verhindert. Und sie haften aufgrund verschiedener Kräfte zusammen (die einfachste: entgegengesetzt geladene Ionen ziehen sich elektrostatisch an). Wenn man sich das etwa mit vielen kleinen Magneten vorstellt, ist es offensichtlich genug, dass man eine feste Phase erhält, also eine starre Struktur, in der sich nichts bewegt.

Eigentlich aber:

• Helium gefriert bei keiner Temperatur: Sein Grundzustand an der Tieftemperaturgrenze bei atmosphärischem Druck ist ein Suprafluid . Der Grund ist, dass sich Materie mikroskopisch nicht wie diskrete Magnete oder so verhält, sondern gemäß der Quantenmechanik .
• Es gibt im Allgemeinen nicht nur einen festen Zustand. In der Magnet-Analogie kann man aus den gleichen Bauteilen völlig unterschiedliche Strukturen bauen. Ebenso ist das, was wir einfach „Eis“ nennen, eigentlich nur eine mögliche Kristallstruktur für festes Wasser, genauer gesagt Eis I _h genannt . Es gibt eine ganze Menge anderer fester Phasen.

Flüssigkeit

Wenn Sie nun die Temperatur erhöhen, ist das so, als würden Sie Ihre Magnetskulptur gründlich vibrieren lassen. Da diese Bindungen nicht unendlich stark sind, lösen sich einige von ihnen von Zeit zu Zeit, wodurch sich das Ganze verformen kann, ohne tatsächlich auseinander zu fallen. Das ist so etwas wie ein flüssiger Zustand.

Eigentlich aber:

• Nicht alle Materialien haben eine flüssige Phase (zumindest nicht bei allen Drücken). Beispielsweise sublimiert festes CO ₂ (Trockeneis) bei Atmosphärendruck, wenn man die Temperatur erhöht, dh es geht sofort in den gasförmigen Zustand über.
• Viele Materialien haben riesige Moleküle, dh die Größe der chemischen Struktur nähert sich der Größe der physikalischen Struktur. Nun, diese chemische Struktur kann auch durch Hitze losgerüttelt werden, aber das nennt man dann nicht Schmelzen, sondern Zersetzung . Kunststoffe beispielsweise zersetzen sich irgendwann zwischen 200 °C und 350 °C. Einige schmelzen vorher , dh sie haben zwei Zustände; Einige bleiben den ganzen Weg fest , sie haben im Grunde nur einen Zustand (fest).
  Ein zersetztes Material ist nicht in einen neuen Aggregatzustand eingetreten, es hat einfach aufgehört, das ursprüngliche Material zu sein .
  • Darüber hinaus haben Materialien, die nicht nur aus einer Art von Molekülen bestehen, im Allgemeinen auch keinen einfachen festen Schmelzpunkt. Es gibt einen bestimmten Bereich, in dem zwei Phasen koexistieren können. (Generell können Sie alle Arten von Emulsionen, Dispersionen, Gelen usw. haben.)

Gasförmig

Kleine und robuste Moleküle oder einzelne Atome machen sich dagegen bei hohen Temperaturen nicht so bemerkbar. Sie haben auch nicht so starke Kräfte zwischen Molekülen. Wenn Sie also stark genug schütteln, fangen sie einfach an, unabhängig voneinander rundherum zu sprudeln. Das ist dann ein Gas.

Eigentlich aber:

• Selbst die stabilsten Moleküle werden nicht überleben, wenn Sie die Temperatur hoch genug machen. Auch einzelne Atome verlieren irgendwann die Kontrolle über die Elektronen. Dadurch entsteht eine weitere Phase, ein Plasma .
• Bei ausreichend hohem Druck – über einem kritischen Punkt – ist die Gasphase nicht wirklich von der flüssigen zu unterscheiden: Sie haben nur eine überkritische Flüssigkeit . (IMO könnte dies immer noch als Gas bezeichnet werden, aber es hat einige Eigenschaften, die eher einer Flüssigkeit ähneln.)

