Ang ethanol ay ang pangunahing bahagi ng mga inuming may alkohol. Ang regular na vodka ay 40% na ginawa mula dito. Sa pang-araw-araw na buhay ito ay tinatawag na alkohol. Bagaman sa katunayan ang terminong ito ay nagpapakilala sa isang malaking klase ng mga organikong sangkap. Ang kumukulo na punto ng alkohol sa normal na presyon ay 78.3 degrees Celsius. Nalalapat lamang ito sa undiluted ethanol. Ang kumukulo na punto ng isang solusyon sa alkohol ay karaniwang medyo mas mababa. Sa artikulong ito mauunawaan natin kung ano ang ethanol. Tatalakayin din natin ang mga katangiang pisikal at kemikal nito, mga tampok ng produksyon at aplikasyon. Hindi namin papansinin ang pangunahing tanong kung ano ang kumukulo ng alkohol.

Pangkalahatang Impormasyon

Ang ethanol ay isa sa mga pinakatanyag na alkohol. Ang molekula nito ay naglalaman ng mga elemento tulad ng carbon, hydrogen at oxygen. Ang kemikal na pormula ng ethanol ay C 2 H 6 O. Ito ay isang walang kulay na likido na may tiyak na amoy ng alkohol. Ito ay mas magaan kaysa tubig. Ang kumukulo na punto ng alkohol ay 78.39 degrees Celsius. Ngunit ito ay nasa normal na presyon. Ang boiling point ng rectified alcohol ay 78.15 degrees Celsius. Naglalaman ito ng 4.43% na tubig. Ang punto ng kumukulo ng ethyl alcohol ay mas mababa, mas diluted ito.

Aplikasyon sa pang-araw-araw na buhay at industriya

Ang ethyl alcohol ay isang mahusay na solvent. Ito ay ginawa sa pamamagitan ng pagbuburo ng asukal na may lebadura. Sa maraming nayon sa mga bansang post-Soviet ginagawa pa rin ito sa bahay. Ang nagreresultang inuming may alkohol ay tinatawag na moonshine. Ang ethyl alcohol ay ang pinakalumang recreational drug na ginagamit ng mga tao. Maaari itong maging sanhi ng pagkalasing sa alak kung inumin sa maraming dami.

Ang ethanol ay isang pabagu-bago, nasusunog na substance. Ginagamit ito sa pang-araw-araw na buhay at industriya bilang isang antiseptic, solvent, gasolina at aktibong likido sa mga non-mercury thermometer (ito ay nagyeyelo sa -114 degrees Celsius).

Boiling point ng alcohol versus pressure

Kapag ang mga sangguniang libro ay nagpapahiwatig ng mga pisikal na katangian ng mga sangkap, kailangan mong maunawaan na ang lahat ng mga sukat na ito ay ginawa sa ilalim ng tinatawag na mga normal na kondisyon. Sa pagtaas ng presyon, bumababa ang kumukulong punto ng ethyl alcohol. Ngayon ay makakahanap ka ng maraming talahanayan na nagbibigay ng data ng sanggunian sa isyung ito. Sa 780 mm Hg, kumukulo ang ethanol sa 78.91 degrees Celsius, sa 770 - 78.53ºC, sa 760 - 78.15ºC, sa 750 - 77.77ºC, sa 740 - 77.39ºC, sa 720 - 76.63ºC

Boiling point ng methyl alcohol

Ang CH 3 OH ay orihinal na ginawa bilang isang by-product ng mapanirang distillation ng kahoy. Ngayon ito ay nakuha nang direkta mula sa carbon dioxide at hydrogen. Ito ay halos kapareho ng amoy ng ethanol. Gayunpaman, ang methanol ay napakalason at maaaring magdulot ng kamatayan sa mga tao. Ang kumukulo na punto ng alkohol ay 64.7 degrees Celsius. Ginagamit ito bilang isang antifreeze at solvent. Ginagamit din ito sa paggawa ng biodiesel.

Kasaysayan ng paggawa

Ang pagbuburo ng asukal upang makagawa ng ethanol ay isa sa mga pinakaunang biotechnologies na nagsilbi sa sangkatauhan. Ang nakalalasing na epekto ng mga inumin batay dito ay kilala na mula pa noong unang panahon. Palaging gusto ng mga tao ang estado ng binagong kamalayan na dulot nito. Kahit 9,000 taon na ang nakalilipas, alam ng mga Tsino ang mga inuming may alkohol. Ang distillation bilang isang proseso ay kilala ng mga Arabo at Griyego, ngunit mayroon silang sapat na alak. Natutunan ng mga alchemist na gumawa ng alkohol mula dito noong ika-12 siglo lamang. Ang ethanol ay unang ginawa ng sintetikong paraan lamang noong 1825 ni Michael Faraday.

Chemistry at gamot

Ang ethanol ay pangunahing ginagamit bilang isang hilaw na materyal para sa paggawa ng iba pang mga sangkap at bilang isang solvent. Ito ay isa sa mga bahagi ng maraming mga kemikal sa bahay na ginagamit araw-araw sa pang-araw-araw na buhay. Ang ethanol ay matatagpuan sa windshield wiper at antifreeze. Sa gamot ito ay ginagamit bilang pinakasimpleng antiseptiko. Ito ay nagdidisimpekta at natutuyo ng mabuti sa mga sugat. Ginagamit din ito sa paggawa ng lahat ng uri ng tinctures at extracts. Bilang karagdagan, ito ay lumalamig at nagpapainit nang maayos. Sa kawalan ng iba pang mga gamot, ginamit ito bilang anesthesia.

Lipunan at kultura

Nalaman ng isang pag-aaral na inilathala noong 2002 na 41% ng pagkamatay sa mga aksidente sa sasakyan ay dahil sa pagmamaneho ng lasing. Kung mas mataas ang nilalaman ng alkohol sa dugo ng driver, mas malaki ang panganib. Ang pagkonsumo ng mga inuming may alkohol ay may mahabang kasaysayan. Maraming mga pag-aaral ang nakatuon sa panlipunang kababalaghan na ito. Ang proseso ng pag-inom ng mga inuming nakalalasing at pagkalasing ay inilarawan sa maraming gawa ng fiction. Ang sikat na pelikula ng Bagong Taon na "The Irony of Fate, or Enjoy Your Bath!" ay tiyak na nakatuon sa mga kahihinatnan ng pag-abuso sa alkohol, kahit na sa isang komedya na anyo. Maraming malikhaing tao ang gumamit ng alak bilang isang kinakailangang elemento para sa pagbuo ng mga bagong ideya o bilang isang madaling paraan upang mapagtagumpayan ang stress. Ang katamtamang pag-inom ay katanggap-tanggap at kanais-nais pa sa karamihan ng mga modernong kultura. Ang pag-inom ng mga inuming nakalalasing ay isang tradisyon sa maraming mga espesyal na kaganapan. Ang pagbubukod ay ang Islam. Ayon sa mga tuntunin ng relihiyong ito, ang pag-inom ng anumang inuming nakalalasing ay isang kakila-kilabot na kasalanan.

Alkoholismo at ang mga kahihinatnan nito

Ang labis na pag-inom ay isang sakit. Ito ay nailalarawan sa pamamagitan ng pisikal at mental na pag-asa sa vodka o iba pang matatapang na inumin, at isang uri ng pag-abuso sa sangkap. Nawawalan ng kontrol ang mga alkoholiko sa dami ng kanilang inumin. Nangangailangan sila ng patuloy na pagtaas ng dosis upang makaranas ng kasiyahan. Ito ay pinaniniwalaan na ang pagpapabuti ng kagalingan ng populasyon ay humahantong lamang sa pagtaas ng dami ng pag-inom ng alak. Ang Swedish na doktor na si M. Huss ang unang nag-aral ng talamak na alkoholismo noong 1849. Nakilala niya ang isang bilang ng mga pathological na pagbabago na lumilitaw sa isang taong may sistematikong pag-inom ng alkohol. Ngayon ang mga siyentipiko ay gumuhit ng isang malinaw na linya sa pagitan ng paglalasing at alkoholismo. Ang pangalawa ay isang sakit na ang isang tao mismo ay hindi makayanan. Dumadaan ito sa ilang yugto sa pag-unlad nito. Sa bawat bagong yugto ay may unti-unting pagtaas ng pagtitiwala. Ang pasyente ay nangangailangan ng mas malaking dosis. Unti-unti, ang talamak na pagkalasing sa alkohol ay humahantong sa mga somatic disorder. Ang mga unang palatandaan ng pisikal at mental na pag-asa ay kinabibilangan ng pagkawala ng kontrol sa paggamit at ang hitsura ng labis na pag-inom. Ang mga taong may malubhang alkoholismo ay nakikilala sa pamamagitan ng mga malfunctions ng mga internal organs at mental disorder.

Paggamot at pag-iwas

Upang labanan ang pagkagumon sa alkohol, kinakailangan ang mga gamot. Una, ang mga gamot ay kinakailangan upang maalis ang mga malfunctions sa katawan. Pangalawa, ang mga gamot na hindi tugma sa pag-inom ng alak ay kinakailangan. Ipinapaalam sa pasyente na ang labis na pag-inom sa panahon ng paggamot ay maaaring humantong sa kanyang kamatayan. Bilang karagdagan, ang mga psychologist ay dapat makipagtulungan sa mga pasyente. Ang kanilang gawain ay upang pagsamahin ang epekto ng paggamot at bumuo ng isang negatibong imahe ng pagkalasing. Ang social rehabilitation ng mga dating alcoholic ay sapilitan din. Mahalagang tulungan ang isang tao na mahanap ang kanyang lugar sa lipunan at ibalik ang kanyang pamilya. Ang mga masasayang tao ay hindi nagpapakasaya. Samakatuwid, ang paggamot sa alkoholismo ay higit na nakasalalay sa mga kasanayan ng isang psychologist.

kumukulo- ito ay isang masinsinang paglipat ng likido sa singaw, na nangyayari sa pagbuo ng mga bula ng singaw sa buong dami ng likido sa isang tiyak na temperatura.

Sa panahon ng pagkulo, ang temperatura ng likido at ang singaw sa itaas nito ay hindi nagbabago. Ito ay nananatiling hindi nagbabago hanggang ang lahat ng likido ay kumulo. Nangyayari ito dahil ang lahat ng enerhiya na ibinibigay sa likido ay ginagamit upang i-convert ito sa singaw.

Ang temperatura kung saan kumukulo ang isang likido ay tinatawag punto ng pag-kulo.

Ang kumukulo na punto ay nakasalalay sa presyon na ibinibigay sa libreng ibabaw ng likido. Ito ay ipinaliwanag sa pamamagitan ng pag-asa ng puspos na presyon ng singaw sa temperatura. Ang bula ng singaw ay lumalaki hanggang ang presyon ng puspos na singaw sa loob nito ay bahagyang lumampas sa presyon sa likido, na siyang kabuuan ng panlabas na presyon at ang hydrostatic na presyon ng likidong haligi.

Kung mas malaki ang panlabas na presyon, mas marami temperaturang kumukulo.

Alam ng lahat na ang tubig ay kumukulo sa temperatura na 100 ºC. Ngunit hindi natin dapat kalimutan na ito ay totoo lamang sa normal na presyon ng atmospera (humigit-kumulang 101 kPa). Habang tumataas ang presyon, tumataas ang kumukulong punto ng tubig. Halimbawa, sa mga pressure cooker, ang pagkain ay niluluto sa ilalim ng presyon na humigit-kumulang 200 kPa. Ang kumukulo na punto ng tubig ay umabot sa 120°C. Sa tubig sa temperatura na ito, ang proseso ng pagluluto ay nangyayari nang mas mabilis kaysa sa ordinaryong tubig na kumukulo. Ipinapaliwanag nito ang pangalang "pressure cooker".

At kabaligtaran, sa pamamagitan ng pagbabawas ng panlabas na presyon, sa gayon ay binababa natin ang kumukulo. Halimbawa, sa mga bulubunduking lugar (sa taas na 3 km, kung saan ang presyon ay 70 kPa), kumukulo ang tubig sa temperatura na 90 ° C. Samakatuwid, ang mga residente ng mga lugar na ito na gumagamit ng naturang kumukulong tubig ay nangangailangan ng mas maraming oras upang maghanda ng pagkain kaysa sa mga residente ng kapatagan. Ngunit sa pangkalahatan ay imposibleng pakuluan, halimbawa, ang isang itlog ng manok sa kumukulong tubig na ito, dahil ang puti ay hindi namumuo sa mga temperatura sa ibaba 100 °C.

Ang bawat likido ay may sariling punto ng kumukulo, na nakasalalay sa puspos na presyon ng singaw. Kung mas mataas ang presyon ng puspos na singaw, mas mababa ang punto ng kumukulo ng kaukulang likido, dahil sa mas mababang temperatura ang presyon ng puspos na singaw ay nagiging katumbas ng presyon ng atmospera. Halimbawa, sa boiling point na 100 °C, ang saturated vapor pressure ng tubig ay 101,325 Pa (760 mm Hg), at ang vapor pressure ay 117 Pa (0.88 mm Hg) lamang. Ang mercury ay kumukulo sa 357°C sa normal na presyon.

Init ng singaw.

Init ng singaw (init ng pagsingaw)- ang dami ng init na dapat ibigay sa isang substance (sa pare-pareho ang presyon at pare-pareho ang temperatura) para sa kumpletong pagbabago ng isang likidong sangkap sa singaw.

Ang dami ng init na kinakailangan para sa singaw (o inilabas sa panahon ng paghalay). Upang makalkula ang dami ng init Q kinakailangan upang ibahin ang anyo ng anumang masa ng likido na kinuha sa puntong kumukulo sa singaw, ang tiyak na init ng singaw ay kinakailangan r isip-sa-masa m:

Kapag ang singaw ay namumuo, ang parehong dami ng init ay inilabas.

Ang gawain ay binubuo ng dalawang yugto - upang maitaguyod ang pag-asa ng presyon ng atmospera sa altitude at ang pag-asa ng kumukulo na punto sa presyon. Magsimula tayo sa huli, dahil ito ay mas kawili-wili.

