รวดเร็วและน้ำช้า - อธิบายถึงการเปลี่ยนแปลงที่เปราะบางต่อการเปลี่ยนแปลง

Anonim

ทีมวิจัยชาวญี่ปุ่นที่นำโดย The University of Tokyo ได้ตรวจสอบการเปลี่ยนแปลงของน้ำที่มีความเปราะบางและแข็งแรง ซึ่งแตกต่างจากของเหลวส่วนใหญ่เมื่อน้ำถูกระบายความร้อนอัตราการเพิ่มขึ้นของความหนืดของมันถึงสูงสุดที่อุณหภูมิต่ำบางอย่าง ทีมแสดงให้เห็นว่าการสร้างแบบจำลองของน้ำเป็นส่วนผสมที่ขึ้นกับอุณหภูมิของทั้งสองรัฐทำให้เรียงลำดับน้ำอย่างรวดเร็วและน้ำที่สั่งให้ทำในปริมาณน้อยกล่าวถึงการเปลี่ยนแปลงที่บอบบางและหลีกเลี่ยงการคาดการณ์ผิดพลาดของทฤษฎีก่อนหน้านี้ขึ้นอยู่กับพฤติกรรมที่เป็นแก้ว

น้ำแปลกในหลาย ๆ บางส่วนของความผิดปกติทางเคมีของพวกเขามีความคุ้นเคยเช่นการขยายตัวเมื่อน้ำแข็งแข็ง ความอยากรู้ที่ไม่ค่อยมีคนรู้จักซึ่งใช้ร่วมกับของเหลวอื่น ๆ เพียงไม่กี่ชนิดก็คือการเปลี่ยนแปลงที่เปราะบางต่อการเปลี่ยนแปลง อธิบายถึงพฤติกรรมนี้ซึ่งเกี่ยวข้องกับการไหลของน้ำเย็นเป็นที่มาของการถกเถียงกันมานานแล้ว ตอนนี้คำอธิบายที่น่าเชื่อถือได้ถูกนำมาใช้โดยนักวิจัยในโตเกียว

เมื่อของเหลวเย็นการเปลี่ยนแปลงของพวกเขาช้าลงและมีความหนืด สำหรับของเหลวส่วนใหญ่อัตราการชะลอตัวจะคงที่เนื่องจากอุณหภูมิและสิ่งเหล่านี้เรียกว่าของเหลวที่แรง สำหรับของเหลวที่บอบบางอย่างไรก็ตามอัตราการเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่องเมื่ออุณหภูมิลดลง น้ำมีความผิดปกติในเรื่องนี้ - มันเปราะบางที่อุณหภูมิห้อง แต่แข็งแรงที่อุณหภูมิต่ำซึ่งมีอัตราการเพิ่มความหนืดสูงขึ้น

การเปลี่ยนแปลงที่เปราะบางต่อการเปลี่ยนผ่านนี้เกิดขึ้นได้ยากเกิดขึ้นเฉพาะในระบบการปกครองที่เย็นจัดซึ่งอยู่ต่ำกว่าจุดเยือกแข็งตามปกติของน้ำ รุ่นก่อนพยายามที่จะเชื่อมโยงไปยังการเปลี่ยนแปลงของแก้วเป็นน้ำ Supercooled เป็นที่รู้จักกันเป็นแก้วอดีต อย่างไรก็ตามทีมที่นำโดยสถาบันวิทยาศาสตร์อุตสาหกรรมแห่งมหาวิทยาลัยโตเกียว (Tokyo Institute of Science) ได้เสนอทฤษฎีสองรัฐในการสร้างแบบจำลองของน้ำเป็นส่วนผสมของของเหลวที่มีอยู่ร่วมกันสองชนิด

ในทางคณิตศาสตร์ความแตกต่างที่แข็งแกร่งและอ่อนแอขึ้นอยู่กับกฎหมาย Arrhenius สำหรับกระบวนการแบบไดนามิก - ของเหลวที่แข็งแรงปฏิบัติตามกฎหมายนี้ แต่สำหรับคนที่เปราะบางการเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วของความหนืดคือ super-Arrhenius ตามที่ได้รายงานไว้ในวารสาร PNAS ทีมงาน IIS ได้แก้ไขมุมมองนี้โดยคำนึงถึงน้ำที่ประกอบด้วยสองรัฐเรียกว่า "เร็ว" และ "ช้า" ซึ่งมีความแตกต่างกันตามโครงสร้าง แต่ทั้งสองปฏิบัติตามพลวัตของ Arrhenius

"เราจำลองน้ำโดยพลศาสตร์โมเลกุลและมองหารูปแบบโครงสร้าง" Rui Shi ผู้ร่วมวิจัยกล่าว โมเลกุลของ H2O ประกอบกันเป็น tetrahedra แต่เราเห็นว่าโครงสร้างในท้องถิ่นบางส่วนได้รับการสั่งซื้ออย่างมาก รัฐที่ผิดปกติสอดคล้องกับน้ำที่รวดเร็วและครองที่อุณหภูมิสูงในขณะที่รัฐสั่งอย่างดีสั่งสมมาเป็นตัวอย่างที่เย็นลง

สำคัญที่สุดสมการที่ได้จากแบบจำลองสองรัฐประสบความสำเร็จในการทำนายครอสโอเวอร์แบบเปราะบางต่อแรงกระแทก สิ่งนี้เกิดขึ้นได้ดีกว่าพฤติกรรมการเปลี่ยนกระจก - กระจกที่ดูเหมือนจะเป็นปลาชนิดหนึ่งที่มีสีแดงมากที่สุดเท่าที่ปัญหานี้เป็นปัญหา ความจริงที่ว่าน้ำอย่างรวดเร็วมี Arrhenius มากกว่ากฎหมายพลังงานการเปลี่ยนแปลงยังช่วยแก้ปัญหาการคาดการณ์ที่ผิดพลาดขึ้นอยู่กับความพยายามก่อนหน้านี้ในการเชื่อมโยงความเปราะบางของน้ำกับบางแง่มุมของแผนภาพเฟส

"น้ำที่เปราะบางอาจเป็นภาพลวงตาการเปลี่ยนแปลงที่เห็นได้ชัดคือสิ่งประดิษฐ์ของอุณหภูมิที่ขึ้นกับสถานะของเหลวสองสถานะ" นายฮาจิเมะทานากะผู้เขียนนำากล่าว "การปรากฏตัวของสองรัฐสะท้อนให้เห็นถึงแนวโน้มของน้ำในการสร้างโครงสร้างภายในซึ่งจะง่ายกว่าที่อุณหภูมิต่ำในความเป็นจริงของเหลวอื่น ๆ ที่มีการเปลี่ยนแปลงที่เปราะบางต่อการเปลี่ยนแปลงที่แข็งแกร่งเช่นซิลิกายังแสดงการสั่งซื้อในท้องถิ่นเราเสนอว่าเรื่องนี้มากกว่า พฤติกรรมที่เป็นแก้วคือสิ่งที่แตกต่างจากของเหลวที่เปราะบางอย่างแท้จริง "

menu
menu