Bài viết này giải thích sự kết tinh và sự nóng chảy là gì. Sử dụng ví dụ về các trạng thái kết tụ khác nhau của nước, người ta giải thích lượng nhiệt cần thiết để đóng băng và làm tan băng và tại sao các giá trị này lại khác nhau. Sự khác biệt giữa đa tinh thể và đơn tinh thể được thể hiện, cũng như sự phức tạp của việc sản xuất loại tinh thể này.
Chuyển sang trạng thái tổng hợp khác
Một người bình thường hiếm khi nghĩ về điều đó, nhưng cuộc sống ở mức độ mà nó tồn tại bây giờ sẽ là không thể nếu không có khoa học. Cái nào? Câu hỏi này không dễ, bởi vì nhiều quá trình xảy ra ở điểm giao nhau của một số lĩnh vực. Hiện tượng mà rất khó để xác định lĩnh vực khoa học một cách chính xác là sự kết tinh và nóng chảy. Có vẻ như, điều gì rất phức tạp ở đây: có nước - có băng, có một quả cầu kim loại - có một vũng kim loại lỏng. Tuy nhiên, không có cơ chế chính xác nào cho việc chuyển đổi từ trạng thái tập hợp này sang trạng thái tập hợp khác. Các nhà vật lý ngày càng tiến sâu hơn vào rừng rậm, nhưng vẫn chưa thể dự đoán chính xác sự tan chảy và kết tinh của các cơ thể sẽ bắt đầu vào thời điểm nào.hóa ra.
Những gì chúng ta biết
Điều mà nhân loại vẫn biết. Nhiệt độ nóng chảy và kết tinh được xác định khá dễ dàng theo kinh nghiệm. Nhưng ngay cả ở đây mọi thứ không đơn giản như vậy. Mọi người đều biết rằng nước tan chảy và đóng băng ở 0 độ C. Tuy nhiên, nước thường không chỉ là một số cấu trúc lý thuyết, mà là một thể tích cụ thể. Đừng quên rằng quá trình tan chảy và kết tinh không phải là ngay lập tức. Khối nước đá bắt đầu tan chảy một chút trước khi đạt chính xác 0 độ, nước trong ly được bao phủ bởi những tinh thể nước đá đầu tiên ở nhiệt độ cao hơn một chút so với vạch này trên thang đo.
Sự phát thải và hấp thụ nhiệt trong quá trình chuyển đổi sang trạng thái tập hợp khác
Sự kết tinh và sự nóng chảy của chất rắn kèm theo một số hiệu ứng nhiệt nhất định. Ở trạng thái lỏng, các phân tử (hoặc đôi khi nguyên tử) liên kết không chặt chẽ với nhau. Bởi vì điều này, chúng có thuộc tính "lưu động". Khi cơ thể bắt đầu mất nhiệt, các nguyên tử và phân tử bắt đầu kết hợp thành cấu trúc thuận lợi nhất cho chúng. Đây là cách kết tinh xảy ra. Thường thì nó phụ thuộc vào điều kiện bên ngoài để thu được than chì, kim cương hay fullerene từ cùng một cacbon. Vì vậy, không chỉ nhiệt độ, mà cả áp suất cũng ảnh hưởng đến quá trình kết tinh và nóng chảy sẽ diễn ra như thế nào. Tuy nhiên, để phá vỡ các liên kết của một cấu trúc tinh thể cứng nhắc, cần nhiều năng lượng hơn một chút, và do đó là nhiệt lượng, hơn là để tạo ra chúng. Vì vậy,chất sẽ đông nhanh hơn tan chảy, trong cùng một điều kiện quy 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 gì đến nhiệt và phản ánh lượng nhiệt cần thiết để xảy ra quá trình kết tinh và nóng chảy.
Thay đổi âm lượng khi chuyển sang trạng thái tập hợp khác
Như đã đề cập, số lượng và chất lượng của các liên kết ở trạng thái lỏng và rắn là khác nhau. Trạng thái lỏng đòi hỏi nhiều năng lượng hơn, do đó các nguyên tử di chuyển nhanh hơn, liên tục nhảy từ nơi này sang nơi khác và tạo ra các liên kết tạm thời. Vì biên độ dao động của hạt càng lớn nên chất lỏng cũng chiếm thể tích lớn hơn. Trong khi ở thể rắn, các liên kết là cứng, mỗi nguyên tử dao động quanh một vị trí cân bằng thì không thể rời khỏi vị trí của nó. Cấu trúc này chiếm ít không gian hơn. Vì vậy, sự 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 phổ biến và quan trọng đối với hành tinh của chúng ta như nước, có lẽ không phải ngẫu nhiên mà nó lại đóng một vai trò to lớn đối với sự sống của hầu hết mọi sinh vật. Sự khác biệt giữa nhiệt lượng cần thiết để xảy ra kết tinh và nóng chảy, cũng như sự thay đổi thể tích khi thay đổi trạng thái tập hợp, đã được mô tả ở trên. Một số ngoại lệ cho cả hai quy tắc là nước. Hydro của các phân tử khác nhau, ngay cả ở trạng thái lỏng, kết hợp trong một thời gian ngắn, tạo thành một chất yếu, nhưng vẫn khôngliên kết hiđro bằng không. Điều này giải thích nhiệt dung cực kỳ cao của chất lỏng phổ quát này. Cần lưu ý rằng các liên kết này không cản trở dòng chảy của nước. Nhưng vai trò của chúng trong quá trình đóng băng (nói cách khác là kết tinh) vẫn chưa rõ ràng cho đến cuối cùng. Tuy nhiên, cần nhận biết rằng nước đá có cùng khối lượng chiếm thể tích nhiều hơn nước ở thể lỏng. Thực tế này gây ra rất nhiều thiệt hại cho các tiện ích công cộng và gây ra rất nhiều vấn đề cho những người phục vụ chúng.
