Kristöllun og bræðsla: Graf af breytingunni í heildarstöðu efnisins

Þessi grein segir hvað kristöllun og bræðsla eru. Dæmi um ýmis samanlagð vatnsháttar skýrir hversu mikið hita þarf til að frysta og þíða og af hverju þessi gildi eru öðruvísi. Munurinn á fjöl- og einkristöllum er sýndur, svo og flókið framleiðslu síðara.

Yfirfærsla til annars samanlagðs ástands

Venjulegur maður hugsar um það sjaldan en lífið á því stigi sem það er til staðar væri nú ómögulegt án vísinda. Hvaða einn? Spurningin er ekki einföld, vegna þess að margar ferli eiga sér stað á mótum nokkrum sviðum. Phenomena, sem erfitt er að ákvarða á sviði vísinda, eru kristöllun og bráðnun. Það virðist vel, það er flókið hér: það var vatn - það var ís, það var málmbolti - það var laug af fljótandi málmi. Hins vegar eru engar nákvæmar aðferðir til að skipta frá einum samanburðarríki til annars. Læknar fá dýpra inn í frumskóginn, en það er samt ómögulegt að spá nákvæmlega hvenær bráðnun og kristöllun líkamanna hefst.

Það sem við vitum

Einhvern veginn veit mannkynið enn. Bræðslu- og kristöllunarhitastigið er auðveldlega ákvörðuð empirically. En hér er allt ekki svo einfalt. Allir vita að vatnið bráðnar og frýs við núll gráður á Celsíus. Hins vegar er vatn venjulega ekki bara fræðileg bygging, heldur tiltekið rúmmál. Ekki gleyma því að ferlið við bræðslu og kristöllun er ekki tafarlaust. Ísmúrinn byrjar að bráðna aðeins fyrr en hún nær nákvæmlega núll gráður, vatnið í glerinu er þakið fyrstu ísskristöllunum við hitastig sem er aðeins yfir þessu marki á mælikvarða.

Einangrun og frásog hita við umskipti í annað samanburðarríki

Kristöllun og bræðsla fastra efna eru í fylgd með vissum hitauppstreymi. Í fljótandi ástandi eru sameindir (eða stundum atómar) ekki mjög vel tengdir. Það er vegna þess að þeir hafa eignina "fluidity". Þegar líkaminn byrjar að missa hita, byrja atóm og sameindir að sameina í þægilegustu uppbyggingu. Þannig kemur kristöllun. Oft fer eftir ytri aðstæðum að sama kolefnið er grafít, demantur eða fullerene. Svo, ekki aðeins hitastigið, heldur einnig þrýstingurinn, hefur áhrif á hvernig kristöllun og bráðnun muni halda áfram. Hins vegar, til þess að brjóta skuldabréfin af hörðu kristalbyggingu tekur það aðeins meira orku, og því meira hita, en að búa til þau. Þannig mun efnið frjósa hraðar en bráðna, undir sömu ferli. Þetta fyrirbæri er kallað dulda hita og endurspeglar muninn sem lýst er hér að ofan. Muna að dulda hita er ekki tengd við hita sem slík og endurspeglar magn hita sem nauðsynlegt er til að kristalla og bráðna.

Breyting á hljóðstyrk við umskipti yfir í annað samanburðarríki

Eins og áður hefur verið getið, eru magn og gæði skuldabréfa í vökva og föstu formi mismunandi. Vökva ríkið krefst mikils orku, því atómin hreyfa hraðar, stöðugt stökk frá einum stað til annars og skapa tímabundnar tengingar. Þar sem amplitude oscillations agnanna er stærri, tekur vökvinn einnig stærri rúmmál. Þar sem fasta samskiptin eru stíf eru hver atóm sveiflast um einn jafnvægisstöðu, en það er ekki hægt að yfirgefa stöðu sína. Þessi uppbygging tekur minna pláss. Svo bráðna og kristöllun efna fylgja breyting á rúmmáli.

Lögun af kristöllun og bræðslu vatns

Slík algeng og mikilvæg vökvi fyrir plánetuna okkar, eins og vatn, gegnir líklega stórt hlutverk í lífi nánast allra lifandi verur. Ofangreind er munurinn á hve miklu magni hita er krafist til kristöllunar og bráðnar, svo og breyting á rúmmáli þegar samanlagður ástand breytist. Einhver undantekning frá báðum reglum er vatn. Vetnið af mismunandi sameindum, jafnvel í fljótandi ástandi, sameinar í stuttan tíma, myndar veikt, en samt ekki vetnisbundið vetni. Þetta útskýrir ótrúlega mikla hita getu þessa alhliða vökva. Það skal tekið fram að þessi bréf trufla ekki fluidity vatnsins. En hlutverk þeirra í frystingu (með öðrum orðum, kristöllun) til enda er óljóst. Hins vegar ætti að vera viðurkennt: ís af sama massa tekur meira magn en fljótandi vatn. Þessi staðreynd veldur miklum skaða á netkerfum og veldur mörgum vandamálum fyrir fólkið sem þjóna þeim.

