Переохлаждённая жидкость

Переохлаждённая жидкость — жидкость, имеющая температуру ниже температуры кристаллизации при данном давлении. Является одним из неустойчивых (метастабильных) состояний жидкости, наряду с перегретой жидкостью.

Переохлаждённая жидкость получается из обычной путём охлаждения при отсутствии центров кристаллизации.

Существует точка зрения, что обыкновенное (силикатное) стекло является примером переохлажденного, метастабильного, аморфного состояния вещества.

Если очистить воду от примесей, то её можно охладить до температуры −48.3 °C.

Экспериментальные методы получения переохлажденных жидкостей.

Все существующие на сегодняшний день методы получения переохлажденных, метастабильных материалов можно разделить на две большие группы: к первой из них относятся методы чрезвычайно быстрого охлаждения, которое приводит к замедлению процессов диффузии, необходимых для формирования новой фазы, а ко второй группе обычно принадлежат методы, основанные на устранении из расплава потенциальных центров кристаллизации,

Результатом применения первой группы методов являются чрезвычайно вязкие, аморфные тела, которые по своим механическим свойствам напоминают кристаллические тела, но при этом не обладают дальним порядком. Метод же, основанный на уменьшении числа потенциальных центров кристаллизации позволяет получить метастабильные жидкости, существующие в жидком состоянии значительно ниже равновесной температуры плавления.

Как следует из термодинамических соображений наличие твердых примесей (окислов, подложки, материала тигля или тугоплавких примесей) резко снижает работу образования критического зародыша кристаллического кристаллической фазы, что вызывает быструю кристаллизацию всего образца. Поэтому долгое время полученные величины переохлаждений исчислялись несколькими градусами.

Значительные успехи в начале изучения процесса переохлаждения связаны с именем Тернбала, который предложил использовать для изучения переохлаждения при кристаллизации жидкой фазы метод микрообъемов. Тернбал предложил осуществить разбиение максимально очищенного расплава на по возможности большое число отдельных частиц. Поскольку число примесей в исходном расплаве конечно, можно ожидать, что среди этих частиц могут оказаться те, которые вовсе не содержат примесей.

Дальнейшее развитие идеи Тернбала получили в методе смены механизма конденсации, который сочетает идеи о разбиении вещества на множество частиц с вакуумными методами получения образцов. В основе этого метода лежит предположение о том, что температура максимального переохлаждения жидкой фазы, соответствует температуре смены механизма конденсации от пар—жидкость к пар—кристалл. С помощью этой методики были получены гигантские переохлаждения, которые в рядя случаев приближались к прогнозируемому из термодинамических соображений значений в 0.4 температуры плавления.

В результате этих исследований было установлено, что предельная температура переохлаждения, которая может быть достигнута для данного материала, определяется тем материалом, с которым он находится в контакте. Так наибольшие переохлаждения были достигнуты в том случае, если расплав находился в контакте с инертным по отношению к нему углеродом, а наименьшие — тогда, когда расплав находился в контакте с кристаллическим металлом.

Размерный эффект изучался в работе . В результате было установлено, что управляя размером жидкой фазы можно существенным образом изменять величину переохлаждения. Так для массивных частиц висмута, находящихся в контакте с медью, переохлаждение составляет около 60 К. В то же время для наноразмерных включений этого материала зарегистрированное авторами переохлаждение составило около 120 К.

См. также

• Перегретая жидкость

Ссылки

• [www.youtube.com/watch?v=7BNdVJkb6UQ Эксперимент с переохлаждённой водой] - вероятно, это кристаллизация пересыщенного раствора ацетата натрия.
• [www.youtube.com/watch?v=QHGomXvutbM Быстрое замерзание чистой воды]
• [www.youtube.com/watch?v=NkVS_38j8Ug Мгновенное замерзание дистиллированной воды]