Những thông báo như vậy xuất hiện trên bản tin nhiều hơn một hoặc hai lần. Vào mùa đông, một vụ tai nạn xảy ra tại nhà lò hơi của một khu định cư xa xôi nào đó. Do bão tuyết, băng giá hoặc sương giá nghiêm trọng, chúng tôi không có thời gian để cung cấp nhiên liệu. Nước được cung cấp cho bộ tản nhiệt và vòi ngừng làm nóng. Nếu nó không được thoát nước kịp thời, để hệ thống trống ít nhất một phần, và tốt nhất là khô hoàn toàn, nó sẽ bắt đầu có nhiệt độ môi trường xung quanh. Thông thường, thật không may, vào thời điểm này có những đợt sương giá nghiêm trọng. Và băng làm vỡ các đường ống, khiến mọi người không có cơ hội có cuộc sống thoải mái trong những tháng tới. Sau đó, tất nhiên, tai nạn đã được loại trừ, những nhân viên dũng cảm của Bộ Tình trạng Khẩn cấp, vượt qua trận bão tuyết, ném vài tấn than thèm muốn xuống đó bằng máy bay trực thăng, và những người thợ ống nước không may thay ống nước suốt ngày đêm trong cái lạnh buốt giá.
Tuyết và bông tuyết
Khi chúng ta nghĩ đến đá, chúng ta thường nghĩ đến những viên đá lạnh trong một ly nước trái cây hoặc những vùng rộng lớn của Nam Cực đóng băng. Tuyết được mọi người coi là một hiện tượng đặc biệt, dường nhưkhông liên quan đến nước. Nhưng thực chất nó là nước đá giống nhau, chỉ đông cứng theo một trật tự nhất định mới quyết định hình dạng. Họ nói rằng không có hai bông tuyết giống hệt nhau trong toàn bộ thế giới rộng lớn. Một nhà khoa học đến từ Mỹ đã nghiêm túc xuống kinh doanh và xác định điều kiện để có được những mỹ nhân hình lục giác có hình dáng như mong muốn. Phòng thí nghiệm của anh ấy thậm chí có thể cung cấp một trận bão tuyết trên da do khách hàng tài trợ. Nhân tiện, mưa đá, giống như tuyết, là kết quả của một quá trình kết tinh rất kỳ lạ - từ hơi nước, không phải từ nước. Sự biến đổi ngược lại của thể rắn ngay lập tức thành thể khí được gọi là thăng hoa.
Đơn tinh thể và đa tinh thể
Mọi người đã nhìn thấy các mẫu băng trên kính trong xe buýt vào mùa đông. Chúng được hình thành bởi vì bên trong quá trình vận chuyển nhiệt độ trên không độ C. Và bên cạnh đó, nhiều người thở ra cùng với không khí từ hơi nhẹ làm tăng độ ẩm. Nhưng thủy tinh (thường là thủy tinh mỏng) có nhiệt độ môi trường xung quanh, nghĩa là, âm. Hơi nước, khi chạm vào bề mặt của nó, rất nhanh chóng mất nhiệt và chuyển thành trạng thái rắn. Một tinh thể dính vào một tinh thể khác, mỗi tinh thể kế tiếp có hình dạng hơi khác so với trước đó, và các hoa văn bất đối xứng đẹp mắt phát triển nhanh chóng. Đây là một ví dụ về đa tinh thể. "Poly" là từ "nhiều" trong tiếng Latinh. Trong trường hợp này, một số vi mạch được kết hợp thành một tổng thể duy nhất. Bất kỳ sản phẩm kim loại nào cũng thường là đa tinh thể. Nhưng dạng hoàn hảo của lăng kính tự nhiên của thạch anh là một tinh thể đơn lẻ. Trong cấu trúc của nó, không ai sẽ tìm thấy các lỗ hổng và khoảng trống, trong khi trong các thể tích đa tinh thể có hướngcác bộ phận được sắp xếp ngẫu nhiên và không thống nhất với nhau.
Điện thoại thông minh và ống nhòm
Nhưng trong công nghệ hiện đại, các đơn tinh thể hoàn toàn tinh khiết thường được yêu cầu. Ví dụ, hầu hết mọi điện thoại thông minh đều có chứa bộ nhớ silicon trong ruột của nó. Không một nguyên tử nào trong toàn bộ khối này được di chuyển khỏi vị trí lý tưởng của nó. Mọi người phải thế chỗ. Nếu không, thay vì ảnh, bạn sẽ nhận được âm thanh ở đầu ra và rất có thể là những âm thanh khó chịu.
Trong ống nhòm, thiết bị nhìn ban đêm cũng cần có các tinh thể đơn tinh thể đủ sáng để chuyển đổi bức xạ hồng ngoại thành có thể nhìn thấy được. Có một số cách để trồng chúng, nhưng mỗi cách đòi hỏi sự chăm sóc đặc biệt và các tính toán đã được xác minh. Các nhà khoa học hiểu được cách thu được các đơn tinh thể từ giản đồ pha của trạng thái, tức là họ nhìn vào biểu đồ của sự nóng chảy và kết tinh của một chất. Vẽ một bức tranh như vậy rất khó, đó là lý do tại sao các nhà khoa học vật liệu đặc biệt đánh giá cao những nhà khoa học quyết định tìm ra tất cả các chi tiết của một biểu đồ như vậy.
