Bu məqalə kristallaşma və ərimənin nə olduğunu izah edir. Suyun yığılmasının müxtəlif vəziyyətləri nümunəsindən istifadə edərək, dondurma və ərimə üçün nə qədər istilik tələb olunduğu və bu dəyərlərin niyə fərqli olduğu izah olunur. Poli və tək kristallar arasındakı fərq, həmçinin sonuncunun istehsalının mürəkkəbliyi göstərilir.
Başqa ümumi vəziyyətə keçid
Adi insan bu haqda nadir hallarda fikirləşir, lakin indiki səviyyədə həyat elmsiz qeyri-mümkün olardı. Hansı? Sual asan deyil, çünki bir çox proseslər bir neçə fənnin kəsişməsində baş verir. Elm sahəsini dəqiq müəyyən etmək çətin olan hadisələr kristallaşma və ərimədir. Görünür, yaxşı, burada nə qədər mürəkkəbdir: su var idi - buz var idi, metal top var idi - maye metal gölməçəsi var idi. Bununla belə, bir aqreqasiya vəziyyətindən digərinə keçidin dəqiq mexanizmləri yoxdur. Fiziklər cəngəlliyə getdikcə daha da dərinləşirlər, lakin cisimlərin əriməsi və kristallaşmasının hansı nöqtədə başlayacağını hələ dəqiq proqnozlaşdırmaq mümkün deyil.çıxdı.
Bildiyimiz
Bəşəriyyətin hələ də bildiyi bir şey. Ərimə və kristallaşma temperaturları empirik olaraq olduqca asanlıqla müəyyən edilir. Ancaq burada da hər şey o qədər də sadə deyil. Hər kəs bilir ki, su sıfır dərəcədə əriyir və donur. Bununla belə, su adətən yalnız bəzi nəzəri konstruksiya deyil, müəyyən bir həcmdir. Unutmayın ki, ərimə və kristallaşma prosesi ani deyil. Buz kubu tam sıfır dərəcəyə çatmadan bir az əriməyə başlayır, stəkandakı su miqyasda bu işarədən bir qədər yuxarı olan temperaturda ilk buz kristalları ilə örtülür.
Başqa aqreqasiya vəziyyətinə keçid zamanı istilik emissiyası və udulması
Bərk maddələrin kristallaşması və əriməsi müəyyən istilik effektləri ilə müşayiət olunur. Maye vəziyyətdə molekullar (və ya bəzən atomlar) bir-birinə çox sıx bağlanmır. Buna görə də onlar "axıcılıq" xüsusiyyətinə malikdirlər. Bədən istilik itirməyə başladıqda, atomlar və molekullar onlar üçün ən uyğun olan quruluşda birləşməyə başlayır. Kristallaşma belə baş verir. Çox vaxt eyni karbondan qrafit, almaz və ya fullerenin əldə ediləcəyi xarici şəraitdən asılıdır. Beləliklə, təkcə temperatur deyil, həm də təzyiq kristallaşma və ərimənin necə davam edəcəyinə təsir göstərir. Bununla belə, sərt kristal quruluşun bağlarını qırmaq üçün onları yaratmaqdan bir az daha çox enerji və deməli, istilik miqdarı lazımdır. Beləliklə,maddə eyni proses şəraitində ərimədən daha tez donacaq. Bu fenomen gizli istilik adlanır və yuxarıda təsvir edilən fərqi əks etdirir. Yadda saxlayın ki, gizli istiliyin istiliklə heç bir əlaqəsi yoxdur və kristallaşma və ərimənin baş verməsi üçün tələb olunan istilik miqdarını əks etdirir.
Başqa aqreqasiya vəziyyətinə keçid zamanı həcmdə dəyişiklik
Daha əvvəl qeyd edildiyi kimi, maye və bərk halda olan bağların miqdarı və keyfiyyəti fərqlidir. Maye hal daha çox enerji tələb edir, buna görə də atomlar daha sürətli hərəkət edir, daim bir yerdən digərinə tullanır və müvəqqəti bağlar yaradır. Hissəciklərin salınımlarının amplitudası daha böyük olduğundan, maye də daha böyük həcm tutur. Bərk bir cisimdə bağlar sərt olduğu halda, hər bir atom bir tarazlıq mövqeyi ətrafında salınır, öz mövqeyini tərk edə bilmir. Bu quruluş daha az yer tutur. Beləliklə, maddələrin əriməsi və kristallaşması həcmdə dəyişikliklə müşayiət olunur.
Suyun kristallaşması və əriməsinin xüsusiyyətləri
Planetimiz üçün su kimi ümumi və vacib maye, bəlkə də təsadüfi deyil ki, onun demək olar ki, bütün canlıların həyatında böyük rolu var. Kristallaşmanın və ərimənin baş verməsi üçün tələb olunan istilik miqdarı, həmçinin aqreqasiya vəziyyətinin dəyişdirilməsi zamanı həcmin dəyişməsi arasındakı fərq yuxarıda təsvir edilmişdir. Hər iki qayda üçün bəzi istisnalar sudur. Müxtəlif molekulların hidrogeni, hətta maye vəziyyətdə olsa da, qısa müddət ərzində birləşərək zəif, lakin hələ də deyil.sıfır hidrogen bağı. Bu, bu universal mayenin inanılmaz yüksək istilik tutumunu izah edir. Qeyd etmək lazımdır ki, bu bağlar suyun axmasına mane olmur. Lakin dondurma zamanı (başqa sözlə, kristallaşma) onların rolu sona qədər qeyri-müəyyən olaraq qalır. Bununla belə, eyni kütlənin buzunun maye sudan daha çox həcm tutduğunu qəbul etmək lazımdır. Bu fakt kommunal xidmətlərə xeyli ziyan vurur və onlara xidmət göstərən insanlar üçün çoxlu problemlər yaradır.
