В двух предыдущих главах мы рассматривали вопросы о закономерностях, определяющих строение и свойства отдельных, не взаимодействующих друг с другом атомов или молекул. Однако на практике приходится иметь дело не с одной изолированной частицей, а с большим числом частиц. Совокупность большого числа частиц (атомов, молекул или ионов) называется ее- веществом.

Вследствие того что частицы вещества взаимодействуют между собой, вещества имеют сложное строение. В зависимости от характера взаимодействия частиц, образующих вещество, различают четыре агрегатных состояния: твердое, жидкое, газообразное и плазменное. Как правило, взаимодействия частиц в плазменном и газообразном состояниях являются более слабыми, чем в жидком или твердом состояниях.

Если вещество находится при очень низкой температуре, частицы его обычно образуют правильную геометрическую структуру, в таком случае энергии связей частиц обычно больше энергии тепловых колебаний, которые не нарушают образовавшуюся структуру, — вещество существует в твердом состоянии.

При повышении температуры энергия тепловых колебаний частиц возрастает, и для каждого вещества имеется температура, начиная с которой энергия тепло- колебаний превышает энергию связей. Связи между частицами постоянно разрушаются и вновь образуются. Частицы могут совершать различные движения (колебательные, вращательные и т. д.), смещаясь относительно друг друга. Однако они еще остаются в контакте, хотя правильная геометрическая структура частиц нарушается — вещество существует в жидком состоянии.

При дальнейшем повышении температуры тепловые колебания увеличиваются, в результате частицы становятся практически не связанными друг с другом. Вещество переходит в газообразное состояние. В «идеальном» газе частицы свободно перемещаются во всех направлениях.

Следовательно, при повышении температуры вещества переходят из упорядоченного состояния (твердое) в неупорядоченное состояние (газообразное); жидкое состояние является промежуточным.

Когда вещество нагрето до температуры в несколько тысяч градусов (порядка 5000—10000°К), энергия столкновения между частицами столь велика, что молекулы разрушаются, а атомы могут терять электроны. В результате образуется газ, в котором значительная часть атомов или молекул ионизирована. Такой газ, состоящий из Смеси нейтральных атомов и молекул, ионизированных частиц и свободных электронов, получил название плазма. Это название было предложено в 1923 г. американскими физиками И. Ленгмюром и Г. Тонксом. В настоящее время плазма рассматривается как четвертое агрегатное состояние вещества.

В последние годы в связи с решением ряда практических задач науки и техники исследование веществ в плазменном состоянии приобрело важнейшее и первостепенное значение. В качестве примера укажем, что плазма образуется при электрических разрядах в газах, при работе некоторых типов квантовых генераторов (газовых лазеров), при вхождении космических аппаратов в плотные слои атмосферы и т. д.

Вместе с тем это и наиболее распространенное состояние вещества в природных условиях. Так, Солнце и все звезды представляют собой не что иное, как гигантские сгустки высокотемпературной плазмы. Верхний слой атмосферной оболочки Земли также состоит из плазмы — это так называемая ионосфера.

Несмотря на то, что в настоящее время в химии уже образовалась интереснейшая область — плазмохимия, химикам все же больше приходится иметь дело с веществами в твердом, жидком и газообразном состоя­ниях, поэтому в дальнейшем плазма рассматриваться не будет.