Erish vaqtida fazoviy panjara yo'q qilinadi kristall tanasi. Bu jarayon ba'zi tashqi manbalardan ma'lum miqdorda energiya sarflaydi. Natijada, eritish jarayonida tananing ichki energiyasi ortadi.

Jismni ko'chirish uchun zarur bo'lgan issiqlik miqdori qattiq holat uning erish nuqtasida suyuqlikka aylanishi termoyadroviy issiqlik deb ataladi.

Tananing qattiqlashishi jarayonida, aksincha, tananing ichki energiyasi kamayadi. Tana atrofdagi jismlarga issiqlik beradi. Energiyaning saqlanish qonuniga ko'ra, erish paytida (erish haroratida) jism tomonidan yutiladigan issiqlik miqdori qotib qolganda (qattiqlashuv haroratida) ushbu jism tomonidan chiqarilgan issiqlik miqdoriga tengdir.

Erishishning o'ziga xos issiqligi

Eritish issiqligi eriydigan moddaning massasiga va uning xususiyatlariga bog'liq. Erishish issiqligining moddaning turiga bog'liqligi bu moddaning o'ziga xos erish issiqligi bilan tavsiflanadi.

Moddaning o'ziga xos erish issiqligi - bu moddadan tananing erish issiqligining tananing massasiga nisbati.

O'zaro termoyadroviy issiqlikni belgilaymiz Q pl , tana vazni t va l harfi bilan solishtirma erish issiqligi . Keyin

Shunday qilib, kristall jismni massa bilan eritish uchun m, erish haroratida olingan, talab qilinadigan issiqlik miqdori tengdir

(8.8.2)

Kristallanish issiqligi

Energiyaning saqlanish qonuniga ko'ra, jismning kristallanish jarayonida (kristallanish haroratida) ajralib chiqadigan issiqlik miqdori tengdir.

(8.8.3)

(8.8.1) formuladan kelib chiqadiki, SIda sintezning solishtirma issiqligi kilogramm uchun joulda ifodalanadi.

Muz erishining solishtirma issiqligi ancha yuqori, 333,7 kJ/kg. Maxsus issiqlik erish qo'rg'oshin faqat 23 kJ / kg, va oltin - 65,7 kJ / kg.

(8.8.2) va (8.8.3) formulalar kristall jismlarning erishi va qotib qolishi bilan bog'liq bo'lgan hollarda issiqlik balansi tenglamalarini tuzish masalalarini echishda qo'llaniladi.

Muzning erish issiqligi va suvning kristallanishining tabiatdagi roli

Muzning erishi paytida issiqlikning yutilishi va suvning muzlashi paytida uning chiqishi havo haroratining o'zgarishiga, ayniqsa suv havzalari yaqinida sezilarli ta'sir ko'rsatadi. Har biringiz, ehtimol, kuchli qor yog'ishi paytida isinish odatda boshlanishini payqagandirsiz.

Juda muhim katta ahamiyatga ega muz erishining solishtirma issiqligi. Hatto XVIII asr oxirida ham. Birlashish va kristallanish issiqligining mavjudligini kashf etgan Shotlandiya olimi D.Blek (1728-1799) shunday yozgan edi: “Agar muzda sezilarli erish issiqligi bo‘lmaganida, bahorda muzning butun massasi erishi kerak edi. bir necha daqiqa yoki soniya ichida, chunki havodan issiqlik uzluksiz muzga o'tadi. Ammo keyin buning oqibatlari dahshatli bo'ladi: axir, hatto mavjud vaziyatda ham, katta muz va qor massalari erishi natijasida katta suv toshqini va kuchli suv oqimlari sodir bo'ladi.

Kosmik raketa nozli

Keling, termoyadroviy va bug'lanish issiqligidan amaliy foydalanishning qiziqarli texnik misolini keltiramiz. uchun nozul ishlab chiqarishda kosmik raketa Shuni hisobga olish kerakki, raketa nozulidan chiqadigan gazlar oqimi taxminan 4000 ° S haroratga ega. Tabiatda sof shaklda bunday haroratga bardosh bera oladigan materiallar deyarli yo'q. Shuning uchun, yonilg'i yonishi paytida nozul materialini sovutish uchun har qanday hiyla-nayranglarga murojaat qilish kerak.

Ko'krak chang metallurgiyasi tomonidan ishlab chiqariladi. Olovga chidamli metall kukuni (volfram) qolip bo'shlig'iga joylashtiriladi. Keyin u siqilishga duchor bo'ladi. Kukun sinterlanadi, natijada gözenekli pomzaga o'xshash tuzilish hosil bo'ladi. Keyin bu "pomza" mis bilan singdiriladi (uning erish nuqtasi atigi 1083 ° S).

Olingan material psevdo-qotishma deb ataladi. 8.31-rasmda psevdoqotishma mikrostrukturasining fotosurati ko'rsatilgan. Volfram ramkasining oq fonida tartibsiz shakldagi mis qo'shimchalari ko'rinadi. Ushbu qotishma, qanchalik aql bovar qilmaydigan bo'lsa ham, yoqilg'ining yonishi paytida hosil bo'lgan gazlarning haroratida, ya'ni 4000 ° C dan yuqori bo'lsa ham, qisqa vaqt davomida ishlashi mumkin.

