Molekulyar fizika

Shakl 4.10
Qattiq to'yingan bug'ning zichligini sezilarli darajada oshirish ko'p hollarda oddiy sababga ko'ra mumkin emas - modda eriydi.
Muz ham bug'lanadi. Sovuqda quritish uchun ho'l kiyimni kiyib olgan uy bekalari buni yaxshi biladilar. "Avval suv muzlaydi, keyin muz bug'laydi va kirlar quruq bo'lib qoladi.
Uch nuqta
Shunday qilib, juftliklarda muvozanat sharoitida bug ', suyuqlik va kristal mavjud bo'lishi mumkin bo'lgan holatlar mavjud. Uchala holat ham muvozanatda bo'la oladimi? Bosim harorati diagrammasida bunday nuqta mavjud bo'lib, u uchlik deb nomlanadi. U qayerda joylashgan?
Agar siz suvni suzuvchi muz bilan yopiq idishda nol darajaga joylashtirsangiz, unda suv (va "muz") bug'lari bo'sh joyga oqib kela boshlaydi. Bug 'bosimida 4,6 mm RT. San'at. bug'lanish to'xtaydi va to'yinganlik boshlanadi. Endi uchta bosqich - muz, suv va bug 'muvozanat holatida bo'ladi. Bu uch nuqta.
Turli xil davlatlar o'rtasidagi munosabatlar sxemada suv uchun aniq va aniq ko'rsatilgan. 4.11.


Shakl 4.11
Bunday diagramma har qanday jism uchun qurilishi mumkin.
Rasmdagi egri chiziqlar bizga tanish - bu muz va bug ', muz va suv, suv va bug' o'rtasidagi muvozanat egri chiziqlari. Vertikal, odatdagidek, bosim tushadi, gorizontal - harorat.
Uchta egri chiziq uch tomonlama nuqtada kesishadi va diagrammani uchta sohaga - muz, suv va suv bug'larining yashash joylariga bo'ladilar.
Shtat diagrammasi qisqa ma'lumotnoma hisoblanadi. Uning maqsadi - bunday bosim va bunday haroratda tananing qaysi holati barqaror ekanligi haqidagi savolga javob berish.
Agar suv yoki bug '"chap mintaqa" sharoitida joylashtirilsa, ular muzga aylanadi. Agar "quyi mintaqa" ga suyuqlik yoki qattiqlik kiritilsa, bug 'hosil bo'ladi. "To'g'ri hududda" bug 'kondensatlanadi va muz eriydi.
Fazali diagramma isitish yoki siqish paytida moddaning nima bo'lishiga darhol javob berishga imkon beradi. Doimiy bosimda isitish diagrammada gorizontal chiziq bilan ko'rsatiladi. Tananing holatini tasvirlaydigan nuqta bu chiziq bo'ylab chapdan o'ngga siljiydi.
Rasmda bunday ikkita chiziq ko'rsatilgan, ulardan biri normal bosim ostida isitish. Chiziq uch nuqta ustida yotadi. Shuning uchun u avval eritma egri, so'ngra chizilgan va bug'lanish egri chizig'i bilan kesishadi. Oddiy bosimdagi muz 0 ° C haroratda eriydi va hosil bo'lgan suv 100 ° S da qaynatiladi.
Aks holda, juda past bosimda isitiladigan muz uchun vaziyat yuzaga keladi, aytaylik 5 mm Hg dan biroz pastroq. San'at. Isitish jarayoni uch nuqtadan pastga tushadigan chiziq bilan tasvirlangan. Erish va qaynash chiziqlari bu chiziq bilan kesishmaydi. Bunday engil bosim bilan isitish muzning bug 'ichiga to'g'ridan-to'g'ri o'tishiga olib keladi.
Shaklda Xuddi shu diagrammada rasmdagi xoch bilan belgilangan holatda suv bug'ini siqib chiqarganda qanday qiziqarli hodisa yuz berishi ko'rsatilgan. Avvaliga bug 'muzga aylanadi, so'ngra u eriydi. Rasm sizga kristall qanday bosim bilan o'sishni va erishi qachon boshlanishini darhol aytishga imkon beradi.