Nun, die Frage, warum sich ein bestimmtes Material bei einer bestimmten Temperatur und einem bestimmten Druck in einem bestimmten Zustand befindet, ist nicht einfach zu beantworten. Sie benötigen statistische Physik , um das Verhalten vorherzusagen. Die entscheidenden Größen sind Energie und Entropie. Grundsätzlich neigt die zufällige thermische Bewegung dazu, Unordnung zu verursachen (die durch steigende Entropie quantifiziert wird). Bei jeder gegebenen Temperatur steht eine entsprechende Energiemenge zur Verfügung, um die Anziehungskraft zu überwinden, und innerhalb dieses Energiebudgets nähert sich das System dem Zustand mit der höchsten Entropie. Ein Festkörper hat wenig Entropie, aber wenn nicht viel Energie zur Verfügung steht, ist dies der einzig mögliche Zustand. Eine Flüssigkeit hat eine höhere Entropie, erfordert jedoch etwas Energie, um die Moleküle vorübergehend zu lösen. Ein Gas benötigt genug Energie, um die Teilchen ständig auseinander zu halten, ist aber völlig ungeordnet und hat daher viel Entropie.

Aber wie viel Energie und Entropie ein bestimmter Zustand genau hat, variiert stark zwischen den Materialien, daher kann man nicht einfach fest-flüssig-gas sagen.

Die ultimative Antwort auf eine "Warum"-Physikfrage ist "weil".

In der Physik geht es darum, die Natur zu beobachten und zu messen und dann mathematische Modelle zu finden, die zu den Messungen passen und neues Verhalten unter verschiedenen Bedingungen vorhersagen.

Weil wir diese vier Aggregatzustände beobachtet haben . Wir haben mathematische Theorien formuliert, die Thermodynamik und Quantenmechanik genannt werden und die das Verhalten von Materie beschreiben und ihr zukünftiges Verhalten vorhersagen können, zusätzlich zur Beschreibung einer Fülle anderer Verhaltensweisen (wie wir auf diesem Board kommunizieren können).

Wie dies geschieht, kann innerhalb der mathematischen Modelle erklärt werden.

1. Atome und Moleküle sind neutrale gebundene Ladungszustände und mathematisch gesehen gibt es überschwappende Kräfte , die Anziehungen und Abstoßungen erzeugen.

2. die Zustände sind quantisiert , dh die Bindungen sind nicht willkürlich und kontinuierlich, aber bestimmte Energiezustände sind stabil und andere sind nicht stabil

3. Festkörper sind, wenn sich die Energiezustände in Gitterkonfigurationen einpendeln und sich im niedrigsten Energiezustand befinden.

4. Flüssigkeiten treten auf, wenn thermodynamische Bedingungen, Temperatur und Druck so sind, dass einige der Bindungen der Gitter gelöst werden und zusätzliche Freiheitsgrade auftreten.

5. Gase treten auf, wenn Temperatur- und Druckkombinationen alle intramolekularen Energieniveaubindungen lösen und sich wie ein ideales Gas verhalten

6. Plasma tritt auf, wenn die Temperaturen und Drücke so sind, dass die Elektronen aus ihren Orbitalen ausgestoßen werden und das Gas zu Ionen und Elektronen wird.

Alle diese Prozesse werden perfekt mit Quantenelektrodynamik und Thermodynamik beschrieben, wie auch in den anderen Antworten beschrieben.

Das ist die mathematische Landkarte der Natur, in der wir uns befanden. (So zerbröckelt der Keks, so rollt der Ball, etc.) Wenn es nur eine Phase gäbe, würden andere Theorien sie beschreiben, nicht jene, die das sind beschreiben erfolgreich unsere heutige Welt.

Grundsätzlich hat die Existenz verschiedener Zustände der Materie mit zwischenmolekularen Kräften , der Temperatur ihrer Umgebung und sich selbst und der Dichte der Substanz zu tun.

Dieses Bild unten zeigt Ihnen, wie der Übergang zwischen den einzelnen Zuständen erfolgt (Phasenübergänge genannt).

Diese Übergänge erfolgen basierend auf der Temperaturänderung der Substanz

Wenn Sie nun Gase wie z. B. komprimieren (Druck erhöhen) und die Temperatur senken$CO_2$dann kann es in festem Zustand vorliegen, der allgemein als Trockeneis bezeichnet wird (5,18 bar, - 56,6 ° C).

