ეს სტატია განმარტავს რა არის კრისტალიზაცია და დნობა. წყლის აგრეგაციის სხვადასხვა მდგომარეობის მაგალითის გამოყენებით, ახსნილია რამდენი სითბოა საჭირო გაყინვისა და დნობისთვის და რატომ არის ეს მნიშვნელობები განსხვავებული. ნაჩვენებია განსხვავება პოლი- და ერთკრისტალებს შორის, ისევე როგორც ამ უკანასკნელის წარმოების სირთულე.
სხვა საერთო მდგომარეობაზე გადასვლა
ჩვეულებრივი ადამიანი იშვიათად ფიქრობს ამაზე, მაგრამ ცხოვრება იმ დონეზე, რომელზეც ის ახლა არსებობს, შეუძლებელი იქნებოდა მეცნიერების გარეშე. Რომელი? კითხვა ადვილი არ არის, რადგან მრავალი პროცესი ხდება რამდენიმე დისციპლინის კვეთაზე. ფენომენი, რომლისთვისაც ძნელია მეცნიერების სფეროს ზუსტად განსაზღვრა, არის კრისტალიზაცია და დნობა. როგორც ჩანს, კარგი, რა არის აქ რთული: იყო წყალი - იყო ყინული, იყო ლითონის ბურთი - იყო თხევადი ლითონის გუბე. თუმცა, არ არსებობს აგრეგაციის ერთი მდგომარეობიდან მეორეზე გადასვლის ზუსტი მექანიზმები. ფიზიკოსები უფრო და უფრო ღრმად შედიან ჯუნგლებში, მაგრამ ჯერ კიდევ შეუძლებელია იმის პროგნოზირება, თუ რომელ მომენტში დაიწყება სხეულების დნობა და კრისტალიზაცია.თურმე.
რა ვიცით
რაღაც კაცობრიობამ ჯერ კიდევ იცის. დნობის და კრისტალიზაციის ტემპერატურა საკმაოდ მარტივად განისაზღვრება ემპირიულად. მაგრამ აქაც კი ყველაფერი ასე მარტივი არ არის. ყველამ იცის, რომ წყალი დნება და იყინება ნულოვან გრადუს ცელსიუსზე. თუმცა, წყალი, როგორც წესი, არ არის მხოლოდ თეორიული კონსტრუქცია, არამედ კონკრეტული მოცულობა. არ დაგავიწყდეთ, რომ დნობის და კრისტალიზაციის პროცესი არ არის მყისიერი. ყინულის კუბი იწყებს დნობას, სანამ ზუსტად ნულოვან გრადუსს მიაღწევს, ჭიქაში წყალი იფარება პირველი ყინულის კრისტალებით ტემპერატურაზე, რომელიც ოდნავ აღემატება ამ ნიშნულს სასწორზე.
სითბოს გამოყოფა და შთანთქმა აგრეგაციის სხვა მდგომარეობაზე გადასვლისას
მყარი ნივთიერებების კრისტალიზაციას და დნობას თან ახლავს გარკვეული თერმული ეფექტი. თხევად მდგომარეობაში მოლეკულები (ან ზოგჯერ ატომები) არ არის ერთმანეთთან მჭიდროდ შეკრული. ამის გამო მათ აქვთ „სითხის“თვისება. როდესაც სხეული იწყებს სითბოს დაკარგვას, ატომები და მოლეკულები იწყებენ გაერთიანებას მათთვის ყველაზე მოსახერხებელ სტრუქტურაში. ასე ხდება კრისტალიზაცია. ხშირად გარე პირობებზეა დამოკიდებული, მიიღება თუ არა გრაფიტი, ბრილიანტი ან ფულერენი ერთი და იგივე ნახშირბადისგან. ასე რომ, არა მხოლოდ ტემპერატურა, არამედ წნევაც მოქმედებს იმაზე, თუ როგორ განვითარდება კრისტალიზაცია და დნობა. თუმცა, ხისტი კრისტალური სტრუქტურის ობლიგაციების გაწყვეტას ცოტა მეტი ენერგია და, შესაბამისად, სითბოს რაოდენობა სჭირდება, ვიდრე მათ შექმნას. ამრიგად,ნივთიერება უფრო სწრაფად გაიყინება, ვიდრე დნება, იგივე პროცესის პირობებში. ამ ფენომენს ლატენტური სითბო ეწოდება და ასახავს ზემოთ აღწერილ განსხვავებას. შეგახსენებთ, რომ ლატენტურ სიცხეს საერთო არაფერი აქვს სითბოსთან, როგორც ასეთთან და ასახავს სითბოს რაოდენობას, რომელიც საჭიროა კრისტალიზაციისა და დნობისთვის.
