Artikel ini menerangkan tentang penghabluran dan peleburan. Menggunakan contoh pelbagai keadaan pengagregatan air, dijelaskan berapa banyak haba yang diperlukan untuk pembekuan dan pencairan dan mengapa nilai ini berbeza. Perbezaan antara poli dan kristal tunggal ditunjukkan, serta kerumitan pembuatan yang terakhir.
Peralihan ke keadaan agregat lain
Orang biasa jarang memikirkannya, tetapi kehidupan pada tahap yang wujud sekarang adalah mustahil tanpa sains. Yang mana satu? Persoalannya tidak mudah, kerana banyak proses berlaku di persimpangan beberapa disiplin. Fenomena yang sukar untuk menentukan bidang sains dengan tepat ialah penghabluran dan lebur. Nampaknya, apa yang rumit di sini: ada air - ada ais, ada bola logam - ada lopak logam cair. Walau bagaimanapun, tiada mekanisme yang tepat untuk peralihan daripada satu keadaan pengagregatan kepada keadaan yang lain. Ahli fizik semakin dalam dan lebih dalam ke dalam hutan, tetapi masih tidak mungkin untuk meramalkan dengan tepat pada titik mana pencairan dan penghabluran jasad akan bermula.ternyata.
Apa yang kita tahu
Sesuatu yang manusia masih tahu. Suhu lebur dan penghabluran agak mudah ditentukan secara empirik. Tetapi di sini semuanya tidak begitu mudah. Semua orang tahu bahawa air mencair dan membeku pada sifar darjah Celsius. Walau bagaimanapun, air biasanya bukan hanya beberapa pembinaan teori, tetapi isipadu tertentu. Jangan lupa bahawa proses lebur dan penghabluran tidak serta-merta. Kiub ais mula cair sedikit sebelum mencapai sifar darjah, air di dalam gelas ditutup dengan hablur ais pertama pada suhu yang melebihi tanda ini pada skala.
Pelepasan dan penyerapan haba semasa peralihan kepada keadaan pengagregatan yang lain
Penghabluran dan pencairan pepejal disertai dengan kesan terma tertentu. Dalam keadaan cair, molekul (atau kadangkala atom) tidak terikat dengan sangat rapat. Kerana ini, mereka mempunyai sifat "kecairan". Apabila badan mula kehilangan haba, atom dan molekul mula bergabung ke dalam struktur yang paling sesuai untuk mereka. Ini adalah bagaimana penghabluran berlaku. Selalunya ia bergantung kepada keadaan luaran sama ada grafit, berlian atau fullerene akan diperoleh daripada karbon yang sama. Jadi bukan sahaja suhu, tetapi juga tekanan mempengaruhi bagaimana penghabluran dan lebur akan diteruskan. Walau bagaimanapun, untuk memecahkan ikatan struktur kristal tegar, ia memerlukan lebih sedikit tenaga, dan dengan itu jumlah haba, daripada menciptanya. Oleh itu,bahan akan membeku lebih cepat daripada cair, di bawah keadaan proses yang sama. Fenomena ini dipanggil haba pendam dan mencerminkan perbezaan yang diterangkan di atas. Ingat bahawa haba pendam tidak ada kaitan dengan haba seperti itu dan mencerminkan jumlah haba yang diperlukan untuk penghabluran dan pencairan berlaku.
Tukar dalam volum semasa peralihan kepada keadaan pengagregatan yang lain
Seperti yang telah disebutkan, kuantiti dan kualiti ikatan dalam keadaan cecair dan pepejal adalah berbeza. Keadaan cecair memerlukan lebih banyak tenaga, justeru atom bergerak lebih pantas, sentiasa melompat dari satu tempat ke tempat lain dan mencipta ikatan sementara. Oleh kerana amplitud ayunan zarah lebih besar, cecair juga menduduki isipadu yang lebih besar. Manakala dalam badan pepejal ikatan adalah tegar, setiap atom berayun di sekitar satu kedudukan keseimbangan, ia tidak dapat meninggalkan kedudukannya. Struktur ini mengambil lebih sedikit ruang. Jadi pencairan dan penghabluran bahan disertai dengan perubahan isipadu.
Ciri-ciri penghabluran dan pencairan air
Cecair biasa dan penting bagi planet kita sebagai air, mungkin bukan kebetulan ia memainkan peranan besar dalam kehidupan hampir semua makhluk hidup. Perbezaan antara jumlah haba yang diperlukan untuk penghabluran dan lebur berlaku, serta perubahan dalam isipadu apabila menukar keadaan pengagregatan, telah diterangkan di atas. Beberapa pengecualian kepada kedua-dua peraturan adalah air. Hidrogen molekul yang berbeza, walaupun dalam keadaan cecair, bergabung untuk masa yang singkat, membentuk lemah, tetapi masih tidakikatan hidrogen sifar. Ini menerangkan kapasiti haba yang sangat tinggi bagi bendalir sejagat ini. Perlu diingatkan bahawa ikatan ini tidak mengganggu aliran air. Tetapi peranan mereka semasa pembekuan (dalam erti kata lain, penghabluran) masih tidak jelas hingga akhir. Walau bagaimanapun, perlu diakui bahawa ais dengan jisim yang sama menduduki lebih banyak isipadu daripada air cecair. Fakta ini menyebabkan banyak kerosakan kepada kemudahan awam dan menyebabkan banyak masalah kepada orang yang berkhidmat untuk mereka.