Aber es gibt noch andere exotische Materiezustände wie Plasma und Bose-Einstein-Kondensat

Das ist eine dieser lustigen Fragen, bei denen der Karren vor das Pferd gespannt wird. Materie „existiert“ in keinem Zustand. Es tut einfach, was es tut, so wie es es tut. Menschen, die verstehen wollten, wie sich verschiedene Arten von Materie verhalten , entschieden sich dafür, ein System von drei Zuständen zu schaffen.

Diese Wahl ist der Schlüssel: Der Grund dafür, dass „Materie in 3 Zuständen existiert“, liegt darin, dass wir uns entschieden haben, sie auf diese Weise zu modellieren. Es wäre trivial zu erklären „Materie existiert in 5 Zuständen“ oder „Materie existiert in 2 Zuständen“. Wir haben uns im Allgemeinen dafür entschieden, 3 Zustände, fest, flüssig und gasförmig (plus Plasma), als „fundamental“ zu behandeln, nicht weil sie tatsächlich grundlegend für die Physik sind, sondern weil unsere Wahl dieser Unterteilungen uns hilft, vorherzusagen, wie sich die Materialien verhalten werden wenn mit ihnen interagiert wird. Zum Beispiel stellen wir fest, dass sich ein fester Gegenstand, wie ein Stein, grundlegend anders verhält als eine Flüssigkeit, wie ein Wasserstrahl, denn für die Art von Dingen, um die wir uns Sorgen machen, ist dies eine nützliche Unterscheidung. Von einem Stein ins Gesicht getroffen zu werden, ist normalerweise etwas ganz anderes, als mit Wasser bespritzt zu werden.

Wir haben Gründe dafür, warum diese Zustände auftreten, basierend auf dem Konzept der intermolekularen Kräfte. In einem Festkörper haben Moleküle sehr wenig Bewegungsfreiheit, weil die intermolekularen Kräfte sie einfangen. Feste Dinge haben ein starres Verhalten. In einer Flüssigkeit haben Moleküle genügend Bewegungsfreiheit, um sich überall in einem Volumen zu bewegen, aber die intermolekularen Kräfte haben immer noch einen großen Einfluss auf ihr Verhalten. Diese Mobilität führt zu Eigenschaften, die wir für wichtig genug hielten, um sie zu kategorisieren, wie zum Beispiel Fließfähigkeit. In Gasen haben Moleküle so viel Bewegungsfreiheit, dass die intermolekularen Kräfte eher zu einer Randnotiz werden, wenn es darum geht, ihr Verhalten vorherzusagen.

Was wir festgestellt haben, ist, dass die Grenzen zwischen diesen Verhaltensweisen in vielen Fällen ziemlich scharf sind. Der Übergang zwischen fest zu flüssig oder flüssig zu gasförmig findet in der Regel sehr nahe an einer bestimmten Temperatur statt. Nein, ich sage nah: Der Prozess des Kochens oder Gefrierens ist ein statistischer, kein exakter.

Für das meiste, was wir tun, sind diese beiden Unterteilungen, zwischen fest und flüssig und zwischen flüssig und gasförmig, effektiv genug, um uns dabei zu helfen, das Universum zu verstehen, dass wir sie als „fundamental“ betrachten. Allerdings sind sich nicht alle einig. Hochenergiephysiker betrachten den Fall, in dem die thermische Energie eines Gases so hoch wird, dass es anfängt, seine eigenen Elektronen abzustreifen und nichts als ein Bündel von Ionen wird. Dieses Material verhält sich so anders als Gas, dass sie es zu einem neuen „fundamentalen“ Typ erklärt haben (zum einen wird es von Magnetfeldern beeinflusst!).

Es hat sich herausgestellt, dass die Eigenschaften vieler Materialien durch diese Kategorien gut beschrieben werden, also behalten wir sie bei!

