• [ Pobierz całość w formacie PDF ]
    //-->WIEDZA POWSZECHNAAntoni AdamczykNIEZWYKŁY STAN MATERIICIEKŁE KRYSZTAŁ1STANYMEZOMORFICZNESUBSTANCJIStruktury ciekłych kryształówWszystkie ciała krystaliczne w określonejtemperaturze, zwanej temperaturą topnienia,przechodzą w stan ciekły. To powszechnie zna­ne zjawisko polega na termicznym zerwaniusztywnych wiązań między molekułami. W tem­peraturze topnienia energia drgań cieplnychmolekuł jest już-większa od energii ich wią­zań i dzięki temu mogą one swobodnie prze­mieszczać się, co w konsekwencji daje sub­stancji zdolność płynięcia. Podobną, w pew­nej mierze, zdolność uzyskuje kryształ po do­kładnym zmieleniu. W czasie mielenia wią­zania w krysztale zrywane są mechanicznie,zaś drobne ziarenka „mąki krystalicznej” po­siadają dokładnie taką samą symetrię, jakąmiała duża bryła krystaliczna. Z pyłu krysta­licznego pierwotny monokryształ nie może od­tworzyć się samorzutnie, ponieważ odległościmiędzy molekułami, należącymi do oddziel­nych ziaren w „mące” są zbyt duże. Na takdużych odległościach wartość sił międzyczą-steczkowych jest już znikoma. Wiązania moż­na do pewnego stopnia przywrócić, gdy pyłzostanie mocno sprasowany, a jeszcze lepiej,gdy prasowaniu towarzyszy podgrzewanie. Natym właśnie polega proces formowania czę­ści maszyn metodą spiekania proszków.14Analogia między topnieniem a mieleniemkryształu nie jest tak odległa, jak to może wy­dawać się na pierwszy rzut oka. Doświadcze­nie poucza nas, że nazbyt uproszczone jesttraktowanie cieczy jako zupełnie chaotyczne­go, skondensowanego zbioru molekuł. Cechą,która upodabnia ciecz do zmielonego kryszta­łu, jest, stwierdzona doświadczalnie, częścio­wa krystaliczność każdej cieczy. Stopień kry-staliczności cieczy silnie zależy od jej tem­peratury i jest największy w temperaturzenieco wyższej od temperatury topnienia. Cha­otyczny ruch termiczny molekuł w cieczy po­woduje, że w jej objętości powstają lokalnezgęszczenia, w których molekuły uporządko­wane są w sposób przypominający struktury< krystaliczne. Takie skupiska molekuł powsta­ją i rozpadają się bardzo szybko. Symetriatych lokalnych obszarów krystalicznych w cie­czy jest często, choć nie zawsze, analogicznado tej, jaką posiada substancja w fazie kry­ształu. Te niestabilne ziarna „krystaliczne” wcieczach są bardzo niewielkie, o wiele mniej­sze niż ziarna w najdrobniej zmielonym kry­sztale i zawierają od kilkudziesięciu do kilku­set molekuł. Nazywamy je agregatami lub —„clusterami” (ang.cluster— grono, kiść).Istnienie agregatów bardzo istotnie wpływa nazachowanie się cieczy i powoduje, że teore­tyczny opis cieczy jest niezwykle trudny,o wiele trudniejszy niż opis ciał krystalicz­nych i gazowych. Istnienie agregatów powo­duje, że najlepszymi modelami teoretyczny­mi cieczy są takie, które traktują ciecz jakomieszaninę pary i drobno zmielonego kry­ształu.Rolę agregatów w wodzie, które w tymprzypadku noszą nazwę eisbergów (z niem.Eisberg— góra lodowa), widać na przykła­dzie zmian gęstości wody w czasie jej ochła­15idzania. Woda w czasie ochładzania, kurczącsię, zwiększa swoją gęstość i na razie nic wtym dziwnego, ale w temperaturze +4°C magęstość maksymalną i przy dalszym jej ochła­dzaniu obserwujemy proces odwrotny (rys. 1).Woda poniżej +4°C zaczyna się robić corazlżejsza, wypływa na powierzchnię zbiorników,podczas gdy cieplejsza opada na dno. Powo­dem jest coraz większa ilość tworzących sięLÓDWODARys. 1. Wykres gęstości wodyqwfunkcji temperatu­ry. Zagięcie krzywej gęstości między +4° i 0°C ozna­cza, że lód jest lżejszy od wody i nie tonie. Takiezachowanie się wody zapobiega katastrofie termicznejna Ziemiw wodzie agregatów o strukturze lodu: ponie­waż gęstość lodu jest mniejsza od gęstości wo­dy (świadczy o tym m.in. pływanie lodu, pę­kanie butelek przy zamarzaniu), to woda o du­żym stopniu krystaliczności jest lżejsza od wo­dy nie uporządkowanej. Gdyby nie obecnośćdużej ilości agregatów w wodzie, to zamarznię­ta woda opadałaby na dno, co spowodowało­16by tworzenie się nowych powłok lodowych napowierzchni i w konsekwencji zniszczenie ży­cia biologicznego w wodzie. Zresztą, życie zo­stałoby zniszczone nie tylko w zbiornikachwodnych. Głębiej położone warstwy lodu niezdążyłyby stopnieć w ciągu lata i w czasiekolejnej zimy zostałaby wymrożona woda nietylko w zbiornikach, ale również zawarta watmosferze. w formie pary. Wymrożenie pa­ry wodnej z atmosfery zniszczyłoby płaszczochronny Ziemi i spowodowałoby szybkie wy-promieniowanie ciepła w przestrzeń kosmicz­ną. Gdyby więc nie obecność w wodzie agre­gatów o strukturze lodu, to Ziemia bardzoszybko zostałaby zamieniona w pustynię io-dową i chociażby z tego tylko powodu życiena Ziemi nie mogłoby istnieć. Życie na Zie­mi w obecnej jego formie jest zatem uzależ­nione od małego zagięcia krzywej gęstości wo­dy między +4°C i 0°C (patrz rys. 1).Obecność w wodzie obszarów krystalicznychpowoduje, że jest ona jedną z najbardziej ta­jemniczych substancji. Dość wspomnieć o dzi­wnym zachowaniu się wody pod wpływempola magnetycznego. Każdy doskonale wie, żewody magnes nie przyciąga, ale w wodziepoddanej działaniu pola magnetycznego zu­pełnie inaczej przebiegają procesy biologicznei krystalizacyjne. Widać, że woda nie tylkooddziaływa z polem magnetycznym, ale, cowięcej, długo jeszcze „pamięta”, że była kie­dyś w tym polu.Zajmiemy się teraz zupełnie odmiennymzjawiskiem. Powróćmy w tym celu jeszczeraz do procesu topnienia kryształu. Wyobraź­my sobie molekuły umieszczone sztywno wwęzłach sieci krystalicznej; mimo że średniepołożenie tych molekuł jest określone przeztyp symetrii kryształu, ich udziałem są bez­ustanne drgania termiczne. Amplituda t>ch2 Niezwykły stan m aterii...17 [ Pobierz całość w formacie PDF ]

  • zanotowane.pl
  • doc.pisz.pl
  • pdf.pisz.pl
  • wzory-tatuazy.htw.pl