Ang pagkulo ay isang first-order phase transition (ang tubig ay nagbabago ng estado ng pagsasama-sama mula sa likido hanggang sa gas).
Ang isang first-order phase transition ay inilalarawan ng Clapeyron equation:
,
saan
- tiyak na init ng phase transition, na ayon sa bilang ay katumbas ng dami ng init na ibinibigay sa bawat yunit ng masa ng isang substance upang magkaroon ng phase transition,
- temperatura ng paglipat ng bahagi,
- pagbabago sa tiyak na volume sa panahon ng paglipat

Pinasimple ni Clausius ang equation ni Clapeyron para sa mga kaso ng evaporation at sublimation sa pamamagitan ng pag-aakalang

1. Ang singaw ay sumusunod sa ideal na batas ng gas
2. Ang tiyak na dami ng likido ay mas mababa kaysa sa tiyak na dami ng singaw

Mula sa unang punto ay sumusunod na ang estado ng singaw ay maaaring ilarawan ng Mendeleev-Clapeyron equation
,
at mula sa puntong dalawa - na ang tiyak na dami ng likido ay maaaring mapabayaan.

Kaya, ang Clapeyron equation ay kumukuha ng form
,
kung saan ang tiyak na dami ay maaaring ipahayag sa pamamagitan ng
,
at sa wakas

paghihiwalay ng mga variable, nakukuha namin

Ang pagkakaroon ng pinagsama-samang kaliwang bahagi mula hanggang , at kanang bahagi mula hanggang , i.e. mula sa isang punto hanggang sa isa pang punto na nakahiga sa linya ng balanse ng likido-singaw, nakuha namin ang equation

tinatawag na Clausius-Clapeyron equation.

Sa totoo lang, ito ang nais na pag-asa ng temperatura ng kumukulo sa presyon.

Gumawa tayo ng ilang higit pang pagbabago
,
Dito
- molar mass ng tubig, 18 g/mol

Universal gas constant, 8.31 J/(mol × K)

Tiyak na init ng pagsingaw ng tubig 2.3 × 10 6 J/kg

Ngayon ay nananatiling itatag ang pagtitiwala ng presyon ng atmospera sa altitude. Dito gagamitin namin ang barometric formula (wala pa rin kaming iba):

o
,
Dito
- molar mass ng hangin, 29 g/mol
- pangkalahatang gas constant, 8.31 J/(mol×K)
- gravity acceleration, 9.81 m/(s×s)
- temperatura ng hangin

Ang mga halaga na nauugnay sa hangin ay mamarkahan ng index v, sa tubig - h
Pagtutumbas at pag-alis ng exponent, nakukuha natin

Well, ang huling formula

Sa katunayan, ang tunay na presyon ng hangin ay hindi sumusunod sa barometric formula, dahil may malaking pagkakaiba sa altitude ang temperatura ng hangin ay hindi maituturing na pare-pareho. Sa karagdagan, ang acceleration ng free fall ay depende sa geographic latitude, at ang atmospheric pressure ay depende din sa konsentrasyon ng water vapor. Ibig sabihin, makakakuha tayo ng tinatayang halaga gamit ang formula na ito. Samakatuwid, sa ibaba ay nagsama ako ng isa pang calculator na gumagamit ng formula para kalkulahin ang boiling point depende sa air pressure sa millimeters ng mercury.

Boiling point versus altitude calculator.

Estado ng bagay

Ang singaw ng bakal at solidong hangin

Hindi ba't kakaibang kumbinasyon ng mga salita? Gayunpaman, hindi ito walang kapararakan: ang parehong singaw ng bakal at solidong hangin ay umiiral sa kalikasan, ngunit hindi sa ilalim ng mga ordinaryong kondisyon.

Anong mga kondisyon ang pinag-uusapan natin? Ang estado ng isang sangkap ay tinutukoy ng dalawang mga kadahilanan: temperatura at presyon.

Ang ating buhay ay nagaganap sa medyo maliit na pagbabago ng mga kondisyon. Ang presyon ng hangin ay nagbabago sa loob ng ilang porsyento sa paligid ng isang kapaligiran; ang temperatura ng hangin, sabihin, sa rehiyon ng Moscow ay mula -30 hanggang +30°C; sa ganap na sukat ng temperatura, kung saan ang pinakamababang posibleng temperatura (-273°C) ay kinukuha bilang zero; hindi gaanong kahanga-hanga ang agwat na ito: 240-300 K, na ±10% lang din ng average na halaga.

Natural lang na sanay tayo sa mga normal na kondisyong ito at samakatuwid, kapag sinabi natin ang mga simpleng katotohanan tulad ng: "bakal ay solid, hangin ay gas," atbp., nakalimutan nating idagdag: "sa normal na kondisyon."

Kung magpapainit ka ng bakal, ito ay unang matutunaw at pagkatapos ay sumingaw. Kung ang hangin ay pinalamig, ito ay unang magiging likido at pagkatapos ay tumigas.

Kahit na ang mambabasa ay hindi pa nakatagpo ng bakal na singaw o solidong hangin, malamang na madali siyang maniniwala na ang anumang sangkap, sa pamamagitan ng pagbabago ng temperatura, ay maaaring makuha sa solid, likido, at gas na estado, o, gaya ng sinasabi nila, sa solid, likido. o mga gaseous phase.

Madaling paniwalaan ito dahil napansin ng lahat ang isang sangkap, kung wala ang buhay sa Earth ay magiging imposible, kapwa sa anyo ng isang gas, at bilang isang likido, at sa anyo ng isang solid. Siyempre, pinag-uusapan natin ang tungkol sa tubig.

Sa ilalim ng anong mga kondisyon nangyayari ang mga pagbabagong-anyo ng bagay mula sa isang estado patungo sa isa pa?

kumukulo

Kung ibababa natin ang thermometer sa tubig na ibinuhos sa takure, buksan ang electric stove at subaybayan ang mercury ng thermometer, makikita natin ang mga sumusunod: halos agad-agad na gumapang ang antas ng mercury. Ngayon ay 90, 95, at sa wakas ay 100°C. Ang tubig ay kumukulo, at sa parehong oras ang pagtaas ng mercury ay tumitigil. Ang tubig ay kumukulo sa loob ng maraming minuto, ngunit ang antas ng mercury ay hindi nagbabago. Hanggang sa kumulo ang lahat ng tubig, hindi magbabago ang temperatura (Larawan 4.1).

kanin. 4.1

Saan napupunta ang init kung hindi nagbabago ang temperatura ng tubig? Ang sagot ay halata. Ang proseso ng paggawa ng tubig sa singaw ay nangangailangan ng enerhiya.

Ihambing natin ang enerhiya ng isang gramo ng tubig at isang gramo ng singaw na nabuo mula dito. Ang mga molekula ng singaw ay matatagpuan sa malayo sa isa't isa kaysa sa mga molekula ng tubig. Malinaw na dahil dito, ang potensyal na enerhiya ng tubig ay mag-iiba mula sa potensyal na enerhiya ng singaw.

Ang potensyal na enerhiya ng pag-akit ng mga particle ay bumababa habang papalapit sila sa isa't isa. Samakatuwid, ang enerhiya ng singaw ay mas malaki kaysa sa enerhiya ng tubig, at ang paggawa ng tubig sa singaw ay nangangailangan ng enerhiya. Ang sobrang enerhiya na ito ay inililipat ng electric stove sa kumukulong tubig sa takure.

Enerhiya na kailangan para gawing singaw ang tubig; tinatawag na init ng singaw. Upang i-convert ang 1 g ng tubig sa singaw, kinakailangan ang 539 cal (ito ang figure para sa temperatura na 100 ° C).

Kung 539 cal ang natupok sa bawat 1 g, pagkatapos ay 18*539 = 9700 cal ang kakainin sa bawat 1 mol ng tubig. Ang dami ng init na ito ay dapat gastusin sa pagsira ng mga intermolecular bond.

Maaari mong ihambing ang figure na ito sa dami ng trabaho na kinakailangan upang masira ang intramolecular bond. Upang hatiin ang 1 mole ng singaw ng tubig sa mga atomo, kailangan ng humigit-kumulang 220,000 cal, ibig sabihin, 25 beses na mas maraming enerhiya. Direktang pinatutunayan nito ang kahinaan ng mga puwersang nagbubuklod sa mga molekula, kumpara sa mga puwersang nagsasama-sama ng mga atomo sa isang molekula.

Depende sa temperatura ng kumukulo sa presyon

Ang kumukulong punto ng tubig ay 100°C; maaaring isipin ng isang tao na ito ay isang likas na katangian ng tubig, na ang tubig, saanman at sa anong mga kondisyon ito, ay palaging kumukulo sa 100°C.

Ngunit hindi ito ganoon, at alam na alam ito ng mga residente ng mga nayon sa matataas na bundok.

Malapit sa tuktok ng Elbrus mayroong isang bahay para sa mga turista at isang pang-agham na istasyon. Kung minsan ay nagtataka ang mga nagsisimula sa "gaano kahirap magpakulo ng itlog sa kumukulong tubig" o "bakit hindi nasusunog ang kumukulong tubig." Sa ilalim ng mga kundisyong ito, sinasabi sa kanila na ang tubig ay kumukulo sa tuktok ng Elbrus na nasa 82°C.

Anong problema? Anong pisikal na salik ang nakakasagabal sa hindi pangkaraniwang bagay na kumukulo? Ano ang kahalagahan ng altitude sa ibabaw ng antas ng dagat?

Ang pisikal na kadahilanan na ito ay ang presyon na kumikilos sa ibabaw ng likido. Hindi mo kailangang umakyat sa tuktok ng isang bundok upang i-verify ang katotohanan ng sinabi.

Sa pamamagitan ng paglalagay ng pinainit na tubig sa ilalim ng kampana at pagbomba o pagbomba ng hangin mula doon, masisiguro mong tumataas ang kumukulo habang tumataas at bumababa ang presyon habang bumababa ito.

Ang tubig ay kumukulo sa 100°C lamang sa isang tiyak na presyon - 760 mm Hg. Art. (o 1 atm).

Ang boiling point versus pressure curve ay ipinapakita sa Fig. 4.2. Sa tuktok ng Elbrus ang presyon ay 0.5 atm, at ang presyon na ito ay tumutugma sa isang kumukulong punto na 82°C.

kanin. 4.2

Ngunit ang tubig na kumukulo sa 10-15 mm Hg. Art., maaari kang magpalamig sa mainit na panahon. Sa presyur na ito, bababa ang boiling point sa 10-15°C.

Maaari ka ring makakuha ng "tubig na kumukulo", na may temperatura ng nagyeyelong tubig. Upang gawin ito, kailangan mong bawasan ang presyon sa 4.6 mm Hg. Art.

Ang isang kawili-wiling larawan ay maaaring maobserbahan kung maglalagay ka ng isang bukas na sisidlan na may tubig sa ilalim ng kampanilya at pump out ang hangin. Ang pagbomba ay magiging sanhi ng pagkulo ng tubig, ngunit ang pagkulo ay nangangailangan ng init. Walang kung saan upang kunin ito mula sa, at ang tubig ay kailangang magbigay ng lakas nito. Magsisimulang bumaba ang temperatura ng kumukulong tubig, ngunit habang nagpapatuloy ang pumping, bababa rin ang presyon. Samakatuwid, ang pagkulo ay hindi titigil, ang tubig ay patuloy na lumalamig at kalaunan ay nagyeyelo.

Ang pagkulo ng malamig na tubig na ito ay nangyayari hindi lamang kapag ang hangin ay nabomba palabas. Halimbawa, kapag umiikot ang propeller ng barko, bumababa nang husto ang presyon sa isang mabilis na gumagalaw na layer ng tubig malapit sa ibabaw ng metal at kumukulo ang tubig sa layer na ito, ibig sabihin, maraming bula na puno ng singaw ang lumalabas dito. Ang kababalaghan na ito ay tinatawag na cavitation (mula sa salitang Latin na cavitas - cavity).

Sa pamamagitan ng pagbabawas ng presyon, ibinababa namin ang kumukulo. At sa pamamagitan ng pagtaas nito? Ang isang graph na tulad ng sa amin ay sumasagot sa tanong na ito. Ang isang presyon ng 15 atm ay maaaring maantala ang pagkulo ng tubig, ito ay magsisimula lamang sa 200°C, at ang isang presyon ng 80 atm ay magiging sanhi ng tubig na kumulo lamang sa 300°C.

Kaya, ang isang tiyak na panlabas na presyon ay tumutugma sa isang tiyak na punto ng kumukulo. Ngunit ang pahayag na ito ay maaaring "iikot" sa pamamagitan ng pagsasabi nito: ang bawat kumukulong punto ng tubig ay tumutugma sa sarili nitong tiyak na presyon. Ang presyon na ito ay tinatawag na presyon ng singaw.

Ang kurba na naglalarawan sa punto ng kumukulo bilang isang function ng presyon ay isa ring kurba ng presyon ng singaw bilang isang function ng temperatura.

Ang mga numerong naka-plot sa isang boiling point graph (o sa isang vapor pressure graph) ay nagpapakita na ang vapor pressure ay nagbabago nang husto sa temperatura. Sa 0°C (i.e. 273 K) ang vapor pressure ay 4.6 mmHg. Art., sa 100°C (373 K) ito ay katumbas ng 760 mm Hg. Art., ibig sabihin, tumataas ng 165 beses. Kapag dumoble ang temperatura (mula sa 0°C, i.e. 273 K, hanggang 273°C, i.e. 546 K), ang presyon ng singaw ay tumataas mula 4.6 mm Hg. Art. halos hanggang 60 atm, ibig sabihin, humigit-kumulang 10,000 beses.

Samakatuwid, sa kabaligtaran, ang punto ng kumukulo ay nagbabago nang may presyon sa halip na mabagal. Kapag ang presyon ay nagbago nang dalawang beses mula 0.5 atm hanggang 1 atm, ang kumukulo ay tumataas mula 82°C (355 K) hanggang 100°C (373 K) at kapag ang presyon ay dumoble mula 1 hanggang 2 atm - mula 100°C (373 K) ) hanggang 120°C (393 K).

Ang parehong curve na isinasaalang-alang natin ngayon ay kumokontrol din sa condensation (condensation) ng singaw sa tubig.

Ang singaw ay maaaring gawing tubig sa pamamagitan ng pag-compress o paglamig.

Parehong sa panahon ng kumukulo at sa panahon ng condensation, ang punto ay hindi lilipat mula sa kurba hanggang sa ang conversion ng singaw sa tubig o tubig sa singaw ay kumpleto. Maaari rin itong bumalangkas sa ganitong paraan: sa ilalim ng mga kondisyon ng ating kurba at sa ilalim lamang ng mga kundisyong ito, posible ang magkakasamang buhay ng likido at singaw. Kung hindi ka magdagdag o mag-alis ng init, ang dami ng singaw at likido sa isang saradong sisidlan ay mananatiling hindi nagbabago. Ang nasabing singaw at likido ay sinasabing nasa ekwilibriyo, at ang singaw na nasa ekwilibriyo kasama ang likido nito ay tinatawag na saturated.

