Bu makale kristalleşme ve erimenin ne olduğunu açıklıyor. Suyun çeşitli kümelenme durumları örneği kullanılarak, donma ve çözülme için ne kadar ısı gerektiği ve bu değerlerin neden farklı olduğu açıklanmıştır. Çoklu ve tek kristaller arasındaki farkın yanı sıra ikincisini üretmenin karmaşıklığı da gösterilmektedir.
Başka bir toplu duruma geçiş
Sıradan bir insan bunu nadiren düşünür, ancak şu anda var olduğu düzeyde yaşam bilim olmadan imkansız olurdu. Hangisi? Soru kolay değil, çünkü birçok süreç birkaç disiplinin kesişme noktasında meydana geliyor. Bilim alanını kesin olarak tanımlamanın zor olduğu olaylar kristalleşme ve erimedir. Görünüşe göre, burada bu kadar karmaşık olan şey: su vardı - buz vardı, metal bir top vardı - bir sıvı metal birikintisi vardı. Bununla birlikte, bir kümelenme durumundan diğerine geçiş için kesin mekanizmalar yoktur. Fizikçiler ormanda gitgide daha derine iniyorlar, ancak cisimlerin erimesinin ve kristalleşmesinin hangi noktada başlayacağını tam olarak tahmin etmek hala mümkün değil.çıkıyor.
Bildiklerimiz
İnsanlığın hala bildiği bir şey. Erime ve kristalleşme sıcaklıkları ampirik olarak oldukça kolay bir şekilde belirlenir. Ama burada bile her şey o kadar basit değil. Herkes suyun sıfır santigrat derecede eridiğini ve donduğunu bilir. Bununla birlikte, su genellikle sadece teorik bir yapı değil, belirli bir hacimdir. Erime ve kristalleşme sürecinin anlık olmadığını unutmayın. Buz küpü tam olarak sıfır dereceye ulaşmadan biraz erimeye başlar, bardaktaki su, ölçekte bu işaretin biraz üzerinde bir sıcaklıkta ilk buz kristalleriyle kaplanır.
Başka bir kümelenme durumuna geçiş sırasında ısı emisyonu ve emilimi
Katıların kristalleşmesine ve erimesine belirli termal etkiler eşlik eder. Sıvı halde, moleküller (veya bazen atomlar) birbirine çok sıkı bağlı değildir. Bu nedenle "akışkanlık" özelliğine sahiptirler. Vücut ısı kaybetmeye başladığında, atomlar ve moleküller kendileri için en uygun yapıda bir araya gelmeye başlar. Kristalleşme bu şekilde gerçekleşir. Aynı karbondan grafit, elmas veya fulleren elde edilip edilmeyeceği genellikle dış koşullara bağlıdır. Yani sadece sıcaklık değil, basınç da kristalleşme ve erimenin nasıl ilerleyeceğini etkiler. Bununla birlikte, katı bir kristal yapının bağlarını kırmak için, onları oluşturmaktan biraz daha fazla enerji ve dolayısıyla ısı miktarı gerekir. Böylece,madde, aynı işlem koşulları altında erimeden daha hızlı donacaktır. Bu fenomene gizli ısı denir ve yukarıda açıklanan farkı yansıtır. Gizli ısının ısıyla hiçbir ilgisi olmadığını ve kristalleşme ve erimenin gerçekleşmesi için gereken ısı miktarını yansıttığını hatırlayın.
Başka bir toplama durumuna geçişte ses seviyesinde değişiklik
Daha önce de belirtildiği gibi, sıvı ve katı haldeki bağların miktarı ve kalitesi farklıdır. Sıvı hal daha fazla enerji gerektirir, bu nedenle atomlar daha hızlı hareket eder, sürekli bir yerden diğerine atlar ve geçici bağlar oluşturur. Parçacık salınımlarının genliği daha büyük olduğundan, sıvı da daha büyük bir hacim kaplar. Katı bir cisimde bağlar katı iken, her atom bir denge pozisyonu etrafında salınır, pozisyonundan çıkamaz. Bu yapı daha az yer kaplar. Bu nedenle maddelerin erimesi ve kristalleşmesine hacimde bir değişiklik eşlik eder.
Suyun kristalleşme ve erime özellikleri
Gezegenimiz için bu kadar yaygın ve önemli bir sıvı olan su, neredeyse tüm canlıların yaşamında büyük rol oynaması belki de tesadüf değildir. Kristalleşme ve erimenin meydana gelmesi için gerekli olan ısı miktarı ile agregasyon durumunu değiştirirken hacimdeki değişiklik arasındaki fark yukarıda açıklanmıştır. Her iki kuralın da bir istisnası sudur. Farklı moleküllerin hidrojeni, sıvı halde bile kısa bir süre için birleşerek zayıf bir yapı oluşturur, ancak yine desıfır hidrojen bağı. Bu, bu evrensel sıvının inanılmaz derecede yüksek ısı kapasitesini açıklar. Bu bağların suyun akışına müdahale etmediğine dikkat edilmelidir. Ancak donma (diğer bir deyişle kristalleşme) sırasındaki rolleri sonuna kadar belirsizliğini koruyor. Ancak aynı kütledeki buzun sıvı sudan daha fazla hacim kapladığı bilinmelidir. Bu gerçek, kamu hizmetlerine çok fazla zarar veriyor ve onlara hizmet eden insanlar için birçok soruna neden oluyor.
