Ky artikull shpjegon se çfarë është kristalizimi dhe shkrirja. Duke përdorur shembullin e gjendjeve të ndryshme të grumbullimit të ujit, shpjegohet se sa nxehtësi kërkohet për ngrirjen dhe shkrirjen dhe pse këto vlera janë të ndryshme. Tregohet dallimi midis poli- dhe kristaleve të vetëm, si dhe kompleksiteti i prodhimit të këtij të fundit.
Tranzicioni në një gjendje tjetër totale
Një person i zakonshëm rrallë mendon për të, por jeta në nivelin në të cilin ekziston tani do të ishte e pamundur pa shkencën. Cila? Pyetja nuk është e lehtë, sepse shumë procese ndodhin në kryqëzimin e disa disiplinave. Dukuritë për të cilat është e vështirë të përcaktohet saktësisht fusha e shkencës janë kristalizimi dhe shkrirja. Do të duket, mirë, çfarë është kaq e ndërlikuar këtu: kishte ujë - kishte akull, kishte një top metalik - kishte një pellg me metal të lëngshëm. Megjithatë, nuk ka mekanizma të saktë për kalimin nga një gjendje grumbullimi në një tjetër. Fizikanët po futen gjithnjë e më thellë në xhungël, por ende nuk është e mundur të parashikohet saktësisht se në cilën pikë do të fillojë shkrirja dhe kristalizimi i trupave.rezulton.
Çfarë dimë
Diçka që njerëzimi ende e di. Temperaturat e shkrirjes dhe të kristalizimit përcaktohen mjaft lehtë në mënyrë empirike. Por edhe këtu gjithçka nuk është aq e thjeshtë. Të gjithë e dinë se uji shkrihet dhe ngrin në zero gradë Celsius. Megjithatë, uji zakonisht nuk është vetëm një konstrukt teorik, por një vëllim specifik. Mos harroni se procesi i shkrirjes dhe kristalizimit nuk është i menjëhershëm. Kubi i akullit fillon të shkrihet pak para se të arrijë saktësisht zero gradë, uji në gotë mbulohet me kristalet e para të akullit në një temperaturë që është pak mbi këtë shenjë në shkallë.
Emetimi dhe thithja e nxehtësisë gjatë kalimit në një gjendje tjetër grumbullimi
Kristalizimi dhe shkrirja e lëndëve të ngurta shoqërohen me efekte të caktuara termike. Në gjendje të lëngshme, molekulat (ose ndonjëherë atomet) nuk janë të lidhura fort së bashku. Për shkak të kësaj, ata kanë vetinë e "fluiditetit". Kur trupi fillon të humbasë nxehtësinë, atomet dhe molekulat fillojnë të kombinohen në strukturën që është më e përshtatshme për ta. Kështu ndodh kristalizimi. Shpesh varet nga kushtet e jashtme nëse grafiti, diamanti apo fullereni do të merret nga i njëjti karbon. Pra, jo vetëm temperatura, por edhe presioni ndikon në mënyrën se si do të vazhdojë kristalizimi dhe shkrirja. Megjithatë, për të thyer lidhjet e një strukture të ngurtë kristalore, duhet pak më shumë energji, dhe rrjedhimisht sasia e nxehtësisë, sesa krijimi i tyre. Kështu,substanca do të ngrijë më shpejt se sa të shkrihet, në të njëjtat kushte procesi. Ky fenomen quhet nxehtësi latente dhe pasqyron ndryshimin e përshkruar më sipër. Kujtoni se nxehtësia latente nuk ka të bëjë fare me nxehtësinë si e tillë dhe pasqyron sasinë e nxehtësisë që kërkohet për të ndodhur kristalizimi dhe shkrirja.
Ndrysho volumin pas kalimit në një gjendje tjetër grumbullimi
Siç është përmendur tashmë, sasia dhe cilësia e lidhjeve në gjendje të lëngshme dhe të ngurtë janë të ndryshme. Gjendja e lëngshme kërkon më shumë energji, prandaj atomet lëvizin më shpejt, duke kërcyer vazhdimisht nga një vend në tjetrin dhe duke krijuar lidhje të përkohshme. Meqenëse amplituda e lëkundjeve të grimcave është më e madhe, lëngu gjithashtu zë një vëllim më të madh. Ndërsa në një trup të ngurtë lidhjet janë të ngurtë, çdo atom lëkundet rreth një pozicioni ekuilibri, ai nuk është në gjendje të largohet nga pozicioni i tij. Kjo strukturë merr më pak hapësirë. Pra, shkrirja dhe kristalizimi i substancave shoqërohen me një ndryshim në vëllim.
Veçoritë e kristalizimit dhe shkrirjes së ujit
Një lëng kaq i zakonshëm dhe i rëndësishëm për planetin tonë si uji, ndoshta nuk është rastësi që luan një rol të madh në jetën e pothuajse të gjitha qenieve të gjalla. Dallimi midis sasisë së nxehtësisë që kërkohet për të ndodhur kristalizimi dhe shkrirja, si dhe ndryshimi i vëllimit gjatë ndryshimit të gjendjes së grumbullimit, është përshkruar më sipër. Një përjashtim nga të dy rregullat është uji. Hidrogjeni i molekulave të ndryshme, edhe në gjendje të lëngët, bashkohet për një kohë të shkurtër, duke formuar një të dobët, por ende jo.lidhje hidrogjenore zero. Kjo shpjegon kapacitetin jashtëzakonisht të lartë të nxehtësisë së këtij lëngu universal. Duhet të theksohet se këto lidhje nuk ndërhyjnë në rrjedhën e ujit. Por roli i tyre gjatë ngrirjes (me fjalë të tjera, kristalizimi) mbetet i paqartë deri në fund. Megjithatë, duhet pranuar se akulli me të njëjtën masë zë më shumë vëllim se uji i lëngshëm. Ky fakt shkakton shumë dëme për shërbimet publike dhe shkakton shumë probleme për njerëzit që i shërbejnë.