Auf der anderen Seite gibt es viele Fälle, in denen „solide“ nicht ausreicht, um die Verhaltensweisen zu erfassen, die uns wichtig sind. In diesen Fällen passen wir uns an. Mein Lieblingsbeispiel ist Schokolade, denn Schokolade ist ein seltsames Materialtier. Sie können es schmelzen (fest zu flüssig) und die Schokoladenfettkristalle verschwinden wie erwartet. Einige Kristallstrukturen sind jedoch robuster als andere und erfordern höhere Temperaturen. Ebenso bilden sich die Kristalle beim Abkühlen bei unterschiedlichen Temperaturen. Dies führt zu einer bemerkenswerten Chemie. Wie sich herausstellt, gibt es 6 „Polymorphe“ des Schokoladenfettkristalls, jede mit ihren eigenen Eigenschaften. Von ihnen eignet sich nur Form V zum Chocolatering. Es ist der Kristall, der das charakteristische bissig-knusprige Gefühl hat, das wir von Schokolade erwarten.

Wenn man also Schokolade temperiert, erhöht man zuerst die Temperatur, um alle Kristalle zu schmelzen. Dann reduziert man die Temperatur, um es abzukühlen und Kristalle zu bilden (je mehr desto besser). Wenn die Fette fest werden, bilden sich alle Arten von Kristallen, Form I bis Form V (Form VI ist anders und wird mit Blühen in Verbindung gebracht). Danach erhöhen Sie die Temperatur auf zwischen 81,1 F und 92,8 F, was dem Schmelzpunkt von Form IV bzw. dem Schmelzpunkt von Form V entspricht. Dadurch schmelzen alle Kristalle von Form I bis Form IV, aber die Kristalle von Form V bleiben erhalten. Dann gießt man die Schokolade ein und lässt sie abkühlen, wobei nur Kristallstrukturen der Form V zurückbleiben.

Beachten Sie, dass sich alles, worüber ich gesprochen habe, mit Festkörpern und Kristallwachstum befasste. Während des gesamten Prozesses würde der durchschnittliche Laie dieses Material als „flüssig“ bezeichnen, aber ich friere und schmelze ständig Dinge in diesem flüssigen Zustand. Das einfache Konzept „flüssig“ reicht einfach nicht aus.

Um zu versuchen, das zu beantworten, was meiner Meinung nach Ihre zugrunde liegende Frage ist, und nicht die spezifische Formulierung, die Sie verwenden ...

Die elektromagnetischen Kräfte sind nur so stark. Nehmen wir an, Sie haben eine Kiste, die halb mit einem Molekül gefüllt ist. Elektromagnetismus hält die einzelnen Atome zusammen (hält die Elektronen an die Kerne gebunden) und hält die Moleküle selbst zusammen (was vereinfacht gesagt eigentlich dasselbe ist wie im vorherigen Fall - der Schlüssel liegt darin, die Elektronen wieder an die Kerne gebunden zu halten; es ist nur so, dass die Elektronen bis zu einem gewissen Grad zwischen zwei Kernen gleichzeitig geteilt werden). Schließlich können die Moleküle im Körper durch die gleichen elektromagnetischen Kräfte zusammengehalten werden, um Feststoffe oder Flüssigkeiten zu bilden.

Bei Aggregatzuständen sprechen wir meist am häufigsten von Wärme und Druck. Der Einfachheit halber werde ich die beiden zusammenführen - es ist in der Praxis nicht sehr nützlich, aber mal sehen, wo wir hinkommen. Wir haben bereits gesagt, dass die einzelnen Moleküle (nehmen wir vorerst an, dass alle Materie aus Molekülen besteht) eine Art Anziehungskraft zwischen sich haben. Diese "Bindungen" haben eine bestimmte potentielle Energie - im Grunde ein Maß dafür, wie viel Energie Sie hinzufügen müssen, um die "Bindung" zu brechen. Beispielsweise hält ein Stickstoffmolekül viel stärker zusammen als ein Sauerstoffmolekül, sodass Sie zum Abbau von Stickstoff mehr Energie benötigen als zum Abbau von Sauerstoff. Eine Möglichkeit, Wärme zu betrachten, ist die durchschnittliche kinetische Energie der einzelnen Teile, aus denen Materie besteht. was nützlich ist, wenn man über die Zustände der Materie nachdenkt. Je höher die Hitze, desto größer ist die Wahrscheinlichkeit, dass jede gegebene "Kollision" genug Energie hat, um diese intermolekulare "Bindung" zu brechen, die den Zustand bestimmt.

