Kristallisation och smältning schema för förändringar i aggregationstillstånd av ämnet

Den här artikeln förklarar vad kristallisation och smältning. I exemplet olika aggregationstillstånd vatten förklaras, hur mycket värme som behövs för nedfrysning och upptining och varför dessa värden är olika. Det visar skillnaden mellan poly- och enkristaller, liksom komplexiteten i tillverkningen av den senare.

Flyttar till en annan aggregationstillstånd

En vanlig människa tänker på denna sällsynta men livet på den nivå där den finns nu, skulle ha varit omöjligt utan vetenskap. Vad är det? En svår fråga, eftersom många av de processer som sker i gränssnittet mellan flera discipliner. Fenomen som precisera området vetenskap är svårt, är kristallisation och smältning. Det verkar, ja, vad är svårt: det fanns vatten - har blivit is, var en metallkula - har blivit en pool av flytande metall. Men de exakta mekanismerna för övergång från ett aggregationstillstånd till ett annat saknas. Fysik klättra djupare in i djungeln, men att förutsäga exakt vid vilken tidpunkt kommer att börja smältning och kristallisation av kropparna har ännu inte uppnåtts.

Vad vi vet

Något som mänskligheten fortfarande vet. Smältpunkten och kristallisation tämligen lätt bestämmas empiriskt. Men allt är inte så enkelt. Alla vet att vattnet smälter och fryser på noll grader Celsius. Dock är vattnet oftast inte bara en teoretisk konstruktion, ett visst belopp. Glöm inte att smältningen och kristalliseringsprocessen inte ögonblicklig. Isbit börjar smälta tidigare än exakt når noll grader, vattnet i den första bägaren täcks med iskristaller vid en temperatur som något överstiger märket på skalan.

Isolering och absorption av värme under övergången till ett annat tillstånd av aggregering

Kristallisa och smält fasta ämnen åtföljs av vissa termiska effekter. I flytande tillstånd molekylen (eller ibland atomer) är förbundna med varandra är inte särskilt tätt. Just på grund av detta, de har förmågan att "flow". När kroppen börjar förlora värme, atomer och molekyler börjar att förena dem på lämpligaste strukturen. Således inträffar kristallisation. beror ofta på de yttre förhållandena, erhålls från samma kol grafit, diamant, eller fulleren. Så inte bara temperaturen utan också trycket inverkan på vägen kommer att fortsätta kristallisation och smältning. Emellertid, för att förstöra kristallstrukturen för den stela förbindningen, det tar lite mer energi, och följaktligen den mängd värme än så för att skapa dem. Sålunda kommer materialet fryser snabbare än smältprocesser under samma betingelser. Detta fenomen kallas latent värme, och återspeglar skillnaden beskrivits ovan. Minns att det latenta värmet inte är relaterad till värme och som sådan återspeglar mängden värme som krävs för att smälta och kristallisation inträffade.

Förändras i volym vid byte till en annan aggregationstillstånd

Såsom redan nämnts, antalet och kvaliteten på länkar i de flytande och fasta tillstånden är olika. För flytande tillstånd kräver mer energi, därför, atomer rör sig snabbare ständigt hoppa från en plats till en annan och skapa en tillfällig anslutning. Eftersom amplituden för svängningarna hos partiklarna större, och vätskan har en större volym. Medan i en fast tät anslutning, varje atom vibrerar ungefär ett jämviktsläge, är han oförmögen att lämna sin position. Denna struktur tar upp mindre utrymme. Så att smält och kristallisering av ämnen åtföljs av en volymförändring.

Egenskaper Smält och kristallvatten

Denna gemensamma och viktig vätska för vår planet, eftersom vatten kan inte lättvindigt spela en stor roll i livet för nästan alla levande varelser. Beskrivs ovan är skillnaden mellan den mängd värme som erfordras för kristallisering och smältning ägde rum, såväl som den volymförändring vid ändring av aggregationstillstånd. Vissa undantag från båda reglerna är vatten. Väte olika molekyler i ett flytande tillstånd och med kort anslutna, bildar svaga, men fortfarande inte är noll vätebindning. Detta förklarar den extremt stora värmekapaciteten hos denna universella vätska. Det bör noteras att vattenflödet, dessa meddelanden inte störa. Men deras roll under frysning (med andra ord, kristallisation) fram till slutet är fortfarande oklart. Man bör dock medge att isen av samma massa upptar mer volym än flytande vatten. Detta faktum orsakar en hel del skador på ledningsnät, och levererar en hel del problem som betjänar deras folk.