Bu quyidagi tarzda sodir bo'ladi. Dastlab, qotishma harorati misning erish nuqtasiga yetguncha ko'tariladi t 1 (8.32-rasm). Shundan so'ng, barcha mis eritilmaguncha, nozulning harorati o'zgarmaydi (t dan vaqt oralig'i). 1 t gacha 2 ). Kelajakda mis qaynaguncha harorat yana ko'tariladi. Bu haroratda sodir bo'ladi t 2 = 2595 °S, volframning erish nuqtasidan (3380 °S) past. Barcha mis qaynab ketguncha, ko'krakning harorati yana o'zgarmaydi, chunki bug'langan mis volframdan issiqlik oladi (t dan vaqt oralig'i). 3 t gacha 4 ). Albatta, nozul siz xohlagancha ishlamaydi. Mis bug'langandan so'ng, volfram yana qiziy boshlaydi. Biroq, raketa dvigateli bor-yo'g'i bir necha daqiqa ishlaydi va bu vaqt ichida nozulning haddan tashqari qizishi va erishi uchun vaqti yo'q.

[tahrirlash | wiki matnini tahrirlash]

Vikipediyadan, bepul ensiklopediya

Erishishning o'ziga xos issiqligi(shuningdek: sintez entalpiyasi; ekvivalent tushuncha ham mavjud kristallanishning o'ziga xos issiqligi) - bir massa birligiga xabar berilishi kerak bo'lgan issiqlik miqdori kristalli modda muvozanatli izobarik-izotermik jarayonda uni qattiq (kristalli) holatdan suyuq holatga o'tkazish uchun (moddaning kristallanishi paytida bir xil miqdordagi issiqlik chiqariladi).

Erish issiqligi - maxsus holat issiqlik fazali o'tish mehribonman.

Erishishning solishtirma issiqligini (J/kg) va molyar (J/mol) farqlang.

Eritishning o'ziga xos issiqligi harf bilan belgilanadi (yunoncha harf lambda) erishning solishtirma issiqligini hisoblash formulasi: , bu yerda erishning solishtirma issiqligi, erish paytida (yoki kristallanish jarayonida ajralib chiqadigan) modda tomonidan olingan issiqlik miqdori, erish (kristallanish) moddaning massasi.

Qattiq tanasi agregatsiya holati muvozanat pozitsiyalari atrofida kichik tebranishlar hosil qiluvchi atomlarning issiqlik harakati shakli va tabiati barqarorligi bilan tavsiflangan modda. Kristalli va amorf qattiq jismlarni farqlang (qarang, uzoq va qisqa masofali tartib). Kristallar atomlarning muvozanat pozitsiyalarini joylashtirishda fazoviy davriylik bilan tavsiflanadi. Amorf jismlarda atomlar tasodifiy joylashgan nuqtalar atrofida tebranadi. Klassik tushunchalarga ko'ra, barqaror holat (minimal bilan potentsial energiya) qattiq jism kristalldir. amorf tana ichida joylashgan metastabil holat va vaqt o'tishi bilan kristall holatga o'tishi kerak, lekin kristallanish vaqti ko'pincha shunchalik uzoq bo'ladiki, metastabillik umuman ko'rinmaydi.Qattiq jismni tashkil etuvchi atomlar va molekulalar bir-biriga zich joylashgan. Boshqacha qilib aytadigan bo'lsak, qattiq jismning molekulalari boshqa molekulalarga nisbatan o'zlarining o'zaro pozitsiyalarini amalda saqlab qoladilar va molekulalararo o'zaro ta'sirlar bilan birga saqlanadi. Ko'pgina qattiq moddalar kristalli tuzilmalarni o'z ichiga oladi. Mineralogiya va kristallografiyada kristall strukturasi kristalldagi atomlarning ma'lum bir tartibini bildiradi. Kristal tuzilishi fazoviy panjaraning barcha yo'nalishlarida vaqti-vaqti bilan takrorlanadigan maxsus tartibda joylashtirilgan atomlar to'plamidan iborat elementar hujayralardan iborat. Ushbu panjaraning turli yo'nalishdagi elementlari orasidagi masofalar ushbu panjaraning parametri deb ataladi. Kristalli struktura va simmetriya kristall parchalanishi, elektron tarmoqli tuzilishi va optik xossalari kabi turli xossalarni aniqlashda rol o'ynaydi.Etarli kuch qo'llanilganda, bu xususiyatlarning har biri uzilib, doimiy deformatsiyaga olib kelishi mumkin.Qattiq jismlar issiqlik energiyasiga ega, shuning uchun ularning atomlari hosil qiladi tebranish harakati. Biroq, bu harakat ahamiyatsiz va oddiy sharoitda kuzatilmaydi va sezilmaydi.Kristal holati

Gazlar, suyuqliklar va qattiq moddalarni tashkil etuvchi atomlar turli darajadagi tartiblarga ega. Gazda molekulalarni hosil qilish uchun bog'langan atomlar va atomlarning kichik guruhlari doimiy tasodifiy harakatda bo'ladi. Agar gaz sovutilsa, u holda molekulalar imkon qadar bir-biriga yaqinlashadigan haroratga erishiladi va suyuqlik hosil bo'ladi. Ammo suyuqlikning atomlari va molekulalari hali ham bir-biriga nisbatan siljishi mumkin. Ba'zi suyuqliklarni, masalan, suvni sovutganda, molekulalar kristall holatning nisbiy harakatsizligida muzlashadigan haroratga erishiladi. Barcha suyuqliklar uchun har xil bo'lgan bu harorat muzlash nuqtasi deb ataladi. (Suv 0 ° C da muzlaydi; shu bilan birga, suv molekulalari bir-biri bilan tartibli bog'lanib, muntazam geometrik figurani hosil qiladi.) Kristal holatdagi moddaning har bir zarrasi (atom yoki molekula) boshqa barcha zarralar kabi bir xil muhitga ega. butun kristall bo'ylab bir xil turdagi zarracha. Boshqacha qilib aytganda, u undan aniq belgilangan masofalarda joylashgan aniq belgilangan zarralar bilan o'ralgan. Kristallarga xos bo'lgan va ularni boshqa qattiq jismlardan ajratib turadigan mana shu tartiblangan uch o'lchovli joylashuvdir.