Angesichts der vier Grundzustände der Materie gilt dann:

1. Fest – die Bindungen zwischen den einzelnen Molekülen sind viel stärker (benötigen mehr Energie zum Aufbrechen) als die Hitze. Die Moleküle bilden somit eine relativ starre Struktur, in der Moleküle "an Ort und Stelle bleiben".
2. Flüssigkeit - die Bindungen zwischen den einzelnen Molekülen sind stark genug, um eine Oberfläche zu halten. Sie sind schwach genug, dass die zufälligen Wärmeeffekte die Bindungen kontinuierlich aufbrechen und neu bilden, sodass sich die Moleküle relativ frei bewegen können, anstatt in der starren Struktur eines Festkörpers an Ort und Stelle gehalten zu werden. Sie behalten keine makroskopische Form bei, aber ihr Volumen ist ziemlich konstant. Dies funktioniert in beide Richtungen - sie dehnen sich nicht wie Gase aus und komprimieren sich kaum.
3. Gas - die Bindungen zwischen den einzelnen Molekülen sind nicht mehr stark genug, um dem Gas eine Struktur zu geben. Die einzelnen Moleküle interagieren kaum miteinander, und Gase dehnen und komprimieren sich dadurch leicht. Wenn Sie ein Gas ausreichend komprimieren, erhalten Sie eine Flüssigkeit (und schließlich einen Feststoff) - Sie zwingen im Grunde die einzelnen Moleküle, nahe genug heranzukommen, und verstärken die intramolekularen Kräfte durch äußeren Druck.
4. Plasma - die Hitze ist so groß, dass sie nicht nur alle Bindungen zwischen Molekülen auflöst, sie bricht auch die Moleküle auseinander und löst Elektronen aus den einzelnen Atomen. Insgesamt verhält sich Plasma ähnlich wie ein Gas, mit einigen zusätzlichen interessanten Eigenschaften.

Alles in allem ist es ein Gleichgewicht zwischen allen Kräften, die auf die Bestandteile der Materie einwirken. Stellen Sie sich die windgeblasene Lotteriemaschine vor, mit einem Fächer auf der Unterseite und einem Haufen Bälle. Und nur um es ein bisschen realer zu machen, stellen Sie sich vor, die Bälle wären klebrig. Wenn Sie den Luftstrom vom Lüfter erhöhen, sehen Sie (in einer Reihenfolge):

1. Kugeln sitzen und wackeln auf dem Boden - ein "Festkörper". Die Klebrigkeit reicht aus, um eine Bewegung zu verhindern.
2. Bälle springen herum und bewegen sich, bleiben aber meistens am Boden - eine "Flüssigkeit". Die Klebrigkeit reicht nicht mehr aus, um eine Bewegung zu verhindern, aber sie hält die Masse immer noch zusammen, zusammen mit dem Druck der Schwerkraft.
3. Bälle springen den ganzen Weg um den Behälter herum, prallen von den Wänden ab (und voneinander, aber vergessen Sie nicht, dass Moleküle im Vergleich zu den Bällen absurd winzig sind - ein echtes Gas bekommt nicht allzu viele Kollisionen) - ein "Gas" . Weder die Klebrigkeit noch die Schwerkraft sind stark genug, um die Bewegung der Kugeln weiter einzuschränken.
4. Die klebrige Oberfläche wird von den Kugeln abgeblasen und bewegt sich frei über den gesamten Behälter - ein "Plasma".

Der Luftstrom des Lüfters ist das „Wärme“-Analogon, und die Kraft der Schwerkraft liefert uns den Druck. Erhöhen Sie die Schwerkraft, und die Kugeln bleiben bei höheren Luftströmen ("Temperaturen") fest oder flüssig. Erhöhen Sie die Klebrigkeit ("elektromagnetische Kraft" - in Wirklichkeit haben verschiedene Moleküle unterschiedliche Klebrigkeit), und die Kugeln bleiben bei höheren Luftströmen fest oder flüssig.