Mesazhe të tilla shfaqen në lajme më shumë se një ose dy herë. Në dimër, një aksident ndodhi në kazanin e një vendbanimi të largët. Për shkak të stuhive, akullit apo ngricave të forta, nuk patëm kohë të dërgonim karburant. Uji i furnizuar me radiatorët dhe çezmat nuk ngrohej. Nëse nuk kullohet në kohë, duke e lënë sistemin të paktën pjesërisht bosh, dhe mundësisht plotësisht të thatë, ai fillon të fitojë temperaturën e ambientit. Më shpesh, për fat të keq, në këtë kohë ka ngrica të rënda. Dhe akulli thyen tubat, duke i lënë njerëzit pa mundësi për një jetë komode në muajt e ardhshëm. Më pas, sigurisht që aksidenti eliminohet, punonjësit trima të Ministrisë së Situatave të Emergjencave, duke thyer stuhinë, hedhin atje me helikopter disa ton qymyr të lakmuar dhe hidraulikët fatkeq ndërrojnë tubacionet gjatë gjithë kohës në të ftohtin e hidhur.
Dëborë dhe fjolla bore
Kur mendojmë për akullin, më shpesh mendojmë për kube të ftohta në një gotë me lëng ose hapësira të mëdha të Antarktidës së ngrirë. Bora perceptohet nga njerëzit si një fenomen i veçantë, i cili duket të jetënuk ka lidhje me ujin. Por në fakt është i njëjti akull, vetëm i ngrirë në një renditje të caktuar që përcakton formën. Ata thonë se nuk ka dy fjolla identike në të gjithë botën. Një shkencëtar nga SHBA-ja u mor seriozisht me biznesin dhe përcaktoi kushtet për marrjen e këtyre bukurive gjashtëkëndore të formës së dëshiruar. Laboratori i tij mund të sigurojë edhe një stuhi dëbore të një lëkure të sponsorizuar nga klientët. Nga rruga, breshri, si bora, është rezultat i një procesi shumë kurioz të kristalizimit - nga avulli, jo nga uji. Shndërrimi i kundërt i një trupi të ngurtë menjëherë në një agregat të gaztë quhet sublimim.
Tekkristale dhe polikristale
Të gjithë panë modele akulli në xhami në autobus në dimër. Ato formohen sepse brenda transportit temperatura është mbi zero Celsius. Dhe përveç kësaj, shumë njerëz, duke nxjerrë së bashku me ajrin nga avujt e lehtë, sigurojnë lagështi të shtuar. Por xhami (më shpesh i hollë i vetëm) ka një temperaturë ambienti, domethënë negative. Avulli i ujit, duke prekur sipërfaqen e tij, humbet shpejt nxehtësinë dhe kthehet në një gjendje të ngurtë. Një kristal ngjitet me tjetrin, çdo formë e njëpasnjëshme është paksa e ndryshme nga ajo e mëparshme dhe modelet e bukura asimetrike rriten me shpejtësi. Ky është një shembull i polikristaleve. "Poly" është nga latinishtja "shumë". Në këtë rast, një numër mikropjesësh kombinohen në një tërësi të vetme. Çdo produkt metalik është gjithashtu më shpesh një polikristal. Por forma e përsosur e prizmit natyror të kuarcit është një kristal i vetëm. Në strukturën e tij, askush nuk do të gjejë të meta dhe boshllëqe, ndërsa në vëllimet polikristaline të drejtimitpjesët janë renditur në mënyrë të rastësishme dhe nuk përputhen me njëra-tjetrën.
Smartphone dhe dylbi
Por në teknologjinë moderne, shpesh kërkohen monokristale absolutisht të pastra. Për shembull, pothuajse çdo smartphone përmban një element memorie silikoni në zorrët e tij. Asnjë atom i vetëm në këtë vëllim nuk duhet të zhvendoset nga vendndodhja e tij ideale. Të gjithë duhet të zënë vendin e tyre. Përndryshe, në vend të një fotografie, do të merrni tinguj në dalje dhe, ka shumë të ngjarë, të pakëndshëm.
Në dylbi, pajisjet e shikimit të natës gjithashtu kanë nevojë për monokristale mjaft voluminoze që konvertojnë rrezatimin infra të kuq në të dukshëm. Ka disa mënyra për t'i rritur ato, por secila kërkon kujdes të veçantë dhe llogaritje të verifikuara. Si përftohen kristalet e vetme, shkencëtarët e kuptojnë nga diagramet fazore të gjendjes, domethënë ata shikojnë grafikun e shkrirjes dhe kristalizimit të një lënde. Vizatimi i një fotografie të tillë është i vështirë, prandaj shkencëtarët e materialeve vlerësojnë veçanërisht shkencëtarët që vendosin të zbulojnë të gjitha detajet e një grafiku të tillë.