Amorf holat kristall va gazsimon holat o'rtasida oraliq bo'ladi: zarralar kristallga qaraganda muntazam ravishda kamroq, lekin gazlarga qaraganda kamroq tasodifiy joylashgan.

Yunon tilidan tarjima qilingan "amorf" "shaklsiz" degan ma'noni anglatadi. Ushbu moddalar bunday nom oldi, chunki kristallardan farqli o'laroq, ular tabiiy ravishda polihedra shakliga ega emas.

Eritma bilan sovutilgan bo'lsa yuqori tezlik, keyin suyuqlik kristallanishni boshlamasdan qattiqlashadi. Atomlar oddiygina panjara ichida turishga va suyuqlikka xos tartibsiz joylashishni saqlab qolishga vaqtlari yo'q. Biroq, u endi suyuq emas, balki qattiq. Uning viskozitesi suyuqliknikidan ancha katta va kristallnikiga yaqin.

Amorf holatni olish uchun zarur bo'lgan sovutish tezligi moddaning tabiatiga, asosan uning yopishqoqligiga bog'liq: ko'proq yopishqoq eritmalar

ko'pincha ko'zoynak shaklida muzlashadi. Shunday qilib, oddiy shishani eritmani havoda sovutish orqali olish mumkin. Amorf holatda sof metallarni olish amalda mumkin emas, ba'zi qotishmalar ham mumkin. Sovutish tezligi soniyada million darajadan oshganda, "metall oynalar" - amorf metall qotishmalarini (AMS) olish mumkin edi.

AMS yuqori magnit xususiyatlarga ega va deyarli magnit yo'qotishlarga ega, shuning uchun ular transformator yadrolarini, ovoz va video yozish uchun magnit boshlarni va boshqalarni ishlab chiqarish uchun ajralmas hisoblanadi.

Texnikaning ko'plab sohalarini rivojlantirishdagi muvaffaqiyatlar ko'p jihatdan yangi turdagi ko'zoynaklar va ular asosida materiallarni yaratish bilan bog'liq. Amorf holatning bir xilligi va kristallarga xos bo'lgan nuqsonlarning yo'qligi tufayli ko'zoynaklar bir qator juda muhim xususiyatlarga ega: elektromagnit tebranishlarning turli diapazonlarida shaffoflik, kimyoviy qarshilik, chidamlilik, qattiqlik, elektr izolyatsiyasi va boshqa fizik-kimyoviy xususiyatlar. Bunday ko'zoynaklar kundalik hayotda, qurilishda, katod nurli naychalar, yuqori voltli elektr uzatish liniyalari uchun elektr izolyatorlari, turli xil shisha tolalar, optik tolalar, shisha moylash materiallari va boshqalarni ishlab chiqarishda keng qo'llaniladi.

Suv bilan ishlov berish

Pitcher filtrlari, kartridjlar

Uning modifikatsiyalari uchun muzning xususiyatlari

Xabar:

Salom Oleg, men Kuzbass davlatining ikkinchi kurs talabasiman texnik instituti, qilish ilmiy ish. Va men muammoga duch keldim: muzning barcha modifikatsiyalari (o'ziga xos termoyadroviy issiqlik, o'ziga xos qarshilik, ko'ndalang va bo'ylama tarqalish tezligi) uchun hech qanday joyda topa olmadim. tovush to'lqinlari, koeffitsient bu to'lqinlarning yutilishi, yorilish tendentsiyasi, shuningdek mexanik xususiyatlar). Siz menga ushbu masalalar bo'yicha sizga ma'lum bo'lgan ma'lumotlarni "tashlab bera olasizmi", buning uchun men sizga chin dildan minnatdorman.

Salom Dmitriy.

Afsuski shunday to'liq ma'lumot fizik va mexanik xususiyatlar bo'yicha menda yo'q, chunki men muz va uning xususiyatlarini maxsus o'rganmaganman. Men bu mavzu haqida bilganlarim:

Tabiatda muzning 14 ta modifikatsiyasi ma'lum. To'g'ri, bizga tanish bo'lgan, olti burchakli singoniyada kristallanadigan va I muz sifatida belgilangan muzdan tashqari hamma narsa ekzotik sharoitlarda - juda past haroratlarda (taxminan -110150 0 C) va yuqori bosimlarda hosil bo'ladi. suv molekulasidagi vodorod aloqalarining burchaklari o'zgaradi va tizimlar hosil bo'ladi , olti burchakli tashqari. Bunday sharoitlar kosmik sharoitlarni eslatadi va Yerda uchramaydi. Masalan, -110 ° C dan past haroratlarda suv bug'i oktaedr va kub shaklida bir necha nanometr o'lchamdagi metall plastinkada cho'kadi - bu kub muz deb ataladi. Agar harorat -110 ° C dan biroz yuqori bo'lsa va bug 'kontsentratsiyasi juda past bo'lsa, juda zich qatlam. amorf muz.

Muz, harorat, bosim, zichlik va o'tkazuvchanlikning strukturaviy o'zgarishlari bo'yicha ba'zi ma'lumotlar 1-jadval va 2-jadvalda keltirilgan.

Tab. bitta . - muz modifikatsiyalari tuzilmalari bo'yicha ba'zi ma'lumotlar

Eslatma. 1A=10 -10 m.

