Твердое, жидкое, газообразное

Каждому, вероятно, известно происхождение температурной шкалы Цельсия: за ее основу принят интервал между температурами кипения и замерзания воды, поделенный на сто равных частей – градусов.

Вода была избрана для такой цели как одно из самых распространенных на Земле веществ. Заменить ее в этом отношении могло бы множество других соединений или простых веществ, стоило только, взяв какое-то из них, определить для него две точки: плавления и парообразования, которые указывают для взятого вещества три интервала на оси температур, где оно находится в одном из трех агрегатных состояний – твердом, жидком или газообразном.

В одном из трех… Не задумывались ли вы, почему три, а не два или, скажем, пять? Чтобы ответить на этот вопрос, обратимся к теории молекулярного строения вещества.

Умозрительно можно представить себе два предельных варианта взаимодействия молекул: первый – когда они жестко связаны друг с другом, второй – когда между ними отсутствуют какие-либо связи.

В первом случае молекулы, как нетрудно заметить, занимают строго определенные положения в пространстве и относительно мало подвержены действию внешних условий. Чтобы изменить порядок их сорасположения, приходится прилагать довольно значительные усилия. Это не что иное, как твердое агрегатное состояние.

Во втором случае молекулы, очевидно, могут находиться друг от друга на сколь угодно больших расстояниях, и, следовательно, в зависимости от внешних условий вещество, ими образованное, может занимать самые различные объемы, причем по своему желанию мы можем изменять этот объем в широких пределах. Это не что иное, как газообразное состояние.

Возможен и промежуточный вариант, при котором силы межмолекулярного взаимодействия таковы, что их оказывается достаточно для того, чтобы держать сами молекулы в едином ансамбле, но уже не хватает для того, чтобы придать такому ансамблю строгую упорядоченность. В подобном состоянии вещество занимает определенный объем (поскольку молекулы сколько угодно далеко друг от друга разбежаться не могут), однако в силу куда большей, нежели в твердом состоянии, подвижности молекул обретает только ту форму, которую продиктуют ему пространственные ограничения (скажем, стенки сосуда) препятствующие движению молекул. И вещество в этом случае примет форму сосуда, в котором находится. Это не что иное, как жидкое состояние.

Если рассматривать смену агрегатных состояний по мере того, как повышается температура вещества, то начать, очевидно, надо с твердого состояния, в котором между молекулами в их взаимодействии реализуется полный порядок.

Твердое агрегатное состояние

Первый вариант сосуществования молекул как уже говорилось, это такой, при котором, каждый участник молекулярного ансамбля занимает довольно устойчивое, фиксированное положение в пространстве. При достаточном охлаждении этого можно добиться для любого вещества.

Оказывается, вещества с таким типом взаимодействия между молекулами могут быть подразделены на две большие группы: первая — когда, зная положение в пространстве определенной и притом относительно небольшой группы молекул (или атомов), можно точно предсказать и положение других членов ансамбля; вторая — когда подобное предсказание оказывается невозможным.

Для первой группы характерно то, что порядок сорасположения молекул или атомов в малом объеме вещества поступательным образом распространяется на всю его толщу. Здесь господствует, если прибегнуть к строгому термину, дальний порядок. У веществ второй группы дальнего порядка нет. В первом случае говорят, что вещество обладает той или иной кристаллической решеткой. Ее наименьший фрагмент, повторением которого можно образовать ее всю, называется ячейкой решетки.

Логично предположить, что вещества первого типа при переходе в твердое состояние будут принимать какие-то строго определенные формы (связанные со строением решетки) – кристаллические вещества; а вот вещества второго типа четких форм образовывать не будут и скорее всего станут выделяться в виде бесформенных масс – аморфные вещества.

Примерами кристаллических веществ могут служить поваренная соль и квасцы, кристаллизующиеся соответственно в форме квасцов и октаэдров, вещества второго типа – клей, каучук, стекло.

Когда мы будем нагревать вещества обоих типов, то в первом случае связи между молекулами (а стало быть, и вся кристаллическая решетка) в разных местах будут разрушаться одновременно, поскольку они совершенно эквивалентны, и переход из твердого состояния в жидкое произойдет при строго определенной температуре. Во втором случае при какой-то температуре часть молекул приобретает способность к более или менее свободному перемещению, другая же еще нет (связи-то между молекулами из-за отсутствия четких закономерностей в пространственной ориентации неэквивалентны друг другу!), и в результате переход из твердого состояния в жидкое окажется растянутым на какой-то диапазон температур. У аморфных тел просто не удается четко разделить два этих агрегатных состояния.