Shakl 4.12
Barcha moddalarning davlat diagrammalari bir xil. Dunyo nuqtai nazaridan katta farqlar, diagrammadagi uch nuqtaning joylashishi turli moddalar uchun har xil bo'lishi mumkinligi sababli farqlar paydo bo'ladi.
Axir, biz "normal sharoitlar", ya'ni, birinchi navbatda, bitta atmosferaga yaqin bosimda yashayapmiz. Moddaning uchlik nuqtasi normal bosim chizig'iga nisbatan qanday joylashishi biz uchun juda muhimdir.
Agar uch nuqtadagi bosim atmosferadan past bo'lsa, unda "normal" sharoitda yashaydigan biz uchun modda eritishni anglatadi. Harorat ko'tarilganda, avval suyuqlikka aylanadi va keyin qaynab ketadi.
Qarama-qarshi holatda - uchlikdagi bosim atmosferadan yuqori bo'lganda - qizdirilganda suyuqlikni ko'rmaymiz, qattiq to'g'ridan-to'g'ri bug'ga aylanadi. Quruq muz o'zini shunday tutadi, bu muzqaymoq sotuvchilari uchun juda qulaydir. Muzqaymoq briketlarini "quruq muz" bo'laklari bilan almashtirish mumkin va muzqaymoq ho'l bo'lib qolishidan qo'rqmang. "Quruq muz" - bu qattiq uglerod oksidi CO2 0. Ushbu moddaning uch nuqtasi 73 atm. Shu sababli, qattiq CO 2 qizdirilganda uning holati tasvirlangan nuqta gorizontal ravishda harakatlanib, faqat qattiqning bug'lanish egri chizig'ini kesib o'tadi (shuningdek, 5 mm Hg bosimda oddiy muz uchun).
Biz allaqachon o'quvchiga Kelvin shkalasi bo'yicha haroratning bir daraja qanday belgilanishini yoki SI tizimining ta'kidlashicha, bitta kelvin ekanligini aytdik. Biroq, haroratni aniqlash printsipi haqida edi. Metrologiya institutlarining barchasida ham ideal gaz termometrlari mavjud emas. Shu sababli, harorat shkalasi materiyaning turli xil holatlari orasidagi tabiat tomonidan o'rnatiladigan muvozanat nuqtalari yordamida qurilgan.
Bunda suvning uchlik nuqtasi alohida rol o'ynaydi. Kelvin darajasi endi suvning uchlik nuqtasining termodinamik haroratining 273,16-qismi sifatida aniqlandi. Kislorodning uchlik nuqtasi 54,361 K deb qabul qilinadi. Oltinning qattiqlashuv harorati 1337,58 K ga teng. Ushbu mos yozuvlar nuqtalaridan foydalanib, har qanday termometrni aniq kalibrlash mumkin.
Xuddi shu atomlar, ammo ... har xil kristallar
Biz yozayotgan qora mot yumshoq grafit va porloq shaffof, qattiq, shisha kesuvchi olmos bir xil uglerod atomlaridan qurilgan. Nima uchun bir xil tarkibdagi ushbu ikki moddaning xususiyatlari bir-biridan farq qiladi?
Qatlamli grafitning panjarasini eslang, ularning har bir atomiga uchta yaqin qo'shni va atomida to'rtta qo'shni bo'lgan olmos panjarasi kiradi. Ushbu misol kristallarning xususiyatlari atomlarning o'zaro joylashuvi bilan belgilanishini aniq ko'rsatib turibdi. O'tga chidamli qobiqlar grafitdan yasalgan bo'lib, harorati ikki-uch ming darajagacha bardoshli, olmos kuydirilgan harorati 700 ° C dan yuqori; olmosning zichligi 3,5, grafit esa 2,3; grafit elektr tokini o'tkazadi, olmos o'tkazmaydi va hokazo.