Tab. 2 . - Harorat, bosim, zichlik va dielektrik doimiy turli xil muz

Barcha muz modifikatsiyalarining kristallari vodorod aloqalari bilan uch o'lchamli ramkaga bog'langan H 2 O suv molekulalaridan qurilgan ( guruch. bitta ). Suv molekulasini oddiygina tetraedr (uchburchak asosli piramida) sifatida tasavvur qilish mumkin. Uning markazida kislorod atomi, ikkita uchida - elektronlari hosil bo'lishda ishtirok etadigan vodorod atomi joylashgan. kovalent bog'lanish kislorod bilan. Qolgan ikkita cho'qqi juftlik bilan band valent elektronlar kislorod, ular molekula ichidagi aloqalarni shakllantirishda ishtirok etmaydi, shuning uchun ular yolg'iz deb ataladi.

1-rasm . Muz tuzilishiI.

Muz eng ko'p o'rganilgan Itabiiy modifikatsiya. Muzning tuzilishida har bir suv molekulasi tetraedr cho'qqilariga yo'naltirilgan 4 ta bog'lanishda ishtirok etadi. Bir molekula protoni boshqa molekulaning bir juft bo'linmagan kislorod elektronlari bilan o'zaro ta'sirlashganda, vodorod bog'i paydo bo'ladi, bu molekula ichidagi bog'lanishdan kamroq kuchli, lekin yaqin atrofdagi suv molekulalarini ushlab turish uchun etarlicha kuchli. Har bir molekula bir vaqtning o'zida boshqa molekulalar bilan 109 ° 28 "tetraedrning cho'qqilariga yo'naltirilgan qat'iy belgilangan burchaklarda to'rtta vodorod aloqasini yaratishi mumkin, bu esa muzlatish paytida zich tuzilmani yaratishga imkon bermaydi. Shu bilan birga, muz tuzilmalarida. I, Ic, VII va VIII bu tetraedr to'g'ri. Muz tuzilmalarida II, III, V va VI tetraedralar sezilarli darajada buzilgan. Muz tuzilmalarida VI, VII va VIII Vodorod aloqalarining o'zaro kesishgan 2 ta tizimini ajratish mumkin. Vodorod bog'larining bu ko'rinmas iskala molekulalarini to'r tarmog'ida joylashtiradi, tuzilishi bo'yicha ichi bo'sh kanallari bo'lgan chuqurchaga o'xshaydi. Agar muz qizdirilsa, tarmoq tuzilishi qulab tushadi: suv molekulalari tarmoqning bo'shliqlariga tusha boshlaydi, bu esa zichroq suyuqlik tuzilishiga olib keladi - shuning uchun suv muzdan og'irroq.

Muzning tuzilishida va uning xususiyatlarida ko'p narsa g'ayrioddiy ko'rinadi. Muzning kristall panjarasining tugunlarida kislorod atomlari tartibli joylashgan bo'lib, muntazam olti burchakli shakllarni hosil qiladi va vodorod atomlari bog'lanishlar bo'ylab turli pozitsiyalarni egallaydi. Shuning uchun suv molekulalarining qo'shnilariga nisbatan 6 ta ekvivalent yo'nalishi mumkin. Ulardan ba'zilari chiqarib tashlandi, chunki bitta vodorod bog'ida bir vaqtning o'zida 2 protonning mavjudligi dargumon, ammo suv molekulalarining yo'nalishida etarli noaniqlik mavjud. Atomlarning bunday xatti-harakati atipikdir, chunki qattiq moddada hamma bir xil qonunga bo'ysunadi: yoki barcha atomlar tartiblangan, keyin u kristall yoki tasodifiy, keyin esa amorf moddadir. Bunday g'ayrioddiy tuzilma muzning ko'pgina modifikatsiyalarida amalga oshirilishi mumkin - I, III, V, VI va VII(va aftidan tushunarli) va muz tuzilishida II, VIII va IX suv molekulalari orientatsion tartibda joylashgan. J. Bernalning fikricha, muz kislorod atomlariga nisbatan kristall, vodorod atomlariga nisbatan shishasimon.

Shunday bo'lsa-da, davomida hosil bo'lgan oddiy muz atmosfera bosimi va 0 ° C da eriydi - eng tanish, ammo hali to'liq tushunilmagan modda. Munosabati bilan keng tarqalgan Yerdagi suv va muz, muzning xossalari va boshqa moddalarning xossalari o'rtasidagi farq tabiiy jarayonlarda muhim rol o'ynaydi. Muz zichligi suvnikiga qaraganda pastroq bo'lganligi sababli suv yuzasida suzuvchi qoplam hosil qiladi, bu daryolar va suv omborlarini tubdan muzlashdan himoya qiladi. Polikristal muzdagi oqim tezligi va kuchlanish o'rtasidagi munosabat giperbolikdir; quvvat tenglamasi bilan uning taxminiy tavsifi bilan, kuchlanish kuchayishi bilan eksponent ortadi.

Bundan tashqari, muz oqimining tezligi faollashuv energiyasiga to'g'ridan-to'g'ri proportsional va teskari proportsionaldir. mutlaq harorat, shuning uchun haroratning pasayishi bilan muz o'z xususiyatlariga mutlaqo yaqinlashadi qattiq tana. O'rtacha erishga yaqin haroratda muzning suyuqligi tog' jinslariga qaraganda 106 baravar yuqori. Oquvchanligi tufayli muz bir joyda to'planmaydi, balki doimo muzliklar shaklida harakatlanadi.

Muz qanchalik g'alati eshitilmasin, erishi qiyin. Agar suv molekulalarini bog'laydigan vodorod aloqalari bo'lmasa, u -90 ° C da eriydi. Shu bilan birga, muzlaganda, ko'pchilikda bo'lgani kabi, suv hajmi kamaymaydi ma'lum moddalar, va ortadi - muzning tarmoq strukturasi shakllanishi tufayli.

