Кристалдану және балқу: заттардың жиынтық күйіндегі өзгерістердің кестесі

Бұл мақалада кристалдану және балқу туралы айтылады. Судың әртүрлі жиынтық жағдайлары мысалға мұздату мен еріту үшін қаншалықты қызу қажет екенін түсіндіреді және бұл мәндер неге ерекшеленеді. Поли мен монокристалдар арасындағы айырмашылық, сондай-ақ соңғы өндірістің күрделілігі көрсетілген.

Басқа жиынтық жағдайға өту

Кәдімгі адам бұл туралы сирек ойлайды, бірақ ол өмір деңгейінде қазір ғылым болмаса, мүмкін болмайды. Дәл қайсысы? Сұрақ қарапайым емес, өйткені көптеген процестер бірнеше пәндердің қиылысында орын алады. Ғылым саласын анықтау қиын болған құбылыс кристалдану және балқу болып табылады. Мұнда қиындықтар туындайды: су бар - мұз болды, металл доп болды - сұйық металдың лакпені болды . Дегенмен, бір жиынтық мемлекеттен екіншісіне көшудің нақты механизмдері жоқ. Физиктер Джунглиге тереңірек енеді, бірақ дененің балқытуы мен кристалдануының қай уақытта басталатынын нақты болжау мүмкін емес.

Біз білеміз

Қалай болса да, адамзат әлі де біледі. Балқу және кристаллизация температурасы эмпирикалық түрде оңай анықталады. Бірақ мұнда бәрі оңай емес. Әрбір адам судың ериді және нөлдік градус Цельсийде қатып қалатынын біледі . Дегенмен, су әдетте теориялық емес, бірақ белгілі бір көлемде емес. Балқу және кристаллизация процесі жедел емес екенін ұмытпаңыз. Мұз текшесі нөлдік деңгейге жеткенше сәл ерте еріп бастайды, әйнектегі су масштабтағы осы белгіден сәл асатын температурада алғашқы мұз кристалдарымен жабылады.

Басқа жиынтық күйге ауысу кезінде жылуды оқшаулау және сіңіру

Қатты заттардың кристалдануы мен балқуы кейбір термиялық әсерлермен бірге жүреді. Сұйық күйде молекулалар (немесе кейде атомдар) өте тығыз байланысты емес. Осының салдарынан олар «ақылдылық» қасиетіне ие. Дене жылуды жоғалта бастаған кезде атомдар мен молекулалар ең қолайлы құрылымға біріктіре бастайды. Осылайша, кристалдану жүреді. Жиі сыртқы жағдайларға байланысты, бірдей көміртек графит, алмаз немесе фуллерен болып табылады. Сонымен, температура ғана емес, сондай-ақ қысым да кристалдану мен балқудың қалай әсер ететініне әсер етеді. Дегенмен, қатаң кристалдық құрылымның облигацияларын бұзу үшін оларды жасаудан гөрі біршама көп энергия, демек, көп қызу қажет. Осылайша, зат сол процестің шарттарында балқудан тезірек төмендейді. Бұл құбылыс жасырын жылу деп аталады және жоғарыда сипатталған айырмашылықты көрсетеді. Естеріңізге сала кетейік, жасырын жылу жылумен байланысты емес және кристалдану және балқу үшін қажетті жылу мөлшерін көрсетеді.

Басқа жиынтық күйге көшкенде көлемнің өзгеруі

Жоғарыда айтылғандай, сұйық және қатты күйдегі байланыстың саны мен сапасы әртүрлі. Сұйық мемлекет көп энергияны талап етеді, сондықтан атомдар жылдамырақ қозғалады, үнемі бір жерден басқа жерге секіріп, уақытша байланыстар жасайды. Бөлшектердің тербелістерінің амплитудасы үлкен болғандықтан, сұйықтық да үлкен көлемді алады. Қатты дененің қатаң құрылымында әрбір атом бір тепе-теңдік күйді ауытқиды, ал өз орнынан кете алмайды. Бұл құрылым аз орын алады. Сондықтан заттардың еруі мен кристалдануы көлемнің өзгеруімен бірге жүреді.

Судың кристалдану және балқу ерекшеліктері

Біздің планетамыз үшін су сияқты секілді осындай ортақ және маңызды сұйықтық барлық тірі жандардың өмірінде үлкен рөл атқарады. Жоғарыда көрсетілген кристалдану және балқу үшін қажетті жылу мөлшері арасындағы айырмашылық, сондай-ақ жиынтық күй өзгерген кезде көлемнің өзгеруі. Екі ережеге де кейбір ерекшеліктер су болып табылады. Әртүрлі молекулалардың сутегі, тіпті сұйық күйде де, қысқа уақытты біріктіріп, әлсіз, бірақ әлі нөлге тең емес сутегі байланысын қалыптастырады. Бұл әмбебап сұйықтықтың керемет жылу сыйымдылығын түсіндіреді. Айта кету керек, бұл облигациялар судың ағынына кедергі келтірмейді. Бірақ мұздатудағы (басқаша айтқанда, кристалданудың) аяғына дейінгі рөлі белгісіз болып қалады. Алайда, сол массаның мұзы сұйық судан гөрі көбірек көлемде екенін мойындау керек. Бұл факт коммуналдық желілерге көп зиян келтіреді және оларға қызмет көрсететін адамдарға көптеген проблемалар туғызады.