Nafaqat uglerod turli kristallarni ishlab chiqarish xususiyatiga ega. Deyarli har qanday kimyoviy element va nafaqat element, balki har qanday kimyoviy modda ham bir nechta navlarda mavjud bo'lishi mumkin. Muzning oltita turi, to'qqiz turdagi oltingugurt, to'rt xil temir.
Davlat diagrammasini muhokama qilayotganda, biz har xil turdagi kristallar haqida gaplashmadik va bir yaxlit mintaqani chizdik. Va bu juda ko'p moddalar uchun bu qism qismlarga bo'linadi, ularning har biri qattiq yoki ma'lum bir "darajaga" yoki, aytganday, ma'lum bir qattiq fazaga (ma'lum bir kristall modifikatsiyasiga) to'g'ri keladi.
har bir kristal fazasi ma'lum bir bosim va harorat bilan cheklangan o'ziga xos barqaror mintaqaga ega. Bitta kristalli turni boshqasiga aylanish qonunlari eritish va bug'lanish qonunlari bilan bir xil.
Har bir bosim uchun siz ikkala turdagi kristallar tinch holda birga bo'ladigan haroratni belgilashingiz mumkin. Agar harorat ko'tarilsa, bir turdagi kristall ikkinchi tur kristaliga aylanadi. Agar siz haroratni pasaytirsangiz, unda teskari konversiya bo'ladi.
Qizil oltingugurt normal bosim ostida sarg'ayishi uchun 110 ° C dan past harorat kerak. Ushbu haroratdan yuqori, erish nuqtasiga qadar qizil oltingugurtga xos bo'lgan atomlarning joylashishi barqaror. Harorat pasayadi, atom tebranishi pasayadi va 110 ° C dan boshlab tabiat atomlarning qulayroq joylashishini topadi. Bir kristallni boshqasiga aylanishi mavjud.
Hech kim oltita turli xil muz nomini o'ylab topmadi. Shunday qilib, ular: bitta muz, ikkita muz, ...., yetti muz. Agar ettita nav bo'lsa-chi? Gap shundaki, takroriy tajribalar davomida muz to'rtlik topilmadi.
Agar siz suvni nol haroratda siqsangiz, u holda 2000 atm bosimida beshta va 6000 atm bosimida oltita muz hosil bo'ladi.
Ikki muzli va uchta muz nol darajadan past haroratlarda barqaror.
Yetti muz - issiq muz; Bu issiq suv 20000 atm bosimga siqilganda paydo bo'ladi.
Oddiydan tashqari barcha muzlar suvdan og'irroqdir. Oddiy sharoitlarda hosil bo'lgan muzlar g'ayritabiiy ishlaydi; aksincha, odatdagidan boshqa sharoitlarda olingan muz normal holatda bo'ladi.
Biz aytamizki, har bir kristall modifikatsiyaning ma'lum bir mintaqasi mavjud. Agar shunday bo'lsa, unda qanday qilib grafit va olmos bir xil sharoitlarda mavjud?
Bunday "qonunsizlik" kristal dunyoda juda keng tarqalgan. Kristallar uchun "begona" sharoitda yashash qobiliyati deyarli qoidadir. Agar siz bug 'yoki suyuqlikni boshqa mavjudlik hududlariga o'tkazish uchun turli xil hiyla-nayranglarga murojaat qilishingiz kerak bo'lsa, aksincha, kristall, aksincha, deyarli hech qachon tabiat tomonidan unga berilgan chegaralarda qolishga qodir emas.
Kristallarning haddan tashqari qizib ketishi va haddan tashqari sovib ketishi, haddan tashqari siqilish sharoitida bitta buyurtmani boshqasiga o'tkazish qiyinligi bilan izohlanadi. Sariq oltingugurt 95,5 ° C ga qizg'ish rangga aylanishi kerak. Ko'proq yoki kamroq tez isitish bilan biz ushbu konversion nuqtadan o'tib, haroratni 113 ° C oltingugurtning erish nuqtasiga keltiramiz.