Скажем, при 1200*С оконное стекло похоже на сахарный сироп, при 900*С начинает тянуться в нити, а при 800*С напоминает сильно загустевший мед.

Следует отметить, что некоторые вещества в зависимости от условий перехода в твердое состояние могут быть получены как в том, так и в другом варианте. Скажем, двуокись кремния в природе встречается в виде красивых друз горного хрусталя, однако при охлаждении ее расплава сравнительно легко получается и аморфная масса, в которой нетрудно узнать хорошо всем известное стекло.

И вот что еще характерно: при подобной двойственности плотность кристаллических веществ практически оказывается выше таковой для тел аморфных. В чем тут дело? Чтобы разобраться в этом вопросе, припомните, как в последний раз вы наводили строгий порядок в своем книжном шкафу. Плотно составляя книги в стройные шеренги, вы достигали значительного выигрыша в пространстве, не правда ли? Так же и в мире молекул: в кристаллическом веществе более четкая и в силу этого обычно и более плотная упаковка молекул: одно и то же их количество занимает меньше места, а вследствие этого и плотность вещества выше, чем тогда, когда молекулы ориентированы в беспорядке.

В житейской практике всякий здравомыслящий человек стремится уложить свое книжное богатство поаккуратнее. Аналогичное происходит и с молекулами — они также стремятся упорядочить свою ориентацию в пространстве. Происходит это в соответствии с общим законом физики, согласно которому, более упорядоченная система обладает и наименьшей энергией среди вообще возможных систем ориентации молекул друг относительно друга. Течение природных процессов направлено к минимуму энергии. Поэтому аморфные тела в большинстве случаев переходят со временем в кристаллические. Иногда это случается сравнительно быстро: например, аморфная пластическая сера, получаемая при вливании жидкой серы в холодную воду и имеющая вид резиноподобной массы, обретает кристаллическое состояние через два-три часа. Но иной раз такое превращение растягивается на неопределенно долгий срок. Хороший тому пример — стекло. Археологи могут предъявить весьма древние украшения из него, сохранившие свой привлекательный вид и доказывающие тем самым, что за истекшие столетия структура стекла осталась неизменной. Но иногда от удара или подобных воздействий стекло мутнеет, как говорят, расстекловывается: в нем образуются кристаллы, беспорядочно ориентированные друг по отношению к другу и оттого хаотически рассеивающие свет.

В зависимости от условий кристаллизации ряд веществ может быть выделен не в одном, а в двух или даже большем числе видов. Например, при температуре кристаллизации (114*С) сера выделяется в виде бледно-желтых кристаллов, а при охлаждении до 96*С образуются кристаллы ярко-желтого цвета и несколько иной формы (эту их модификацию называют ромбической — в отличие от прежней, именуемой моноклинной). Еще более наглядные примеры того же рода — графит и алмаз. Способность веществ существовать в виде нескольких кристаллических форм получила название полиморфизм.

При перестройке кристаллической решетки нередко изменяется и окраска вещества. Это порою используется на практике при изготовлении специальных индикаторов температуры: когда она достигает определенного значения, изменившийся цвет наглядно «докладывает» об этом.

Причиной описанного разнообразия является то, что ячейка кристаллической решетки у некоторых веществ может принадлежать к разным типам. Какой из них реализован в конкретном образце вещества, легче всего определить путем рентгеноструктурного анализа. Всего таких типов 230. Впервые путем строгого математического расчета их рассчитал в 1890 году кристаллограф Е.С. Федоров. Несколько ранее французский кристаллограф О. Бравэ обнаружил, что существует всего 14 вариантов ориентации атомов в узлах кристаллической решетки. Заметим, что обе эти работы: появились на свет в то время, когда не существовало не только рентгеноструктурного анализа, но, более того, когда многие ученые считали сомнительным, само существование атомов и молекул!