Жаңалықта бір немесе екі рет мұндай хабарлар жыпылықтайды. Қыста кейбір шалғайдағы елді мекендердің қазандықтарында апат орын алды. Бұршақ, мұз немесе қатал аязға байланысты олар жанармайды жеткізе алмады. Жылыту батареяларына жеткізілген су мен крандар қыздыруды тоқтатты. Егер ол уақытында ағып кетпесе, жүйені кем дегенде ішінара босатыңыз немесе тіпті жалпы құрғақ күйде қалдырсаңыз, ол қоршаған орта температурасын ала бастайды. Көбінесе бұл сәтте сәттілік болса, осы уақытта қатты аяз болады. Ал мұз мұзды тоздырады, алдағы айларда жайлы өмір сүруге мүмкіндік бермейді. Содан кейін, әрине, апат жойылады, Төтенше жағдайлар министрлігінің батыл қызметкерлері, боран соғып, тікұшақта бірнеше тонна көмірді тастайды, ал сәтсіз вентилятор тәулік бойы тәулік бойы құбырларды ауыстырады.

Қар және снежинки

Мұзды елестете отырып, жиі шырынды шыныда немесе мұздатылған Антарктиканың үлкен кеңістігінде суық кубиктер туралы ойланамыз. Қар адамдарды сумен байланысты емес сияқты ерекше құбылыс ретінде қабылдайды. Бірақ іс жүзінде бұл мұз, тек нысанды анықтайтын белгілі бір тәртіпте мұздаған. Олар бүкіл әлемде екі бірдей снежинки жоқ деп айтады. Америка Құрама Штаттарының ғалымы бұл мәселеге байсалды және осы алты қырлы сұлулықты қажетті форманы алу шарттары анықтады. Оның зертханасы тіпті клиенттің пайда болуымен төленген қарлы бөренелерді қамтамасыз етуі мүмкін. Айтпақшы, мылқау, қар тәрізді, кристалдану үрдісінің нәтижесі болып табылады - судан емес, бумен. Қатты қатты газ агрегіне кері айналдыру сублимация деп аталады.

Жеке кристалдар және поликристалдар

Қыста автобусқа стакандағы мұздатылған үлгіні бәрі көрді. Олар көліктегі температура Цельсиядан жоғары болғандықтан қалыптасады. Бұдан басқа, жеңіл будан ауамен шығаратын көптеген адамдар ылғалдылықты арттырады. Бірақ әйнек (көбіне жіңішке) жалғыз қоршаған орта температурасына, яғни терісіне ие. Су буы, оның бетіне тиіп, өте тез жоғалады және қатты күйге өтеді. Біреуі кристалды басқа ұстайды, келесі формалардың әрқайсысы бұрынғыдан біршама ерекшеленеді және әдемі асимметриялық үлгілер жылдам өседі. Бұл поликристалдардың мысалы. «Поли» - латын тілінен «көп». Бұл жағдайда микро бөлшектердің саны біртұтас тұтас біріктіріледі. Кез-келген металл өнімі көбінесе поликристалды құрайды. Бірақ табиғи кварц призмасының мінсіз пішіні - бір кристалл. Оның құрылымында ешкім кемшіліктер мен үзілістер таба алмайды, ал поликристалды көлемде бөліктердің бағыты хаотикалық және бір-бірімен келіспейді.

Смартфон және бинокль

Бірақ қазіргі заманғы технологиялар жиі таза монокристалия талап етеді. Мысалы, кез-келген смартфон оның ішіндегі кремний жады элементін қамтиды. Бұл көлемде ешбір атомның идеалды орналасуымен салыстыруға болмайды. Әр адам өз орнын алуға тиіс. Әйтпесе, фотосуреттің орнына дыбыстарды шығаруға, және, ең алдымен, жағымсыз.

Дүркіндікте түнгі көру құрылғылары да инфрақызыл сәулеленуді көрінетін сәулеге айналдыратын үлкен монокристаллар қажет. Оларды өсірудің бірнеше жолы бар, бірақ олардың әрқайсысы ерекше мұқият болуды және тексерілген есептеулерді талап етеді. Қалай бірыңғай кристалдар, ғалымдар мемлекеттің фазалық диаграммаларынан түсінеді, яғни олар материяның балқу және кристаллизация графигіне қарайды. Осындай суретті жасау өте қиын, сондықтан ғалымдар бұл кестенің барлық мәліметтерін білуге шешім қабылдаған ғалымдарды ерекше бағалайды.