Molekulyar fizika

Shakl 4.5
Suyuqlikning bug'ga aylanishi singari, qattiqning suyuqlikka aylanishi issiqlikni talab qiladi. Buning uchun zarur bo'lgan issiqlik sintezning yashirin issiqligi deyiladi. Masalan, bir kilogramm muzni eritish uchun 80 kkal kerak bo'ladi.
Muz - bu termoyadroviy issiqligi bor jismlardan biridir. Masalan, muzning erishi bir xil qo'rg'oshin massasini eritishdan 10 baravar ko'proq energiya talab qiladi. Albatta, biz erishning o'zi haqida gapirayapmiz, bu erda qo'rg'oshin erishi boshlanishidan oldin uni + 327 ° S ga qadar qizdirish kerakligi haqida gapirmayapmiz. Muzning erishi yuqori issiqlik tufayli qorning erishi sekinlashadi. Tasavvur qiling, issiqlik erishi 10 baravar kam bo'ladi. O'shanda bahor toshqini har yili tasavvur qilib bo'lmaydigan ofatlarga olib keladi.
Shunday qilib, muzning erishi issiqligi juda katta, ammo u 540 kkal / kg bug'lanishning o'ziga xos issiqligi bilan solishtirganda kichikdir (etti marta kam). Biroq, bu farq mutlaqo tabiiydir. Suyuqlikni bug'ga o'tkazishda biz molekulalarni bir-biridan yirtib tashlashimiz kerak va eritish paytida biz molekulalarni tartibga solish tartibini buzishimiz kerak va ularni deyarli bir xil masofada qoldiramiz. Ikkinchi holatda kamroq ish talab qilinishi aniq.
Muayyan erish nuqtasining mavjudligi kristalli moddalarning muhim belgisidir. Aynan shu asosda ular amorf yoki ko'zoynak deb ataladigan boshqa qattiq moddalardan osongina ajralib turadi. Ko'zoynaklar ham noorganik, ham organik moddalar orasida uchraydi. Deraza panjaralari odatda natriy va kaltsiy silikatlaridan tayyorlanadi; ko'pincha organik oynalar stolga qo'yilgan (u pleksiglass deb ham ataladi).
Amorf moddalar, kristallardan farqli o'laroq, ma'lum bir erish nuqtasiga ega emas. Shisha erimaydi, lekin yumshatadi. Isitilganda, birinchi navbatda stakan qattiq tomondan yumshoq bo'ladi, uni osongina egilib yoki cho'zish mumkin; yuqori haroratda parcha o'z tortishish kuchi ta'sirida shaklini o'zgartira boshlaydi. Issiqlashganda, qalin viskoz shisha massasi u yotgan tomirni oladi. Bu massa avval asal kabi qalin, so'ngra smetana kabi bo'ladi va oxir-oqibat deyarli suv kabi past viskoziteli suyuqlikka aylanadi. Barcha istaklarimiz bilan biz bu erda qattiqning suyuqlikka aylanishi uchun ma'lum bir haroratni ko'rsatolmaymiz. Buning sabablari shisha va kristalli jismlarning tuzilishi o'rtasidagi tub farqda yotadi. Yuqorida aytib o'tilganidek, amorf jismlardagi atomlar tasodifiy joylashgan. Tarkibidagi shisha suyuqlikka o'xshaydi, qattiq oynada allaqachon molekulalar tasodifiy joylashtirilgan. Bu shuni anglatadiki, stakan haroratining ko'tarilishi uning molekulalarining tebranish diapazonini ko'paytiradi va bu ularga asta-sekin va ko'proq harakat erkinligini beradi. Shu sababli, stakan asta-sekin yumshaydi va keskin ravishda "qattiq" - "suyuq" o'tishni aniqlamaydi, molekulalarni tartibga solishdan tasodifiy tartibga o'tishga o'tish uchun xarakterlidir.
Qaynayotgan egri chiziqqa kelganda, biz suyuqlik va bug 'turg'un bo'lmagan holatda, boshqa odamlarning yashash joylarida yashashi mumkinligini aytdik - bug'ni haddan tashqari sovutish va qaynab turgan egri chizig'ining chap tomoniga o'tkazish mumkin, suyuqlikni qizdirish va bu egri chizig'ining o'ng tomoniga tortish mumkin.
Shunga o'xshash hodisalar suyuq kristall holatida mumkinmi? Aniqlanishicha, bu erda to'liqlik yo'q.
Agar kristal qizdirilsa, u erish nuqtasida eriy boshlaydi. Kristalni haddan tashqari qizdirish mumkin bo'lmaydi. Aksincha, suyuqlikni sovutganda, ba'zi choralar ko'rilsa, erish haroratiga nisbatan osonlikcha «o'tish» mumkin. Ba'zi suyuqliklarda katta subkolinatsiyaga erishish mumkin. Subkoollash oson, ammo kristallanishi qiyin bo'lgan suyuqliklar ham mavjud. Ushbu suyuqlik sovib borgan sari u ko'proq yopishqoq bo'lib qoladi va oxirida kristallanmasdan qotib qoladi. Bu shisha.
Siz subcool va suv qilishingiz mumkin. Tuman tomchilari hatto qattiq sovuqda ham muzlamasligi mumkin. Agar kristall modda o'ta sovutilgan suyuqlikka - urug'ga tashlansa, u holda kristallanish darhol boshlanadi.