Скажем, поваренная соль имеет кубическую кристаллическую решетку, в которой ионы натрия и хлора располагаются в вершинах куба. У алмаза атомы углерода садятся по вершинам тетраэдра. Тетраэдр же — фигура жесткая, его конфигурацию не изменишь, не деформируя его ребер (в отличие, скажем, от куба, который может быть легко деформирован в параллелепипед). Неудивительно, что алмаз является чемпионом по твердости в мире кристаллов. Тетраэдрическую структуру решетки имеют многие сверхтвердые вещества — боразон BN, карбосилиций SiC. Кстати при температуре минус -150*С и ниже существует кубический лед, связи между молекулами воды в котором точь-в-точь такие же, как и между атомами углерода в алмазе. Такой лед значительно тверже льда обычного.

Надо сказать, что составные элементы кристаллических решеток, будь то атомы (как в алмазе), ионы (в квасцах) или же молекулы (в воде), не закреплены на своих местах абсолютно жестко, всегда находятся в колебательном движении, подобно часовому маятнику, относительно неких средних положений, причем это движение не замирает даже при температуре абсолютного нуля. Естественно, что с повышением температуры амплитуда таких колебаний растет, а поэтому можно ожидать, что и архитектура кристаллических решеток тоже будет изменяться. Один из таких примеров представлен рисунком внизу.

Здесь следует сказать и о роли размера молекул в процессе кристаллизации. Небольшим молекулам, очевидно, легче выстроиться в строгие шеренги — в своем движении они не мешают друг другу и потому подвижнее. Вот почему для низкомолекулярных соединений аморфное состояние — положение и нехарактерное и неустойчивое. Иное дело — высокомолекулярные соединения. Конечно, и их молекулам присуща тенденция к минимуму энергии, к упорядочению, но они нередко обладают столь причудливо и различно изогнутыми формами, что не в состоянии образовать четкий строй кристаллической решетки. Например, молекулы красного фосфора имеют полимерную структуру, а белого — состоят всего из четырех атомов, ориентированных по вершинам тетраэдра. Поэтому красный фосфор — аморфное вещество, тогда как белый фосфор легко кристаллизуется.

Жидкое агрегатное состояние

Чем прочнее сцеплены друг с другом молекулы (или атомы, или ионы) в кристаллической решетке, тем, очевидно, труднее перевести такой кристалл в жидкость путем нагрева. Возьмем для примера кристаллы, построенные из ионов. Силы взаимодействия между ними носят электростатический характер, стало быть, пропорциональны величине взаимодействующих зарядов. Можно ожидать, что при одном и том же типе решетки более тугоплавкими будут те ионные соединения, у которых заряды ионов выше. Так оно и оказывается. Скажем, фтористый бериллий (заряды ионов фтора и бериллия равны соответственно одному и двум) плавится при 821*С, а двуокись кремния, образующая решетку этого же типа (заряды ионов кислорода и кремния — два и четыре), — уже при 1723*С. Как видно, увеличение заряда ионов вдвое привело к повышению температуры плавления без малого на тысячу градусов.

Это, впрочем, лишь один из факторов, определяющих температуру плавления.

Разберемся, например, почему она повышается по ряду галогеноводородов — от хлористого водорода до йодистого. Во- первых, здесь возрастают размеры атомов галогенов и, стало быть, появляются резервы для размещения вокруг себя большого числа соседей. Больше соседей — больше связей, прочнее кристаллическая решетка. Во-вторых, возрастает и прочность самих связей между водородом и галогеном, степень ее ковалентности. Оба фактора работают в одном направлении. Но вот что странно; один из галогеноводородов, фтористый водород, из этого ряда выпадает (см. график); он плавится при -83*С, при температуре не только более высокой, чем хлористый водород, но даже более высокой, чем бромистый водород, хотя, судя по продолжению графика, его температура плавления должна лежать где-то между -120*С и -150*С.

Секрет этой аномалии кроется уже в особенностях связей между молекулами этого вещества: они объединяются попарно, так что ионы водорода одной молекулы образуют с ионами фтора другой особую, так называемую водородную связь. Ион водорода — это просто-напросто протон: сближаясь с электронной оболочкой иона фтора, он электростатически притягивается ею. Вот и получается дополнительная связь, которая сдвигает к более высоким температурам переход вещества из твердого состояния в жидкое.

Заметим, что некоторые твердые вещества при повышении температуры переходят сразу в газообразное состояние, минуя стадию жидкости. Например, при нормальном атмосферном давлении йод не удается получить в жидком виде — он, не плавясь, сразу превращается в газ. Да что там йод — привычные снег и лед в течение зимы испаряются примерно на треть, не тая. Такого рода переход получил название сублимация или возгонка.