Muz (0,45) va qorning (0,95 gacha) juda yuqori aks etishi tufayli ular bilan qoplangan maydon yiliga o'rtacha 72 million gektarni tashkil qiladi. km 2 ikkala yarim sharning yuqori va o'rta kengliklarida - quyosh issiqligini me'yordan 65% kamroq oladi va kuchli sovutish manbai hisoblanadi yer yuzasi, bu asosan zamonaviy kenglik iqlim zonaliligini belgilaydi. Yozda qutbli hududlarda quyosh radiatsiyasi ekvatorial zonaga qaraganda ko'proq bo'ladi, shunga qaramay, harorat pastligicha qolmoqda, chunki so'rilgan issiqlikning katta qismi juda yuqori erish issiqligiga ega bo'lgan muzning erishiga sarflanadi.

Muzning boshqa noodatiy xususiyatlari avlodni o'z ichiga oladi elektromagnit nurlanish uning o'sib borayotgan kristallari. Ma'lumki, suvda erigan aralashmalarning ko'pchiligi muz o'sishni boshlaganda unga o'tmaydi; ular muzlashadi. Shuning uchun, hatto eng iflos ko'lmakda ham muz plyonkasi toza va shaffof bo'ladi. Bunday holda, aralashmalar qattiq va suyuq muhitlar chegarasida ikki qatlam shaklida to'planadi. elektr zaryadlari sezilarli potentsial farqni keltirib chiqaradigan turli xil belgi. Zaryadlangan nopoklik qatlami pastki chegara bilan birga harakat qiladi yosh muz va elektromagnit to'lqinlarni chiqaradi. Buning yordamida kristallanish jarayonini batafsil kuzatish mumkin. Shunday qilib, uzunligi igna shaklida o'sib borayotgan kristall lateral jarayonlar bilan qoplanganidan farqli ravishda nurlanadi va o'sayotgan donalarning nurlanishi kristallar yorilishi paytida paydo bo'ladigan nurlanishdan farq qiladi. Radiatsiya impulslarining shakli, ketma-ketligi, chastotasi va amplitudasidan muzning muzlash tezligini va qanday muz tuzilishini olishini aniqlash mumkin.

Tab. 3 . - Muzning ayrim xossalari I

Eslatma. 1 kal / (g ° C) \u003d 4.186 kjl(kg(TO) ; 1 ohm -1 sm -1 =100 sim/m; 1 din/sm=10 -3 n/m; 1 kal/(sm(sek°S)=418,68 sess/(m(TO) ; 1 pz= 10 -1 n(sek/m 2 .

Tabiiy muzI odatda suvdan ancha toza, chunki moddalarning (NH 4 F dan tashqari) muzda eruvchanligi juda past. Muz II esa faqat iz gazlar ishtirokida barqarorlashadi; uning sof shaklida, uning beqarorligi tufayli hech kim uni olmagan. Agar, masalan, geliy yordamida bosim yaratilsa, u albatta muzlagan suvda eriydi. Ushbu o'rnatishda foydalanish uchun mos bo'lgan boshqa inert gaz argon ham muz bilan qattiq eritmalar hosil qilish qobiliyatiga ega ekanligi haqida dalillar mavjud. Biroq, hech kim muzning bunday klatrat birikmalarini asil gazlar bilan maxsus o'rganmagan.

Muz II, III va V modifikatsiyalari atmosfera bosimida uzoq vaqt saqlanadi, agar harorat -170 ° C dan oshmasa. Taxminan -150 ° C ga qizdirilganda muzga aylanadi kub muztushunarli.

Joylashgan muz II orasidagi holat diagrammasida Muz III va muz IX. Ular protonlarning tartibida bir-biridan farq qiladi, kislorod ramkasi esa bir xil: ba'zi suv molekulalarining spirallari, xuddi boshqa suv molekulalarining o'qlariga bog'langan. Protonning u yoki bu joyni egallash ehtimoli teng bo'lsa, muz tartibsiz bo'ladi.

Guruch. 2. holat diagrammasi kristalli muz

Biroq, ekzotik muzlar bilan o'tkazilgan barcha tajribalar, qoida tariqasida, ularni quruq muz, suyuq azot va hatto geliy haroratiga sovutish, shuningdek, minglab atmosfera bosimiga siqish bilan bog'liq. Umumiy ko'rinish qarash orqali natijalarga erishish mumkin rasm, bu erda kristalli muzning holat diagrammasi ko'rsatilgan.

Ko'p yuqori bosimli muzlar normal bosimda saqlanishi mumkin. Buning uchun ular suyuq azotda sovutiladi, keyin esa bosim chiqariladi. Aynan shunday qotib qolgan muzda asosiy tadqiqotlar olib borildi. Ular tuzilishi juda xilma-xil ekanligini ko'rsatdi.

Birinchi yuqori bosimli muzning tuzilishi, Muz II, 1964 yilda rentgen nurlari diffraktsiyasi uchun birinchi kuchli asboblar paydo bo'lganida, ushbu sohadagi tadqiqotlar boshida aniqlangan. Ma'lum bo'lishicha, bu muz olti bo'g'inli gofrirovka qilingan tsikllardan hosil bo'lgan ichi bo'sh ustunlardan iborat. Har bir ustun oltita bir xil ustunlar bilan o'ralgan bo'lib, davrning uchdan biriga bir-biriga nisbatan siljiydi. Ushbu muzning tuzilishini, agar muzning I h chuqurchalarining bir qismi parchalanib, qolgan chuqurchalarni bog'laydigan ochiq ramkalarga aylantirilsa, olish mumkin. Bunday holda, hosil bo'lgan olti burchakli kanallarning hajmi sezilarli darajada oshadi - bu muz II eng keng kanallarga ega, ularning diametri 3 Å. Bunday kanallar geliy, neon va hatto vodorod molekulalarini o'z ichiga olishi mumkin.

