Artikel ini menjelaskan apa itu kristalisasi dan pencairan. Dengan menggunakan contoh berbagai keadaan agregasi air, dijelaskan berapa banyak panas yang diperlukan untuk pembekuan dan pencairan dan mengapa nilai-nilai ini berbeda. Perbedaan antara kristal poli dan kristal tunggal ditampilkan, serta kerumitan pembuatan yang terakhir.
Transisi ke keadaan agregat lain
Orang biasa jarang memikirkannya, tetapi kehidupan pada tingkat yang ada sekarang tidak mungkin tanpa sains. Pilih satu? Pertanyaannya tidak mudah, karena banyak proses terjadi di persimpangan beberapa disiplin ilmu. Fenomena yang sulit untuk mendefinisikan bidang ilmu secara tepat adalah kristalisasi dan pencairan. Tampaknya, yah, apa yang begitu rumit di sini: ada air - ada es, ada bola logam - ada genangan logam cair. Namun, tidak ada mekanisme pasti untuk transisi dari satu keadaan agregasi ke keadaan agregasi lainnya. Fisikawan semakin jauh ke dalam hutan, tetapi masih belum mungkin untuk memprediksi dengan tepat pada titik mana pelelehan dan kristalisasi tubuh akan dimulai.ternyata.
Apa yang kita ketahui
Sesuatu yang masih diketahui manusia. Temperatur leleh dan kristalisasi cukup mudah ditentukan secara empiris. Tetapi bahkan di sini semuanya tidak sesederhana itu. Semua orang tahu bahwa air meleleh dan membeku pada suhu nol derajat Celcius. Namun, air biasanya bukan hanya beberapa konstruksi teoretis, tetapi volume tertentu. Jangan lupa bahwa proses peleburan dan kristalisasi tidak instan. Es batu mulai mencair sedikit sebelum mencapai tepat nol derajat, air dalam gelas ditutupi dengan kristal es pertama pada suhu yang sedikit di atas tanda ini pada skala.
Emisi dan penyerapan panas selama transisi ke keadaan agregasi lain
Kristalisasi dan pelelehan padatan disertai dengan efek termal tertentu. Dalam keadaan cair, molekul (atau kadang-kadang atom) tidak terikat sangat erat. Karena itu, mereka memiliki sifat "fluiditas". Ketika tubuh mulai kehilangan panas, atom dan molekul mulai bergabung menjadi struktur yang paling nyaman bagi mereka. Ini adalah bagaimana kristalisasi terjadi. Seringkali tergantung pada kondisi eksternal apakah grafit, berlian atau fullerene akan diperoleh dari karbon yang sama. Jadi tidak hanya suhu, tetapi juga tekanan mempengaruhi bagaimana kristalisasi dan peleburan akan berlangsung. Namun, untuk memutuskan ikatan struktur kristal yang kaku, dibutuhkan sedikit lebih banyak energi, dan karenanya jumlah panas, daripada membuatnya. Dengan demikian,zat akan membeku lebih cepat daripada meleleh, di bawah kondisi proses yang sama. Fenomena ini disebut panas laten dan mencerminkan perbedaan yang dijelaskan di atas. Ingat bahwa panas laten tidak ada hubungannya dengan panas seperti itu dan mencerminkan jumlah panas yang diperlukan untuk terjadinya kristalisasi dan peleburan.
Perubahan volume saat transisi ke status agregasi lain
Seperti yang telah disebutkan, kuantitas dan kualitas ikatan dalam keadaan cair dan padat berbeda. Keadaan cair membutuhkan lebih banyak energi, maka atom bergerak lebih cepat, terus-menerus melompat dari satu tempat ke tempat lain dan menciptakan ikatan sementara. Karena amplitudo osilasi partikel lebih besar, cairan juga menempati volume yang lebih besar. Sedangkan dalam benda padat, ikatannya kaku, setiap atom berosilasi di sekitar satu posisi kesetimbangan, ia tidak dapat meninggalkan posisinya. Struktur ini memakan lebih sedikit ruang. Jadi pelelehan dan kristalisasi zat disertai dengan perubahan volume.
Fitur kristalisasi dan pencairan air
Cairan yang begitu umum dan penting bagi planet kita seperti air, mungkin bukan kebetulan bahwa ia memainkan peran besar dalam kehidupan hampir semua makhluk hidup. Perbedaan antara jumlah panas yang diperlukan untuk terjadinya kristalisasi dan peleburan, serta perubahan volume ketika mengubah keadaan agregasi, telah dijelaskan di atas. Beberapa pengecualian untuk kedua aturan tersebut adalah air. Hidrogen dari molekul yang berbeda, bahkan dalam keadaan cair, bergabung untuk waktu yang singkat, membentuk yang lemah, tetapi tetap tidakikatan hidrogen nol. Ini menjelaskan kapasitas panas yang sangat tinggi dari cairan universal ini. Perlu dicatat bahwa ikatan ini tidak mengganggu aliran air. Tapi peran mereka selama pembekuan (dengan kata lain, kristalisasi) tetap tidak jelas sampai akhir. Namun, harus diakui bahwa es dengan massa yang sama menempati volume lebih banyak daripada air cair. Fakta ini menyebabkan banyak kerusakan pada utilitas publik dan menyebabkan banyak masalah bagi orang yang melayani mereka.