Ang boiling at condensation curve, tulad ng nakikita natin, ay may ibang kahulugan: ito ay ang equilibrium curve ng likido at singaw. Hinahati ng equilibrium curve ang field ng diagram sa dalawang bahagi. Sa kaliwa at pataas (patungo sa mas mataas na temperatura at mas mababang presyon) ay ang rehiyon ng matatag na estado ng singaw. Sa kanan at pababa ay ang rehiyon ng matatag na estado ng likido.

Ang vapor-liquid equilibrium curve, i.e. ang curve ng dependence ng boiling point sa pressure o, na pareho, vapor pressure sa temperatura, ay humigit-kumulang pareho para sa lahat ng likido. Sa ilang mga kaso ang pagbabago ay maaaring medyo mas biglaan, sa iba ay medyo mas mabagal, ngunit ang presyon ng singaw ay palaging tumataas nang mabilis sa pagtaas ng temperatura.

Nagamit na natin ang mga salitang "gas" at "singaw" nang maraming beses. Ang dalawang salitang ito ay medyo pantay. Masasabi natin: water gas ay tubig singaw, oxygen gas ay oxygen likido singaw. Gayunpaman, ang isang tiyak na ugali ay nabuo kapag ginagamit ang dalawang salitang ito. Dahil sanay na tayo sa isang tiyak na medyo maliit na hanay ng temperatura, karaniwan nating inilalapat ang salitang "gas" sa mga sangkap na ang vapor elasticity sa mga ordinaryong temperatura ay mas mataas kaysa sa atmospheric pressure. Sa kabaligtaran, pinag-uusapan natin ang tungkol sa singaw kapag, sa temperatura ng silid at presyon ng atmospera, ang sangkap ay mas matatag sa anyo ng isang likido.

Pagsingaw

Ang pagkulo ay isang mabilis na proseso, at sa maikling panahon ay walang natitira sa kumukulong tubig; ito ay nagiging singaw.

Ngunit mayroong isa pang kababalaghan ng paggawa ng tubig o iba pang likido sa singaw - ito ay pagsingaw. Ang pagsingaw ay nangyayari sa anumang temperatura, anuman ang presyon, na sa ilalim ng normal na mga kondisyon ay palaging malapit sa 760 mm Hg. Art. Ang pagsingaw, hindi tulad ng pagkulo, ay isang napakabagal na proseso. Ang isang bote ng cologne na nakalimutan naming isara ay mawawalan ng laman sa loob ng ilang araw; o ang platito na may tubig ay tatayo nang mas matagal, ngunit maya-maya ay magiging tuyo ito.

Ang hangin ay may malaking papel sa proseso ng pagsingaw. Sa sarili nito, hindi nito pinipigilan ang pagsingaw ng tubig. Sa sandaling buksan natin ang ibabaw ng likido, ang mga molekula ng tubig ay magsisimulang lumipat sa pinakamalapit na layer ng hangin.

Ang densidad ng singaw sa layer na ito ay tataas nang mabilis; Pagkatapos ng maikling panahon, ang presyon ng singaw ay magiging katumbas ng katangian ng pagkalastiko ng temperatura ng daluyan. Sa kasong ito, ang presyon ng singaw ay magiging eksaktong kapareho ng sa kawalan ng hangin.

Ang paglipat ng singaw sa hangin ay hindi nangangahulugan, siyempre, isang pagtaas sa presyon. Ang kabuuang presyon sa espasyo sa itaas ng ibabaw ng tubig ay hindi tumataas, tanging ang bahagi ng presyon na ito na kinuha ng singaw ay tumataas, at naaayon ang bahagi ng hangin na inilipat ng singaw ay bumababa.

Sa ibabaw ng tubig ay may singaw na may halong hangin; sa itaas ay may mga patong ng hangin na walang singaw. Hindi maiiwasang maghalo sila. Ang singaw ng tubig ay patuloy na lilipat sa mas mataas na mga layer, at sa lugar nito, ang hangin na hindi naglalaman ng mga molekula ng tubig ay papasok sa mas mababang layer. Samakatuwid, sa layer na pinakamalapit sa tubig, ang mga lugar ay palaging magiging libre para sa mga bagong molekula ng tubig. Ang tubig ay patuloy na sumingaw, pinapanatili ang presyon ng singaw ng tubig sa ibabaw na katumbas ng pagkalastiko, at ang proseso ay magpapatuloy hanggang ang tubig ay ganap na sumingaw.

Nagsimula kami sa halimbawa ng cologne at tubig. Ito ay kilala na sila ay sumingaw sa iba't ibang mga rate. Ang eter ay sumingaw nang napakabilis, ang alkohol ay mabilis na sumingaw, at ang tubig ay mas mabagal. Mauunawaan natin kaagad kung ano ang nangyayari dito kung makikita natin sa reference book ang mga halaga ng presyon ng singaw ng mga likidong ito, halimbawa, sa temperatura ng silid. Narito ang mga numero: eter - 437 mm Hg. Art., alkohol - 44.5 mm Hg. Art. at tubig - 17.5 mm Hg. Art.

Kung mas malaki ang elasticity, mas maraming singaw sa katabing layer ng hangin at mas mabilis na sumingaw ang likido. Alam natin na tumataas ang presyon ng singaw sa pagtaas ng temperatura. Malinaw kung bakit tumataas ang rate ng pagsingaw sa pag-init.

Ang rate ng pagsingaw ay maaaring maimpluwensyahan sa ibang paraan. Kung gusto nating tumulong sa pagsingaw, kailangan nating mabilis na alisin ang singaw mula sa likido, iyon ay, pabilisin ang paghahalo ng hangin. Iyon ang dahilan kung bakit ang pagsingaw ay lubhang pinabilis sa pamamagitan ng pag-ihip ng likido. Ang tubig, kahit na medyo mababa ang presyon ng singaw, ay mabilis na mawawala kung ang platito ay ilalagay sa hangin.

Kaya naman, maliwanag kung bakit ang isang manlalangoy na lumalabas sa tubig ay nakakaramdam ng lamig sa hangin. Pinapabilis ng hangin ang paghahalo ng hangin sa singaw at, samakatuwid, pinabilis ang pagsingaw, at ang katawan ng tao ay napipilitang isuko ang init para sa pagsingaw.

Ang kapakanan ng isang tao ay nakasalalay sa kung marami o kaunting singaw ng tubig sa hangin. Parehong tuyo at mahalumigmig na hangin ay hindi kanais-nais. Ang kahalumigmigan ay itinuturing na normal kapag ito ay 60%. Nangangahulugan ito na ang density ng singaw ng tubig ay 60% ng density ng saturated water vapor sa parehong temperatura.

Kung ang basa-basa na hangin ay pinalamig, sa kalaunan ang presyon ng singaw ng tubig sa loob nito ay magiging katumbas ng presyon ng singaw sa temperaturang iyon. Ang singaw ay magiging puspos at magsisimulang mag-condense sa tubig habang ang temperatura ay lalong bumababa. Ang hamog sa umaga na nagbasa-basa sa damo at mga dahon ay tiyak na lumilitaw dahil sa hindi pangkaraniwang bagay na ito.

Sa 20°C, ang density ng saturated water vapor ay humigit-kumulang 0.00002 g/cm 3 . Magiging mabuti ang ating pakiramdam kung mayroong 60% ng bilang na ito ng singaw ng tubig sa hangin - nangangahulugan lamang ito ng higit sa isang daang libo ng isang gramo bawat 1 cm 3.

Bagama't maliit ang figure na ito, hahantong ito sa kahanga-hangang dami ng singaw para sa silid. Hindi mahirap kalkulahin na sa isang medium-sized na silid na may isang lugar na 12 m2 at taas na 3 m, halos isang kilo ng tubig ay maaaring "magkasya" sa anyo ng puspos na singaw.

Nangangahulugan ito na kung ang nasabing silid ay mahigpit na sarado at isang bukas na bariles ng tubig ay inilagay, isang litro ng tubig ay sumingaw, anuman ang kapasidad ng bariles.

Ito ay kagiliw-giliw na ihambing ang resulta na ito para sa tubig na may kaukulang mga numero para sa mercury. Sa parehong temperatura na 20°C, ang density ng saturated mercury vapor ay 10 -8 g/cm 3 .

Sa silid na tinalakay lamang, hindi hihigit sa 1 g ng mercury vapor ang magkasya.

Sa pamamagitan ng paraan, ang singaw ng mercury ay napakalason, at ang 1 g ng singaw ng mercury ay maaaring seryosong makapinsala sa kalusugan ng sinumang tao. Kapag nagtatrabaho sa mercury, dapat mong tiyakin na kahit na ang pinakamaliit na patak ng mercury ay hindi tumapon.

Kritikal na temperatura

Paano gawing likido ang gas? Sinasagot ng boiling point chart ang tanong na ito. Maaari mong gawing likido ang isang gas sa pamamagitan ng pagpapababa ng temperatura o pagtaas ng presyon.

Noong ika-19 na siglo, ang pagtaas ng presyon ay tila isang mas madaling gawain kaysa sa pagpapababa ng temperatura. Sa simula ng siglong ito, ang mahusay na Ingles na pisiko na si Michael Farada ay pinamamahalaang i-compress ang mga gas sa mga halaga ng presyon ng singaw at sa paraang ito ay nagiging likido ang maraming gas (chlorine, carbon dioxide, atbp.).

Gayunpaman, ang ilang mga gas - hydrogen, nitrogen, oxygen - ay hindi matunaw. Hindi mahalaga kung gaano karaming presyon ang nadagdagan, hindi sila naging likido. Maaaring isipin ng isa na ang oxygen at iba pang mga gas ay hindi maaaring maging likido. Ang mga ito ay inuri bilang totoo, o permanenteng, mga gas.

Sa katunayan, ang mga pagkabigo ay sanhi ng kakulangan ng pag-unawa sa isang mahalagang pangyayari.

Isaalang-alang natin ang likido at singaw sa ekwilibriyo at isipin kung ano ang mangyayari sa kanila habang tumataas ang punto ng kumukulo at, siyempre, ang katumbas na pagtaas ng presyon. Sa madaling salita, isipin na ang isang punto sa kumukulong graph ay gumagalaw paitaas sa kahabaan ng curve. Malinaw na habang tumataas ang temperatura, lumalawak ang isang likido at bumababa ang density nito. Kung tungkol sa singaw, tumataas ba ang boiling point? Siyempre, nag-aambag ito sa pagpapalawak nito, ngunit, tulad ng nasabi na natin, ang puspos na presyon ng singaw ay tumataas nang mas mabilis kaysa sa kumukulo. Samakatuwid, ang density ng singaw ay hindi bumabagsak, ngunit, sa kabaligtaran, mabilis na tumataas sa pagtaas ng temperatura ng kumukulo.

Dahil ang density ng likido ay bumababa at ang density ng singaw ay tumataas, kung gayon, ang paglipat ng "pataas" sa kahabaan ng kumukulong curve, hindi maiiwasang maabot natin ang isang punto kung saan ang mga densidad ng likido at singaw ay pantay (Fig. 4.3).

kanin. 4.3

Sa kahanga-hangang puntong ito, na tinatawag na kritikal na punto, nagtatapos ang kumukulong curve. Dahil ang lahat ng mga pagkakaiba sa pagitan ng gas at likido ay nauugnay sa pagkakaiba sa density, sa kritikal na punto ang mga katangian ng likido at gas ay nagiging pareho. Ang bawat sangkap ay may sariling kritikal na temperatura at sarili nitong kritikal na presyon. Kaya, para sa tubig, ang kritikal na punto ay tumutugma sa isang temperatura ng 374 ° C at isang presyon ng 218.5 atm.

Kung i-compress mo ang isang gas na ang temperatura ay mas mababa sa kritikal na temperatura, ang proseso ng compression nito ay kakatawanin ng isang arrow na tumatawid sa kumukulong curve (Larawan 4.4). Nangangahulugan ito na sa sandaling maabot ang isang presyon na katumbas ng presyon ng singaw (ang punto kung saan ang arrow ay nagsalubong sa kumukulong curve), ang gas ay magsisimulang mag-condense sa isang likido. Kung ang aming sisidlan ay transparent, kung gayon sa sandaling ito ay makikita natin ang simula ng pagbuo ng isang layer ng likido sa ilalim ng sisidlan. Sa patuloy na presyon, ang layer ng likido ay lalago hanggang sa wakas ang lahat ng gas ay nagiging likido. Ang karagdagang compression ay mangangailangan ng pagtaas ng presyon.

kanin. 4.4

Ang sitwasyon ay ganap na naiiba kapag nag-compress ng isang gas na ang temperatura ay higit sa kritikal. Ang proseso ng compression ay maaaring muling ilarawan bilang isang arrow mula sa ibaba hanggang sa itaas. Ngunit ngayon ang arrow na ito ay hindi tumatawid sa kumukulong kurba. Nangangahulugan ito na kapag na-compress, ang singaw ay hindi mag-condense, ngunit patuloy lamang na siksik.

Sa mga temperatura sa itaas ng kritikal na temperatura, imposible ang pagkakaroon ng likido at gas na pinaghihiwalay ng isang interface: Kapag na-compress sa anumang density, magkakaroon ng homogenous substance sa ilalim ng piston, at mahirap sabihin kung kailan ito matatawag na gas at kapag likido.

Ang pagkakaroon ng isang kritikal na punto ay nagpapakita na walang pangunahing pagkakaiba sa pagitan ng likido at gas na estado. Sa unang sulyap, maaaring mukhang walang ganoong pangunahing pagkakaiba lamang kapag pinag-uusapan natin ang tungkol sa mga temperatura sa itaas ng kritikal. Gayunpaman, hindi ito ang kaso. Ang pagkakaroon ng isang kritikal na punto ay nagpapahiwatig ng posibilidad na maging isang likido - isang tunay na likido na maaaring ibuhos sa isang baso - sa isang gas na estado nang walang anumang pagkakatulad ng kumukulo.