Ich bin mir nicht ganz sicher, was Sie fragen, aber ich kann den Unterschied zwischen den drei gemeinsamen Aggregatzuständen auf einer qualitativen Skala erklären:

Fest: Moleküle gehen Bindungen mit benachbarten Molekülen ein, nur sehr wenige dieser Bindungen werden zu einem bestimmten Zeitpunkt gebrochen.

Flüssigkeit: Moleküle bilden die meiste Zeit Bindungen mit benachbarten Molekülen, aber es ist genug Energie vorhanden, um die Bindungen vorübergehend zu lösen und mit einem anderen Molekül wieder zu bilden.

Gas: Moleküle kommen sich fast nie nahe genug, um miteinander zu interagieren.

Um eine Bindung zu bilden, wird Energie freigesetzt, um eine Bindung zu lösen, wird Energie verbraucht. Wenn die Energie (dargestellt durch die Temperatur) einer Materie (wie Wasser) hoch ist, tendiert der Zustand zu Flüssigkeit und Gas, und wenn genug Energie in Form von Wärme gegeben wird, werden alle Bindungen an einzelnen Molekülen aufbrechen und dieses Molekül aus der Flüssigkeit oder dem Feststoff in Gas freisetzen.

Der Grund, warum es auf der Erde mehrere Materiezustände gibt, liegt darin, dass die Erde Materie enthält, die bei unterschiedlichen Temperaturen schmilzt/verdampft, und die Erde an verschiedenen Orten unterschiedliche Temperaturen hat.

Denn im Allgemeinen reagiert der Aggregatzustand unterschiedlich auf Wärme. Beispielsweise ist Wasser bei Zimmertemperatur flüssig. Dem Wasser wird die Hitze ausreichend entzogen und irgendwann (zB am Gefrierpunkt) wird es fest (zB Eis). Erhitzen Sie das Eis erneut und es wird wieder flüssig. Fügen Sie noch mehr Wärme hinzu und es wird zu einem Gas. Wenn Sie weiter Wärme hinzufügen, wird es schließlich einen Plasmazustand erreichen.

Warum ein Stein bei verschiedenen Temperaturen fest und Wasser flüssig ist (oder beide fest sind), liegt daran, dass verschiedene Atome unterschiedliche Reaktionen auf andere Atome und Bedingungen haben, in denen sie existieren. Es ist ein bisschen so, als würde man fragen, warum zwei verschiedene Menschen unter den gleichen Bedingungen/Umständen unterschiedlich denken – obwohl beide Menschen sind, ist das, was sie voneinander unterscheidet, daran beteiligt, warum beide nicht auf die gleiche Weise reagieren.

Bisher hat niemand die Frage wörtlich interpretiert, also werde ich:

"Warum kann nicht alle Materie [auf der Erde] nur in einem Zustand existieren (dh fest/flüssig/gasförmig)?"

Das könnte es, aber dann wären wir nicht mehr am Leben, um es zu beobachten. Das Leben ist ein Nichtgleichgewichtsphänomen. Es gibt sicherlich Orte im Universum, an denen sich alle Materie (mehr oder weniger) im gleichen Zustand befindet, aber sie sind kalt (oder sehr heiß) und tot.

Das Pauli-Ausschlussprinzip – keine zwei Fermionen können im selben Zustand sein.

Das und das Zeug ist faul: es „mag“ in einem Niedrigenergiezustand zu sein.

Diese erzeugen zusammen mit den Kräften zwischen den Teilchen einige Sätze statistischen Verhaltens für eine große Anzahl von Teilchen. Wann und ob sie einen dieser Zustände erreichen, hängt von den jeweiligen Eigenschaften der jeweiligen Teilchen ab.

Unter Plasma sind die Energieniveaus der Elektronen so, dass sie alle in den Potentialtopf verschiedener Kerne "passen". Faulheit lässt sie in diesen niedrigen Energiezustand gehen. Pauli Exclusion lässt sie übereinander stapeln.