Ekki einu sinni eða tvisvar í fréttunum eru þessi skilaboð flass. Á veturna átti sér stað slys í ketilsrúm sumra fjarlægra uppgjörs. Vegna snjóbrota, ís eða alvarlegra frosts, náðu þeir ekki að skila eldsneyti. Vatnið sem fylgir hita rafhlöðum og krönum hætt að hita upp. Ef það er ekki tæmt í tíma, fer kerfið að minnsta kosti að hluta til tómt, eða jafnvel yfirleitt þurrt, byrjar það að ná hitastigi umhverfisins. Oftast, eins og heppni hefði það, á þessum tíma eru alvarlegar frostar. Og ísinn tár rörin, þannig að fólk sleppi án þess að fá tækifæri fyrir þægilegt líf á næstu mánuðum. Þá er að sjálfsögðu útrýmt slysinu, þolinmóðir starfsmenn ráðuneytisins um neyðarráðstafanir, brjótast í gegnum snjóbrögðum, kasta nokkrum tonn af kolum sem eru á þyrlu og óheppilegir pípulagningamenn breyta rörunum allan sólarhringinn allan sólarhringinn.

Snjór og snjókorn

Þegar við ímyndum ís, hugsum við oft um kalt teningur í glasi með safa eða stórum rýmum frystum Suðurskautslandinu. Snjór er litið af fólki sem sérstakt fyrirbæri, sem virðist ekki tengjast vatni. En í raun er það sama ís, aðeins fryst í ákveðinni röð, sem ákvarðar lögunina. Þeir segja að það eru ekki tveir sömu snjókorn í öllum heiminum. Vísindamaðurinn frá Bandaríkjunum tók alvarlega málið og ákvað skilyrði fyrir því að fá þessar sexhyrndar snyrtingar af viðkomandi formi. Rannsóknarstofan hans getur jafnvel veitt blizzard af snjókornum sem greidd eru af útliti viðskiptavinarins. Við the vegur, hagl, eins og snjór, er afleiðing af mjög forvitinn ferli kristöllunar - frá gufu, ekki úr vatni. Hið gagnstæða umbreyting á föstu efni í lofttegund er kallað sublimation.

Single kristallar og polycrystals

Allir sáu kulda mynstur á glerinu á rútunni í vetur. Þau myndast vegna þess að hitastigið í flutningi er yfir núll Celsíus. Þar að auki, margir, exhaling með lofti frá létt gufu, veita aukna raki. En glerið (oftast þunnt einn) hefur umhverfishita, það er neikvætt. Vatn gufa, snertir yfirborð sitt, missir mjög hratt og fer í fasta stöðu. Ein kristall festist við annað, hver hinna næstu myndar er nokkuð frábrugðin fyrri, og fallegt ósamhverfar mynstur vaxa hratt. Þetta er dæmi um polycrystals. "Poly" - frá latínu "mikið." Í þessu tilfelli er fjöldi örhluta sameinað í eitt heild. Allir málmafurðir eru einnig oft polycrystal. En hið fullkomna form náttúrulega kvars prisma er einn kristall. Í uppbyggingu þess, enginn mun finna galla og hlé, en í polycrystalline bindi er átt hlutanna óskipt og er ekki sammála hver öðrum.

Snjallsími og sjónauki

En nútíma tækni þarf oft algerlega hreint einokristall. Til dæmis, næstum allir smartphone inniheldur í þvermál sílikon minni frumefni. Ekkert atóm í þessu öllu bindi ætti að flytja miðað við hið fullkomna staðsetningu. Allir ættu að taka sinn stað. Annars, í stað myndar, færðu hljóð á framleiðslunni og líklega óþægilegt.

Í sjónauka eru líka nætursjónarmið, nóg af einokristöllum sem breyta innrauða geislun í sýnilega geislun. Það eru nokkrar leiðir til að vaxa þá, en hver krefst sérstakrar nákvæmni og staðfestar útreikningar. Hvernig fást einir kristallar, skilja vísindamenn frá áfanga skýringum ríkisins, það er, þeir líta á myndina af bræðslu og kristöllun efnisins. Það er erfitt að búa til slíka mynd, því að efni vísindamenn þakka sérstaklega vísindamenn sem hafa ákveðið að finna út allar upplýsingar um þessa áætlun.