Ang landas ng pagbabagong ito ay ipinapakita sa Fig. 4.4. Ang isang krus ay nagmamarka ng isang kilalang likido. Kung babaan mo ng kaunti ang presyon (pababang arrow), ito ay kumukulo, at ito ay kukulo din kung itinaas mo ng kaunti ang temperatura (arrow sa kanan). Ngunit gagawa kami ng isang bagay na ganap na naiiba. I-compress namin ang likido nang napakalakas, sa isang presyon na higit sa kritikal. Ang puntong kumakatawan sa estado ng likido ay tataas nang patayo. Pagkatapos ay pinainit namin ang likido - ang prosesong ito ay inilalarawan ng isang pahalang na linya. Ngayon, pagkatapos nating makita ang ating sarili sa kanan ng Kritikal na Temperatura, ibinababa natin ang presyon sa orihinal. Kung babawasan mo na ngayon ang temperatura, maaari kang makakuha ng tunay na singaw, na maaaring makuha mula sa likidong ito sa mas simple at mas maikling paraan.

Kaya, palaging posible, sa pamamagitan ng pagbabago ng presyon at temperatura na lumalampas sa kritikal na punto, upang makakuha ng singaw sa pamamagitan ng patuloy na paglilipat nito mula sa likido o likido mula sa singaw. Ang tuluy-tuloy na paglipat na ito ay hindi nangangailangan ng kumukulo o condensation.

Ang mga unang pagtatangka na tunawin ang mga gas tulad ng oxygen, nitrogen, at hydrogen ay hindi nagtagumpay dahil hindi alam ang pagkakaroon ng kritikal na temperatura. Ang mga gas na ito ay may napakababang kritikal na temperatura: nitrogen -147°C, oxygen -119°C, hydrogen -240°C, o 33 K. Ang may hawak ng record ay helium, ang kritikal na temperatura nito ay 4.3 K. I-convert ang mga gas na ito sa likidong maaari lamang gamitin sa isang paraan - kailangan mong bawasan ang kanilang temperatura sa ibaba ng tinukoy.

Pagtanggap ng mababang temperatura

Ang isang makabuluhang pagbawas sa temperatura ay maaaring makamit sa iba't ibang paraan. Ngunit ang ideya ng lahat ng mga pamamaraan ay pareho: dapat nating pilitin ang katawan na gusto nating palamig upang gugulin ang panloob na enerhiya nito.

Paano ito gawin? Ang isang paraan ay ang pakuluan ang likido nang hindi nagdaragdag ng init mula sa labas. Upang gawin ito, tulad ng alam natin, kailangan nating bawasan ang presyon - bawasan ito sa halaga ng presyon ng singaw. Ang init na ginugol sa pagkulo ay hihiramin mula sa likido at ang temperatura ng likido at singaw, at kasama nito ang presyon ng singaw ay bababa. Samakatuwid, upang ang pagkulo ay hindi tumigil at mangyari nang mas mabilis, ang hangin ay dapat na patuloy na ibomba palabas ng sisidlan na may likido.

Gayunpaman, ang pagbaba ng temperatura sa panahon ng prosesong ito ay umabot sa isang limitasyon: ang pagkalastiko ng singaw sa kalaunan ay nagiging ganap na hindi gaanong mahalaga, at kahit na ang pinakamalakas na mga bomba ay hindi maaaring lumikha ng kinakailangang presyon.

Upang patuloy na mapababa ang temperatura, posible, sa pamamagitan ng paglamig ng gas na may nagresultang likido, upang gawing likido na may mas mababang punto ng kumukulo.

Ngayon ang proseso ng pumping ay maaaring ulitin sa pangalawang sangkap at sa gayon ay makakuha ng mas mababang temperatura. Kung kinakailangan, ang "cascade" na paraan ng pagkuha ng mababang temperatura ay maaaring pahabain.

Ito ay eksakto kung ano ang kanilang ginawa sa katapusan ng huling siglo; Ang liquefaction ng mga gas ay isinasagawa sa mga yugto: ang ethylene, oxygen, nitrogen, hydrogen - mga sangkap na may mga kumukulong punto ng -103, -183, -196 at -253 ° C - ay sunud-sunod na na-convert sa likido. Sa likidong hydrogen, maaari mong makuha ang pinakamababang kumukulong likido - helium (-269°C). Ang kapitbahay sa kaliwa ay tumulong upang makuha ang kapitbahay sa kanan.

Ang pamamaraan ng cascade cooling ay halos isang daang taong gulang. Noong 1877, ang likidong hangin ay nakuha sa pamamaraang ito.

Noong 1884-1885 Ang likidong hydrogen ay ginawa sa unang pagkakataon. Sa wakas, isa pang dalawampung taon ang lumipas, ang huling kuta ay nakuha: noong 1908, ang Kamerlingh Onnes sa lungsod ng Leiden sa Holland ay ginawang likido ang helium - isang sangkap na may pinakamababang kritikal na temperatura. Ipinagdiwang kamakailan ang ika-70 anibersaryo ng mahalagang tagumpay na ito sa siyensya.

Sa loob ng maraming taon, ang Leiden Laboratory ay ang tanging "mababang temperatura" na laboratoryo. Ngayon, sa lahat ng mga bansa, mayroong dose-dosenang mga naturang laboratoryo, hindi banggitin ang mga pabrika na gumagawa ng likidong hangin, nitrogen, oxygen at helium para sa mga teknikal na layunin.

Ang paraan ng kaskad ng pagkuha ng mababang temperatura ay bihirang ginagamit na ngayon. Sa mga teknikal na pag-install upang mapababa ang temperatura, isa pang paraan ang ginagamit upang bawasan ang panloob na enerhiya ng gas: pinipilit nila ang gas na mabilis na palawakin at gumawa ng trabaho gamit ang panloob na enerhiya.

Kung, halimbawa, ang naka-compress na hangin sa ilang mga atmospheres ay inilalagay sa isang expander, kung gayon kapag ang gawain ng paglipat ng piston o pag-ikot ng turbine ay ginanap, ang hangin ay lalamig nang husto na ito ay magiging likido. Ang carbon dioxide, kung mabilis na inilabas mula sa isang silindro, ay lumalamig nang husto na ito ay nagiging "yelo" sa mabilisang.

Ang mga likidong gas ay malawakang ginagamit sa teknolohiya. Ginagamit ang likidong oxygen sa teknolohiyang pampasabog, bilang bahagi ng pinaghalong gasolina sa mga jet engine.

Ang air liquefaction ay ginagamit sa teknolohiya upang paghiwalayin ang mga gas na bumubuo sa hangin.

Sa iba't ibang larangan ng teknolohiya kinakailangan na magtrabaho sa likidong temperatura ng hangin. Ngunit para sa maraming pisikal na pag-aaral ang temperatura na ito ay hindi sapat na mababa. Sa katunayan, kung iko-convert natin ang mga degree Celsius sa isang ganap na sukat, makikita natin na ang temperatura ng likidong hangin ay humigit-kumulang 1/3 ng temperatura ng silid. Ang higit na kawili-wili para sa pisika ay ang mga temperatura ng "hydrogen", ibig sabihin, mga temperatura ng pagkakasunud-sunod ng 14-20 K, at lalo na ang mga temperatura ng "helium". Ang pinakamababang temperatura na nakuha kapag nagbomba ng likidong helium ay 0.7 K.

Nagawa ng mga physicist na mas malapit sa absolute zero. Nakuha na ngayon ang mga temperatura na lumampas sa absolute zero ng ilang thousandth lamang ng isang degree. Gayunpaman, ang mga napakababang temperatura na ito ay nakukuha sa mga paraan na hindi katulad ng mga inilarawan namin sa itaas.

Sa mga nagdaang taon, ang mababang-temperatura na pisika ay nagbunga ng isang espesyal na sangay ng industriya na nakatuon sa produksyon ng mga kagamitan na ginagawang posible upang mapanatili ang malalaking volume sa mga temperatura na malapit sa absolute zero; Ang mga kable ng kuryente ay binuo na ang mga conductive busbar ay gumagana sa mga temperatura sa ibaba 10 K.

Supercooled na singaw at sobrang init na likido

Kapag ang singaw ay dumaan sa puntong kumukulo nito, dapat itong mag-condense at maging likido. Gayunpaman,; Ito ay lumalabas na kung ang singaw ay hindi nakipag-ugnay sa likido at kung ang singaw ay napakadalisay, kung gayon posible na makakuha ng supercooled o "supersaturated na singaw" - singaw na dapat noon ay naging likido.

Napaka-unstable ng supersaturated steam. Minsan ang isang tulak o isang butil ng singaw na itinapon sa kalawakan ay sapat na para magsimula ang naantalang condensation.

Ipinakikita ng karanasan na ang paghalay ng mga molekula ng singaw ay lubos na pinadali ng pagpasok ng maliliit na dayuhang particle sa singaw. Sa maalikabok na hangin, hindi nangyayari ang supersaturation ng singaw ng tubig. Ang condensation ay maaaring sanhi ng mga ulap ng usok. Pagkatapos ng lahat, ang usok ay binubuo ng maliliit na solidong particle. Kapag nasa singaw, ang mga particle na ito ay nangongolekta ng mga molekula sa kanilang paligid at nagiging mga condensation center.

Kaya, kahit na hindi matatag, ang singaw ay maaaring umiral sa isang hanay ng temperatura na angkop para sa "buhay" ng isang likido.

Maaari bang "mabuhay" ang isang likido sa rehiyon ng singaw sa ilalim ng parehong mga kondisyon? Sa madaling salita, posible bang mag-overheat ng likido?

Posible pala. Upang gawin ito, kailangan mong tiyakin na ang mga likidong molekula ay hindi lumalabas sa ibabaw. Ang isang radikal na lunas ay upang alisin ang libreng ibabaw, iyon ay, ilagay ang likido sa isang sisidlan kung saan ito ay i-compress sa lahat ng panig ng mga solidong pader. Sa ganitong paraan, posible na makamit ang overheating ng pagkakasunud-sunod ng ilang degree, ibig sabihin, ilipat ang punto na kumakatawan sa estado ng mga likido sa kanan ng kumukulo na curve (Larawan 4.4).

Ang overheating ay isang paglipat ng likido sa rehiyon ng singaw, kaya ang sobrang pag-init ng likido ay maaaring makamit kapwa sa pamamagitan ng pagdaragdag ng init at pagbabawas ng presyon.

Ang huling paraan ay maaaring makamit ang mga kamangha-manghang resulta. Ang tubig o iba pang likido, na maingat na napalaya mula sa mga natunaw na gas (ito ay hindi madaling gawin), ay inilalagay sa isang sisidlan na may piston na umaabot sa ibabaw ng likido. Ang sisidlan at piston ay dapat na basa ng likido. Kung hihilahin mo ngayon ang piston patungo sa iyo, susundan ito ng tubig na nakadikit sa ilalim ng piston. Ngunit ang layer ng tubig na nakakapit sa piston ay hihilahin ang susunod na layer ng tubig kasama nito, ang layer na ito ay hihilahin ang pinagbabatayan, bilang isang resulta ang likido ay mag-uunat.

Sa huli, ang column ng tubig ay masisira (ito ay ang column ng tubig, hindi ang tubig, ang hihiwalay sa piston), ngunit ito ay mangyayari kapag ang puwersa sa bawat unit area ay umabot sa sampu-sampung kilo. Sa madaling salita, ang isang negatibong presyon ng sampu-sampung mga atmospheres ay nilikha sa likido.

Kahit na sa mababang positibong presyon ang estado ng singaw ng sangkap ay matatag. At ang likido ay maaaring dalhin sa negatibong presyon. Wala kang maiisip na mas kapansin-pansing halimbawa ng "overheating".

Natutunaw

Walang solidong katawan na makatiis sa pagtaas ng temperatura hangga't maaari. Maaga o huli ang solidong piraso ay nagiging likido; tama, sa ilang pagkakataon ay hindi natin maaabot ang punto ng pagkatunaw - maaaring mangyari ang pagkabulok ng kemikal.

Habang tumataas ang temperatura, ang mga molekula ay gumagalaw nang higit at mas matindi. Sa wakas, darating ang isang sandali kung kailan nagiging imposible ang pagpapanatili ng kaayusan sa pagitan ng malakas na "nag-iibayo" na mga molekula. Natutunaw ang solid. Ang Tungsten ay may pinakamataas na punto ng pagkatunaw: 3380°C. Natutunaw ang ginto sa 1063°C, bakal - sa 1539°C. Gayunpaman, Mayroong din ang mga metal na mababa ang pagkatunaw. Ang Mercury, gaya ng kilala, ay natutunaw sa temperatura na -39 ° C. Ang mga organikong sangkap ay walang mataas na punto ng pagkatunaw. Natutunaw ang Naphthalene sa 80 ° C, toluene - sa -94.5 ° C.

Hindi naman mahirap sukatin ang punto ng pagkatunaw ng isang katawan, lalo na kung natutunaw ito sa hanay ng temperatura na sinusukat gamit ang isang ordinaryong thermometer. Hindi naman kinakailangang sundin ang natutunaw na katawan gamit ang iyong mga mata. Tingnan lamang ang mercury column ng thermometer. Hanggang sa magsimula ang pagtunaw, tumataas ang temperatura ng katawan (Larawan 4.5). Sa sandaling magsimula ang pagtunaw, hihinto ang pagtaas ng temperatura at mananatiling pareho ang temperatura hanggang sa makumpleto ang proseso ng pagtunaw.

kanin. 4.5

Tulad ng paggawa ng likido sa singaw, ang paggawa ng solid sa isang likido ay nangangailangan ng init. Ang init na kinakailangan para dito ay tinatawag na latent heat of fusion. Halimbawa, ang pagtunaw ng isang kilo ng yelo ay nangangailangan ng 80 kcal.

Ang yelo ay isa sa mga katawan na may mataas na init ng pagsasanib. Ang pagtunaw ng yelo ay nangangailangan, halimbawa, ng 10 beses na mas maraming enerhiya kaysa sa pagtunaw ng parehong masa ng lead. Siyempre, pinag-uusapan natin ang tungkol sa pagtunaw mismo; hindi natin sinasabi dito na bago magsimulang matunaw ang tingga, dapat itong painitin hanggang +327°C. Dahil sa mataas na init ng pagkatunaw ng yelo, bumabagal ang pagtunaw ng niyebe. Isipin na ang init ng pagkatunaw ay magiging 10 beses na mas mababa. Pagkatapos ang mga pagbaha sa tagsibol ay hahantong sa hindi maisip na mga sakuna bawat taon.