Литература

• P. G. Debenedetti, H. E. Stanley [polymer.bu.edu/hes/articles/ds03.pdf Supercooled and Glassy Water] (англ.) // Physics Today. — 2003. — Vol. 56, no. 6. — P. 40—46. — DOI:10.1063/1.1595053.
• Nicolas Giovambattista, C. Austen Angell, Francesco Sciortino, H. Eugene Stanley [polymer.bu.edu/hes/articles/gass04.pdf Glass-Transition Temperature ofWater: A Simulation Study] (англ.) // Physical Review Letters. — 2004. — Vol. 93, no. 4. — P. 047801. — DOI:10.1103/PhysRevLett.93.047801. — PMID 15323794.
• Mansel A. Rogerson, Silvana S. S. Cardoso [onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/aic.690490222/abstract Solidification in heat packs: III. Metallic trigger] (англ.) // AIChE Journal. — 16 April 2004. — Vol. 49, no. 2. — P. 522–529. — DOI:10.1002/aic.690490222. — PMID 15323794.
• Ragnheid Skogseth, Frank Nilsen, Lars H. Smedsrud [www.igsoc.org/journal/55/189/t07J108.pdf Supercooled water in an Arctic polynya: observations and modeling] (англ.) // Journal of Glaciology. — 2009. — Vol. 55, no. 189. — P. 43–52.

Отрывок, характеризующий Переохлаждённая жидкость

– Как вам не совестно, – краснея, отвечал он княжне Марье на выражение благодарности за ее спасенье (как она называла его поступок), – каждый становой сделал бы то же. Если бы нам только приходилось воевать с мужиками, мы бы не допустили так далеко неприятеля, – говорил он, стыдясь чего то и стараясь переменить разговор. – Я счастлив только, что имел случай познакомиться с вами. Прощайте, княжна, желаю вам счастия и утешения и желаю встретиться с вами при более счастливых условиях. Ежели вы не хотите заставить краснеть меня, пожалуйста, не благодарите.
Но княжна, если не благодарила более словами, благодарила его всем выражением своего сиявшего благодарностью и нежностью лица. Она не могла верить ему, что ей не за что благодарить его. Напротив, для нее несомненно было то, что ежели бы его не было, то она, наверное, должна была бы погибнуть и от бунтовщиков и от французов; что он, для того чтобы спасти ее, подвергал себя самым очевидным и страшным опасностям; и еще несомненнее было то, что он был человек с высокой и благородной душой, который умел понять ее положение и горе. Его добрые и честные глаза с выступившими на них слезами, в то время как она сама, заплакав, говорила с ним о своей потере, не выходили из ее воображения.
Когда она простилась с ним и осталась одна, княжна Марья вдруг почувствовала в глазах слезы, и тут уж не в первый раз ей представился странный вопрос, любит ли она его?
По дороге дальше к Москве, несмотря на то, что положение княжны было не радостно, Дуняша, ехавшая с ней в карете, не раз замечала, что княжна, высунувшись в окно кареты, чему то радостно и грустно улыбалась.
«Ну что же, ежели бы я и полюбила его? – думала княжна Марья.
Как ни стыдно ей было признаться себе, что она первая полюбила человека, который, может быть, никогда не полюбит ее, она утешала себя мыслью, что никто никогда не узнает этого и что она не будет виновата, ежели будет до конца жизни, никому не говоря о том, любить того, которого она любила в первый и в последний раз.
Иногда она вспоминала его взгляды, его участие, его слова, и ей казалось счастье не невозможным. И тогда то Дуняша замечала, что она, улыбаясь, глядела в окно кареты.
«И надо было ему приехать в Богучарово, и в эту самую минуту! – думала княжна Марья. – И надо было его сестре отказать князю Андрею! – И во всем этом княжна Марья видела волю провиденья.
Впечатление, произведенное на Ростова княжной Марьей, было очень приятное. Когда ои вспоминал про нее, ему становилось весело, и когда товарищи, узнав о бывшем с ним приключении в Богучарове, шутили ему, что он, поехав за сеном, подцепил одну из самых богатых невест в России, Ростов сердился. Он сердился именно потому, что мысль о женитьбе на приятной для него, кроткой княжне Марье с огромным состоянием не раз против его воли приходила ему в голову. Для себя лично Николай не мог желать жены лучше княжны Марьи: женитьба на ней сделала бы счастье графини – его матери, и поправила бы дела его отца; и даже – Николай чувствовал это – сделала бы счастье княжны Марьи. Но Соня? И данное слово? И от этого то Ростов сердился, когда ему шутили о княжне Болконской.