Guruch. 3 . Muz tuzilishiII

II muzdan geliy kabi asil gaz gidratlarini ikki usulda olish mumkin. Birinchidan, (geliy atmosferasida) suvga 0,28-0,5 GPa bosim qo'llang va uni 250-270K gacha sovuting. Diagrammaning ushbu hududida III va V muzlar barqaror bo'lsa-da, II muz asosida gidrat olinadi. Qizig'i shundaki, undagi protonlar allaqachon tartiblangan. (Odatda, ular faqat allaqachon hosil bo'lgan muz kuchli sovutilganda buyuriladi.)

Ikkinchidan, geliyni eritish mumkin muz I h past haroratda va 0,3 GPa bosimda. Geliyning paydo bo'lishi kristall panjaraning kengayishiga olib keladi va keyin uning 180K ga qizdirilishi strukturaviy o'zgarishlarga yordam beradi.

II muzda qattiq eritmalarni olishning nisbiy qulayligi, shuningdek, uning gazsimon vodorodni saqlash (olti molekula suvga bir gaz molekulasi) sifatidagi yuqori salohiyati unga amaliy olimlarning e'tiborini tortadi: uni vodorodda qo'llash imkoniyati. energiya faol muhokama qilinmoqda.

Suv bug'i sovuqroq substratda kondensatsiyalanganda, amorf muz. Muzning bu ikkala shakli Ice II va amorf muz o'z-o'zidan aylanishi mumkin olti burchakli muz bundan tashqari, harorat qanchalik baland.

Muz IV modifikatsiyasi muzning metastabil fazasidir. U juda oson shakllanadi va og'ir suv bosimga duchor bo'lsa, ayniqsa barqaror bo'ladi.

Muz erishi egri chizig'i V va VII bosim 20 gacha sinovdan o'tgan H/m 2 (200 ming kgf/sm 2 ). Bunday bosim ostida VII muz 400 ° S da eriydi.

Muz VIII past haroratli tartiblangan shakldir Muz VII.

Muz IX- supercooling paytida yuzaga keladigan metastabil faza Muz III va mohiyatan uning past haroratli shaklini ifodalaydi.

Muz polimorfizmi birinchi marta 1900 yilda G. Tamman tomonidan kashf etilgan va 1912 yilda P. Bridjman tomonidan batafsil o'rganilgan. Jadval. 3 va 4 muz modifikatsiyalari tuzilmalari va ularning ba'zi xususiyatlari haqida ba'zi ma'lumotlarni taqdim etadi.

Muzning so'nggi ikki modifikatsiyasi - XIII va XIV- Oksford olimlari yaqinda, 2006 yilda kashf qilishgan. Monoklinli va rombik panjarali muz kristallari mavjudligi haqidagi taxminni tasdiqlash qiyin edi: -160 ° C haroratda suvning yopishqoqligi juda yuqori va toza o'ta sovutilgan suv molekulalarining bunday miqdorda birlashishi qiyin. kristall yadro hosil bo'ladi. Bunga katalizator - xlorid kislotasi yordamida erishildi, u past haroratlarda suv molekulalarining harakatchanligini oshirdi. Er tabiatida muzning bunday modifikatsiyalari hosil bo'lishi mumkin emas, lekin ular boshqa sayyoralarning muzlatilgan sun'iy yo'ldoshlarida paydo bo'lishi mumkin.

MUZNING BA'zi Jismoniy va MEXANIK XUSUSIYATLARI.

Muz barqarorligi ko'p faktorli hodisa bo'lib, hisob-kitoblarda hisobga olinishi kerak bo'lgan ko'plab omillarga bog'liq:

MUZNING QATTIQLIGI. Muzning doimiy deformatsiyalarni olmaydigan boshqa jismning kirib borishiga qarshilik ko'rsatish qobiliyati. U ta'sir etuvchi yuk P ning hosil bo'lgan chuqurchaning S yuzasiga nisbati sifatida aniqlanadi. Qattiqlik H = P/S tishdagi bosimning o'rtacha qiymati. Muzning haroratiga va yukni qo'llash vaqtiga qarab (qisqa vaqt dinamik qattiqlikka, uzoq vaqt statik qattiqlikka to'g'ri keladi), H qiymatlari kattalik tartibidan ko'proq farq qilishi mumkin.

MUZ TEKSTURASI. Havo, mineral va organik birikmalarning fazoviy joylashuvi tufayli muz tuzilishining o'ziga xos xususiyati.

Havo qo'shimchalarini hisobga olgan holda, muz ikkiga bo'linadi monolit(ko'rinadigan qo'shimchalarsiz) va g'ovakli(bir xil, qatlamli va vertikal tolali taqsimotga ega bo'lishi mumkin bo'lgan qo'shimchalar mavjudligi bilan).

Qo'shimchalarning o'lchamiga ko'ra muz ikkiga bo'linadi nozik vezikulyar(qo'shimchalar 0,2 mm dan kam), o'rtacha pufakcha(0,2 dan 0,5 mm gacha bo'lgan qo'shimchalar), qo'pol pufakchali(0,5 dan 1,0 mm gacha bo'lgan qo'shimchalar), katta bo'shliq(1,0 mm dan ortiq qo'shimchalar).