Kaya, ang init ng pagkatunaw ng yelo ay malaki, ngunit ito ay maliit din kung ihahambing sa tiyak na init ng singaw na 540 kcal/kg (pitong beses na mas mababa). Gayunpaman, ang pagkakaiba na ito ay ganap na natural. Kapag nagko-convert ng isang likido sa singaw, dapat nating paghiwalayin ang mga molekula mula sa isa't isa, ngunit kapag natutunaw, kailangan lamang nating sirain ang pagkakasunud-sunod sa pag-aayos ng mga molekula, na iniiwan ang mga ito sa halos parehong distansya. Maliwanag, ang pangalawang kaso ay nangangailangan ng mas kaunting trabaho.

Ang pagkakaroon ng isang tiyak na punto ng pagkatunaw ay isang mahalagang katangian ng mga mala-kristal na sangkap. Ito ay sa pamamagitan ng tampok na ito na sila ay madaling makilala mula sa iba pang mga solid na tinatawag na amorphous o baso. Ang mga baso ay matatagpuan sa mga inorganic at organic na substance. Ang salamin sa bintana ay karaniwang gawa sa sodium at calcium silicates; Ang organikong baso ay madalas na inilalagay sa mesa (tinatawag ding plexiglass).

Ang mga amorphous na sangkap, hindi tulad ng mga kristal, ay walang tiyak na punto ng pagkatunaw. Ang baso ay hindi natutunaw, ngunit lumalambot. Kapag pinainit, ang isang piraso ng salamin ay unang nagiging malambot mula sa matigas, madali itong mabaluktot o maiunat; sa isang mas mataas na temperatura, ang piraso ay nagsisimulang baguhin ang hugis nito sa ilalim ng impluwensya ng sarili nitong gravity. Habang umiinit, ang makapal na malapot na masa ng salamin ay kumukuha ng hugis ng sisidlan kung saan ito nakahiga. Ang masa na ito ay unang makapal, tulad ng pulot, pagkatapos ay tulad ng kulay-gatas, at sa wakas ay nagiging halos kaparehong mababang lagkit na likido gaya ng tubig. Kahit na gusto namin, hindi namin maaaring ipahiwatig dito ang isang tiyak na temperatura para sa paglipat ng isang solid sa isang likido. Ang mga dahilan para dito ay nakasalalay sa pangunahing pagkakaiba sa pagitan ng istraktura ng salamin at ng istraktura ng mga mala-kristal na katawan. Tulad ng nabanggit sa itaas, ang mga atomo sa amorphous na katawan ay random na nakaayos. Ang mga baso ay katulad ng istraktura sa mga likido. Nasa solidong salamin na, ang mga molekula ay random na nakaayos. Nangangahulugan ito na ang pagtaas ng temperatura ng salamin ay nagdaragdag lamang sa hanay ng mga vibrations ng mga molekula nito, na nagbibigay sa kanila ng unti-unting mas malaki at mas malawak na kalayaan sa paggalaw. Samakatuwid, ang salamin ay unti-unting lumalambot at hindi nagpapakita ng matalim na paglipat mula sa "solid" hanggang sa "likido", katangian ng paglipat mula sa pag-aayos ng mga molekula sa isang mahigpit na pagkakasunud-sunod sa isang hindi maayos na pag-aayos.

Nang pag-usapan natin ang tungkol sa boiling curve, sinabi namin na ang likido at singaw ay maaaring, bagaman sa isang hindi matatag na estado, ay nakatira sa mga banyagang lugar - ang singaw ay maaaring supercooled at ilipat sa kaliwa ng kumukulo na kurba, ang likido ay maaaring ma-overheat at mahila sa kanan. ng kurba na ito.

Posible ba ang mga katulad na phenomena sa kaso ng isang kristal na may likido? Lumalabas na ang pagkakatulad dito ay hindi kumpleto.

Kung magpapainit ka ng isang kristal, magsisimula itong matunaw sa punto ng pagkatunaw nito. Hindi posibleng mag-overheat ang kristal. Sa kabaligtaran, kapag pinalamig ang isang likido, posible, kung ang ilang mga hakbang ay kinuha, na "overshoot" ang punto ng pagkatunaw na medyo madali. Sa ilang mga likido posible na makamit ang mahusay na hypothermia. Mayroong kahit na mga likido na madaling i-supercool, ngunit mahirap gawing crystallize. Habang lumalamig ang naturang likido, ito ay nagiging mas malapot at sa wakas ay nagpapatigas nang hindi nagkikristal. Ganyan ang salamin.

Maaari mo ring i-supercool ang tubig. Ang mga patak ng fog ay maaaring hindi mag-freeze kahit na sa matinding frosts. Kung ihulog mo ang isang kristal ng isang sangkap - isang buto - sa isang supercooled na likido, agad na magsisimula ang pagkikristal.

Sa wakas, sa maraming mga kaso ang naantala na pagkikristal ay maaaring magsimula mula sa pagyanig o iba pang mga random na kaganapan. Ito ay kilala, halimbawa, na ang crystalline glycerol ay unang nakuha sa panahon ng transportasyon sa pamamagitan ng tren. Pagkatapos tumayo ng mahabang panahon, ang salamin ay maaaring magsimulang mag-kristal (devitify, o "collapse," gaya ng sinasabi nila sa teknolohiya).

Paano palaguin ang isang kristal

Halos anumang sangkap ay maaaring magbigay ng mga kristal sa ilalim ng ilang mga kundisyon. Ang mga kristal ay maaaring makuha mula sa isang solusyon o mula sa pagkatunaw ng isang naibigay na sangkap, pati na rin mula sa singaw nito (halimbawa, ang mga itim na kristal na hugis ng diamante ng yodo ay madaling mahulog mula sa singaw nito sa normal na presyon nang walang intermediate na paglipat sa estado ng likido. ).

Simulan ang pagtunaw ng table salt o asukal sa tubig. Sa temperatura ng silid (20°C) maaari mo lamang matunaw ang 70 g ng asin sa isang faceted glass. Ang karagdagang mga pagdaragdag ng asin ay hindi matutunaw at tumira sa ilalim sa anyo ng sediment. Ang isang solusyon kung saan hindi na nagaganap ang karagdagang pagkalusaw ay tinatawag na saturated. .Kung babaguhin mo ang temperatura, magbabago din ang antas ng solubility ng substance. Alam ng lahat na mas madaling natutunaw ng mainit na tubig ang karamihan sa mga sangkap kaysa sa malamig na tubig.

Isipin ngayon na naghanda ka ng puspos na solusyon ng, halimbawa, asukal sa temperatura na 30°C at simulan itong palamig hanggang 20°C. Sa 30°C, natunaw mo ang 223 g ng asukal sa 100 g ng tubig, sa 20°C 205 g ang natunaw. Pagkatapos, kapag pinalamig mula 30 hanggang 20°C, 18 g ay magiging "dagdag" at, gaya ng sinasabi nila, mawawalan ng solusyon. Kaya, ang isang posibleng paraan upang makakuha ng mga kristal ay ang paglamig ng isang puspos na solusyon.

Maaari mong gawin ito nang iba. Maghanda ng isang puspos na solusyon ng asin at iwanan ito sa isang bukas na baso. Pagkaraan ng ilang oras, mapapansin mo ang hitsura ng mga kristal. Bakit sila nabuo? Ang maingat na pagmamasid ay magpapakita na kasabay ng pagbuo ng mga kristal, isa pang pagbabago ang naganap - ang dami ng tubig ay nabawasan. Ang tubig ay sumingaw, at mayroong isang "dagdag" na sangkap sa solusyon. Kaya, ang isa pang posibleng paraan para mabuo ang mga kristal ay sa pamamagitan ng pagsingaw ng solusyon.

Paano nangyayari ang pagbuo ng mga kristal mula sa solusyon?

Sinabi namin na ang mga kristal ay "nahuhulog" ng solusyon; Dapat ba itong maunawaan na ang kristal ay wala doon sa loob ng isang linggo, at sa isang iglap ay bigla itong lumitaw? Hindi, hindi iyon ang kaso: lumalaki ang mga kristal. Siyempre, imposibleng makita ng mata ang pinakaunang mga sandali ng paglaki. Sa una, ang ilan sa mga random na gumagalaw na molekula o mga atomo ng solute ay nagtitipon sa humigit-kumulang na pagkakasunud-sunod na kailangan upang bumuo ng isang kristal na sala-sala. Ang nasabing grupo ng mga atomo o molekula ay tinatawag na nucleus.

Ipinapakita ng karanasan na ang nuclei ay mas madalas na nabubuo sa pagkakaroon ng anumang extraneous na maliliit na dust particle sa solusyon. Ang pagkikristal ay nagsisimula nang pinakamabilis at madali kapag ang isang maliit na kristal ng binhi ay inilagay sa isang puspos na solusyon. Sa kasong ito, ang pagpapakawala ng isang solidong sangkap mula sa solusyon ay hindi bubuo sa pagbuo ng mga bagong kristal, ngunit sa paglago ng binhi.

Siyempre, ang paglaki ng embryo ay hindi naiiba sa paglaki ng binhi. Ang punto ng paggamit ng isang buto ay na ito ay "hinihila" ang pinakawalan na sangkap papunta sa sarili nito at sa gayon ay pinipigilan ang sabay-sabay na pagbuo ng isang malaking bilang ng mga nuclei. Kung maraming nuclei ang nabuo, pagkatapos ay makagambala sila sa isa't isa sa panahon ng paglaki at hindi tayo papayagan na makakuha ng malalaking kristal.

Paano ipinamamahagi ang mga bahagi ng mga atom o molekula mula sa solusyon sa ibabaw ng embryo?

Ipinakikita ng karanasan na ang paglaki ng isang embryo o buto ay binubuo, kumbaga, ng paglipat ng mga mukha na kahanay sa kanilang mga sarili sa isang direksyon na patayo sa mukha. Sa kasong ito, ang mga anggulo sa pagitan ng mga mukha ay nananatiling pare-pareho (alam na natin na ang katatagan ng mga anggulo ay ang pinakamahalagang katangian ng isang kristal, na nagreresulta mula sa istraktura ng sala-sala nito).

Sa Fig. Ipinapakita ng Figure 4.6 ang mga nagaganap na balangkas ng tatlong kristal ng parehong sangkap sa panahon ng kanilang paglaki. Ang mga katulad na larawan ay makikita sa ilalim ng mikroskopyo. Sa kaso na ipinapakita sa kaliwa, ang bilang ng mga mukha ay pinananatili sa panahon ng paglaki. Ang gitnang larawan ay nagbibigay ng halimbawa ng isang bagong mukha na lumilitaw (kanang itaas) at muling nawawala.

kanin. 4.6

Napakahalagang tandaan na ang rate ng paglaki ng mga mukha, ibig sabihin, ang bilis ng kanilang paggalaw na kahanay sa kanilang sarili, ay hindi pareho para sa iba't ibang mga mukha. Sa kasong ito, ang mga gilid na iyon na "lumalaki" (nawala) ang pinakamabilis na gumagalaw, halimbawa, ang ibabang kaliwang gilid sa gitnang larawan. Sa kabaligtaran, ang dahan-dahang lumalagong mga gilid ay lumalabas na ang pinakamalawak at, tulad ng sinasabi nila, ang pinaka-binuo.

Ito ay lalo na malinaw na nakikita sa huling figure. Ang isang walang hugis na fragment ay nakakakuha ng parehong hugis tulad ng iba pang mga kristal dahil mismo sa anisotropy ng rate ng paglago. Ang ilang mga facet ay lalong nabubuo sa kapinsalaan ng iba at nagbibigay sa kristal ng isang hugis na katangian ng lahat ng mga sample ng sangkap na ito.

Ang napakagandang transitional form ay sinusunod kapag ang isang bola ay kinuha bilang isang buto, at ang solusyon ay halili na bahagyang pinalamig at pinainit. Kapag pinainit, ang solusyon ay nagiging unsaturated at ang buto ay bahagyang natunaw. Ang paglamig ay humahantong sa saturation ng solusyon at paglago ng buto. Ngunit ang mga molekula ay tumira nang iba, na parang nagbibigay ng kagustuhan sa ilang mga lugar. Ang sangkap ay kaya inililipat mula sa isang lugar ng bola patungo sa isa pa.

Una, lumilitaw ang maliliit na gilid sa hugis ng mga bilog sa ibabaw ng bola. Ang mga bilog ay unti-unting tumataas sa laki at, hawakan ang isa't isa, sumanib sa mga tuwid na gilid. Ang bola ay nagiging polyhedron. Pagkatapos ang ilang mga mukha ay umabot sa iba, ang ilan sa mga mukha ay nagiging tinutubuan, at ang kristal ay nakakuha ng katangian nitong hugis (Larawan 4.7).

kanin. 4.7

Kapag pinagmamasdan ang paglaki ng mga kristal, ang isa ay sinaktan ng pangunahing tampok ng paglago - ang parallel na paggalaw ng mga mukha. Lumalabas na ang inilabas na substansiya ay nagtatayo ng gilid sa mga layer: hanggang sa makumpleto ang isang layer, ang susunod ay hindi magsisimulang itayo.

Sa Fig. Ipinapakita ng Figure 4.8 ang "hindi natapos" na pag-iimpake ng mga atomo. Sa alin sa mga may titik na posisyon ang bagong atom ay pinaka mahigpit na hawak kapag nakakabit sa kristal? Walang alinlangan, sa A, dahil dito nararanasan niya ang atraksyon ng mga kapitbahay mula sa tatlong panig, habang sa B - mula sa dalawa, at sa C - mula lamang sa isang panig. Samakatuwid, una ang haligi ay nakumpleto, pagkatapos ay ang buong eroplano, at pagkatapos lamang ang pagtula ng bagong eroplano ay nagsisimula.

kanin. 4.8

Sa ilang mga kaso, ang mga kristal ay nabuo mula sa isang tinunaw na masa - mula sa isang natunaw. Sa likas na katangian, nangyayari ito sa isang malaking sukat: ang mga basalt, granite at maraming iba pang mga bato ay lumitaw mula sa nagniningas na magma.

