基于等离子态的四种物质状态，等离子态

2024-05-06 22:28:36 0 0

物质状态是指一种物质出现不同的相。

分类形式（1）在固态时，物质拥有固定的形状和容量；而在液态时，物质维持固定的容量但形状会随容器的形状而改变；气态时，物质不论有没有容量都会膨胀以进行扩散。

分类形式（2）分子之间的相互关系作分类。固态是指因分子之间相互的吸力因而只会在固定位置震动。而在液体的时候，分子之间距离仍然比较近，分子之间仍有一定的吸引力，因此只能在有限的范围中活动。至于在气态，分子之间的距离较远，因此分子之间的吸引力并不显著，所以分子可以随意活动。等离子态，是在高温之下出现的高度离化气体。而由于相互之间的吸力是离子力，因而出现与气体不同的性质，所以等离子态被认为是第四种物质状态。

假如有一种物质状态不是由分子组成而是由不同力所组成，科学家会考虑成一种新的物质状态。例如：费米凝聚和夸克-胶子浆。

用相图表达的物质状态。

物质状态亦可用相的转变来表达。相的转变可以是结构上的转变又或者是出现一些独特的性质。根据这个定义，每一种相都可以其他的相中透过相的转变分离出来。超导电性便是由相的转变引伸出来，因此便有超导电性的状态。同样，液晶体状态和铁磁性状态都是用相的转变所划分出来并同时拥有不一样的性质。

三大基本物质状态+等离子态（四态）

（一）固态

分子在固体时的排列情况

粒子（包括离子、原子或者分子）都是紧密排列。粒子之间有很强的吸力，所以只能在原位震动。因而令固体拥有稳定、固定形状和固定容量的特性，只有因施力而切断或打碎时才可改变它的形状。在晶体固体中，粒子（包括原子、分子、和离子）都是以三维空间的结构排列，而同一种物质可以排列成不同形式晶体结构。例如铁在摄氏912度下是面心立方，摄氏912至1394度之间便是体心立方。又例如冰，已知有关冰的晶体结构有15种，这15种的固体物质状态分别存在于不同的温度和压力之下。在物质状态的转变过程中，固体会透过熔化变成液体，相反液体会凝固成固体。如果由固体直接转变为气体，例如在大气压力下的二氧化碳，我们称之为升华，反之则是凝华。

（二）液态

经典单原子液体的结构；原子有许多最近的邻居接触，但没有远距离顺序

在温度和气压是常数的情况下，液体的容量是固定的。当固体加热到熔点之上时，便会成为液体。内分子（内原子或者内离子）之间的力仍然不可忽略，但分子有足够的能量，因而可以有相对运动，结构亦是流动的。液体的形状是不定的，由容器的大小来决定。一般情况下液体的容量会比它在固体时要大，水（H2O）是一个反例，因为水从0-4摄氏下密度上升并达到顶点。而物质以液体存在的最高温度和最高压力分别名为临界温度和临界压力。

（三）气态

分子在气体时的排列情况

气体分子之间的空间很大。气体分子的键很弱或根本没有键。“气体”中的分子可以自由，快速地移动。

在气态中，分子拥有足够多的动能，因而内分子力的影响相对减少（对于理想气体会是0），分子之间的距离亦较远。气体并没有限定的形状和容量，但是它会占据整个密封的容器。液体可以透过在常压下加热到沸点或者在常温下减压而转变成气体。当气体温度低过临界温度时，这种气体称为蒸气，可以单单透过加压而变成液体。如果气体的压力等同液体的蒸气压，两者便可达致平衡，固体亦然。当一种气体的温度和气压分别超越自身的临界压力及临界温度时便成为超临界流体（SCF）。它拥有气体的特性，同时是一种高密度的溶剂，因此而工业中有不少用途。例如超临界二氧化碳可用透过超流体抽取法去抽取咖啡因，从而制造出脱咖啡因的咖啡。

（四）等离子态

在等离子体中，电子从其原子核中剥离，形成电子“海”。这使其具有导电能力。

像气体一样，等离子体也没有确定的形状或体积。与气体不同，等离子体具有导电性，会产生磁场和电流，并对电磁力产生强烈反应。带正电的原子核在自由移动的解离电子的“海”中游动，类似于这种电荷存在于导电金属中的方式，其中该电子“海”使处于等离子体状态的物质能够导电。

气体通常以两种方式之一转换为等离子体，例如，通过两点之间的巨大电压差或将其暴露在极高的温度下。将物质加热到高温会导致电子离开原子，从而导致存在自由电子。这产生了所谓的部分电离的等离子体。在非常高的温度下，例如恒星中存在的温度，可以假定基本上所有的电子都是“自由的”，并且非常高能的等离子体基本上是在电子海中游动的裸核。这形成了所谓的完全电离的等离子体。

等离子体状态常常被误解，尽管在正常情况下在地球上并不是自由存在的，但它通常是由闪电，电火花，荧光灯，霓虹灯或等离子电视产生的。太阳的日冕，某些类型的火焰和恒星都是等离子状态下被照明物质的示例。

总结一下“四态”，这张图是从能量增长的角度对四态进行分类。其中等离子态就是说能量（温度）高到一定程度，原子失去了电子的状态。