Haqiqiy konvertatsiya harorati kristallar bilan aloqa qilish orqali osonlikcha aniqlanadi. Agar ular bir-birining ustiga o'ralgan bo'lsa va 96 ° C haroratda saqlansa, u holda sariq rang qizil rangda, 95 ° C da esa sariq rang qizil rangga singadi. Kristall - suyuq o'tishdan farqli o'laroq, kristall - kristall o'zgarishlar odatda haddan tashqari sovutish paytida ham, qizib ketganda ham kechiktiriladi.
Ba'zi hollarda biz mutlaqo har xil haroratda yashashi kerak bo'lgan materiya holatlari bilan shug'ullanmoqdamiz.
Harorat + 13 ° C ga tushganda oq qalay kul rangga aylanishi kerak. Biz odatda oq qalay bilan shug'ullanamiz va qishda u bilan hech narsa qilinmasligini bilamiz. 20-30 daraja subkolinatsiyaga juda yaxshi bardosh beradi. Biroq, qattiq qishda oq qalay kul rangga aylanadi. Bu haqiqatni bilmaslik Skottning Janubiy qutbga ekspeditsiyasini buzgan holatlardan biri edi (1912). Ekspeditsiya tomonidan olingan suyuq yoqilg'i qalay bilan lehimli idishlarda edi. Katta sovuq havoda oq qalay kulrang kukunga aylandi - idishlar buzildi; va yonilg'i to'kilgan. Oq qalayda kulrang dog'lar paydo bo'lishi qalay vabosi deb nomlanadi.
Oltingugurtga o'xshab, oq qalayni 13 ° C dan past haroratda kul rangga aylantirish mumkin ;; agar qalay buyumga faqat mayda kulrang donalar kirsa.
Xuddi shu moddaning bir nechta navlarining mavjudligi va ularning o'zaro o'zgarishini kechiktirish texnologiya uchun katta ahamiyatga ega.
Xona haroratida temir atomlari kubning markazida panjara hosil qiladi, unda atomlar uchlari va kubning o'rtasida joylashgan. Har bir atomning 8 ta qo'shnisi bor. Yuqori haroratda temir atomlari zichroq «o'rash» hosil qiladi - har bir atomning 12 ta qo'shnisi bor. 8 qo'shnisi bo'lgan temir yumshoq, 12 qo'shnisi bo'lgan temir qattiq. Xona haroratida ikkinchi turdagi temirni olish mumkinligi ma'lum bo'ldi. Ushbu usul - söndürme - metallurgiyada keng qo'llaniladi.
Söndürme juda oson amalga oshiriladi - metall buyum qizil-qiziydi va keyin suvga yoki yog'ga tashlanadi. Sovutish shunchalik tez sodir bo'ladiki, yuqori haroratda barqaror bo'lgan konstruktsiyani o'zgartirish uchun vaqt yo'q. Shunday qilib, yuqori haroratli struktura cheksiz vaqt davomida g'ayrioddiy sharoitlarda mavjud bo'ladi: barqaror strukturaga kristallanish shunchalik sekinki, u deyarli ko'rinmaydi.
Temirning qotishi haqida gapiradigan bo'lsak, unchalik aniq emas edik. Po'lat qizdirilgan, ya'ni temirdan iborat bo'lib, uning tarkibida uglerodning foizli ulushi bor. Uglerod juda oz miqdordagi aralashmalarning mavjudligi qattiq temirning yumshoqga aylanishini kechiktiradi va qattiqlashishga imkon beradi. To'liq toza temirga kelsak, uni muzlatib bo'lmaydi - strukturaning o'zgarishi hatto eng keskin sovutish bilan ham sodir bo'ladi.
Shtat diagrammasi turiga qarab, o'zgaruvchan bosim yoki harorat, u yoki boshqa o'zgarishlarga erishiladi.
Kristallning ko'pgina o'zgarishi faqat bosim o'zgarishi bilan kuzatiladi. Shu tarzda qora fosfor olingan.