Simulan natin ang pag-init ng ilang mala-kristal na substansiya, tulad ng rock salt. Hanggang sa 804°C, ang mga batong kristal na asin ay mababago ng kaunti: sila ay lumalawak lamang nang bahagya, at ang sangkap ay nananatiling solid. Ang isang temperatura meter na inilagay sa isang sisidlan na may isang sangkap ay nagpapakita ng patuloy na pagtaas ng temperatura kapag pinainit. Sa 804°C, agad nating matutuklasan ang dalawang bago, magkakaugnay na phenomena: magsisimulang matunaw ang substance, at hihinto ang pagtaas ng temperatura. Hanggang sa ang lahat ng sangkap ay nagiging likido; ang temperatura ay hindi magbabago; ang karagdagang pagtaas ng temperatura ay nangangahulugan ng pag-init ng likido. Ang lahat ng mga kristal na sangkap ay may isang tiyak na punto ng pagkatunaw. Natutunaw ang yelo sa 0°C, bakal - sa 1527°C, mercury - sa -39°C, atbp.

Tulad ng alam na natin, sa bawat kristal ang mga atomo o molekula ng sangkap ay bumubuo ng isang nakaayos na pag-iimpake ng G at nagsasagawa ng maliliit na panginginig ng boses sa paligid ng kanilang karaniwang mga posisyon. Habang umiinit ang katawan, tumataas ang bilis ng mga oscillating particle kasama ang amplitude ng mga oscillations. Ang pagtaas sa bilis ng paggalaw ng butil na may pagtaas ng temperatura ay bumubuo ng isa sa mga pangunahing batas ng kalikasan, na nalalapat sa bagay sa anumang estado - solid, likido o gas.

Kapag ang isang tiyak, sapat na mataas na temperatura ng kristal ay naabot, ang mga panginginig ng boses ng mga particle nito ay nagiging napakasigla na ang isang maayos na pag-aayos ng mga particle ay nagiging imposible - ang kristal ay natutunaw. Sa simula ng pagkatunaw, ang init na ibinibigay ay hindi na ginagamit upang mapataas ang bilis ng mga particle, ngunit upang sirain ang kristal na sala-sala. Samakatuwid, ang pagtaas ng temperatura ay humihinto. Ang kasunod na pag-init ay isang pagtaas sa bilis ng mga particle ng likido.

Sa kaso ng crystallization mula sa isang pagkatunaw na interesante sa amin, ang inilarawan sa itaas na mga phenomena ay sinusunod sa reverse order: habang ang likido ay lumalamig, ang mga particle nito ay nagpapabagal sa kanilang magulong paggalaw; sa pag-abot sa isang tiyak, sapat na mababang temperatura, ang bilis ng mga particle ay napakababa na na ang ilan sa mga ito, sa ilalim ng impluwensya ng mga kaakit-akit na pwersa, ay nagsisimulang magkadikit sa isa't isa, na bumubuo ng mala-kristal na nuclei. Hanggang sa ang lahat ng sangkap ay nag-kristal, ang temperatura ay nananatiling pare-pareho. Ang temperatura na ito ay karaniwang pareho sa punto ng pagkatunaw.

Kung ang mga espesyal na hakbang ay hindi ginawa, ang pagkikristal mula sa pagkatunaw ay magsisimula sa maraming lugar nang sabay-sabay. Ang mga kristal ay lalago sa anyo ng mga regular, katangiang polyhedron sa eksaktong parehong paraan tulad ng inilarawan namin sa itaas. Gayunpaman, ang libreng paglago ay hindi nagtatagal: habang lumalaki ang mga kristal, nagbanggaan sila sa isa't isa, sa mga punto ng pakikipag-ugnay, huminto ang paglago, at ang solidified na katawan ay nakakakuha ng isang butil na istraktura. Ang bawat butil ay isang hiwalay na kristal na hindi nakuha ang tamang hugis nito.

Depende sa maraming kundisyon, at pangunahin sa bilis ng paglamig, ang solid ay maaaring magkaroon ng mas marami o mas kaunting malalaking butil: mas mabagal ang paglamig, mas malaki ang mga butil. Ang mga sukat ng butil ng mga mala-kristal na katawan ay mula sa isang milyon ng isang sentimetro hanggang ilang milimetro. Sa karamihan ng mga kaso, ang butil-butil na mala-kristal na istraktura ay maaaring maobserbahan sa ilalim ng mikroskopyo. Ang mga solid ay kadalasang may ganoong pinong-kristal na istraktura.

Ang proseso ng solidification ng mga metal ay may malaking interes sa teknolohiya. Pinag-aralan ng mga physicist ang mga kaganapan na nagaganap sa panahon ng paghahagis at sa panahon ng solidification ng metal sa mga molde nang detalyado.

Para sa karamihan, kapag pinatigas, ang mga solong kristal na tulad ng puno ay lumalaki, na tinatawag na mga dendrite. Sa ibang mga kaso, ang mga dendrite ay nakatuon nang random, sa ibang mga kaso - parallel sa bawat isa.

Sa Fig. Ipinapakita ng Figure 4.9 ang mga yugto ng paglaki ng isang dendrite. Sa ganitong pag-uugali, ang isang dendrite ay maaaring tumubo bago ito makatagpo ng isa pang katulad. Pagkatapos ay hindi kami makakahanap ng mga dendrite sa paghahagis. Ang mga kaganapan ay maaari ding bumuo ng iba't ibang paraan: ang mga dendrite ay maaaring magtagpo at tumubo sa isa't isa (ang mga sanga ng isa sa mga puwang sa pagitan ng mga sanga ng isa pa) habang sila ay "bata".

kanin. 4.9

Kaya, ang mga paghahagis ay maaaring lumitaw na ang mga butil (ipinapakita sa Fig. 2.22) ay may ibang-iba na mga istruktura. At ang mga katangian ng mga metal ay makabuluhang nakasalalay sa likas na katangian ng istraktura na ito. Maaari mong kontrolin ang pag-uugali ng metal sa panahon ng solidification sa pamamagitan ng pagbabago ng rate ng paglamig at ang sistema ng pag-alis ng init.

Ngayon pag-usapan natin kung paano palaguin ang isang malaking solong kristal. Malinaw na ang mga hakbang ay dapat gawin upang matiyak na ang kristal ay lumalaki mula sa isang lugar. At kung ang ilang mga kristal ay nagsimula nang lumaki, kung gayon sa anumang kaso kinakailangan upang matiyak na ang mga kondisyon ng paglago ay kanais-nais para sa isa lamang sa kanila.

Narito, halimbawa, ang ginagawa ng isang tao kapag lumalaki ang mga kristal ng mababang-natutunaw na mga metal. Ang metal ay natutunaw sa isang glass test tube na ang dulo ay hinugot. Ang isang test tube na nakasuspinde sa isang sinulid sa loob ng isang patayong cylindrical furnace ay dahan-dahang ibinababa. Ang iginuhit na dulo ay unti-unting umalis sa oven at lumalamig. Nagsisimula ang crystallization. Sa una, maraming mga kristal ang nabubuo, ngunit ang mga tumutubo nang patagilid ay nakapatong sa dingding ng test tube at bumabagal ang kanilang paglaki. Tanging ang kristal na tumutubo sa kahabaan ng axis ng test tube, ibig sabihin, malalim sa pagkatunaw, ay nasa paborableng mga kondisyon. Habang bumababa ang test tube, ang mga bagong bahagi ng natutunaw na pumapasok sa mababang temperatura ay "magpapakain" sa nag-iisang kristal na ito. Samakatuwid, sa lahat ng mga kristal, ito lamang ang nabubuhay; habang bumababa ang test tube, patuloy itong lumalaki sa axis nito. Sa kalaunan ang lahat ng tinunaw na metal ay tumigas sa isang kristal.

Ang parehong ideya ay sumasailalim sa paglilinang ng mga refractory ruby ​​​​crystals. Ang pinong pulbos ng sangkap ay na-spray sa pamamagitan ng apoy. Ang mga pulbos ay natutunaw; Ang mga maliliit na patak ay nahuhulog sa isang matigas na suporta ng isang napakaliit na lugar, na bumubuo ng maraming mga kristal. Habang ang mga patak ay patuloy na bumabagsak sa kinatatayuan, ang lahat ng mga kristal ay lumalaki, ngunit muli lamang ang isa na nasa pinaka-kanais-nais na posisyon upang "makatanggap" ng mga bumabagsak na patak ay lumalaki.

Ano ang kailangan ng malalaking kristal?

Ang industriya at agham ay madalas na nangangailangan ng malalaking solong kristal. Ang malaking kahalagahan para sa teknolohiya ay ang mga kristal ng Rochelle salt at quartz, na may kahanga-hangang pag-aari ng pag-convert ng mga mekanikal na aksyon (halimbawa, presyon) sa boltahe ng kuryente.

Ang industriya ng optical ay nangangailangan ng malalaking kristal ng calcite, rock salt, fluorite, atbp.

Ang industriya ng relo ay nangangailangan ng mga kristal ng rubi, sapphires at ilang iba pang mahahalagang bato. Ang katotohanan ay ang mga indibidwal na gumagalaw na bahagi ng isang ordinaryong relo ay bumubuo ng hanggang 20,000 vibrations kada oras. Ang ganitong malaking pagkarga ay naglalagay ng hindi pangkaraniwang mataas na pangangailangan sa kalidad ng mga tip at bearings ng ehe. Ang abrasion ay magiging pinakamaliit kapag ang tindig para sa dulo ng axle na may diameter na 0.07-0.15 mm ay ruby ​​​​o sapphire. Ang mga artipisyal na kristal ng mga sangkap na ito ay napakatibay at napakakaunting nabasag ng bakal. Kapansin-pansin na ang mga artipisyal na bato ay naging mas mahusay kaysa sa parehong mga natural na bato.

Gayunpaman, ang pinakamalaking kahalagahan para sa industriya ay ang paglaki ng semiconductor single crystals - silicon at germanium.

Epekto ng presyon sa punto ng pagkatunaw

Kung babaguhin mo ang presyon, magbabago din ang punto ng pagkatunaw. Nakatagpo kami ng parehong pattern kapag pinag-uusapan natin ang tungkol sa pagkulo. Ang mas mataas na presyon; mas mataas ang boiling point. Ito ay karaniwang totoo para sa pagtunaw pati na rin. Gayunpaman, mayroong isang maliit na bilang ng mga sangkap na kumikilos nang hindi normal: ang kanilang pagkatunaw ay bumababa sa pagtaas ng presyon.

Ang katotohanan ay ang karamihan sa mga solido ay mas siksik kaysa sa kanilang mga likidong katapat. Ang pagbubukod sa panuntunang ito ay tiyak na mga sangkap na ang punto ng pagkatunaw ay nagbabago sa isang pagbabago sa presyon sa isang hindi pangkaraniwang paraan, halimbawa ng tubig. Ang yelo ay mas magaan kaysa tubig, at ang pagkatunaw ng yelo ay bumababa habang tumataas ang presyon.

Ang compression ay nagtataguyod ng pagbuo ng isang mas siksik na estado. Kung ang isang solid ay mas siksik kaysa sa isang likido, ang compression ay nakakatulong na patigasin at pinipigilan ang pagtunaw. Ngunit kung ang pagtunaw ay ginagawang mahirap sa pamamagitan ng compression, nangangahulugan ito na ang sangkap ay nananatiling solid, samantalang dati sa temperatura na ito ay natunaw na ito, ibig sabihin, sa pagtaas ng presyon, ang temperatura ng pagkatunaw ay tumataas. Sa maanomalyang kaso, ang likido ay mas siksik kaysa sa solid, at ang presyon ay nakakatulong sa pagbuo ng likido, ibig sabihin, pinapababa ang punto ng pagkatunaw.

Ang epekto ng presyon sa punto ng pagkatunaw ay mas mababa kaysa sa katulad na epekto sa pagkulo. Ang pagtaas ng presyon ng higit sa 100 kgf/cm2 ay nagpapababa ng punto ng pagkatunaw ng yelo ng 1°C.

Bakit ang mga skate ay dumudulas lamang sa yelo, ngunit hindi sa pantay na makinis na parquet? Tila, ang tanging paliwanag ay ang pagbuo ng tubig, na nagpapadulas sa skate. Upang maunawaan ang pagkakasalungatan na lumitaw, kailangan mong tandaan ang mga sumusunod: ang mga hangal na skate ay dumulas sa yelo nang napakahina. Ang mga isketing ay kailangang patalasin upang sila ay makapagputol ng yelo. Sa kasong ito, tanging ang dulo ng skate edge ang pumipindot sa yelo. Ang presyon sa yelo ay umabot sa libu-libong mga atmospheres, ngunit ang yelo ay natutunaw pa rin.

Pagsingaw ng mga solido

Kapag sinabi nilang "nagpapasingaw ang isang sangkap," karaniwan nilang ibig sabihin ay sumingaw ang isang likido. Ngunit ang mga solid ay maaari ring sumingaw. Minsan ang pagsingaw ng mga solid ay tinatawag na sublimation.

Ang isang umuusok na solid ay, halimbawa, naphthalene. Natutunaw ang Naphthalene sa 80°C at sumingaw sa temperatura ng silid. Ito ang pag-aari ng naphthalene na nagpapahintulot na magamit ito upang puksain ang mga gamugamo.

Ang isang fur coat na natatakpan ng mga mothball ay puspos ng mga singaw ng naphthalene at lumilikha ng isang kapaligiran na hindi kayang tiisin ng mga moth. Ang bawat mabangong solid ay nagpapaganda sa isang makabuluhang antas. Pagkatapos ng lahat, ang amoy ay nilikha ng mga molekula na humihiwalay sa sangkap at umabot sa ating ilong. Gayunpaman, ang mas madalas na mga kaso ay kapag ang isang substansiya ay sumikat sa isang maliit na antas, kung minsan sa isang antas na hindi matukoy kahit na sa pamamagitan ng napakaingat na pananaliksik. Sa prinsipyo, ang anumang solidong sangkap (lalo na anuman, kahit na bakal o tanso) ay sumingaw. Kung hindi natin nakita ang sublimation, nangangahulugan lamang ito na ang density ng saturating vapor ay napakaliit.

Maaari mong i-verify na ang ilang mga sangkap na may masangsang na amoy sa temperatura ng silid ay nawawala ito sa mababang temperatura.

Ang density ng saturated vapor sa equilibrium na may solid ay mabilis na tumataas sa pagtaas ng temperatura. Inilalarawan namin ang pag-uugali na ito sa curve ng yelo na ipinapakita sa Fig. 4.10. Totoong hindi mabango ang yelo...

kanin. 4.10

Sa karamihan ng mga kaso, imposibleng makabuluhang taasan ang saturated vapor density ng solid body para sa isang simpleng dahilan - ang sangkap ay matutunaw nang mas maaga.