Mesej sedemikian muncul dalam berita lebih daripada sekali atau dua kali. Pada musim sejuk, kemalangan berlaku di rumah dandang di beberapa penempatan terpencil. Disebabkan ribut salji, ais atau fros yang teruk, kami tidak sempat menghantar bahan api. Air yang dibekalkan kepada radiator dan pili berhenti pemanasan. Jika ia tidak disalirkan dalam masa, meninggalkan sistem sekurang-kurangnya sebahagiannya kosong, dan sebaik-baiknya kering sepenuhnya, ia mula memperoleh suhu ambien. Selalunya, malangnya, pada masa ini terdapat fros yang teruk. Dan ais memecahkan paip, meninggalkan orang ramai tanpa peluang untuk kehidupan yang selesa pada bulan-bulan mendatang. Kemudian, sudah tentu, kemalangan itu dihapuskan, pekerja Kementerian Situasi Kecemasan yang berani, menerobos ribut salji, membuang beberapa tan arang batu yang diidamkan ke sana dengan helikopter, dan tukang paip yang malang menukar paip sepanjang masa dalam kesejukan yang pahit.
Salji dan kepingan salji
Apabila kita memikirkan ais, kita selalunya memikirkan kiub sejuk dalam segelas jus atau kawasan Antartika beku yang luas. Salji dianggap oleh orang sebagai fenomena istimewa, yang nampaknyatidak berkaitan dengan air. Tetapi sebenarnya ia adalah ais yang sama, hanya beku dalam susunan tertentu yang menentukan bentuk. Mereka mengatakan bahawa tidak ada dua kepingan salji yang sama di seluruh dunia. Seorang saintis dari Amerika Syarikat menjalankan perniagaan dengan serius dan menentukan syarat untuk mendapatkan keindahan heksagon bentuk yang diingini ini. Makmalnya juga boleh memberikan ribut salji salji kulit yang ditaja pelanggan. Ngomong-ngomong, hujan batu, seperti salji, adalah hasil daripada proses penghabluran yang sangat ingin tahu - dari wap, bukan dari air. Perubahan terbalik jasad pepejal serta-merta menjadi agregat gas dipanggil pemejalwapan.
Hablur tunggal dan polihablur
Semua orang melihat corak ais pada kaca di dalam bas pada musim sejuk. Mereka terbentuk kerana di dalam pengangkutan suhu melebihi sifar Celsius. Dan selain itu, ramai orang, menghembus nafas bersama-sama dengan udara dari wap cahaya, memberikan peningkatan kelembapan. Tetapi kaca (paling kerap nipis tunggal) mempunyai suhu ambien, iaitu negatif. Wap air, menyentuh permukaannya, sangat cepat kehilangan haba dan berubah menjadi keadaan pepejal. Satu kristal melekat pada yang lain, setiap bentuk berturut-turut berbeza sedikit daripada yang sebelumnya, dan corak asimetri yang indah berkembang dengan cepat. Ini adalah contoh polikristal. "Poly" berasal dari bahasa Latin "banyak". Dalam kes ini, beberapa bahagian mikro digabungkan menjadi satu keseluruhan. Mana-mana produk logam juga selalunya polikristal. Tetapi bentuk prisma asli kuarza yang sempurna ialah kristal tunggal. Dalam strukturnya, tiada siapa yang akan menemui kelemahan dan jurang, manakala dalam jumlah polihablur arahbahagian disusun secara rawak dan tidak bersetuju antara satu sama lain.
Telefon pintar dan teropong
Tetapi dalam teknologi moden, kristal tunggal yang benar-benar tulen selalunya diperlukan. Sebagai contoh, hampir mana-mana telefon pintar mengandungi unsur memori silikon di dalam perutnya. Tiada satu atom pun dalam keseluruhan isipadu ini harus dialihkan dari lokasi idealnya. Setiap orang mesti mengambil tempat mereka. Jika tidak, bukannya foto, anda akan mendapat bunyi pada output dan, kemungkinan besar, bunyi yang tidak menyenangkan.
Dalam teropong, peranti penglihatan malam juga memerlukan monohablur yang cukup besar yang menukar sinaran inframerah kepada boleh dilihat. Terdapat beberapa cara untuk mengembangkannya, tetapi setiap satu memerlukan penjagaan khas dan pengiraan yang disahkan. Bagaimana kristal tunggal diperolehi, saintis memahami dari rajah fasa keadaan, iaitu, mereka melihat graf lebur dan penghabluran sesuatu bahan. Melukis gambar sedemikian adalah sukar, itulah sebabnya saintis bahan sangat menghargai saintis yang memutuskan untuk mengetahui semua butiran graf sedemikian.
