Túlhűtött folyadék

A túlhűtött folyadék  olyan folyadék , amelynek hőmérséklete egy adott nyomáson alacsonyabb , mint a kristályosodási hőmérséklet . Ez a folyadék egyik instabil ( metastabil ) állapota, a túlmelegedett folyadékkal együtt .

Túlhűtött folyadékot kapunk egy normál folyadékból kristályosodási centrumok hiányában történő hűtéssel vagy rendkívül gyors hűtéssel.

Van egy olyan álláspont, hogy a közönséges (szilikát) üveg a túlhűtött, metastabil, amorf anyagállapot példája [1] .

Ha a vizet megtisztítják a szennyeződésektől, akkor –48,3 °C-ra hűthető [2] [3] .

Kísérleti módszerek túlhűtött folyadékok előállítására

Az összes jelenleg létező[ mikor? ] a túlhűtött, metastabil anyagok előállításának módszerei két nagy csoportra oszthatók: az elsőbe a rendkívül gyors hűtési módszerek tartoznak, amelyek lelassítják az új fázis kialakulásához szükséges diffúziós folyamatokat, a második csoportba pedig általában az alapú módszerek. a kristályosodási potenciál centrumok olvadékból való eltávolításáról [4] .

Az első módszercsoport alkalmazásának eredménye rendkívül viszkózus, amorf testek, amelyek mechanikai tulajdonságaikban kristályos testekre emlékeztetnek, de nem rendelkeznek nagy hatótávolságú renddel. A potenciális kristályosodási centrumok számának csökkentésén alapuló módszer lehetővé teszi olyan metastabil folyadékok előállítását, amelyek jóval az egyensúlyi olvadáspont alatt folyékony állapotban léteznek .

A termodinamikai megfontolások alapján a szilárd szennyeződések (oxidok, szubsztrátum, tégely anyaga vagy tűzálló szennyeződések) jelenléte jelentősen csökkenti a kristályos fázis kritikus magjának képződési munkáját, ami a teljes minta gyors kristályosodását okozza. Ezért a kapott túlhűtési értékeket hosszú ideig több fokra becsülték.

A túlhűtési folyamat korai tanulmányozásában elért jelentős előrelépés David Turnbull nevéhez fűződik , aki a mikrotérfogat módszer alkalmazását javasolta a folyadékfázisú kristályosodás során bekövetkező túlhűtés vizsgálatára. Turnbull azt javasolta, hogy a maximálisan megtisztított olvadékot a lehető legtöbb egyedi részecskére bontsa fel. Mivel a kezdeti olvadékban a szennyeződések száma véges, várható, hogy ezen részecskék között lehetnek olyanok is, amelyek egyáltalán nem tartalmaznak szennyeződéseket.

Turnbull elképzeléseit továbbfejlesztették a kondenzáció mechanizmusának megváltoztatásának módszerében [4] , amely egyesíti az anyag sok részecske felosztásának ötletét a minták kinyerésére szolgáló vákuum módszerekkel. Ez a módszer azon a feltételezésen alapul, hogy a folyadékfázis maximális túlhűtésének hőmérséklete megfelel a kondenzációs mechanizmus gőz-folyadékból gőz-kristályossá válásának hőmérsékletének. Ezzel a technikával gigantikus túlhűtéseket kaptunk, amelyek egyes esetekben megközelítették a termodinamikai megfontolások alapján előre jelzett olvadási hőmérséklet 0,4-ét.

E vizsgálatok eredményeként kiderült, hogy az adott anyagnál elérhető túlhűtés határhőmérsékletét az határozza meg, hogy milyen anyaggal érintkezik. Így a legnagyobb túlhűlést akkor értük el, amikor az olvadék a vele szemben közömbös szénnel, a legkisebb pedig akkor, amikor az olvadék kristályos fémmel érintkezett.

A mérethatást [5] -ben tanulmányozták . Ennek eredményeként kiderült, hogy a folyadékfázis méretének szabályozásával jelentősen megváltoztatható a túlhűtés mértéke. Így a rézzel érintkező masszív bizmut részecskék esetében a túlhűtés körülbelül 60 K. Ugyanakkor ennek az anyagnak a nanoméretű zárványainál a szerzők által rögzített túlhűtés körülbelül 120 K volt.

Lásd még

• túlhevített folyadék
• Koncentrációs túlhűtés

Jegyzetek

1. ↑ Vlagyimir Zsdanov. FOLYADÉK . Enciklopédia a világ körül . www.krugosvet.ru Letöltve: 2019. december 13. Az eredetiből archiválva : 2019. december 13. (Orosz)
2. ↑ Moore, Emily; Valerie Molinero. szerkezeti átalakulás a túlhűtött vízben szabályozza a jég kristályosodási sebességét  //  Nature : Journal. - 2011. - november ( 479. köt. ). - P. 506-508 . - doi : 10.1038/nature10586 . — . - arXiv : 1107.1622 .
3. ↑ Debenedetti, Stanley, 2003 , p. 42.
4. ↑ 1 2 NT Gladkikh, SV Dukarov, AP Krystal, VI Larin, VN Sukhov, SI Bogatyrenko. Felületi jelenségek és fázistranszformációk sűrített filmekben , szerk. prof. N. T. Gladkikh .. - Harkov: V. N. Karazinról elnevezett KhNU, 2004. - 276 p. — ISBN 966-623-243-X . (Orosz)
5. ↑ S. I. Petrusenko, S. V. Dukarov, V. N. Szuhov. Folyékony fázis képződése és hőstabilitása réteges filmrendszerekben  // Vákuum. — 2015-12-01. - T. 122, A rész . - S. 208-214 . - doi : 10.1016/j.vacuum.2015.09.030 .

Irodalom

• PG Debenedetti, H.E. Stanley. Túlhűtött és üveges víz  //  Fizika ma. - 2003. - 20. évf. 56. sz. 6 . - P. 40-46. - doi : 10.1063/1.1595053 .
• Nicolas Giovambattista, C. Austen Angell, Francesco Sciortino, H. Eugene Stanley. Glass-Transition Temperature ofWater: szimulációs tanulmány  //  Physical Review Letters. - 2004. - 20. évf. 93. sz. 4 . - P. 047801. - doi : 10.1103/PhysRevLett.93.047801 . — PMID 15323794 .
• Mansel A. Rogerson, Silvana SS Cardoso. Megszilárdulás hőcsomagokban: III. Fémes trigger  (angol)  // AIChE Journal. - 2004. április 16. - 2004. évf. 49, sz. 2 . - P. 522-529. - doi : 10.1002/aic.690490222 . — PMID 15323794 .
• Ragnheid Skogseth, Frank Nilsen, Lars H. Smedsrud. Túlhűtött víz egy sarkvidéki polinyán: megfigyelések és modellezés  //  Journal of Glaciology. - 2009. - 1. évf. 55, sz. 189 . — P. 43–52.

Linkek

• A túlhűtött vízzel végzett kísérlet  valószínűleg egy túltelített nátrium-acetát-oldat kristályosítása.
• A tiszta víz gyors fagyasztása
• Desztillált víz azonnali lefagyasztása

Szótárak és enciklopédiák	nagy kínai Britannica (online) Universalis
Bibliográfiai katalógusokban	NDL : 00565039