Nag-evaporate din ang yelo. Kilala ito ng mga maybahay na nagsasampay ng basang labahan upang matuyo sa malamig na panahon." Ang tubig ay unang nagyeyelo, at pagkatapos ay ang yelo ay sumingaw, at ang labada ay naging tuyo.

Triple point

Kaya, may mga kondisyon kung saan ang singaw, likido at kristal ay maaaring umiral nang magkapares sa ekwilibriyo. Maaari bang maging ekwilibriyo ang lahat ng tatlong estado? Ang gayong punto sa diagram ng presyon-temperatura ay umiiral; ito ay tinatawag na triple. Saan iyon?

Kung maglalagay ka ng tubig na may lumulutang na yelo sa isang saradong sisidlan sa zero degrees, pagkatapos ay ang tubig (at "yelo") na singaw ay magsisimulang dumaloy sa libreng espasyo. Sa isang presyon ng singaw na 4.6 mm Hg. Art. hihinto ang pagsingaw at magsisimula ang saturation. Ngayon ang tatlong yugto - yelo, tubig at singaw - ay nasa isang estado ng balanse. Ito ang triple point.

Ang mga ugnayan sa pagitan ng iba't ibang mga estado ay malinaw at malinaw na ipinapakita ng diagram para sa tubig na ipinapakita sa Fig. 4.11.

kanin. 4.11

Ang ganitong diagram ay maaaring itayo para sa anumang katawan.

Ang mga kurba sa pigura ay pamilyar sa amin - ito ang mga kurba ng ekwilibriyo sa pagitan ng yelo at singaw, yelo at tubig, tubig at singaw. Ang presyon ay naka-plot nang patayo, gaya ng dati, ang temperatura ay naka-plot nang pahalang.

Ang tatlong kurba ay nagsalubong sa triple point at hinahati ang diagram sa tatlong rehiyon - ang mga buhay na espasyo ng yelo, tubig at singaw ng tubig.

Ang state diagram ay isang condensed reference. Ang layunin nito ay sagutin ang tanong kung anong estado ng katawan ang matatag sa ganito at ganoong presyon at ganoon at ganoong temperatura.

Kung ang tubig o singaw ay inilagay sa mga kondisyon ng "kaliwang rehiyon", sila ay magiging yelo. Kung nagdadagdag ka ng likido o solid sa "ibabang rehiyon," makakakuha ka ng singaw. Sa "tamang rehiyon" ang singaw ay lalamig at ang yelo ay matutunaw.

Ang phase existence diagram ay nagbibigay-daan sa iyo na agad na sagutin kung ano ang mangyayari sa isang substance kapag pinainit o na-compress. Ang pag-init sa palaging presyon ay kinakatawan sa diagram ng isang pahalang na linya. Ang isang punto na kumakatawan sa estado ng katawan ay gumagalaw sa linyang ito mula kaliwa hanggang kanan.

Ang figure ay nagpapakita ng dalawang ganoong mga linya, ang isa sa kanila ay nagpainit sa normal na presyon. Ang linya ay nasa itaas ng triple point. Samakatuwid, ito ay unang bumalandra sa melting curve, at pagkatapos, sa labas ng drawing, ang evaporation curve. Ang yelo sa normal na presyon ay matutunaw sa temperatura na 0°C, at ang magreresultang tubig ay kumukulo sa 100°C.

Mag-iiba ang sitwasyon para sa pinainit ng yelo sa napakababang presyon, sabihin na mas mababa sa 5 mmHg. Art. Ang proseso ng pag-init ay inilalarawan ng isang linya na nasa ibaba ng triple point. Ang natutunaw at kumukulong mga kurba ay hindi sumasalubong sa linyang ito. Sa ganoong mababang presyon, ang pag-init ay hahantong sa isang direktang paglipat ng yelo sa singaw.

Sa Fig. 4.12, ang parehong diagram ay nagpapakita kung anong kawili-wiling kababalaghan ang magaganap kapag ang singaw ng tubig ay na-compress sa estado na minarkahan ng isang krus sa figure. Ang singaw ay unang magiging yelo at pagkatapos ay matutunaw. Ang pagguhit ay nagpapahintulot sa iyo na agad na sabihin sa kung anong presyon ang magsisimulang lumaki ang kristal at kung kailan magaganap ang pagkatunaw.

kanin. 4.12

Ang mga phase diagram ng lahat ng mga sangkap ay magkatulad sa bawat isa. Malaki, mula sa pang-araw-araw na pananaw, ang mga pagkakaiba ay lumitaw dahil sa ang katunayan na ang lokasyon ng triple point sa diagram ay maaaring ibang-iba para sa iba't ibang mga sangkap.

Pagkatapos ng lahat, umiiral tayo malapit sa "normal na mga kondisyon," ibig sabihin, pangunahin sa isang presyon na malapit sa isang kapaligiran. Kung paano matatagpuan ang triple point ng isang substance na may kaugnayan sa linya ng normal na presyon ay napakahalaga para sa atin.

Kung ang presyon sa triple point ay mas mababa kaysa sa atmospera, kung gayon para sa amin, na naninirahan sa "normal" na mga kondisyon, ang sangkap ay inuri bilang natutunaw. Habang tumataas ang temperatura, ito ay unang nagiging likido at pagkatapos ay kumukulo.

Sa kabaligtaran ng kaso - kapag ang presyon sa triple point ay mas mataas kaysa sa atmospheric - hindi namin makikita ang likido kapag pinainit, ang solid ay direktang magiging singaw. Ganito kumilos ang "dry ice", na napaka-convenient para sa mga nagbebenta ng ice cream. Ang mga briquette ng ice cream ay maaaring ilipat gamit ang mga piraso ng "dry ice" at huwag matakot na ang ice cream ay basa. Ang "dry ice" ay solid carbon dioxide C0 2. Ang triple point ng substance na ito ay nasa 73 atm. Samakatuwid, kapag ang solid CO 2 ay pinainit, ang punto na kumakatawan sa estado nito ay gumagalaw nang pahalang, na nagsa-intersecting lamang sa evaporation curve ng solid (katulad ng para sa ordinaryong yelo sa presyon na humigit-kumulang 5 mm Hg).

Sinabi na namin sa mambabasa kung paano tinutukoy ang isang antas ng temperatura sa sukat ng Kelvin, o, gaya ng hinihiling sa amin ngayon ng SI system na sabihin, isang kelvin. Gayunpaman, pinag-uusapan natin ang prinsipyo ng pagtukoy ng temperatura. Hindi lahat ng metrology institute ay may perpektong gas thermometer. Samakatuwid, ang sukat ng temperatura ay binuo gamit ang mga punto ng ekwilibriyo na naayos ng kalikasan sa pagitan ng iba't ibang estado ng bagay.

Ang triple point ng tubig ay gumaganap ng isang espesyal na papel dito. Ang isang degree na Kelvin ay tinukoy na ngayon bilang ang ika-273.16 na bahagi ng thermodynamic na temperatura ng triple point ng tubig. Ang triple point ng oxygen ay kinukuha na 54.361 K. Ang solidification temperature ng ginto ay nakatakdang maging 1337.58 K. Gamit ang mga reference point na ito, ang anumang thermometer ay maaaring tumpak na ma-calibrate.

Ang parehong mga atomo, ngunit... magkaibang mga kristal

Ang matte black soft graphite na isinusulat namin at ang makintab na transparent na hard glass-cutting diamond ay binuo mula sa parehong mga carbon atom. Bakit magkaiba ang mga katangian ng dalawang magkatulad na sangkap na ito?

Isaalang-alang ang sala-sala ng layered graphite, na ang bawat atom ay may tatlong pinakamalapit na kapitbahay, at ang sala-sala ng brilyante, na ang atom ay may apat na pinakamalapit na kapitbahay. Ang halimbawang ito ay malinaw na nagpapakita na ang mga katangian ng mga kristal ay tinutukoy ng kamag-anak na pag-aayos ng mga atomo. Ang mga hindi masusunog na crucibles ay ginawa mula sa grapayt na makatiis ng mga temperatura hanggang dalawa hanggang tatlong libong degrees, at ang brilyante ay nasusunog sa mga temperaturang higit sa 700°C; ang density ng brilyante ay 3.5, at grapayt - 2.3; ang grapayt ay nagsasagawa ng kuryente, ang brilyante ay hindi, atbp.

Ito ay hindi lamang carbon na may ganitong katangian ng paggawa ng iba't ibang mga kristal. Halos bawat elemento ng kemikal, at hindi lamang isang elemento, ngunit anumang kemikal na sangkap, ay maaaring umiral sa ilang mga varieties. Mayroong anim na uri ng yelo, siyam na uri ng asupre, at apat na uri ng bakal.

Kapag tinatalakay ang phase diagram, hindi namin pinag-uusapan ang iba't ibang uri ng mga kristal at gumuhit ng isang solong rehiyon ng solid. At ang rehiyon na ito para sa maraming mga sangkap ay nahahati sa mga seksyon, ang bawat isa ay tumutugma sa isang tiyak na "uri" ng isang solid o, tulad ng sinasabi nila, isang tiyak na solidong yugto (isang tiyak na pagbabago sa kristal).

Ang bawat crystalline phase ay may sarili nitong rehiyon ng matatag na estado, na limitado ng isang tiyak na hanay ng mga pressure at temperatura. Ang mga batas ng pagbabago ng isang mala-kristal na uri tungo sa isa pa ay kapareho ng mga batas ng pagtunaw at pagsingaw.

Para sa bawat presyon, maaari mong tukuyin ang temperatura kung saan ang parehong uri ng mga kristal ay mapayapang magkakasamang mabubuhay. Kung tataas mo ang temperatura, ang isang kristal ng isang uri ay magiging isang kristal ng pangalawang uri. Kung babaan mo ang temperatura, magaganap ang reverse transformation.

Para maging dilaw ang pulang asupre sa normal na presyon, kailangan ang temperaturang mababa sa 110°C. Sa itaas ng temperatura na ito, hanggang sa punto ng pagkatunaw, ang pagkakasunud-sunod ng pag-aayos ng mga atom na katangian ng pulang asupre ay matatag. Bumababa ang temperatura, bumababa ang mga panginginig ng boses ng mga atomo, at, simula sa 110°C, nakahanap ang kalikasan ng mas maginhawang pag-aayos ng mga atomo. Mayroong pagbabago ng isang kristal patungo sa isa pa.

Walang nakaisip ng mga pangalan para sa anim na magkakaibang yelo. Yan ang sabi nila: ice one, ice two, ...., ice seven. Paano ang pito kung mayroon lamang anim na uri? Ang katotohanan ay ang yelo apat ay hindi nakita sa paulit-ulit na mga eksperimento.

Kung i-compress mo ang tubig sa isang temperatura na malapit sa zero, pagkatapos ay sa isang presyon ng tungkol sa 2000 atm yelo limang ay nabuo, at sa isang presyon ng tungkol sa 6000 atm yelo anim ay nabuo.

Ice two at ice three ay stable sa mga temperaturang mababa sa zero degrees.

Ang yelo pito ay mainit na yelo; ito ay nangyayari kapag ang mainit na tubig ay na-compress sa mga pressure na humigit-kumulang 20,000 atm.

Ang lahat ng yelo, maliban sa ordinaryong yelo, ay mas mabigat kaysa tubig. Ang yelo na ginawa sa ilalim ng normal na mga kondisyon ay kumikilos nang abnormal; sa kabaligtaran, ang yelo na nakuha sa ilalim ng mga kondisyon na naiiba sa karaniwan ay kumikilos nang normal.

Sinasabi namin na ang bawat pagbabagong mala-kristal ay nailalarawan sa pamamagitan ng isang tiyak na rehiyon ng pagkakaroon. Ngunit kung gayon, kung gayon paano umiiral ang grapayt at brilyante sa ilalim ng parehong mga kondisyon?

Ang ganitong "paglabag sa batas" ay madalas na nangyayari sa mundo ng mga kristal. Ang kakayahang manirahan sa mga "banyagang" kondisyon ay halos isang panuntunan para sa mga kristal. Kung upang mailipat ang singaw o likido sa mga dayuhang lugar ng pag-iral, ang isang tao ay kailangang gumawa ng iba't ibang mga trick, kung gayon ang isang kristal, sa kabaligtaran, halos hindi kailanman mapipilitang manatili sa loob ng mga hangganan na inilaan dito ng likas na katangian.

Ang overheating at overcooling ng mga kristal ay ipinaliwanag ng kahirapan ng pag-convert ng isang order sa isa pa sa ilalim ng sobrang siksikan na mga kondisyon. Ang dilaw na asupre ay dapat na maging pulang asupre sa 95.5°C. Sa mas marami o hindi gaanong mabilis na pag-init, "i-overshoot" natin ang transformation point na ito at dadalhin ang temperatura sa sulfur melting point na 113°C.

Ang tunay na temperatura ng pagbabagong-anyo ay pinakamadaling matukoy kapag ang mga kristal ay nagkadikit. Kung ang mga ito ay malapit na inilagay ang isa sa ibabaw ng isa at ang temperatura ay pinananatili sa 96°C, ang dilaw ay kakainin ng pula, at sa 95°C ang dilaw ay sisipsip ng pula. Kabaligtaran sa transition na "crystal-liquid", ang mga pagbabagong "crystal-crystal" ay kadalasang naantala sa panahon ng supercooling at overheating.

Sa ilang mga kaso, nakikitungo tayo sa mga estado ng bagay na dapat mabuhay sa ganap na magkakaibang temperatura.

Ang puting lata ay dapat maging kulay abo kapag bumaba ang temperatura sa +13°C. Karaniwan kaming nakikitungo sa puting lata at alam namin na walang ginagawa dito sa taglamig. Ito ay perpektong nakatiis sa hypothermia na 20-30 degrees. Gayunpaman, sa malupit na mga kondisyon ng taglamig, ang puting lata ay nagiging kulay abo. Ang kamangmangan sa katotohanang ito ay isa sa mga pangyayari na sumira sa ekspedisyon ni Scott sa South Pole (1912). Ang likidong panggatong na kinuha ng ekspedisyon ay nasa mga sisidlan na ibinebenta ng lata. Sa sobrang lamig, ang puting lata ay naging kulay-abo na pulbos - ang mga sisidlan ay hindi nabenta; at tumilapon ang gasolina. Ito ay hindi para sa wala na ang hitsura ng mga kulay-abo na mga spot sa puting lata ay tinatawag na salot ng lata.