Qo'shimchalarning shakli oval, quvurli, tarvaqaylab ketgan va o'zgaruvchan. Ularning kelib chiqishiga ko'ra, inkluzyonlar bo'linadi birlamchi (avtojen), ikkilamchi (ksenogen) va teksturali (kataklastik).

MUZLARNING ERISH HARORATI. Muzning doimiy tashqi bosim ostida erishi harorati. Erish dengiz muzi kabi ma'lum bir haroratda sodir bo'lmaydi yangi muz, lekin doimiy ravishda, harorat 0 ° C dan past bo'lgan paytdan boshlab, ma'lum bir sho'rlangan dengiz suvining muzlash nuqtasiga qadar.

Muzga issiqlik berilganda haroratning o'zgarishi

1 - 2 - muzni isitish;2 - 3 - muzning erishi:3 - 4- suv isitish;t pl - muzning erish harorati.

Atmosfera bosimida muzning erishi 0,01 ° S haroratda sodir bo'ladi (amaliy hisob-kitoblarda 0 ° C deb hisoblanadi). 1 kg muzning erish nuqtasida suvga aylanishi uchun unga berilishi kerak bo'lgan issiqlik miqdori deyiladi. o'ziga xos termoyadroviy issiqlik L kv. Oddiy sharoitda chuchuk suv muzining solishtirma erish issiqligi suvning kristallanishning solishtirma issiqligi 33,3·10 4 J/kg ga teng.

MUZNING ISILIK O'tkazuvchanligi (Issiqlik o'tkazuvchanlik koeffitsienti). Statsionar bo'lmagan issiqlik jarayonlarida muz haroratining o'zgarish tezligini tavsiflovchi parametr. Muzning termal diffuziyasi

a= l/Cpr),

qaerda Cp - o'ziga xos issiqlik muz doimiy bosim, r - muzning zichligi, l - issiqlik o'tkazuvchanlik koeffitsienti, son jihatdan issiqlik o'tkazuvchanlik koeffitsienti Cp ga mos keladigan issiqlik oqimi natijasida muzning birlik hajmining harorati oshishiga teng. .

Muz II rombedraldir. Uning Ice I ga o'xshash tomonlari borligi ajablanarli emas, chunki u ostidagi boshqa halqa bilan birlashtirilgan olti a'zoli to'lqinli halqalardan iborat. Biroq, qo'shni halqalar to'liq olti burchakli tarmoqni tashkil etmaydi, balki atrofni o'rab turgan uchburchak o'qlar o'rniga. Quyidagi diagrammada Ice I (chapda) va Ice II (o'ngda) halqalari ko'rsatilgan. Vida o'qlari atrofidagi halqalarning balandligi o'ng diagrammada ko'rsatilgan. Halqalar bo'sh ish o'rinlarini qamrab olganligi sababli, Ice II tuzilishi aslida kamroq bo'shliqqa ega va zichroq. Zichligi 1,17 gm/cc.

Yuqoridagi tuzilma tanish bo'lib tuyulsa, shunday bo'lishi kerak. Kislorod atomlari olmosdagi uglerod atomlari bilan bir xil tartibga ega. Muzning bu shakli Ice Ic deb ataladi.

Chapda faqat kislorod ko'rsatilgan Ice Ic ning kub birlik hujayrasi. O-H-O havolalari to'q sariq rangda.

Quyidagi diagrammada kubik birlik hujayraning yaqin o'rash qatlamlari bilan aloqasi ko'rsatilgan.

Muz Ic taxminan -80 C dan past bo'lgan bug'dan hosil bo'ladi va muzning metastabil shakliga o'xshaydi, garchi u Ice Ih bilan deyarli bir xil zichlikka ega. Muz Ih juda past haroratlarda Ice Ic ga o'zgarmaydi, lekin -80 C dan yuqori qizdirilganda Ice Ic tezda muz Ih ga qaytadi. Muz muz juda baland bulutlarda paydo bo'lishi mumkin va olti burchakli muz nuqtai nazaridan osonlik bilan tushuntirib bo'lmaydigan ba'zi halo xususiyatlari Ice Ic bilan bog'liq. .

Muz II tuzilishi ko'rsatilgan. Yashil va ochiq ko'k ranglarda ko'rsatilgan bir oz farq qiluvchi to'lqinlanish darajasiga ega ikkita halqa to'plami mavjud. C o'qi o'lchamlari bo'yicha, bitta to'plam 0, 1/3, 2/3 va bitta balandlikda, ikkinchisi 1/6, 1/2 va 5/6 balandliklarda joylashgan. Ikkala to'plam vertikal ravishda navbatma-navbat joylashgan va uch marta vintli o'qlar atrofida to'plangan. Agar ikkita halqa to'plamini P va Q deb belgilasak, u holda halqalar har bir uch o'q atrofida P-Q-P-Q-P-Q- tarzida bog'lanadi. Ikki turdagi halqalardagi bog'lanishlar qizil va binafsha rangda, o'zaro bog'liqliklar to'q ko'k rangda.

Muz II tetragonaldir. Birlik hujayraning o'lchamlari kubik (bir tomondan 6,83 Angstromunit), lekin simmetriya bo'yicha tetragonal. Zichligi 1,14 gm/cc. Tetraedral O-H-O aloqalari biroz buzilgan. Quyidagi diagrammada kislorod atomlari tomoshabinga yaqinroq bo'lgan kattaroq atomlar bilan ko'k rangda ko'rsatilgan. O-H-O havolalari qizil rangda, qalinroq chiziqlar tomoshabinga yaqinroq. O'q bilan tugaydigan havolalar chuqurroq darajaga, uchlari uchlari yuqoriroq darajaga qaratilgan. Strukturaning bir necha darajalari ko'rsatilgan. Bir xil o'lchamda ko'rsatilgan atomlar, aslida, bir oz boshqacha balandlikda bo'lishi mumkin. Masalan, to'g'ri burchak ostida joylashgan uchta atomdan iborat L shaklidagi to'plamlar diagramma tekisligiga nisbatan bir oz egilgan. Kislorodning egilgan kvadratlari to'rtburchak o'qlarni o'rab oladi.

