यह लेख बताता है कि क्रिस्टलीकरण और पिघलने क्या हैं। जल के एकत्रीकरण की विभिन्न अवस्थाओं का उदाहरण देते हुए यह समझाया गया है कि जमने और गलने के लिए कितनी ऊष्मा की आवश्यकता होती है और ये मान भिन्न क्यों होते हैं। पॉली- और सिंगल-क्रिस्टल के बीच का अंतर दिखाया गया है, साथ ही बाद के निर्माण की जटिलता को भी दिखाया गया है।
एक और समग्र राज्य में संक्रमण
एक सामान्य व्यक्ति इसके बारे में शायद ही कभी सोचता है, लेकिन जिस स्तर पर यह मौजूद है उस स्तर पर जीवन विज्ञान के बिना असंभव होगा। कौन-सा? सवाल आसान नहीं है, क्योंकि कई प्रक्रियाएं कई विषयों के चौराहे पर होती हैं। वे घटनाएँ जिनके लिए विज्ञान के क्षेत्र को ठीक-ठीक परिभाषित करना कठिन है, वे हैं क्रिस्टलीकरण और गलनांक। ऐसा लगता है, ठीक है, यहाँ क्या इतना जटिल है: वहाँ पानी था - वहाँ बर्फ थी, एक धातु की गेंद थी - वहाँ तरल धातु का एक पोखर था। हालाँकि, एकत्रीकरण की एक अवस्था से दूसरी अवस्था में संक्रमण के लिए कोई सटीक तंत्र नहीं हैं। भौतिक विज्ञानी जंगल में गहरे और गहरे होते जा रहे हैं, लेकिन अभी भी यह अनुमान लगाना संभव नहीं है कि पिंडों का पिघलना और क्रिस्टलीकरण किस बिंदु पर शुरू होगा।निकला।
जो हम जानते हैं
कुछ तो इंसानियत अब भी जानती है। पिघलने और क्रिस्टलीकरण तापमान काफी आसानी से अनुभवजन्य रूप से निर्धारित होते हैं। लेकिन यहां भी सब कुछ इतना आसान नहीं है। सभी जानते हैं कि पानी शून्य डिग्री सेल्सियस पर पिघलता है और जम जाता है। हालांकि, पानी आमतौर पर केवल कुछ सैद्धांतिक निर्माण नहीं है, बल्कि एक विशिष्ट मात्रा है। यह मत भूलो कि पिघलने और क्रिस्टलीकरण की प्रक्रिया तात्कालिक नहीं है। आइस क्यूब बिल्कुल शून्य डिग्री तक पहुंचने से थोड़ा पहले पिघलना शुरू हो जाता है, गिलास में पानी पहले बर्फ के क्रिस्टल से एक तापमान पर ढक जाता है जो पैमाने पर इस निशान से थोड़ा ऊपर होता है।
एकत्रीकरण की दूसरी अवस्था में संक्रमण के दौरान ऊष्मा का उत्सर्जन और अवशोषण
ठोसों का क्रिस्टलीकरण और गलनांक कुछ ऊष्मीय प्रभावों के साथ होता है। तरल अवस्था में, अणु (या कभी-कभी परमाणु) एक साथ बहुत कसकर बंधे नहीं होते हैं। इस कारण उनमें "तरलता" का गुण होता है। जब शरीर गर्मी खोना शुरू कर देता है, तो परमाणु और अणु उस संरचना में संयोजित होने लगते हैं जो उनके लिए सबसे सुविधाजनक है। इस प्रकार क्रिस्टलीकरण होता है। अक्सर यह बाहरी परिस्थितियों पर निर्भर करता है कि ग्रेफाइट, हीरा या फुलरीन एक ही कार्बन से प्राप्त होगा या नहीं। तो न केवल तापमान, बल्कि दबाव भी प्रभावित करता है कि क्रिस्टलीकरण और पिघलने कैसे आगे बढ़ेगा। हालांकि, एक कठोर क्रिस्टलीय संरचना के बंधनों को तोड़ने के लिए, उन्हें बनाने की तुलना में थोड़ी अधिक ऊर्जा, और इसलिए गर्मी की मात्रा लगती है। इस प्रकार,पदार्थ समान प्रक्रिया स्थितियों के तहत, पिघलने की तुलना में तेजी से जम जाएगा। इस घटना को गुप्त गर्मी कहा जाता है और ऊपर वर्णित अंतर को दर्शाता है। याद रखें कि गुप्त ऊष्मा का ऊष्मा से कोई लेना-देना नहीं है और यह क्रिस्टलीकरण और पिघलने के लिए आवश्यक ऊष्मा की मात्रा को दर्शाता है।
