Poate că s-a găsit o stare ascunsă între lichid și solid

Sticla poate arăta ca un solid perfect ordonat, dar de aproape aranjamentul haotic al particulelor sale seamănă mai mult cu haosul turbulent al unui lichid în cădere liberă care se solidifică în timp.

Materialele aflate în această stare, cunoscute sub numele de solide amorfe, sfidează o explicație ușoară. Noi cercetări care implică calcule și simulare oferă indicii. În special, sugerează că undeva între starea lichidă și solidă există un fel de rearanjare despre care nu știam că există.

conform Oamenii de știință Dimitrios Vragidakis, Mohamed Hashem și Kranthi Mandadapo de la Universitatea din California, Berkeley, au descoperit un comportament la limita de temperatură a lichidelor și solidelor suprarăcite, în care particulele statice rămân excitate și „se zvârșesc” pe loc.

Suntem destul de familiarizați cu trei stări de bază ale materiei în viața de zi cu zi: solid, lichid și gaz sau vapori. Fiecare este definit de relațiile dintre moleculele sale și mediul înconjurător.

Când una dintre acestea se transformă în alta – topirea unui solid într-un lichid sau vaporizarea unui lichid într-un gaz, de exemplu – aceasta este cunoscută sub numele de metamorfoză.

Dar materia este ceva mai complexă decât aceste trei stări fundamentale. Atomii pot deveni atât de fierbinți, de exemplu, încât sarcinile lor se volatilizează pentru a forma plasmă. Când sunt răcite, unele clase de particule își pot pierde complet identitatea și se pot contopi într-o neclaritate cuantică.

border frame=”0″ allow=”accelerometru; redare automată; scriere clipboard; media criptată; giroscop; imagine în imagine; partajare web”>allowfullscreen

Solide amorfe Este un amestec ciudat de solide bine aranjate și lichide libere. Acolo unde particulele din solide tind să formeze conexiuni previzibile cu vecinii lor odată ce sunt fixate la temperaturi adecvate scăzute, solidele amorfe au un aranjament neregulat al unui lichid.

READ  Lansarea rachetei SpaceX Falcon 9 CRS-29

Modul în care aceste conexiuni aparent aleatorii s-au transformat din fluxuri vâscoase de molecule curgătoare într-un spectacol static este departe de a fi clar.

Folosind sticla ca exemplu cel mai comun, elementele sale de oxigen și siliciu curg atunci când sunt încălzite. Când sunt răcite lent, aceste particule au timp să se formeze într-o structură cristalină organizată numită cuarț. Dacă sunt răcite rapid, moleculele păstrează cumva un aranjament dezordonat; Acesta este punctul în care devine un solid amorf, iar temperatura la care se întâmplă acest lucru este temperatura de pornire.

Vragidakis, Hasim și Mandadapo au folosit calcule și simulări, împreună cu rezultatele experimentelor anterioare, pentru a determina că această tranziție poate să nu fie foarte subtilă, deoarece este caracterizată de activitatea particulară a particulelor între stările lor lichide normale și stările lor suprarăcite.

„Teoria noastră prezice temperatura de pornire măsurată în sistemele model și explică de ce lichidele foarte reci se comportă în jurul acestei temperaturi similar cu solidele, chiar dacă structura lor este aceeași cu cea a unui lichid”. explică Mandabo.

„Temperatura de pornire pentru dinamica sticlei este similară cu temperatura de topire la care un lichid suprarăcit „se topește” într-un lichid. Acest lucru ar trebui să fie adecvat pentru toate lichidele suprarăcite sau sistemele de sticlă”.

Regiunile galbene arată mai multe molecule în mișcare peste temperatura lor inițială (stânga), care trec la o stare mai solidă, arătată în albastru, când sunt foarte reci (dreapta). Urmăriți Favorite

Deși fluxul total de atomi în lichidul suprarăcit este practic nimic, moleculele își schimbă constant configurațiile în timp ce sunt blocate, ducând la mișcări numite excitații. Cercetătorii tratează aceste excitații într-un lichid 2D suprarăcit ca defecte într-un solid cristalin și calculează ce se întâmplă pe măsură ce temperatura se schimbă.

READ  Galaxia noastră ar putea fi pe jumătate mai grea decât am crezut cândva

Ei au descoperit că perechile de excitații legate devin necorelate la temperatura inițială, ceea ce face ca materialul să își piardă soliditatea și să se comporte ca un lichid normal.

Echipa consideră că modelul lor poate fi extins pentru a înțelege cum funcționează transformarea și în trei dimensiuni, oferind o bază teoretică pentru lucrări experimentale viitoare.

„Întregul efort este de a înțelege la microscop ce separă un lichid suprarăcit de un lichid la temperatură înaltă”. spune Mandabo.

„Este fascinant din punct de vedere al științei de bază să studiem de ce aceste fluide suprarăcite prezintă o dinamică semnificativ diferită față de fluidele normale pe care le cunoaștem.”

Cercetarea a fost publicată în Proceedings of the National Academy of Sciences.

Lasă un răspuns

Adresa ta de email nu va fi publicată. Câmpurile obligatorii sunt marcate cu *