Sự kết tinh và tan chảy: đồ thị của sự thay đổi trạng thái tổng hợp của vật chất

Bài báo này cho biết kết tinh và tan chảy là gì. Ví dụ về các trạng thái tổng hợp nước khác nhau giải thích nhiệt độ cần thiết cho đông và tan và lý do tại sao các giá trị này khác nhau. Sự khác biệt giữa poly và monocrystals được thể hiện, cũng như sự phức tạp của việc sản xuất thứ hai.

Chuyển sang trạng thái tổng hợp khác

Một người bình thường nghĩ về nó ít khi, nhưng cuộc sống ở mức độ mà nó tồn tại sẽ không thể có nếu không có khoa học. Cái nào? Câu hỏi không đơn giản, bởi vì nhiều quá trình xảy ra ở đường giao nhau của một số ngành. Các hiện tượng, mà rất khó để xác định lĩnh vực khoa học, đang kết tinh và tan chảy. Nó có vẻ, tốt, nó phức tạp ở đây: có nước - có băng, có một quả bóng kim loại - có một hồ nước kim loại lỏng. Tuy nhiên, không có cơ chế chính xác cho quá trình chuyển đổi từ trạng thái tổng hợp này sang trạng thái tổng hợp khác. Các nhà vật lý thâm nhập sâu hơn vào rừng, nhưng vẫn không thể dự đoán chính xác tại điểm nào sự tan chảy và kết tinh của các cơ thể sẽ bắt đầu.

Những gì chúng ta biết

Bằng cách nào đó, nhân loại vẫn biết. Nhiệt độ nóng chảy và tinh thể được xác định một cách dễ dàng. Nhưng ở đây mọi thứ không đơn giản như vậy. Mọi người đều biết rằng nước tan chảy và đóng băng ở 0 độ Celsius. Tuy nhiên, nước thường không chỉ là một cấu trúc lý thuyết mà còn là một khối lượng cụ thể. Đừng quên rằng quá trình tan chảy và kết tinh không phải là tức thời. Ice cube bắt đầu tan chảy một chút sớm hơn nó đạt đến độ chính xác bằng 0, nước trong thủy tinh được bao phủ bởi các tinh thể băng đầu tiên ở nhiệt độ hơi cao hơn mốc này trên thang.

Sự cô lập và hấp thu nhiệt khi chuyển sang trạng thái tổng hợp khác

Kết tinh và tan chảy của chất rắn được đi kèm với một số hiệu ứng nhiệt. Ở trạng thái lỏng, các phân tử (hoặc đôi khi các nguyên tử) không liên kết chặt chẽ. Chính vì điều này mà họ có tài sản "lỏng lẻo". Khi cơ thể bắt đầu mất nhiệt, các nguyên tử và các phân tử bắt đầu đoàn kết trong cấu trúc thuận tiện nhất. Do đó, kết tinh xảy ra. Thông thường, tùy thuộc vào các điều kiện bên ngoài, nó chỉ ra rằng cùng một lượng carbon là than chì, kim cương hay fullerene. Vì vậy, không chỉ nhiệt độ, mà còn áp lực, ảnh hưởng như thế nào kết tinh và nóng chảy sẽ tiến hành. Tuy nhiên, để phá vỡ các liên kết của một cấu trúc tinh thể cứng nhắc, cần thêm một ít năng lượng, và do đó có nhiều nhiệt hơn tạo ra chúng. Vì vậy, chất sẽ đóng băng nhanh hơn nóng chảy, trong cùng một điều kiện quá trình. Hiện tượng này được gọi là nhiệt tiềm ẩn và phản ánh sự khác biệt được mô tả ở trên. Nhớ lại rằng nhiệt tiềm ẩn không liên quan đến nhiệt như vậy và phản ánh lượng nhiệt cần thiết để kết tinh và tan chảy.

Thay đổi về khối lượng khi chuyển sang trạng thái tổng hợp khác

Như đã đề cập, số lượng và chất lượng trái phiếu trong trạng thái lỏng và rắn khác nhau. Trạng thái lỏng đòi hỏi rất nhiều năng lượng, do đó các nguyên tử di chuyển nhanh hơn, liên tục nhảy từ nơi này đến nơi khác và tạo ra các kết nối tạm thời. Vì biên độ dao động của các hạt lớn hơn, chất lỏng cũng chiếm một thể tích lớn hơn. Trong khi trong cơ thể rắn truyền thông cứng nhắc, mỗi nguyên tử dao động quanh một vị trí cân bằng, nó không thể rời khỏi vị trí của nó. Cấu trúc này chiếm ít không gian. Vì vậy, nóng chảy và kết tinh của các chất kèm theo sự thay đổi thể tích.

Tính năng kết tinh và tan chảy của nước

Một chất lỏng thông thường và quan trọng cho hành tinh chúng ta, như nước, có thể đóng một vai trò lớn trong cuộc đời của hầu hết chúng sinh. Trên đây là sự khác biệt giữa lượng nhiệt cần thiết để kết tinh và tan chảy, cũng như sự thay đổi thể tích khi trạng thái tổng hợp thay đổi. Một số ngoại lệ đối với cả hai quy tắc là nước. Hydro của các phân tử khác nhau, ngay cả trong trạng thái lỏng, kết hợp trong một thời gian ngắn, tạo thành một liên kết hydro không yếu, nhưng vẫn không bằng nhau. Điều này giải thích khả năng chịu nhiệt cực cao của chất lỏng phổ quát này. Cần lưu ý rằng những liên kết này không can thiệp vào sự lưu thông của nước. Nhưng vai trò của chúng trong đóng băng (nói cách khác, kết tinh) đến cuối vẫn còn chưa rõ ràng. Tuy nhiên, cần phải nhận ra rằng đá cùng khối lượng chiếm nhiều khối lượng hơn nước lỏng. Thực tế này gây ra rất nhiều thiệt hại cho mạng lưới tiện ích và gây ra nhiều vấn đề cho những người phục vụ họ.

