-
[ 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