एकत्रीकरण के दूसरे राज्य में संक्रमण पर मात्रा में परिवर्तन
जैसा कि पहले ही उल्लेख किया गया है, तरल और ठोस अवस्था में बांड की मात्रा और गुणवत्ता अलग-अलग होती है। तरल अवस्था में अधिक ऊर्जा की आवश्यकता होती है, इसलिए परमाणु तेजी से आगे बढ़ते हैं, लगातार एक स्थान से दूसरे स्थान पर कूदते हैं और अस्थायी बंधन बनाते हैं। चूंकि कण दोलनों का आयाम अधिक होता है, तरल भी अधिक मात्रा में होता है। जबकि एक ठोस शरीर में बंधन कठोर होते हैं, प्रत्येक परमाणु एक संतुलन स्थिति के आसपास दोलन करता है, यह अपनी स्थिति को छोड़ने में असमर्थ होता है। यह संरचना कम जगह लेती है। तो पदार्थों के पिघलने और क्रिस्टलीकरण के साथ आयतन में परिवर्तन होता है।
पानी के क्रिस्टलीकरण और पिघलने की विशेषताएं
हमारे ग्रह के लिए पानी के रूप में इतना सामान्य और महत्वपूर्ण तरल, शायद यह कोई संयोग नहीं है कि यह लगभग सभी जीवित प्राणियों के जीवन में एक बड़ी भूमिका निभाता है। क्रिस्टलीकरण और पिघलने के लिए आवश्यक गर्मी की मात्रा के साथ-साथ एकत्रीकरण की स्थिति को बदलते समय मात्रा में परिवर्तन के बीच का अंतर ऊपर वर्णित किया गया है। दोनों नियमों का कुछ अपवाद पानी है। विभिन्न अणुओं का हाइड्रोजन, तरल अवस्था में भी, थोड़े समय के लिए मिलकर एक कमजोर बनता है, लेकिन फिर भी नहींशून्य हाइड्रोजन बंधन। यह इस सार्वभौमिक द्रव की अविश्वसनीय रूप से उच्च ताप क्षमता की व्याख्या करता है। यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि ये बंधन पानी के प्रवाह में हस्तक्षेप नहीं करते हैं। लेकिन ठंड के दौरान उनकी भूमिका (दूसरे शब्दों में, क्रिस्टलीकरण) अंत तक अस्पष्ट बनी हुई है। हालांकि, यह माना जाना चाहिए कि समान द्रव्यमान की बर्फ तरल पानी की तुलना में अधिक मात्रा में होती है। यह तथ्य सार्वजनिक उपयोगिताओं को बहुत नुकसान पहुंचाता है और उनकी सेवा करने वाले लोगों के लिए बहुत सारी समस्याएं पैदा करता है।
ऐसे मैसेज एक या दो बार से ज्यादा खबरों में आते हैं। सर्दियों में किसी दूरस्थ बस्ती के बॉयलर हाउस में हादसा हो गया। बर्फ़ीले तूफ़ान, बर्फ़ या भयंकर ठंढ के कारण, हमारे पास ईंधन देने का समय नहीं था। रेडिएटर्स और नलों को आपूर्ति किया गया पानी गर्म होना बंद हो गया। यदि इसे समय पर नहीं निकाला जाता है, तो सिस्टम को कम से कम आंशिक रूप से खाली छोड़कर, और अधिमानतः पूरी तरह से सूखा, यह परिवेश के तापमान को प्राप्त करना शुरू कर देता है। सबसे अधिक बार, दुर्भाग्य से, इस समय गंभीर ठंढ होते हैं। और बर्फ पाइपों को तोड़ देती है, जिससे आने वाले महीनों में लोगों को आरामदेह जीवन जीने का मौका नहीं मिलता। फिर, निश्चित रूप से, दुर्घटना समाप्त हो जाती है, आपातकालीन स्थिति मंत्रालय के बहादुर कर्मचारी, बर्फ़ीला तूफ़ान को तोड़ते हुए, हेलीकॉप्टर द्वारा कई टन प्रतिष्ठित कोयले को वहाँ फेंकते हैं, और दुर्भाग्यपूर्ण प्लंबर चौबीसों घंटे कड़ाके की ठंड में पाइप बदलते हैं।
बर्फ और बर्फ के टुकड़े