Pesan seperti itu muncul di berita lebih dari sekali atau dua kali. Di musim dingin, kecelakaan terjadi di rumah ketel di beberapa pemukiman terpencil. Karena badai salju, es, atau salju yang parah, kami tidak punya waktu untuk mengirimkan bahan bakar. Air yang disuplai ke radiator dan keran berhenti memanas. Jika tidak dikeringkan tepat waktu, meninggalkan sistem setidaknya sebagian kosong, dan lebih disukai benar-benar kering, ia mulai memperoleh suhu sekitar. Paling sering, sayangnya, saat ini ada salju yang parah. Dan es memecahkan pipa, meninggalkan orang-orang tanpa kesempatan untuk kehidupan yang nyaman dalam beberapa bulan mendatang. Kemudian, tentu saja, kecelakaan itu dihilangkan, pegawai Kementerian Situasi Darurat yang gagah berani, menerobos badai salju, melemparkan beberapa ton batu bara yang didambakan ke sana dengan helikopter, dan tukang ledeng yang malang mengganti pipa sepanjang waktu dalam cuaca yang sangat dingin.
Salju dan kepingan salju
Ketika kita memikirkan es, kita paling sering memikirkan kubus dingin dalam segelas jus atau hamparan luas Antartika yang beku. Salju dianggap oleh orang-orang sebagai fenomena khusus, yang tampaknyatidak berhubungan dengan air. Namun sebenarnya itu adalah es yang sama, hanya membeku dalam urutan tertentu yang menentukan bentuknya. Mereka mengatakan bahwa tidak ada dua kepingan salju yang identik di seluruh dunia. Seorang ilmuwan dari AS turun ke bisnis dengan serius dan menentukan kondisi untuk mendapatkan keindahan heksagonal dari bentuk yang diinginkan. Laboratoriumnya bahkan dapat memberikan badai salju kepingan salju dari kulit yang disponsori pelanggan. Ngomong-ngomong, hujan es, seperti salju, adalah hasil dari proses kristalisasi yang sangat aneh - dari uap, bukan dari air. Transformasi kebalikan dari benda padat segera menjadi agregat gas disebut sublimasi.
Kristal dan polikristal tunggal
Semua orang melihat pola es pada kaca di bus di musim dingin. Mereka terbentuk karena di dalam transportasi suhu di atas nol Celcius. Dan selain itu, banyak orang, yang menghembuskan udara dari uap ringan, memberikan peningkatan kelembaban. Tetapi kaca (paling sering tunggal tipis) memiliki suhu sekitar, yaitu negatif. Uap air, menyentuh permukaannya, sangat cepat kehilangan panas dan berubah menjadi padat. Satu kristal menempel satu sama lain, setiap bentuk berurutan sedikit berbeda dari yang sebelumnya, dan pola asimetris yang indah tumbuh dengan cepat. Ini adalah contoh polikristal. "Poly" berasal dari bahasa Latin "banyak". Dalam hal ini, sejumlah bagian mikro digabungkan menjadi satu kesatuan. Produk logam apa pun juga paling sering berupa polikristal. Tetapi bentuk sempurna dari prisma alami kuarsa adalah kristal tunggal. Dalam strukturnya, tidak ada yang akan menemukan kekurangan dan celah, sedangkan dalam volume polikristalin arahbagian disusun secara acak dan tidak sesuai satu sama lain.
Smartphone dan teropong
Tetapi dalam teknologi modern, kristal tunggal yang benar-benar murni sering kali dibutuhkan. Sebagai contoh, hampir semua smartphone mengandung elemen memori silikon di dalam perutnya. Tidak ada satu atom pun di seluruh volume ini yang harus dipindahkan dari lokasi idealnya. Setiap orang harus mengambil tempat mereka. Jika tidak, alih-alih foto, Anda akan mendapatkan suara pada output, dan, kemungkinan besar, suara yang tidak menyenangkan.
Dalam teropong, perangkat night vision juga membutuhkan monokristal yang cukup banyak yang mengubah radiasi infra merah menjadi terlihat. Ada beberapa cara untuk menumbuhkannya, tetapi masing-masing membutuhkan perawatan khusus dan perhitungan yang diverifikasi. Bagaimana kristal tunggal diperoleh, para ilmuwan memahami dari diagram fase keadaan, yaitu, mereka melihat grafik peleburan dan kristalisasi suatu zat. Menggambar gambar seperti itu sulit, itulah sebabnya para ilmuwan material sangat menghargai ilmuwan yang memutuskan untuk menemukan semua detail dari grafik semacam itu.