Chapda Ice Ih tuzilishining yuqori ko'rinishi. Ba'zi atomlardagi qizil nuqtalar keyingi B qatlamiga ishora qiluvchi O-H-O havolalari bilan B qatlamini belgilaydi. Boshqa atomlar A qatlamida bo'lib, keyingi A qatlamiga yo'naltirilgan O-H-O havolalariga ega.

Yuqori bosimli muz polimorflari

Chapda ko'rsatilganidek, muz juda ko'p polimorflarni namoyish etadi. Choyingizdagi muz Ice I.

Ice I Ice II yoki Ice III ga taxminan 2 kb tezlikda aylanadi. Antarktika muz qoplamining tagida (5 km qalinlikda) bosim atigi 0,5 kb ni tashkil qiladi. Shunday qilib, er yuzidagi muz hech qachon zichroq fazaga o'tish uchun etarlicha qalin bo'lmaydi. Biz qobiqdagi yuqori bosimga erishamiz, lekin har qanday muzning erish nuqtalaridan ancha yuqori haroratlarda.

Biroq, muzning zich fazalari tashqi Quyosh tizimidagi yirik sun'iy yo'ldoshlarning ichki qismida deyarli mavjud bo'lib, ular, ehtimol, meteoroidlar ta'sirida zarba metamorfizmi natijasida osongina hosil bo'ladi.

Ice V monoklinik hisoblanadi. Quyidagi diagrammada kislorod atomlari tomoshabinga yaqinroq bo'lgan kattaroq atomlar bilan ko'k rangda ko'rsatilgan. O-H-O havolalari qizil rangda, qalinroq chiziqlar tomoshabinga yaqinroq. O'q bilan tugaydigan havolalar chuqurroq darajaga, uchlari uchlari yuqoriroq darajaga qaratilgan. Strukturaning bir necha darajalari ko'rsatilgan. Bir xil o'lchamda ko'rsatilgan atomlar, aslida, bir oz boshqacha balandlikda bo'lishi mumkin. Birlik katak kulrang rangda ko'rsatilgan (qirralarning bir to'plami gorizontal ravishda ishlaydi va asosan atomlar va bog'lanishlar bilan yashiringan, lekin u erda. Yaqindan qarang).

Muz VI tetragonal bo'lib, a = 6,27 Angstrom birliklari va c = 5,79 - deyarli likubik. Zichligi 1,31 gm/cc. Buni "o'z-o'zini klatrat" ​​deb ta'riflash mumkin. Klatrat - bu suv molekulalari qafasi bilan o'ralgan molekula. Muz VIda beshta suv molekulasidan iborat klasterlar, to'rttadan iborat tetraedral katakdagi markaziy molekula mavjud. Klasterlarning markazlari birorta markazlashtirilgan tetragonal panjaraning burchaklari va markazlarida yotadi va atrofdagi molekulalar markaziy molekuladan 3/8c yuqorida va pastda joylashgan.

Yaqindan o'ralgan tuzilmalar tetraedral aloqalarga juda yaxshi ruxsat bermaydi. Muz VI va Muz VII o'z zichligiga ikkita o'zaro kirib boruvchi, lekin bir-biridan uzilgan panjaralar orqali erishadi. Ushbu diagrammada O-H-O ikkita alohida tarmoqdagi havolalar qizil va binafsha rangda ko'rsatilgan.

kislorod atomlari ko'k rangda kattaroq atomlar bilan tomoshabinga yaqinroq ko'rsatilgan. O-H-O havolalarining ikkita tarmog'i qizil va binafsha rangda bo'lib, qalinroq chiziqlar tomoshabinga yaqinroq bo'ladi. O'q bilan tugaydigan havolalar chuqurroq darajaga, o'tkir uchlari yuqoriroq darajaga ishora qiladi. Strukturaning bir necha darajalari ko'rsatilgan.

Qaysidir ma'noda Ice VIIni tushunish eng oson, chunki u ikkita o'zaro kirib boruvchi Ice Ic panjaralaridan iborat.

Ikkita o'zaro kirib boruvchi panjara to'plami to'q sariq va qizil ranglarda ko'rsatilgan. Birlik xujayrasi tana markazlashtirilgan sakkiz kubikdan iborat.

VII muzning zichligi 1,66 gm/cc ni tashkil qiladi.

Muz VII birligi xujayrasi tanaga yo'naltirilgan kublardan iborat bo'lib, ular juda mahkam o'ralgan. Bir-biriga yaqin joylashgan suv molekulalariga asoslangan muz tuzilishi juda buzilgan aloqalarni talab qiladi va nazariy hisob-kitoblar shuni ko'rsatadiki, IceVII kamida 200 kilobargacha bo'lgan barqaror shakldir. Yerning tortishish kuchida 200 kilobar, fazaviy o'zgarishlarni hisobga olgan holda, taxminan 1500 kilometr muz chuqurligiga to'g'ri keladi.

Juda yuqori bosimlarda biz suv molekulalarining butunlay parchalanishini va ionli bog'lanishga ega bo'lgan yaqin o'ralgan struktura hosil bo'lishini kutishimiz mumkin.