Приняв командование над армиями, Кутузов вспомнил о князе Андрее и послал ему приказание прибыть в главную квартиру.
Князь Андрей приехал в Царево Займище в тот самый день и в то самое время дня, когда Кутузов делал первый смотр войскам. Князь Андрей остановился в деревне у дома священника, у которого стоял экипаж главнокомандующего, и сел на лавочке у ворот, ожидая светлейшего, как все называли теперь Кутузова. На поле за деревней слышны были то звуки полковой музыки, то рев огромного количества голосов, кричавших «ура!новому главнокомандующему. Тут же у ворот, шагах в десяти от князя Андрея, пользуясь отсутствием князя и прекрасной погодой, стояли два денщика, курьер и дворецкий. Черноватый, обросший усами и бакенбардами, маленький гусарский подполковник подъехал к воротам и, взглянув на князя Андрея, спросил: здесь ли стоит светлейший и скоро ли он будет?
Князь Андрей сказал, что он не принадлежит к штабу светлейшего и тоже приезжий. Гусарский подполковник обратился к нарядному денщику, и денщик главнокомандующего сказал ему с той особенной презрительностью, с которой говорят денщики главнокомандующих с офицерами:
– Что, светлейший? Должно быть, сейчас будет. Вам что?
Гусарский подполковник усмехнулся в усы на тон денщика, слез с лошади, отдал ее вестовому и подошел к Болконскому, слегка поклонившись ему. Болконский посторонился на лавке. Гусарский подполковник сел подле него.
– Тоже дожидаетесь главнокомандующего? – заговорил гусарский подполковник. – Говог'ят, всем доступен, слава богу. А то с колбасниками беда! Недаг'ом Ег'молов в немцы пг'осился. Тепег'ь авось и г'усским говог'ить можно будет. А то чег'т знает что делали. Все отступали, все отступали. Вы делали поход? – спросил он.
– Имел удовольствие, – отвечал князь Андрей, – не только участвовать в отступлении, но и потерять в этом отступлении все, что имел дорогого, не говоря об именьях и родном доме… отца, который умер с горя. Я смоленский.
– А?.. Вы князь Болконский? Очень г'ад познакомиться: подполковник Денисов, более известный под именем Васьки, – сказал Денисов, пожимая руку князя Андрея и с особенно добрым вниманием вглядываясь в лицо Болконского. – Да, я слышал, – сказал он с сочувствием и, помолчав немного, продолжал: – Вот и скифская война. Это все хог'ошо, только не для тех, кто своими боками отдувается. А вы – князь Андг'ей Болконский? – Он покачал головой. – Очень г'ад, князь, очень г'ад познакомиться, – прибавил он опять с грустной улыбкой, пожимая ему руку.
Князь Андрей знал Денисова по рассказам Наташи о ее первом женихе. Это воспоминанье и сладко и больно перенесло его теперь к тем болезненным ощущениям, о которых он последнее время давно уже не думал, но которые все таки были в его душе. В последнее время столько других и таких серьезных впечатлений, как оставление Смоленска, его приезд в Лысые Горы, недавнее известно о смерти отца, – столько ощущений было испытано им, что эти воспоминания уже давно не приходили ему и, когда пришли, далеко не подействовали на него с прежней силой. И для Денисова тот ряд воспоминаний, которые вызвало имя Болконского, было далекое, поэтическое прошедшее, когда он, после ужина и пения Наташи, сам не зная как, сделал предложение пятнадцатилетней девочке. Он улыбнулся воспоминаниям того времени и своей любви к Наташе и тотчас же перешел к тому, что страстно и исключительно теперь занимало его. Это был план кампании, который он придумал, служа во время отступления на аванпостах. Он представлял этот план Барклаю де Толли и теперь намерен был представить его Кутузову. План основывался на том, что операционная линия французов слишком растянута и что вместо того, или вместе с тем, чтобы действовать с фронта, загораживая дорогу французам, нужно было действовать на их сообщения. Он начал разъяснять свой план князю Андрею.