Va nihoyat, ko'p holatlarda, kechiktirilgan kristallanish silkinishdan yoki boshqa tasodifiy hodisalardan boshlanishi mumkin. Masalan, kristalli glitserin dastlab temir yo'l orqali tashish orqali olinganligi ma'lum. Uzoq turganidan keyin shisha kristallanishi mumkin (ular texnikada aytilganidek, "silkitib" yoki "silkitib").
Kristallni qanday o'stirish kerak
Deyarli har qanday modda ma'lum sharoitlarda kristal hosil qilishi mumkin. Kristallarni eritma yoki berilgan moddaning eritmasidan, shuningdek uning bug'laridan olish mumkin (masalan, qora olmos shaklidagi yod kristallari suyuqlik holatiga oraliq o'tmasdan normal bosim ostida osongina cho'kadi).
Suvda stol tuzi yoki shakarni eritishni boshlang. Xona haroratida (20 ° C) siz yuz qirrali stakanda atigi 70 g tuzni eritishingiz mumkin. Keyinchalik tuz qo'shimchalari erimaydi va pastki qismida cho'kindi shaklida joylashadi. Keyinchalik eritib bo'lmaydigan eritma to'yingan deyiladi. .Agar harorat o'zgarsa, moddaning eruvchanlik darajasi ham o'zgaradi. Ko'pgina moddalar issiq suvni sovuq suvga qaraganda osonroq eritishini biladi.
Endi tasavvur qiling - siz to'yingan eritmani, masalan, shakarni 30 ° C haroratda tayyorlab, uni 20 ° S ga qadar sovutishni boshladingiz. 30 ° C haroratda siz 100 g suvda 223 g shakarni eritib, 205 g ni 20 ° C da eritib, keyin 30 dan 20 ° C gacha sovutganda 18 g "ortiqcha" bo'lib qolasiz va ular aytganidek, eritma to'kiladi. Shunday qilib, kristal ishlab chiqarishning mumkin bo'lgan usullaridan biri to'yingan eritmani sovutishdir.
Boshqa yo'l bilan qilishingiz mumkin. To'yingan tuz eritmasini tayyorlang va uni ochiq stakanga qo'ying. Biroz vaqt o'tgach, siz kristallarning ko'rinishini bilib olasiz. Nima uchun ular paydo bo'ldi? Ehtiyotkorlik bilan kuzatish shuni ko'rsatadiki, kristallarning paydo bo'lishi bilan bir qatorda yana bir o'zgarish yuz berdi - suv miqdori kamaydi. Suv bug'lanib, eritmada "ortiqcha" modda paydo bo'ldi. Shunday qilib, kristal hosil bo'lishining yana bir usuli bu eritmani bug'latishdir.
Eritmadan kristallarning shakllanishi qanday?
Biz kristallar eritma orqali «cho'kindi» deb aytdik; Buni shunday tushunish kerakki, bir hafta davomida kristal yo'q edi va bir lahzada U to'satdan paydo bo'ldi? Yo'q, bunday emas: kristallar o'sadi. Albatta, o'sishning dastlabki daqiqalarini ko'z bilan aniqlash mumkin emas. Birinchidan, tasodifiy harakatlanuvchi molekulalar yoki eritmaning atomlaridan oz qismi kristall panjarani shakllantirish uchun zarur bo'lgan tartibda yig'iladi. Bunday atomlar yoki molekulalar guruhiga embrion deyiladi.
Tajriba shuni ko'rsatadiki, eritmada har qanday tashqi mayda chang zarralari bo'lsa, embrionlar ko'proq hosil bo'ladi. Kichkina urug 'kristalli to'yingan eritmaga joylashtirilganda eng tez va oson kristallanish boshlanadi. Bunday holda, eritmadan qattiqni tanlash yangi kristallar hosil bo'lishida emas, balki urug'ning o'sishi bilan bog'liq bo'ladi.
Embrionning o'sishi, albatta, urug'ning o'sishi bilan farq qilmaydi. Urug'dan foydalanishning ma'nosi shundaki, u ozod qilingan moddani o'ziga tortadi va shu bilan bir vaqtning o'zida ko'plab yadrolarning paydo bo'lishiga to'sqinlik qiladi. Agar juda ko'p yadrolar hosil bo'lsa, unda ular o'sishda bir-biriga xalaqit beradi va bizga katta kristallar olishimizga imkon bermaydi.
Eritmadan chiqarilgan atomlar yoki molekulalarning qismlari qanday qilib embrion yuzasida tarqaladi?
Tajriba shuni ko'rsatadiki, urug 'yoki urug'ning o'sishi yuzlarni o'zlariga parallel ravishda yuzga perpendikulyar yo'nalishda harakat qilishdan iborat. Bunday holda, yuzlar orasidagi burchaklar doimiy bo'lib qoladi (biz allaqachon bilamizki, burchaklarning doimiyligi uning panjaraviy tuzilishi natijasida yuzaga keladigan kristalning eng muhim belgisidir).
Shaklda 4.6, bir xil moddaning uchta kristalining konturlari ularning o'sishi davrida berilgan. Shunga o'xshash rasmlarni mikroskop ostida kuzatish mumkin. Chapda ko'rsatilgan holda, o'sish paytida yuzlar soni saqlanib qoladi. O'rta rasmda yangi yuzning paydo bo'lishi (o'ng tomonda) va yana yo'qolishi haqida misol keltirilgan.