Bu tür mesajlar haberlerde bir veya iki defadan fazla görünüyor. Kışın, uzak bir yerleşim yerinin kazan dairesinde bir kaza meydana geldi. Kar fırtınası, buz veya şiddetli donlar nedeniyle yakıt teslim etmek için zamanımız olmadı. Radyatörlere ve musluklara verilen su ısıtmayı durdurdu. Zamanında tahliye edilmezse sistemi en azından kısmen boş ve tercihen tamamen kuru bırakarak ortam sıcaklığını almaya başlar. Çoğu zaman, ne yazık ki, şu anda şiddetli donlar var. Ve buz boruları kırarak önümüzdeki aylarda insanları rahat bir yaşam şansından mahrum bırakıyor. Sonra elbette kaza ortadan kalkar, Acil Durumlar Bakanlığı'nın yiğit çalışanları kar fırtınasını yarıp helikopterle oraya birkaç ton imrenilen kömürü atar ve talihsiz tesisatçılar şiddetli soğukta günün her saatinde boru değiştirirler.
Kar ve kar taneleri
Buzu düşündüğümüzde, çoğu zaman bir bardak meyve suyundaki soğuk küpleri veya donmuş Antarktika'nın uçsuz bucaksız genişliklerini düşünürüz. Kar, insanlar tarafından özel bir fenomen olarak algılanır.su ile alakalı değil Ama aslında aynı buzdur, sadece belirli bir sırada donmuş şekli belirler. Tüm dünyada iki özdeş kar tanesi olmadığını söylüyorlar. ABD'den bir bilim adamı ciddiyetle işe koyuldu ve istenen şekle sahip bu altıgen güzellikleri elde etmenin şartlarını belirledi. Laboratuvarı, müşteri sponsorluğundaki bir dış görünümün kar tanesi kar fırtınasını bile sağlayabilir. Bu arada, dolu, kar gibi çok ilginç bir kristalleşme sürecinin sonucudur - sudan değil buhardan. Katı bir cismin hemen gaz halindeki bir agregaya ters dönüşümüne süblimleşme denir.
Tek kristaller ve polikristaller
Kışın otobüste herkes camda buz desenleri gördü. Taşımanın içinde sıcaklık sıfır santigratın üzerinde olduğu için oluşurlar. Ayrıca, hafif buharlardan gelen hava ile birlikte nefes alan birçok insan, artan nem sağlar. Ancak cam (çoğunlukla ince tek) bir ortam sıcaklığına sahiptir, yani negatiftir. Yüzeyine dokunan su buharı çok hızlı bir şekilde ısı kaybeder ve katı hale dönüşür. Bir kristal diğerine yapışır, birbirini izleyen her şekil bir öncekinden biraz farklıdır ve güzel asimetrik desenler hızla büyür. Bu polikristallere bir örnektir. "Poli", Latince "çok" kelimesinden gelir. Bu durumda, birkaç mikro parça tek bir bütün halinde birleştirilir. Herhangi bir metal ürün de çoğunlukla bir polikristaldir. Ancak kuvarsın doğal prizmasının mükemmel şekli tek bir kristaldir. Yapısında hiç kimse kusurlar ve boşluklar bulamazken, yönün polikristal hacimlerindeparçalar rastgele düzenlenmiştir ve birbiriyle uyuşmamaktadır.
Akıllı telefon ve dürbün
Ancak modern teknolojide, genellikle kesinlikle saf tek kristaller gereklidir. Örneğin, hemen hemen her akıllı telefon, bağırsaklarında bir silikon bellek öğesi içerir. Bu hacimdeki tek bir atom bile ideal konumundan hareket ettirilmemelidir. Herkes yerini almalıdır. Aksi takdirde, bir fotoğraf yerine çıktıda sesler ve büyük olasılıkla hoş olmayan sesler alırsınız.
Dürbünlerde, gece görüş cihazları da kızılötesi radyasyonu görünür hale dönüştüren yeterince hacimli monokristallere ihtiyaç duyar. Onları büyütmenin birkaç yolu vardır, ancak her biri özel bakım ve doğrulanmış hesaplamalar gerektirir. Bilim adamları, tek kristallerin nasıl elde edildiğini, hal diyagramlarından anlarlar, yani bir maddenin erime ve kristalleşme grafiğine bakarlar. Böyle bir resim çizmek zordur, bu nedenle malzeme bilimcileri, böyle bir grafiğin tüm ayrıntılarını bulmaya karar veren bilim adamlarını özellikle takdir eder.
