Переохолоджена рідина

Визначення

Переохолоджена рідина — це стан речовини, за якого вона зберігає властивості рідини при температурі нижче за температуру замерзання. Цей стан є метастабільним, що означає, що він нестійкий і може перейти в стабільніший стан за певних умов.

Метастабільність

Переохолодження можливе завдяки метастабільності. Метастабільний стан — це стан, який не є найстабільнішим за наявних умов, але залишається стабільним протягом деякого часу. У випадку переохолодженої рідини, найстабільнішим станом є твердий стан (лід), але рідина залишається рідкою, оскільки відсутні умови для переходу в твердий стан.

Відсутність центрів гетерогенної нуклеації

Для переходу рідини в твердий стан необхідні центри гетерогенної нуклеації — поверхні, на яких можуть утворитися кристали льоду. Зазвичай такими центрами стають домішки або дефекти в рідині. У переохолодженій рідині відсутні такі центри, що перешкоджає утворенню кристалів і сприяє метастабільному стану.

Гомогенна нуклеація

Оскільки в переохолодженій рідині відсутні центри гетерогенної нуклеації, можливий тільки процес гомогенної нуклеації — самостійне утворення зародків кристалів у рідині. Гомогенна нуклеація є малоймовірною, оскільки для утворення зародка необхідно подолати енергетичний бар'єр. Цей бар'єр виникає через те, що поверхнева енергія на межі рідкої та твердої фаз пропорційна площі поверхні зародка, а вивільнення енергії при кристалізації пропорційне об'єму зародка. Малі зародки енергетично нестійкі і розпадаються, а більші зародки продовжують рости.

Практичне значення

Переохолодження має практичне значення в різних галузях. Наприклад:

• У метеорології переохолоджені краплі води в атмосфері можуть сприяти утворенню льоду та випаданню дощу або снігу.
• У промисловості переохолоджені рідини можуть використовуватися як теплоносії в системах охолодження.
• В медицині переохолодження використовується для збереження органів і тканин при проведенні операцій.

Запитання, що часто задаються

• Що таке переохолоджена рідина?
• Як досягається переохолодження?
• Чому переохолоджені рідини нестійкі?
• Які фактори впливають на переохолодження?
• Яке практичне значення переохолодження?

Залишити коментар

Опубліковано Максим на 18 04 2024. Поданий під Вікі. Ви можете слідкувати за будь-якими відповідями через RSS 2.0. Ви можете подивитись до кінця і залишити відповідь.