Beim Übergang in Plasma haben die Elektronen so viel Energie, dass sie leere Zustände unter sich hinterlassen. Wenn ein Elektron in ein solches Loch fällt (ein Photon aussendet), nimmt es schnell mehr Energie von den anderen herumschwebenden Photonen auf und wird wieder herausgeschleudert. Es ist genug Energie vorhanden, damit Elektronen und Kerne unabhängig voneinander agieren können. Sie können Plasma in Ihrem täglichen Leben sehen, indem Sie etwas anzünden.

Wenn die verfügbare Energie sinkt, stapeln sich die Elektronen auf den verfügbaren Zuständen um die Kerne herum. In diesem Zustand bewegen sich die Atome (Kerne + Elektronen) oder Moleküle (fest elektrisch gebundene Ansammlungen von Atomen) frei und prallen manchmal aneinander ab. Dies wird als Gaszustand der Materie bezeichnet.

Wenn sich die Elektronen meistens in ihrem niedrigsten Energiezustand befinden, hören sie gewissermaßen auf, wichtig zu sein. Eine ganze Reihe von "Freiheitsgraden" gehen weg.

Jedes Atom / Molekül hat immer noch viele niedrigere Energiezustände, in die es gehen kann, aber ähnlich wie oben, wenn ein Atom / Molekül in niedrigere Energiezustände eintritt, wird es oft von einem sich schneller bewegenden anderen Teilchen / Photon in einen höheren Energiezustand "geschleudert". es schlagen.

Jetzt weniger Energie. Jetzt bewegen sich die eng gekoppelten Atome oder Moleküle langsam genug, dass die niederenergetischen Zustände in ihrer Nähe voll von anderen Atomen oder Molekülen sind. Sie fangen an, sich mit den Atomen und Molekülen in der Nähe zu verbinden, und nur wenige haben die Energie, einfach "wegzugehen". Wenn Sie es weiter komprimieren, gibt es nicht genug Löcher, um die Atome / Moleküle hineinzupassen, also drückt es zurück. Wenn Sie es dekomprimieren, eröffnet das höhere Volumen neue Zustände, in die Atome / Moleküle gleiten können, sodass Energie angesaugt wird.

Dieser flüssige Zustand ist relativ volumenkonstant, wobei viel Energie aufgesogen wird, wenn Sie versuchen, seine Dichte zu verringern oder zu erhöhen. Es erfordert viel Druck, um es zu komprimieren.

Es gibt jedoch immer noch genügend Zustände, damit sich die einzelnen Atome / Moleküle in einem angemessen schnellen Tempo bewegen können.

Jetzt weniger Energie. Nun steckt jedes Molekül/Atom in einer Falle fest. Die Bewegung in jede Richtung wird durch andere Partikel in der Nähe eingeschränkt – Ihr Molekül drückt also gegen das Molekül in die Richtung, in die es sich bewegt, und prallt zurück. Das macht die Sache starr . Langstreckenreisen für Moleküle/Atome werden äußerst unwahrscheinlich. Das Erhöhen/Verringern der Lautstärke wird normalerweise noch energischer.

In Metallen wirken die am wenigsten gebundenen Elektronen in den Molekülen/Atomen etwas flüssigkeitsähnlich, indem sie von einem zum anderen fließen können, da in der Nähe ähnliche Energiezustände verfügbar sind.

Dies sind nicht die einzigen Aggregatzustände, sondern die häufigsten Aggregatzustände, mit denen wir interagieren. Wir können Bose-Einstein-Kondensat, Quark-Gluon-Plasma, elektronenentartete Materie (Weiße Zwerge) usw. usw. haben. Selbst bei unseren typischen Temperaturen und Drücken können Tripelzustände erreicht werden, in denen sich die Dinge wie eine Mischung der oben genannten verhalten.

Sie werden bemerken, dass ich oben von Molekülen und Atomen und Elektronen spreche. Moleküle sind Bindungen, die auftreten können, bevor "makroskopisches" Verhalten auftritt, aber wie alles andere kann es an der Grenze unscharf werden. Moleküle können groß genug werden, um makroskopisch zu sein (und Kristalle sind wohl genau das), und das Hinzufügen von Energie zum System kann dazu führen, dass sie auseinanderbrechen, bevor groß angelegte statistische Änderungen im Partikelverhalten auftreten können.