მოცულობის შეცვლა აგრეგაციის სხვა მდგომარეობაზე გადასვლისას
როგორც უკვე აღვნიშნეთ, თხევად და მყარ მდგომარეობაში ბმების რაოდენობა და ხარისხი განსხვავებულია. თხევადი მდგომარეობა მოითხოვს მეტ ენერგიას, შესაბამისად, ატომები უფრო სწრაფად მოძრაობენ, მუდმივად ხტებიან ერთი ადგილიდან მეორეზე და ქმნიან დროებით კავშირებს. ვინაიდან ნაწილაკების რხევების ამპლიტუდა უფრო დიდია, სითხე ასევე იკავებს უფრო დიდ მოცულობას. მაშინ როცა მყარ სხეულში ბმები ხისტია, თითოეული ატომი ირხევა ერთი წონასწორული პოზიციის გარშემო, მას არ შეუძლია დატოვოს თავისი პოზიცია. ეს სტრუქტურა ნაკლებ ადგილს იკავებს. ასე რომ, ნივთიერებების დნობას და კრისტალიზაციას თან ახლავს მოცულობის ცვლილება.
წყლის კრისტალიზაციისა და დნობის თავისებურებები
ჩვენი პლანეტისთვის ისეთი გავრცელებული და მნიშვნელოვანი სითხე, როგორიც წყალია, ალბათ შემთხვევითი არ არის, რომ ის დიდ როლს თამაშობს თითქმის ყველა ცოცხალი არსების ცხოვრებაში. ზემოთ აღწერილი იყო განსხვავება სითბოს რაოდენობას შორის, რომელიც საჭიროა კრისტალიზაციისა და დნობისთვის, აგრეთვე მოცულობის ცვლილებას აგრეგაციის მდგომარეობის შეცვლისას. ორივე წესის ზოგიერთი გამონაკლისი არის წყალი. სხვადასხვა მოლეკულების წყალბადი, თუნდაც თხევად მდგომარეობაში, აერთიანებს მოკლე დროში, წარმოქმნის სუსტ, მაგრამ მაინც არანულოვანი წყალბადის ბმა. ეს ხსნის ამ უნივერსალური სითხის წარმოუდგენლად მაღალ სითბოს ტევადობას. უნდა აღინიშნოს, რომ ეს ობლიგაციები ხელს არ უშლის წყლის დინებას. მაგრამ მათი როლი გაყინვის დროს (სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ, კრისტალიზაცია) ბოლომდე გაურკვეველი რჩება. თუმცა, უნდა ვაღიაროთ, რომ იგივე მასის ყინული იკავებს უფრო მეტ მოცულობას, ვიდრე თხევადი წყალი. ეს ფაქტი დიდ ზიანს აყენებს კომუნალურ კომპანიებს და უამრავ პრობლემას უქმნის მათ მომსახურე ადამიანებს.
ასეთი შეტყობინებები ახალ ამბებში ერთხელ ან ორჯერ ჩნდება. ზამთარში უბედური შემთხვევა მოხდა რომელიმე შორეულ დასახლებაში მდებარე საქვაბე სახლში. ქარბუქების, ყინულის ან ძლიერი ყინვების გამო საწვავის მიწოდების დრო არ გვქონდა. რადიატორებსა და ონკანებზე მიწოდებულმა წყალმა გათბობა შეწყვიტა. თუ დროულად არ დაიწურება, სისტემა ნაწილობრივ მაინც ცარიელი რჩება და სასურველია მთლიანად მშრალი, ის იწყებს გარემოს ტემპერატურის მიღებას. ყველაზე ხშირად, სამწუხაროდ, ამ დროს ძლიერი ყინვებია. და ყინული არღვევს მილებს, რის გამოც ადამიანებს უახლოეს თვეებში კომფორტული ცხოვრების შანსი არ აქვთ. შემდეგ, რა თქმა უნდა, უბედური შემთხვევა აღმოიფხვრება, საგანგებო სიტუაციების სამინისტროს მამაცი თანამშრომლები, ქარბუქი რომ გაარღვიეს, ვერტმფრენით იქ რამდენიმე ტონა სასურველ ნახშირს აგდებენ, საწყალი სანტექნიკოსები კი მწარე სიცივეში მთელი საათის განმავლობაში ცვლიან მილებს.