Belə mesajlar xəbərlərdə bir və ya iki dəfədən çox görünür. Qışda hansısa ucqar qəsəbənin qazanxanasında qəza baş verib. Çovğun, buz və ya şiddətli şaxta səbəbindən yanacağı çatdırmağa vaxtımız olmadı. Radiatorlara və kranlara verilən suyun istiləşməsi dayanıb. Zamanında boşaldılmadıqda, sistemi ən azı qismən boş və tercihen tamamilə quru qoyaraq, ətraf mühitin temperaturunu əldə etməyə başlayır. Çox vaxt, təəssüf ki, bu zaman şiddətli şaxtalar var. Buz isə boruları qıraraq insanları yaxın aylarda rahat yaşamaq şansından məhrum edir. Onda təbii ki, qəza aradan qaldırılır, Fövqəladə Hallar Nazirliyinin igid əməkdaşları çovğundan keçərək vertolyotla ora bir neçə ton tamah kömür atırlar, bədbəxt santexniklar isə şaxtalı soyuqda gecə-gündüz boru dəyişdirirlər.
Qar və qar dənəcikləri
Buz dedikdə ağlımıza ən çox bir stəkan şirənin içindəki soyuq kublar və ya donmuş Antarktidanın geniş əraziləri gəlir. Qar insanlar tərəfindən xüsusi bir fenomen kimi qəbul edilir, görünürsu ilə əlaqəli deyil. Ancaq əslində bu, eyni buzdur, yalnız formanı müəyyən edən müəyyən bir qaydada dondurulmuşdur. Deyirlər ki, bütün dünyada iki eyni qar dənəciyi yoxdur. ABŞ-dan olan bir alim ciddi şəkildə işə başladı və istədiyiniz formanın bu altıbucaqlı gözəlliklərini əldə etmək üçün şərtləri müəyyənləşdirdi. Onun laboratoriyası hətta müştərinin maliyyələşdirdiyi dərinin qar dənəciyi çovğununu təmin edə bilər. Yeri gəlmişkən, dolu da qar kimi çox maraqlı kristallaşma prosesinin nəticəsidir - sudan deyil, buxardan. Bərk cismin dərhal qaz aqreqatına tərs çevrilməsinə sublimasiya deyilir.
Tək kristallar və polikristallar
Qışda avtobusda şüşənin üzərində hər kəs buz naxışlarını gördü. Onlar nəqliyyatın içərisində temperaturun sıfırdan yuxarı olması səbəbindən yaranır. Bundan əlavə, bir çox insan yüngül buxarlardan hava ilə birlikdə nəfəs alaraq artan rütubəti təmin edir. Ancaq şüşə (ən çox nazik tək) ətraf mühitin temperaturu, yəni mənfi olur. Su buxarı səthinə toxunaraq çox tez istilik itirir və bərk vəziyyətə çevrilir. Bir kristal digərinə yapışır, hər bir ardıcıl forma əvvəlkindən bir qədər fərqlidir və gözəl asimmetrik naxışlar sürətlə böyüyür. Bu polikristalların bir nümunəsidir. "Poly" latınca "çox" sözündəndir. Bu halda, bir sıra mikrohissələr bir bütövlükdə birləşdirilir. Hər hansı bir metal məhsul da çox vaxt polikristaldır. Lakin kvarsın təbii prizmasının mükəmməl forması tək kristaldır. İstiqamətin polikristal həcmlərində olarkən strukturunda heç kim qüsurlar və boşluqlar tapmayacaqhissələr təsadüfi düzülür və bir-biri ilə uyğun gəlmir.
Smartfon və durbin
Ancaq müasir texnologiyada çox vaxt tamamilə təmiz monokristallar tələb olunur. Məsələn, demək olar ki, hər hansı bir smartfonun bağırsağında silikon yaddaş elementi var. Bütün bu həcmdə heç bir atom ideal yerindən tərpənməməlidir. Hər kəs öz yerini tutmalıdır. Əks halda, fotoşəkil əvəzinə çıxışda səslər və çox güman ki, xoşagəlməz səslər alacaqsınız.
Dürbünlərdə, gecəgörmə cihazları da infraqırmızı şüaları görünən yerə çevirən kifayət qədər həcmli monokristallara ehtiyac duyur. Onları böyütməyin bir neçə yolu var, lakin hər biri xüsusi qayğı və təsdiqlənmiş hesablamalar tələb edir. Alimlər monokristalların necə əldə edildiyini vəziyyətin faza diaqramlarından başa düşürlər, yəni maddənin ərimə və kristallaşma qrafikinə baxırlar. Belə bir şəkil çəkmək çətindir, ona görə də materialşünaslar belə bir qrafikin bütün təfərrüatlarını öyrənməyə qərar verən alimləri xüsusilə yüksək qiymətləndirirlər.