Но вернемся к более привычному переходу из твердого состояния в жидкое. Диапазон температур, при котором вещество пребывает в виде жидкости, может быть самым различным. Например, у цианистого водорода он составляет чуть более 10*С (точка плавления -14*С, точка кипения 25*С). А вот металл галлий плавится уже на ладони (всего-то при 28*С), зато кипит при 2200*С. Столь солидный температурный интервал жидкого состояния, конечно, не остался без применения: галлий используется в жидкостных термометрах для измерения высоких температур. Почему же галлий так легкоплавок, тем более что его соседи по таблице Менделеева — алюминий и индий — плавятся при более высоких температурах? Не так давно удалось выяснить, что галлий образует молекулярную решетку, в узлах которой находятся молекулы Ga2, в то время как у его вышеупомянутых соседей в узлах решетки находятся либо ионы, либо атомы соответствующего металла. Прочность связей между молекулами галлия определяется только относительно слабым межмолекулярным взаимодействием, тогда как между ионами — электростатическим, между атомами — ионно-ковалентным; оба дают более прочные связи. Поэтому-то кристаллическая решетка галлия легче разрушается, нежели аналогичные у алюминия и индия.

 

Природа щедра на выдумки и предусмотрела в своих творениях еще один, весьма интересный вариант межмолекулярных связей. Вообразите длинную органическую молекулу, строение которой таково, что концевые ее группы способны лишь к очень слабеньким взаимодействиям, а боковые — к значительно более сильным. Тогда можно будет ожидать, что при плавлении вещества из таких молекул сначала наступит такой момент, когда боковые связи будут еще достаточно прочно удерживать молекулы в едином ансамбле, а концевые связи будут разорваны. Получится нечто вроде параллельно расположенных коробок, плотно заполненных карандашами, причем сами «коробки» могут перемещаться друг относительно друга, а «карандаши» — нет (см. рисунок).

Вещество в таком состоянии будет проявлять как свойства жидкости, так и некоторые свойства кристалла (в частности, обладать характерной для жидкости текучестью и характерной для кристаллов неоднородностью свойств по разным направлениям — анизотропия). Такое вещество называется жидким кристаллом. Впервые его наблюдал в 1888 г. австрийский химик Ф. Рейнитцер на примере холестерилбензоата. Выяснилось, что при 145*С, в момент плавления этого соединения, вначале образуется мутная жидкость, которая проявляет все вышеуказанные свойства жидкого кристалла, и лишь при 179*С, расплав становится совершенно прозрачным и ведет себя, как большинство жидкостей.

Область температур, при которой реализуется жидкокристаллическое состояние, получила название мезопауза: у холестерилбензоата она, как нетрудно вычислить, составляет 34*С. Известно более трех тысяч подобных веществ, причем с самой различной мезопаузой (от 0,01 до 100*С) и температурой плавления (от -20* до 400*С).

Хорошо известна слабая сжимаемость жидкостей. Если воду налить в достаточно прочный цилиндрический стакан и сжимать поршнем, желая уменьшить его объем, скажем, на одну десятую, то для этого придется приложить огромное давление — около четырех тысяч атмосфер. Это всего лишь в два раза меньше, чем в том случае, если бы вместо воды в стакане находился лед. Совсем иначе дело обстояло бы, если в стакане был водяной пар при нормальном атмосферном давлении: тогда для уменьшения его объема на одну десятую давление нужно было бы увеличить примерно в той же мере — на десять процентов.

Описанный мысленный эксперимент показывает, в сколь тесном соседстве располагаются молекулы жидкости. Более того: близкое окружение каждой молекулы в течение какого-то малого промежутка времени оказывается столь же упорядоченным, как и в твердых телах. Миг — и эта стройность разрушена, и молекула на какое-то время оказывается в упорядоченном окружении совсем других соседок… Такая своеобразная организованность, прослеживаемая в некотором малом коллективе молекул на некотором малом промежутке времени, называется ближним порядком» Он характерен для жидкостей, обеспечивая их текучесть. Твердым аморфным телам также присущ ближний порядок в сорасположении частиц — разумеется, более устойчивый во времени.

Пользуясь новым термином, мы можем более строго и обще определить понятие жидкого кристалла: как и в жидкостях, расположение его молекул подчинено лишь ближнему порядку, однако в ориентации осей симметрии молекул есть дальний порядок, характерный для кристаллов.