Inte bara en eller två gånger i nyheterna blixtrade sådana meddelanden. På vintern pannrummet i en avlägsen by fanns en olycka. På grund av snöoväder, gjorde is och tung frost inte har tid att köra bränsle. Vatten tillförs värme och kranar, batteri, längre varmt. Om det inte är dags att dränera, åtminstone delvis lämnar systemet tom, och det är bättre att torka, börjar det att förvärva omgivningstemperatur. Oftare än inte, tyvärr, vid denna tid finns det tunga frost. Och isen riva rör, lämnar människor med ingen chans för ett bekvämt liv under de kommande månaderna. Sedan, naturligtvis, eliminera olyckan, tappra nödsituationer ministeriet genombrott i blizzard att få bombarderas med helikopter några ton av eftertraktade kol och dålig VVS i den hårda kalla klock förändring rör.

Snö och snöflingor

Att föreställa sig isen, vi tänker ofta på de kalla kuber i ett glas juice eller vidsträckta den frusna Antarktis. Snow uppfattas av människor som en särskild företeelse, som verkar vara relaterade till vattnet. Men i själva verket är samma is just fryst i en viss ordning, som bestämmer formen. De säger att två identiska snöflingor i hela världen inte existerar. En forskare från USA tog upp frågan på allvar och har fastställt villkoren för att erhålla dessa skön hex önskad form. Hans laboratorium kan ge ännu en snöstorm snöflingor bild betalas av kunden. Förresten, hagel, snö och liknande, är mycket nyfiken resultat av kristallisationsprocessen - från ångan och inte vatten. Omställning av den fasta kroppen på en gång i gasformig enhet kallas sublimering.

Enkristaller och polykristallina

Alla har sett vinterisen mönster på glas i bussen. De bildas på grund av att temperaturen inuti fordonet är över noll Celsius. Och dessutom, en massa människor andas tillsammans med luften från lungorna par, ger större luftfuktighet. Men glaset (ofta subtila Single) är vid omgivande temperatur, dvs en negativ. Vattenånga, röra det mycket snabbt förlorar värme och förvandlas till en solid state. En kristall pinnar till en annan, är vart och ett av följande form skiljer sig något från den tidigare, och snabbt växa vackra asymmetriska mönster. Detta är ett exempel på polykristallin. "Poly" - från det latinska "en hel del". I detta fall, en del av microparts kombineras till en enda enhet. Alla metallprodukt - alltför ofta polykristallina. Och här är den perfekta formen av naturlig kvarts prisma - är en enda kristall. I sin struktur, ingen kommer att hitta brister och luckor, medan polykristallina volymer vägbeskrivning bitar arrangeras slumpmässigt och inte överensstämmer med varandra.

Smartphone och kikare

Men i modern teknik kräver ofta en helt ren enkristaller. Till exempel, nästan alla smartphone innehåller i sitt djup kiselminneselement. Ingen atom i hela denna volym bör inte flyttas från den idealiska platsen. Alla måste ta dess plats. Annars, i stället för bilder får du utgångs ljud, och framför allt, otäck.

Kikare, mörkerseende anordningar behöver också tillräckliga bulkenkelkristaller som omvandlar infraröd strålning till synligt ljus. Metoder för deras växande antal, men varje kräver särskilt noggranna och exakta beräkningar. Hur erhållna enkristaller, scientists förstår av fasdiagram, dvs att titta på en graf av smältning och kristallisation av produkten. Skapa en bild därför svårt materialforskare är särskilt uppskattad av forskare som bestämt sig för att ta reda på alla detaljer i schemat.