Tulad ng sulfur, ang puting lata ay maaaring gawing kulay abo sa temperaturang mas mababa sa 13°C; maliban kung ang isang maliit na butil ng kulay-abo na iba't ay mahulog sa isang bagay na lata.

Ang pagkakaroon ng ilang mga uri ng parehong sangkap at pagkaantala sa kanilang magkaparehong pagbabago ay napakahalaga para sa teknolohiya.

Sa temperatura ng silid, ang mga iron atoms ay bumubuo ng isang body-centered cubic lattice, kung saan ang mga atomo ay sumasakop sa mga posisyon sa vertices at sa gitna ng cube. Ang bawat atom ay may 8 kapitbahay. Sa mataas na temperatura, ang mga iron atoms ay bumubuo ng isang mas siksik na "packing" - bawat atom ay may 12 na kapitbahay. Ang bakal na may 8 kapitbahay ay malambot, ang bakal na may 12 na kapitbahay ay matigas. Ito ay lumiliko na posible na makakuha ng bakal ng pangalawang uri sa temperatura ng silid. Ang pamamaraang ito - hardening - ay malawakang ginagamit sa metalurhiya.

Ang pagpapatigas ay ginagawa nang napakasimple - ang isang metal na bagay ay pinainit nang mainit at pagkatapos ay itinapon sa tubig o langis. Ang paglamig ay nangyayari nang napakabilis na ang pagbabago ng isang istraktura na matatag sa mataas na temperatura ay walang oras na mangyari. Kaya, ang mataas na temperatura na istraktura ay iiral nang walang katiyakan sa loob ng mahabang panahon sa mga kundisyon na hindi karaniwan para dito: ang recrystallization sa isang matatag na istraktura ay nangyayari nang napakabagal na halos hindi ito napapansin.

Kapag pinag-uusapan ang tungkol sa hardening iron, hindi kami ganap na tumpak. Ang bakal ay pinatigas, ibig sabihin, ang bakal na naglalaman ng mga fraction ng isang porsyento ng carbon. Ang pagkakaroon ng napakaliit na mga dumi ng carbon ay nagpapaantala sa pagbabago ng matigas na bakal sa malambot na bakal at nagbibigay-daan para sa pagpapatigas. Tulad ng para sa ganap na purong bakal, hindi posible na patigasin ito - ang pagbabagong-anyo ng istraktura ay namamahala na mangyari kahit na may pinakamabilis na paglamig.

Depende sa uri ng diagram ng estado, pagbabago ng presyon o temperatura, ang isa o isa pang pagbabago ay nakakamit.

Maraming mga pagbabagong kristal-sa-kristal ang sinusunod na may mga pagbabago sa presyon lamang. Ang itim na posporus ay nakuha sa ganitong paraan.

kanin. 4.13

Posibleng gawing brilyante lamang ang grapayt sa pamamagitan ng paggamit ng parehong mataas na temperatura at mataas na presyon sa parehong oras. Sa Fig. Ipinapakita ng Figure 4.13 ang phase diagram ng carbon. Sa mga presyon sa ibaba ng sampung libong mga atmospheres at sa mga temperatura sa ibaba 4000 K, ang grapayt ay isang matatag na pagbabago. Kaya, ang brilyante ay nabubuhay sa mga kondisyon na "dayuhan", kaya maaari itong maging grapayt nang walang labis na kahirapan. Ngunit ang kabaligtaran na problema ay praktikal na interes. Hindi posibleng gawing brilyante ang grapayt sa pamamagitan lamang ng pagtaas ng presyon. Ang pagbabago ng bahagi sa solid state ay tila masyadong mabagal. Ang hitsura ng phase diagram ay nagmumungkahi ng tamang solusyon: taasan ang presyon at init sa parehong oras. Pagkatapos ay nakukuha namin (kanang sulok ng diagram) ang tinunaw na carbon. Sa pamamagitan ng paglamig nito sa mataas na presyon, dapat tayong makapasok sa rehiyon ng brilyante.

Ang praktikal na posibilidad ng naturang proseso ay napatunayan noong 1955, at ang problema ay itinuturing na ngayong teknikal na nalutas.

Kamangha-manghang likido

Kung babaan mo ang temperatura ng isang katawan, maaga o huli ay titigas ito at magkakaroon ng mala-kristal na istraktura. Hindi mahalaga kung anong presyon ang nangyayari sa paglamig. Ang sitwasyong ito ay tila ganap na natural at naiintindihan mula sa pananaw ng mga batas ng pisika, kung saan nakilala na natin. Sa katunayan, sa pamamagitan ng pagpapababa ng temperatura, binabawasan natin ang intensity ng thermal movement. Kapag ang paggalaw ng mga molekula ay naging napakahina na hindi na ito nakakasagabal sa mga puwersa ng pakikipag-ugnayan sa pagitan nila, ang mga molekula ay magkakahanay sa isang maayos na pagkakasunud-sunod - sila ay bubuo ng isang kristal. Ang karagdagang paglamig ay mag-aalis ng lahat ng enerhiya ng kanilang paggalaw mula sa mga molekula, at sa ganap na zero ang sangkap ay dapat na umiiral sa anyo ng mga resting molecule na nakaayos sa isang regular na sala-sala.

Ipinapakita ng karanasan na ang lahat ng mga sangkap ay kumikilos sa ganitong paraan. Lahat maliban sa isang bagay: ang helium ay isang "halimaw".

Naibigay na namin sa mambabasa ang ilang impormasyon tungkol sa helium. Hawak ng Helium ang tala para sa kritikal na temperatura nito. Walang sangkap na may kritikal na temperatura na mas mababa sa 4.3 K. Gayunpaman, ang rekord na ito mismo ay hindi nangangahulugang anumang nakakagulat. Ang isa pang bagay ay kapansin-pansin: ang paglamig ng helium sa ibaba ng kritikal na temperatura, na umaabot sa halos ganap na zero, hindi tayo makakakuha ng solidong helium. Ang helium ay nananatiling likido kahit na sa ganap na zero.

Ang pag-uugali ng helium ay ganap na hindi maipaliwanag mula sa punto ng view ng mga batas ng paggalaw na aming binalangkas at isa sa mga palatandaan ng limitadong bisa ng naturang mga batas ng kalikasan na tila unibersal.

Kung ang isang katawan ay likido, kung gayon ang mga atomo nito ay kumikilos. Ngunit sa pamamagitan ng paglamig ng katawan sa ganap na zero, inalis namin ang lahat ng enerhiya ng paggalaw mula dito. Dapat nating aminin na ang helium ay may gayong enerhiya ng paggalaw na hindi maaaring alisin. Ang konklusyon na ito ay hindi tugma sa mekanika na pinag-aaralan natin hanggang ngayon. Ayon sa mekanikong ito na ating napag-aralan, ang paggalaw ng isang katawan ay maaaring palaging mapabagal hanggang sa ganap na paghinto, na inaalis ang lahat ng kinetic energy nito; sa parehong paraan, maaari mong ihinto ang paggalaw ng mga molekula sa pamamagitan ng pag-alis ng kanilang enerhiya kapag bumangga sila sa mga dingding ng isang pinalamig na sisidlan. Para sa helium, ang gayong mga mekanika ay malinaw na hindi angkop.

Ang "kakaibang" pag-uugali ng helium ay isang indikasyon ng isang katotohanang may malaking kahalagahan. Sa unang pagkakataon, nakatagpo kami ng imposibilidad na ilapat sa mundo ng mga atomo ang mga pangunahing batas ng mekanika na itinatag ng direktang pag-aaral ng paggalaw ng mga nakikitang katawan - mga batas na tila ang hindi matitinag na pundasyon ng pisika.

Ang katotohanan na sa ganap na zero helium ay "tumanggi" na mag-kristal ay hindi maaaring sa anumang paraan ay maitugma sa mga mekanika na pinag-aralan natin sa ngayon. Ang kontradiksyon na naranasan natin sa unang pagkakataon - ang hindi pagpapasakop ng mundo ng mga atomo sa mga batas ng mekanika - ay ang unang link lamang sa isang kadena ng mas matinding at marahas na kontradiksyon sa pisika.

Ang mga kontradiksyon na ito ay humahantong sa pangangailangan na baguhin ang mga batayan ng mekanika ng atomic na mundo. Ang rebisyong ito ay napakalalim at humahantong sa pagbabago sa ating buong pag-unawa sa kalikasan.

Ang pangangailangan para sa isang radikal na rebisyon ng mekanika ng atomic na mundo ay hindi nangangahulugan na kailangan nating tapusin ang mga batas ng mekanika na ating pinag-aralan. Hindi patas na pilitin ang mambabasa na pag-aralan ang mga hindi kinakailangang bagay. Ang mga lumang mekanika ay ganap na wasto sa mundo ng malalaking katawan. Ito lamang ay sapat na upang tratuhin ang mga kaugnay na kabanata ng pisika nang buong paggalang. Gayunpaman, mahalaga din na ang ilang mga batas ng "lumang" mekanika ay pumasa sa "bagong" mekanika. Kabilang dito, sa partikular, ang batas ng konserbasyon ng enerhiya.

Ang pagkakaroon ng "hindi matatanggal" na enerhiya sa absolute zero ay hindi isang espesyal na pag-aari ng helium. Kinalabasan; Ang lahat ng mga sangkap ay may "zero" na enerhiya.

Sa helium lamang ang enerhiya na ito ay sapat upang pigilan ang mga atomo sa pagbuo ng isang regular na sala-sala na kristal.

Huwag isipin na ang helium ay hindi maaaring nasa isang mala-kristal na estado. Upang gawing kristal ang helium, kailangan mo lamang dagdagan ang presyon sa humigit-kumulang 25 atm. Ang paglamig na isinasagawa sa mas mataas na presyon ay magreresulta sa pagbuo ng solidong mala-kristal na helium na may ganap na normal na mga katangian. Ang helium ay bumubuo ng isang nakasentro sa mukha na cubic lattice.

Sa Fig. Ipinapakita ng Figure 4.14 ang phase diagram ng helium. Ito ay naiiba nang husto mula sa mga diagram ng lahat ng iba pang mga sangkap sa kawalan ng isang triple point. Ang natutunaw at kumukulo na mga kurba ay hindi nagsalubong.

kanin. 4.14

At ang kakaibang state diagram na ito ay may isa pang tampok: may dalawang magkaibang likidong helium. Malalaman mo kung ano ang kanilang pagkakaiba sa ibang pagkakataon.

Sa lahat ng mga likido, bilang isang resulta ng kanilang pagsingaw, ang isang balanse ay itinatag sa pagitan ng likido at singaw, at, dahil dito, isang tiyak na presyon ng singaw. Ang magnitude ng presyur na ito ay depende sa likas na katangian ng likido at ang temperatura. Sa pagtaas ng temperatura, ang kinetic energy ng mga molekula sa isang likido ay tumataas, parami nang parami ang mga ito ay maaaring pumasa sa gas phase at, dahil dito, ang presyon ng singaw sa itaas ng likido ay tumataas (Larawan 4).

Figure 4 – Water vapor pressure curve

Ang temperatura kung saan ang presyon ng singaw ay nagiging katumbas ng panlabas na presyon ay tinatawag punto ng pag-kulo. Ang intersection point (Figure 4) ng pahalang na tuwid na linya na tumutugma sa isang presyon ng 760 mm Hg. Art., at ang curve ng presyon ng singaw ay tumutugma sa punto ng kumukulo sa normal na presyon. Anumang likido na hindi nabubulok kapag pinainit sa isang temperatura kung saan ang presyon ng singaw ay nagiging katumbas ng 760 mm Hg. Art., ay may sariling katangian na kumukulo sa normal na presyon ng atmospera. Ipinapakita rin ng Figure 4 na sa isang presyon ng 200 mm Hg. Art. kumukulo ang tubig sa humigit-kumulang 66°C. Ang pag-asa ng boiling point sa pressure ay ginagamit sa laboratory practice at industriya para sa distillation nang walang decomposition ng mga substance na kumukulo sa mataas na temperatura (vacuum distillation). Ang isang bilang ng mga sangguniang libro at mga aklat-aralin ay naglalaman ng mga nomogram na nagbibigay-daan sa isa na mag-ugnay ng mga punto ng kumukulo sa presyon ng atmospera at sa vacuum, ibig sabihin, upang matukoy ang pinakamataas na natitirang presyon na dapat nasa isang yunit ng distillation upang ang isang sangkap ay ma-distill sa ibaba ng temperatura ng pagkabulok nito (tingnan, halimbawa, /3, p. 32/).

Ang iba pang mga pagbabago ng distillation ay nagsisilbi rin sa parehong layunin (paglilinis ng mga high-boiling substance). Halimbawa, ang steam distillation ay nagpapahintulot sa iyo na mag-distill ng isang mataas na kumukulo na sangkap sa atmospheric pressure, ngunit ang vapor pressure sa itaas ng ibabaw ng likido, katumbas ng atmospheric pressure, ay ang kabuuan ng mga partial pressure ng substance mismo at water vapor. Sa pamamaraang ito, ang singaw ng tubig ay hinihipan (bubble) sa pamamagitan ng kapal ng sangkap sa distillation cube.

Sa karamihan ng mga kaso, ang punto ng kumukulo ay tinutukoy sa panahon ng paglilinis ng isang sangkap sa panahon ng proseso ng paglilinis nito. Kung kinakailangan, ang pagtukoy sa punto ng kumukulo ng isang maliit na halaga ng likido ay maaaring gamitin Ang micromethod ni Sivolobov(Larawan 6).

Upang maisakatuparan ito, maaari kang gumamit ng isang karaniwang aparato para sa pagtukoy ng punto ng pagkatunaw, na inilarawan sa itaas (Larawan 5). Ang isang patak ng likido ay inilalagay sa isang manipis na pader na glass tube (6) - diameter ~ 3 mm - selyadong sa isang dulo. Ang isang capillary (4), na selyadong sa itaas na dulo, ay ibinaba sa tubo, ang tubo ay nakakabit sa thermometer na may isang nababanat na banda (5) at pinainit sa aparato hanggang sa magsimulang lumabas ang mga bula mula sa capillary sa tuluy-tuloy na daloy. . Ang temperatura kung saan nagsimula ang tuluy-tuloy na paglabas ng mga bula ay nabanggit. Ito ay tumutugma sa punto ng kumukulo ng likido. Tiyaking itala ang presyon ng atmospera gamit ang isang barometer. Sa pamamagitan ng halaga ng boiling point, makikilala ang isang substance at matutukoy ang kadalisayan nito.