Ориентировать оси молекул можно, например, электрическим полем: оно-то и управляет сменой цифр на жидкокристаллических дисплеях.

Скорость свободного перемещения частиц жидкости не зависит от давления и определяется лишь температурой. Вот почему, сжимая жидкость, не удается закрепить ее молекулы на определенных местах и тем самым превратить ее в твердое тело. Одному лишь давлению без помощи температуры такая задача не под силу — в его силах лишь несколько потеснить молекулы, но отнюдь не собрать их в упорядоченный ансамбль.

Опять несходство с газом: его при достаточно низкой температуре, без какого-либо ее дальнейшего понижения, одним лишь наращиванием давления можно превратить в жидкость. Отличается в этом отношении жидкость и от твердого тела: в нем под действием высокого давления может произойти ломка кристаллической решетки. Например, при действии давления в десятки тысяч атмосфер обычный лед приобретает способность плавиться лишь при температуре 85*С (так называемый горячий лед), а мягкий невзрачный графит превращается в сверкающий гранями алмаз.

Здесь самое время произнести важный термин: фазовый переход. К подобным переходам относятся и перемены агрегатного состояния вещества и перестройки кристаллической решетки твердого тела. Все это — фазовые переходы первого рода. Есть еще и фазовые переходы второго рода. Яркий их пример, в конце тридцатых годов 20 века, был показан в экспериментах физика П. Л. Капицы — жидкий гелий. В условиях нормального атмосферного давления гелий сжижается при температуре 4,3К (-268,8*С). Если температуру понижать и далее, то при 2,2*К свойства жидкого гелия вдруг резко меняются — в частности, полностью исчезает вязкость. (Однажды охлажденный до такой температуры жидкий гелий налили в сосуд с тончайшими микропорами, через которые вода могла бы просочиться лишь за миллиарды лет; жидкий же гелий, к немалому удивлению экспериментаторов, просочился всего за несколько секунд.) Так же, скачком, при этом меняются теплоемкость и сжимаемость жидкого гелия, коэффициент его теплового расширения. Скачкообразное изменение названных характеристик вещества и служит отличительной особенностью фазовых переходов второго рода. Переход жидкого гелия в сверхтекучее состояние не единственный пример подобных превращений. Наблюдаются они и в твердых телах — это, например, переход железа из ферромагнитного состояния в парамагнитное (с намагниченным железом это случается при нагреве до температуры 770*С, называемой точка Кюри).

Фазовые переходы второго рода находятся в ведении квантовой физики.

Газообразное агрегатное состояние

Если вещество состоит из ионов, то с ростом их заряда будет повышаться и температура кипения вещества. В самом деле, ионы кислорода и магния имеют примерно те же размеры, что и ионы фтора и лития, но обладают вдвое большими зарядами, и, как следствие, фтористый литий кипит при 1681*С, а окись магния — при 3600*С, на две тысячи градусов выше!

Как и в случае плавления, парообразование также требует определенных затрат энергии, идущих на разрыв межмолекулярных связей. В соответствии с этим до полного перехода жидкости в газ ее температура не изменяется, подобно тому, как это наблюдается и при переходе из твердого состояния в жидкое. Поэтому перешедшее в пар вещество содержит в себе определенный избыток энергии по сравнению с жидкостью той же самой температуры (вот почему ожог водяным паром, имеющим температуру 100*С, гораздо опаснее ожога горячей водой той же самой температуры).

Ну, а как ведут себя в этом отношении аморфные вещества? Уже говорилось, что их молекулы, как правило, полимерные. Термическая устойчивость таких соединений обычно ниже, нежели у низкомолекулярных веществ, и поэтому в подавляющем большинстве их молекулы не «доживают» при нагревании не то что до точки кипения, но даже и до точки плавления. Таковы, в частности, все важнейшие составляющие нашего организма — углеводы, жиры, белки.

Если все более повышать температуру _газа, то можно будет обнаружить еще одно, так сказать, «подсостояние». Оно дало о себе знать, когда на повестку дня науки и техники встал вопрос о сжижении газов.