თოვლი და ფიფქები
როდესაც ყინულზე ვფიქრობთ, ყველაზე ხშირად გვგონია ცივი კუბურები ჭიქა წვენში ან გაყინული ანტარქტიდის უზარმაზარ სივრცეზე. თოვლს ადამიანები აღიქვამენ, როგორც განსაკუთრებულ ფენომენს, როგორც ჩანსარ არის დაკავშირებული წყალთან. მაგრამ სინამდვილეში ეს არის იგივე ყინული, მხოლოდ გარკვეული თანმიმდევრობით გაყინული, რომელიც განსაზღვრავს ფორმას. ისინი ამბობენ, რომ მთელ მსოფლიოში არ არის ორი იდენტური ფიფქი. მეცნიერი ამერიკიდან სერიოზულად მოეკიდა საქმეს და დაადგინა პირობები სასურველი ფორმის ამ ექვსკუთხა ლამაზმანების მისაღებად. მის ლაბორატორიას შეუძლია უზრუნველყოს მომხმარებელთა მიერ დაფინანსებული კანის ფიფქის ქარბუქიც კი. სხვათა შორის, სეტყვა, თოვლის მსგავსად, კრისტალიზაციის ძალიან საინტერესო პროცესის შედეგია - ორთქლიდან და არა წყლისგან. მყარი სხეულის საპირისპირო ტრანსფორმაციას დაუყოვნებლივ აირისებრ აგრეგატად ეწოდება სუბლიმაცია.
ერთკრისტალები და პოლიკრისტალები
ზამთარში ავტობუსში ყველამ დაინახა ყინულის ნიმუშები მინაზე. ისინი წარმოიქმნება იმის გამო, რომ ტრანსპორტის შიგნით ტემპერატურა ნულ ცელსიუსზე მეტია. გარდა ამისა, ბევრი ადამიანი, რომელიც ჰაერთან ერთად ამოისუნთქავს მსუბუქი ორთქლიდან, უზრუნველყოფს გაზრდილ ტენიანობას. მაგრამ მინას (ყველაზე ხშირად თხელ ერთეულს) აქვს გარემოს ტემპერატურა, ანუ უარყოფითი. წყლის ორთქლი, რომელიც ეხება მის ზედაპირს, ძალიან სწრაფად კარგავს სითბოს და იქცევა მყარ მდგომარეობაში. ერთი კრისტალი მეორეს ეწებება, ყოველი შემდეგი ფორმა ოდნავ განსხვავდება წინასგან და ლამაზი ასიმეტრიული ნიმუშები სწრაფად იზრდება. ეს არის პოლიკრისტალების მაგალითი. "პოლი" ლათინური "ბევრიდან" არის. ამ შემთხვევაში, რამდენიმე მიკრონაწილი გაერთიანებულია ერთ მთლიანობაში. ნებისმიერი ლითონის პროდუქტი ასევე ყველაზე ხშირად პოლიკრისტალია. მაგრამ კვარცის ბუნებრივი პრიზმის სრულყოფილი ფორმა არის ერთი ბროლი. მის სტრუქტურაში ვერავინ იპოვის ხარვეზებს და ხარვეზებს, ხოლო მიმართულების პოლიკრისტალურ მოცულობებშინაწილები დალაგებულია შემთხვევით და არ ეთანხმება ერთმანეთს.
სმარტფონი და ბინოკლები
მაგრამ თანამედროვე ტექნოლოგიაში ხშირად საჭიროა აბსოლუტურად სუფთა ერთკრისტალები. მაგალითად, თითქმის ნებისმიერი სმარტფონი შეიცავს სილიკონის მეხსიერების ელემენტს თავის ნაწლავებში. ამ მოცულობის არც ერთი ატომი არ უნდა იყოს გადატანილი მისი იდეალური ადგილიდან. ყველამ თავისი ადგილი უნდა დაიკავოს. წინააღმდეგ შემთხვევაში, ფოტოს ნაცვლად, გამომავალზე მიიღებთ ხმებს და, სავარაუდოდ, უსიამოვნოებს.
ბინოკლებში ღამის ხედვის მოწყობილობებს ასევე სჭირდებათ საკმარისად მოცულობითი მონოკრისტალები, რომლებიც ინფრაწითელ გამოსხივებას ხილვადად გარდაქმნის. მათი გაზრდის რამდენიმე გზა არსებობს, მაგრამ თითოეული მოითხოვს განსაკუთრებულ ზრუნვას და დამოწმებულ გამოთვლებს. როგორ მიიღება ერთკრისტალები, მეცნიერებს ესმით მდგომარეობის ფაზური დიაგრამებიდან, ანუ ისინი უყურებენ ნივთიერების დნობისა და კრისტალიზაციის გრაფიკს. ასეთი სურათის დახატვა რთულია, რის გამოც მასალების მეცნიერები განსაკუთრებით აფასებენ მეცნიერებს, რომლებიც გადაწყვეტენ გაარკვიონ ასეთი გრაფიკის ყველა დეტალი.
