حالت های ماده(جامد - مایع - گاز - پلاسما - چگال بونز یا انیشتین - چگال فرمیونی)

بررسی حالت های پنج گانه­ی ماده .

تا کنون با سه شکل ماده آشنا شده اید: گاز، مایع و جامد.
ولی این ها تمام حالت های ماده نیستند. اشکال ماده به طور کلی عبارتند از : جامد ,مایع ,گاز ,پلاسما و ماده­ی چگال بونز -انیشتین- و حالت تازه کشف شده یعنی ماده‌ي چگال فرمیونی.

جامد
مواد جامد در برابر تغییر شکل مقاومت می کنند و آنها سفت و شکننده هستند.
برای درک چگونگی این موضوع می توان جامدات را این گونه تعریف کنیم.
در حالت جامد ، نیروهای بین مولکولی ، بقدری قوی تر از انرژی جنبشی هستند که باعث سخت شدن جسم در نتیجه عدم جاری شدن آن میگردند. جامدات شکل و حجم معینی دارند. در جامدات فاصله‌ي مولکول ها مانند فاصله­ی آنها در مایع است. جامدات نمی توانند مانند وضعیتی که حالات مایع و گاز دارند، آزادانه به اطراف حرکت کنند . بلکه،در جامد، مولکول ها در مکان های خاصی قرار میگیرند و فقط میتوانند در اطراف این مکانها حرکت نوسانی رفت و برگشتی بسیار کوچک انجام دهند.
این حرکت نوسانی ، بخصوص در جامدات بلورین ، کاربردهای صنعتی و علمی زیادی را برای این دسته از مواد به دنبال دارد.

مایع
در حالت مایع ، مولکول ها به هم نزدیک تر بوده، بطوری که نیروهای بین آنها قوی تر از انرژی جنبشی آنان میباشد. از طرف دیگر ، نیروها آنقدر قوی نیستند که قادر به ممانعت از حرکت مولکول ها گردند. از این روست که جریان مایع از ظرفی به ظرف دیگر شدنی است، اما نسبت سرعت جاری شدن آب در مقایسه با مایعات دیگر از قبیل روغنها و گلسیرین بسیار متفاوت است که این تفاوت در سرعت جاری شدن ، میزان مقاومت یک مایع در مقابل جاری شدن ،(یعنی ویسکوزیته­ی آن) خوانده می شود. بنابراین مایعات حجم معین و شکل نامعینی دارند.
فاصله­ی مولکول ها در مایعات در مقایسه با گازها بسیار کم است. در مایعات مولکول ها به اطراف خود حرکت می کنند و به سهولت روی هم می لغزند و راحت جریان پیدا می کنند. مواد مایع با قابلیت شکل پذیری و جریان یافتن در شبکه های ریز ، کاربردهای زیادی در صنعت پیدا کردهاند.

گاز
به طور کلی می توانیم گازها را اینگونه تعریف کنیم ؛
گاز ها ساده متراکم می شوند (در اصطلاح میگوییم کم چگالند) و نه تنها شکل ظرف خود را می گیرند بلکه آنقدر منبسط می شوند تا ظرف را کاملا پر کنند.
اما اگر بخواهیم گازها را بهتر بشناسیم می توانیم بگوییم که ؛
حالت فیزیکی مواد در شرایط فشار و درجه­ی حرارت طبیعی ، بستگی به اندازه­ی مولکولی و نیروهای بین آن دارد. اگر مقدار کمی از یک گاز ، در یک تانک نسبتا بزرگ قرار گیرد، مولکول های آن با سرعت در سرتاسر تانک پخش میشوند. پخش سریع مولکولهای گاز به این مغنی است که نیروهای موجود بین مولکول ها ، بسیار ضعیف تر از انرژی جنبشی آن است و از آنجایی که ممکن است مقدار کمی از یک گاز در سرتاسر تانک یافت شود، نشان دهنده­ی آن است که مولکولهای گاز باید نسبتا از هم فاصله گرفته باشند. بنابراین گازها شکل و حجمشان بستگی به ظرفی دارد که در آن جای دارند.
در حالت گازی ، مولکولها آزادانه به اطراف حرکت کرده و با یکدیگر و نیز با دیواره­ی ظرف برخورد میکنند. فاصله­ی مولکول ها در حالت گازی در ده ها برابر فاصله­ی آن ها در حالت مایع و جامد است. اگر درِ یک ظرف نوشابه­ی پلاستیکی را بسته و آنرا متراکم کنید و سپس آن را با آب پر کرده و دوباره سعی کنید که آن را متراکم کنید، در حالت اول به علت فاصله­ی زیاد بین مولکول ها در گاز ، متراکم کردن آن سنگین تر و سخت تر صورت میگیرد، در صورتی که در حالت دوم چنین نیست.

پلاسما
حالت چهارم ماده پلاسما ,شبیه گاز است و از اتم هایی تشکیل شده است که تمام یا تعدادی از الکترون های خود را از دست داده اند (یونیده شده اند) .
بیشتر مواد جهان در حالت پلاسما هستند مانند خورشید که از پلاسما تشکیل شده است. پلاسما اغلب بسیار گرم است و می توان آن را در میدان مغناطیسی به دام انداخت.
اما در تعریفی کلی از پلاسما باید گفت که ؛ پلاسما حالت چهارمی از ماده است که دانش امروزی نتوانسته آنها را جزو سه حالت دیگر پندارد و مجبور شده آن را حالت مستقلی به حساب آورد. پدیده های طبیعی زیادی از جمله آتش ، خورشید ، ستارگان و غیره در رده حالت پلاسمایی ماده قرار میگیرند.
پلاسما شبیه به گاز است، ولی مرکب از ذرات باردار متحرکی به نام یون است. یون ها بشدت تحت تاثیر نیروهای الکتریکی و مغناطیسی قرار میگیرند. مواد طبیعی در حالت پلاسما عبارتند از انواع شعله ، بخش خارجی جو زمین ، اتمسفر ستارگان ، بسیاری از مواد موجود در فضای سحابی و بخشی از دم ستاره دنبالهدار و شفق های قطبی شمالی که نمایش خیره کننده ای از حالت پلاسمایی ماده است که در میدان مغناطیسی جریان مییابد.

چگال بوز – اینشتین
حالت پنجم با نام ماده چگال بوز-اینشتین(Booze-Einstein condensate) که در سال ۱۹۹۵ کشف شد، در اثر سرد شدن ذراتی به نام بوزون ها (Bosons)تا دماهایی بسیار پایین پدید می آید. بوزون های سرد در هم فرومی روند و ابر ذره های که رفتاری بیشتر شبیه یک موج دارند تا ذره های معمولی ، شکل میگیرد. ماده­ی چگال بوز-اینشتین شکننده است و سرعت عبور نور در آن بسیار کم است.

چگال فرمیونی
حالت تازه هم ماده چگال فرمیونی (Fermionic condensate) است. “دبورا جین” (Deborah Jin) از دانشگاه کلورادو که گروهش در اواخر پاییز ۱۳۸۲ ، موفق به کشف این شکل تازه ماده شده است، می گوید”: وقتی با شکل جدیدی از ماده روبرو می شوید، باید زمانی را صرف شناخت ویژگی هایش کنید. آن ها این ماده­ی تازه را با سرد کردن ابری از پانصدهزار اتم 
در این حالت اتمهای پتاسیم بدون آنکه چسبندگی میان آنها وجود داشته باشد ، بصورت مایع جریان یافتند . هر دو حالت از اتمهایی تشکیل شده اند که این اتم ها در دمای پایین به هم می پیوندند و جسم واحدی را تشکیل می دهند