15:09 2023-02-06
science - citeste alte articole pe aceeasi tema
Comentarii Adauga Comentariu
_ Căutarea unei explicații pentru comportamentul remarcabil al gheții de pe Pământ
_ Căutarea unei explicații pentru comportamentul remarcabil al gheții pe Pământ
Dacă înlocuiți atomii de hidrogen standard din gheață cu o variantă mai grea, se întâmplă ceva ciudat. Volumul ocupat de molecule crește cu 0,1%. Chimistul din Leiden Jörg Meyer și colegii săi au creat un model teoretic care descrie acest comportament. Cercetările lor au apărut pe coperta Journal of Physical Chemistry Letters.
Volumul ocupat de un anumit tip de moleculă se modifică atunci când înlocuiți atomii prezenți cu o variantă mai grea. Acest efect se numește efect de izotop de volum, prescurtat VIE. Variantele unui element chimic cu greutăți diferite se numesc izotopi. De exemplu, aveți hidrogen „regulat” și „deuteriu”, un atom de hidrogen care este mai greu datorită adăugării unui neutron în nucleul său.
Majoritatea materialelor au un VIE normal, unde volumul unui cantitatea dată de molecule scade atunci când înlocuiți izotopii ușori cu alții mai grei. „În cea mai comună formă de gheață de pe Pământ, volumul crește de fapt”, spune Meyer. "Acest lucru este contraintuitiv. Mai simplu spus, izotopii mai grei constrâng de fapt vibrațiile moleculelor dintr-un material. Drept urmare, moleculele au nevoie de mai puțin spațiu pentru a se mișca, iar volumul scade. Dar în gheață, destul de ciudat, volumul pare să crească dacă înlocuiți hidrogenul cu deuteriu: izotopul mai greu.”
Cercetătorii s-au concentrat pe gheața Ih: cea mai comună formă de apă înghețată de pe Pământ. H indică structura cristalină, care este hexagonală.
Gheața nu este singurul material cu un VIE anormal. Îl vezi și în semiconductori, de exemplu. Găsind o descriere teoretică a acestui comportament contraintuitiv, cercetătorii speră să afle mai multe despre proprietățile acestor materiale și despre legăturile chimice care le țin împreună.
Pentru a descrie teoretic efectul de volum, cercetătorii folosesc un -numita formula potential de interactiune. Formula aproximează ceea ce se întâmplă la nivel de moleculă, deoarece este imposibil să descriem cu precizie toate interacțiunile mecanice cuantice care au loc. „Aproape toate potențialele de interacțiune au prezis că volumul de gheață devine mai mic atunci când înlocuiți atomii de hidrogen cu atomi de deuteriu”, spune Meyer. „Doar cel de la un grup de cercetare din SUA a dat un volum mai mare, așa cum vedem în realitate.”
Cercetătorii au analizat în detaliu potențialul de interacțiune american. Analiza a arătat că efectul de izotop de volum anormal al gheții are de-a face cu diferitele moduri în care moleculele pot vibra într-o structură cristalină. Într-o moleculă de apă, de exemplu, atomii de hidrogen pot sări înainte și înapoi în direcția atomului de oxigen sau întreaga moleculă se îndoaie înainte și înapoi.
În gheață, acest lucru are ca rezultat două moduri de vibrație: În gheață, există așadar două posibilități: în așa-numitul mod de întindere-vibrație, moleculele de apă prezintă un fel de vibrație internă. Pentru aceasta, nu au nevoie de atât de mult spațiu și pot fi apropiate unul de altul. În celălalt mod, așa-numitul mod vibrațional, moleculele necesită mai mult spațiu. „Acest lucru este asemănător cu cineva care obligă trecătorii să facă spațiu fluturând coatele”, spune Meyer.
Dacă înlocuiți atomii de hidrogen din gheață cu atomi de deuteriu, se dovedește că influența modului vibrațional crește la cheltuiala influenței modului de întindere. Acest lucru face ca moleculele să se depărteze mai mult unele de altele, ocupând mai mult spațiu și crescând volumul. Meyer spune: „Aceasta este o analogie simplă a efectului mecanic cuantic complex care are loc în realitate.”
„Unul dintre lucrurile surprinzătoare despre potențialul de interacțiune este că interacțiunile cu trei corpuri, implicând mai mult de două molecule. , se dovedesc a juca un rol important pentru efectul de volum, în timp ce în cazul legăturii între molecule nu joacă deloc un rol. Gheața continuă să ne uimească."
Comentarii:
Adauga Comentariu