Как перевести газ в жидкость? Очевидно, надо снизить его температуру ниже точки кипения при данном давлении (для начала, предположим, его нормальным, атмосферным). Правда, такой путь не очень-то хорош, когда речь идет о сжижении низкокипящих веществ — таких, как азот, водород, углекислый газ: слишком низки температуры их кипения. Обнаружилось, что сжижить газы можно, призвав на помощь внешнее давление. Как уже говорилось, под его воздействием молекулы вещества начинают как бы «прилипать» друг к другу, образуя жидкость. Так, значит, дело лишь за давлением? Оказалось, что нет: отнюдь не все газы почему-то удавалось обратить в жидкость подобным способом. Хлор, аммиак, углекислый газ хоть и с трудом, но поддались ему, а вот кислород, азот, окись углерода, водород, гелий упорно не желали сжижаться.

Причину этого загадочного явления вскрыл Д.И. Менделеев. Он выяснил, что у всякого газа, начиная с некоторой, так называемой критической, температуры, скорость движения молекул нарастает до таких величин, что уже никаким давлением извне собрать их в единый ансамбль не удастся: тех сил сцепления, которые возникают между молекулами за счет различных химических и физико-химических связей, не хватит для того, чтооы сдержать молекулы. Выше этой температуры газ не обратится в жидкость уже ни при каких давлениях. Значит, для его перевода в жидкость, по крайней мере, необходимо охладить его до температуры ниже критической. У газов, которые никак не желали сжижаться, она оказалась очень низкой (-118*С у кислорода, -140*С у окиси углерода, -240*С у водорода; для сравнения скажем, что у воды эта температура равна 373*С).

Здесь уместно сказать несколько слов об инертных газах. Со временем их все удалось перевести сначала в жидкое, а потом и в твердое состояние. Оставалось, однако, непонятным, за счет каких же сил эти состояния реализуются — ведь ни ионных, ни ковалентных связей между атомами инертных газов не возникает. Природу присущих им сил сцепления (они получили название дисперсионные силы) удалось выяснить лишь совсем недавно. Обнаружилось, что в данном случае атомы поляризуются, внутри них происходит разделение электрических зарядов: в целом каждый атом остается нейтральным, но в одной его части на короткое время образуется избыток электронов, и одна часть заряжается отрицательно, другая же часть, где возникает дефицит электронов, заряжается положительно. В результате такой вот поляризации возникают слабые взаимодействия между атомами за счет взаимопритяжения их частей, заряженных разноименно. Худо-бедно, а хоть какие-то связи между атомами при этом, обеспечиваются.

Когда исследовалось сжижение и затвердевание инертных газов, выяснилась интересная подробность: жидкий гелий не желает кристаллизоваться даже при температуре, практически неотличимой от абсолютного нуля: 0,0001*К! Но если на помощь столь жестокому морозу призвать высокое давление в 25 атмосфер и более, сдается и гелий. Стоит, однако, это давление снять, и гелий опять возвращается в жидкое состояние… Столь любопытная особенность связана с тем, что даже при абсолютном нуле не прекращаются движения, так называемые нулевые колебания молекул, которые хоть и слабы, но при слабых силах взаимодействия между молекулами инертных газов могут воспрепятствовать становлению кристаллической решетки.

Сейчас для многих веществ уже достаточно хорошо охарактеризованы те условия, при которых оно существует в том или ином агрегатном состоянии. Совокупность этих условий может быть отображена на так называемой диаграмме агрегатных состояний, где по оси абсцисс откладывается давление, а по оси ординат — температура. Некоторые из этих диаграмм приведены на рисунке.

Каждая похожа на причудливо-кривую рогатку. Если же отображать на такой диаграмме все возможные кристаллические решетки, реализуемые в твердом состоянии, сетка линий усложняется.

Сера, как уже говорилось ранее, существует в виде двух модификаций – ромбической и моноклинной, и замкнутый контур на диаграмме ее состояний как раз и показывает ту область температур и давлений, в которых может существовать моноклинная сера. Весьма сложной получается диаграмма состояний воды: у льда, оказывается, известно шесть модификаций.

Переход из одного состояния в другое в веществе вызывается, как правило, повышением температуры. А что будет, если, доведя до газообразного состояния, повышать температуру вещества и далее?

Чем выше температура, тем стремительнее движение частиц вещества. По мере нагрева рано или поздно молекулы во взаимных столкновениях, все более энергичных, станут распадаться на атомы, а при температурах в несколько десятков тысяч градусов атомы будут рассыпаться на ионы и электроны. Возникнет плазма, которую называют четвертым состоянием вещества…