Không một hoặc hai lần trong tin tức những thông điệp như vậy nhấp nháy. Vào mùa đông, một tai nạn xảy ra trong buồng hơi của một số khu định cư ở xa. Do bão tuyết, băng hoặc sương mù nghiêm trọng, họ đã không quản lý để cung cấp nhiên liệu. Nước cung cấp cho pin sưởi ấm và vòi không còn nóng. Nếu nó không được thoát nước trong thời gian, để hệ thống ít nhất một phần rỗng, hoặc thậm chí nói chung khô, nó bắt đầu để có được nhiệt độ của môi trường. Thông thường, như may mắn sẽ có nó, tại thời điểm này có sương mù nghiêm trọng. Và băng đá làm rách các đường ống, khiến mọi người không có cơ hội để có một cuộc sống thoải mái trong những tháng tới. Sau đó, tất nhiên, tai nạn đã được loại bỏ, những nhân viên dũng cảm của Bộ các biện pháp Khẩn cấp, vượt qua bão tuyết, ném vài tấn than mong muốn lên trực thăng, và những thợ ống nước không may thay đổi đường ống quanh đồng hồ 24 giờ.

Tuyết và tuyết

Khi tưởng tượng đá, chúng ta thường nghĩ đến các khối lạnh trong ly với nước trái cây hoặc những không gian khổng lồ của Antarctica đông lạnh. Tuyết được người ta coi là một hiện tượng đặc biệt, dường như không liên quan đến nước. Nhưng trên thực tế nó là cùng một băng, chỉ bị đóng băng theo một thứ tự nhất định, xác định hình dạng. Họ nói rằng không có hai bông tuyết giống hệt nhau trên toàn thế giới. Các nhà khoa học từ Mỹ nghiêm túc đã đưa vấn đề này và xác định các điều kiện để có được những vẻ đẹp sáu cạnh của hình thức mong muốn. Phòng thí nghiệm của ông thậm chí có thể cung cấp một cơn bão tuyết của những bông tuyết được thanh toán bởi sự xuất hiện của khách hàng. By the way, mưa đá, như tuyết, là kết quả của một quá trình rất tò mò của kết tinh - từ hơi, không phải từ nước. Sự chuyển đổi ngược của một chất rắn thành một hỗn hợp khí được gọi là thăng hoa.

Tinh thể đơn và polycrystals

Mọi người nhìn thấy những mẫu băng giá trên chiếc kính trên xe buýt vào mùa đông. Chúng được hình thành bởi vì nhiệt độ bên trong vận chuyển là trên 0 độ Celsius. Hơn nữa, nhiều người, thở ra với không khí từ hơi ánh sáng, cung cấp độ ẩm cao. Nhưng kính (thường mỏng nhất) có nhiệt độ môi trường xung quanh, nghĩa là âm. Hơi nước, chạm vào bề mặt của nó, rất nhanh mất nhiệt và đi vào trạng thái rắn. Một tinh thể gắn chặt với nhau, mỗi dạng tiếp theo hơi khác so với dạng trước, và các mẫu không đối xứng đẹp phát triển nhanh. Đây là một ví dụ về polycrystals. "Poly" - từ tiếng Latinh "rất nhiều". Trong trường hợp này, một số bộ vi được kết hợp thành một đơn nguyên. Bất kỳ sản phẩm kim loại nào cũng thường là đa tinh thể. Nhưng hình dạng hoàn hảo của lăng kính thạch anh tự nhiên là một tinh thể đơn. Trong cấu trúc của nó, không ai có thể tìm thấy những sai sót và sự phá vỡ, trong khi ở khối lượng polycrystalline hướng của các bộ phận là hỗn loạn và không đồng ý với nhau.

Điện thoại thông minh và ống nhòm

Nhưng công nghệ hiện đại thường đòi hỏi các monocrystals hoàn toàn tinh khiết. Ví dụ, hầu như bất kỳ điện thoại thông minh có chứa trong ruột của nó một yếu tố bộ nhớ silicon. Không có nguyên tử nào trong toàn bộ thể tích này nên được di chuyển so với vị trí lý tưởng. Mọi người nên thay thế vị trí của mình. Nếu không, thay vì một bức ảnh, bạn sẽ nhận được âm thanh ở đầu ra, và, rất có thể, khó chịu.

Trong ống nhòm, các thiết bị nhìn đêm cũng cần phải có đủ các tinh thể đơn sắc để biến đổi bức xạ hồng ngoại thành bức xạ hữu hình. Có một số cách để phát triển chúng, nhưng mỗi loại đều đòi hỏi tính kỹ lưỡng và tính toán được xác minh. Làm thế nào đạt được tinh thể đơn lẻ, các nhà khoa học hiểu được từ các sơ đồ pha của nhà nước, nghĩa là họ nhìn vào đồ thị nóng chảy và kết tinh của vật chất. Rất khó để sáng tác một bức tranh như vậy, do đó, các nhà khoa học về vật liệu đặc biệt đánh giá cao các nhà khoa học đã quyết định tìm ra tất cả các chi tiết của lịch trình này.