जब हम बर्फ के बारे में सोचते हैं, तो हम अक्सर एक गिलास जूस या जमे हुए अंटार्कटिका के विशाल विस्तार में ठंडे क्यूब्स के बारे में सोचते हैं। लोगों द्वारा हिमपात को एक विशेष घटना के रूप में माना जाता है, जो ऐसा प्रतीत होता हैपानी से संबंधित नहीं। लेकिन वास्तव में यह वही बर्फ है, केवल एक निश्चित क्रम में जमी हुई है जो आकार निर्धारित करती है। वे कहते हैं कि पूरी दुनिया में दो समान हिमपात नहीं हैं। संयुक्त राज्य अमेरिका के एक वैज्ञानिक ने गंभीरता से व्यापार किया और वांछित आकार के इन हेक्सागोनल सुंदरियों को प्राप्त करने के लिए शर्तों को निर्धारित किया। उनकी प्रयोगशाला ग्राहक-प्रायोजित त्वचा की बर्फ़ीला तूफ़ान भी प्रदान कर सकती है। वैसे, ओले, बर्फ की तरह, क्रिस्टलीकरण की एक बहुत ही जिज्ञासु प्रक्रिया का परिणाम है - भाप से, पानी से नहीं। एक ठोस पिंड का तुरंत एक गैसीय समुच्चय में उल्टा परिवर्तन ऊर्ध्वपातन कहलाता है।
एकल क्रिस्टल और पॉलीक्रिस्टल
सर्दियों में बस के शीशे पर सभी ने बर्फ के पैटर्न देखे। वे इसलिए बनते हैं क्योंकि परिवहन के अंदर तापमान शून्य सेल्सियस से ऊपर होता है। और इसके अलावा, बहुत से लोग, प्रकाश वाष्प से हवा के साथ, बढ़ी हुई आर्द्रता प्रदान करते हैं। लेकिन कांच (अक्सर पतला एकल) में परिवेश का तापमान होता है, जो कि नकारात्मक होता है। जल वाष्प, इसकी सतह को छूते हुए, बहुत जल्दी गर्मी खो देता है और एक ठोस अवस्था में बदल जाता है। एक क्रिस्टल दूसरे से चिपक जाता है, प्रत्येक क्रमिक आकार पिछले एक से थोड़ा अलग होता है, और सुंदर असममित पैटर्न तेजी से बढ़ते हैं। यह पॉलीक्रिस्टल का एक उदाहरण है। "पॉली" लैटिन "कई" से आया है। इस मामले में, कई माइक्रोपार्ट्स को एक पूरे में जोड़ा जाता है। कोई भी धातु उत्पाद भी अक्सर पॉलीक्रिस्टल होता है। लेकिन क्वार्ट्ज के प्राकृतिक प्रिज्म का सही रूप एक क्रिस्टल है। इसकी संरचना में, कोई भी दोष और अंतराल नहीं पाएगा, जबकि दिशा के पॉलीक्रिस्टलाइन संस्करणों मेंभागों को बेतरतीब ढंग से व्यवस्थित किया गया है और एक दूसरे से सहमत नहीं हैं।
स्मार्टफोन और दूरबीन
लेकिन आधुनिक तकनीक में, बिल्कुल शुद्ध सिंगल क्रिस्टल की अक्सर आवश्यकता होती है। उदाहरण के लिए, लगभग किसी भी स्मार्टफोन की आंत में एक सिलिकॉन मेमोरी तत्व होता है। इस पूरे आयतन में एक भी परमाणु अपने आदर्श स्थान से नहीं हिलना चाहिए। सभी को उनकी जगह लेनी चाहिए। अन्यथा, एक तस्वीर के बजाय, आपको आउटपुट पर ध्वनियाँ मिलेंगी, और, सबसे अधिक संभावना है, अप्रिय।
दूरबीन में, रात्रि दृष्टि उपकरणों को भी पर्याप्त मात्रा में विशाल मोनोक्रिस्टल की आवश्यकता होती है जो अवरक्त विकिरण को दृश्य में परिवर्तित करते हैं। उन्हें विकसित करने के कई तरीके हैं, लेकिन प्रत्येक को विशेष देखभाल और सत्यापित गणना की आवश्यकता होती है। एकल क्रिस्टल कैसे प्राप्त होते हैं, वैज्ञानिक अवस्था के चरण आरेखों से समझते हैं, अर्थात वे किसी पदार्थ के पिघलने और क्रिस्टलीकरण के ग्राफ को देखते हैं। ऐसा चित्र बनाना कठिन है, यही कारण है कि सामग्री वैज्ञानिक विशेष रूप से उन वैज्ञानिकों की सराहना करते हैं जो इस तरह के ग्राफ के सभी विवरणों का पता लगाने का निर्णय लेते हैं।
