Восходящая звезда химической термодинамики
Дню Науки посвящается
Сергей Петрович Верёвкин - запомните это имя.
Пройдёт немного времени, и мы будем спрашивать себя, как это мы не знали того, что ему удалось сделать, как это мы не видели, не замечали того, о чём он рассказывает с такой лёгкостью.
Сергей Петрович - это русский ученый - профессор одного из германских университетов. Химик-экспериментатор, блестящий докладчик, заведующей лабораторией по изучению термодинамических свойств "мягких" (органических) материалов как чистых, так и растворённых в ионных жидкостях.
Казалось бы, тематика его лаборатории - это частный вопрос химических технологий, каких много и которыми занимаются многие. Так, да не так.
Давайте посмотрим, что он рассказывал сегодня, 1 февраля 2018, на семинаре в Институте неорганической химии СО РАН, Новосибирск.
А рассказывал он об определении температуры плавления (а также - испарения, если удастся) органических веществ, которые часто оказываются непрочными и разрушаются уже при комнатных температурах.
Как же в эксперименте удаётся их сохранить и даже измерить? А вот как. При помощи чрезвычайно быстрого (больше 10000 K/сек) нагрева крошечного количества вещества на электронном чипе в микро- (почти нано-) калориметре.
Но позвольте. Мы не привыкли измерять термодинамические свойства при быстропротекающих процессах, да ещё в существенно неравновесных условиях.
Что же мы здесь будем иметь? А вот что. Подавляющее большинство учёных считает, что вещество в конденсированном состоянии нагревается за счёт усиления хаотического (теплового) движения атомов и молекул, которое представляет собой их колебания и вращения. А электроны как-бы не участвуют в этом процессе, если это - не металл. А в металлах - ну да, участвуют, - но их вклад в теплоёмкость мал и часто не учитывается. Что не скажешь о теплопроводности - тут металлы "на высоте". Но, не электроны же с высокой теплопроводностью определяют, когда вещество начинает плавится? Это атомы, молекулы, их комплексы в органических веществах "выпрыгивают" из своих потенциальных ям и начинают относительно свободно перемещаться в окружающем пространстве, - говорят учёные. И оказываются неправы!
Несколько постов в этом блоге (например, https://vida-louca.livejournal.com/15863.html, vida-louca.livejournal.com/16066.html) и работа Сергея Петровича с соавторами позволяет предположить, что электроны (связанные, свободные, даже те, которые - внутри электронных оболочек) играют решающую роль в нагреве, плавлении и испарении вещества.
Во-первых, потому, что именно они легче всего откликаются на интенсивный внешний нагрев из-за своей малой массы и потому, что оказывается сильно связанными с своими атомами: движение атомов вызывает деформацию электронных оболочек и наоборот. Что в идеале представляет собой термодинамическое равновесие.
Во-вторых, именно они обеспечивают быстрый перенос тепла в сильно неравновесных условиях, когда деформация одних оболочек вызывает деформацию соседних других без необходимости образования "свободных" электронов.
В-третьих, именно они вызывают "плавление", когда их тепловое возбуждение оказывается настолько велико, что обеспечивает условия симметрии, необходимые для <вращения> элементов жидкости (см. также https://vida-louca.livejournal.com/16066.html).
Что же получается в результате экспериментов Верёвкина? Какой бы ни был быстрый нагрев вещества, он, тем не менее, позволяет в течение нескольких наносекунд получить информацию о текущей температуре (с некоторой погрешностью) и о количестве тепла, затраченном для достижения данной температуры. Удивительным является то, что температурный ход кривой для теплоёмкости оказывается универсальным в том смысле, что ложится на одну и ту же кривую (почти прямую, на самом деле) независимо от скорости с которой нагревался образец. И эта универсальность наблюдается также для тех веществ, которые имеют температуру плавления, измеряемую обычными методами.
Так что же получается? Создан метод, который позволяет получать значения температуры плавления (и кое-что ещё), которые раньше невозможно было измерить? Теперь инженеры-химики могут "радоваться как дети" при разработке своих технологий? Или будут радоваться теоретики тому, что получили критически важную информацию о том, что является фундаментальными процессами при нагреве и плавлении вещества?
Думаю, нет. Никто "радоваться" не будет, пока полученные результаты не пройдут три стадии: "этого не может быть", "в этом что-то есть" и "это же очевидно". Доклад Верёвкина показывает, что "маститые" учёные начинают задумываться, а воспроизводимость его результатов говорит, что третья стадия - не за горами.
За сим откланиваюсь.
Искренне Ваш - Дулин Михаил.
Сергей Петрович Верёвкин - запомните это имя.
Пройдёт немного времени, и мы будем спрашивать себя, как это мы не знали того, что ему удалось сделать, как это мы не видели, не замечали того, о чём он рассказывает с такой лёгкостью.
Сергей Петрович - это русский ученый - профессор одного из германских университетов. Химик-экспериментатор, блестящий докладчик, заведующей лабораторией по изучению термодинамических свойств "мягких" (органических) материалов как чистых, так и растворённых в ионных жидкостях.
Казалось бы, тематика его лаборатории - это частный вопрос химических технологий, каких много и которыми занимаются многие. Так, да не так.
Давайте посмотрим, что он рассказывал сегодня, 1 февраля 2018, на семинаре в Институте неорганической химии СО РАН, Новосибирск.
А рассказывал он об определении температуры плавления (а также - испарения, если удастся) органических веществ, которые часто оказываются непрочными и разрушаются уже при комнатных температурах.
Как же в эксперименте удаётся их сохранить и даже измерить? А вот как. При помощи чрезвычайно быстрого (больше 10000 K/сек) нагрева крошечного количества вещества на электронном чипе в микро- (почти нано-) калориметре.
Но позвольте. Мы не привыкли измерять термодинамические свойства при быстропротекающих процессах, да ещё в существенно неравновесных условиях.
Что же мы здесь будем иметь? А вот что. Подавляющее большинство учёных считает, что вещество в конденсированном состоянии нагревается за счёт усиления хаотического (теплового) движения атомов и молекул, которое представляет собой их колебания и вращения. А электроны как-бы не участвуют в этом процессе, если это - не металл. А в металлах - ну да, участвуют, - но их вклад в теплоёмкость мал и часто не учитывается. Что не скажешь о теплопроводности - тут металлы "на высоте". Но, не электроны же с высокой теплопроводностью определяют, когда вещество начинает плавится? Это атомы, молекулы, их комплексы в органических веществах "выпрыгивают" из своих потенциальных ям и начинают относительно свободно перемещаться в окружающем пространстве, - говорят учёные. И оказываются неправы!
Несколько постов в этом блоге (например, https://vida-louca.livejournal.com/15863.html, vida-louca.livejournal.com/16066.html) и работа Сергея Петровича с соавторами позволяет предположить, что электроны (связанные, свободные, даже те, которые - внутри электронных оболочек) играют решающую роль в нагреве, плавлении и испарении вещества.
Во-первых, потому, что именно они легче всего откликаются на интенсивный внешний нагрев из-за своей малой массы и потому, что оказывается сильно связанными с своими атомами: движение атомов вызывает деформацию электронных оболочек и наоборот. Что в идеале представляет собой термодинамическое равновесие.
Во-вторых, именно они обеспечивают быстрый перенос тепла в сильно неравновесных условиях, когда деформация одних оболочек вызывает деформацию соседних других без необходимости образования "свободных" электронов.
В-третьих, именно они вызывают "плавление", когда их тепловое возбуждение оказывается настолько велико, что обеспечивает условия симметрии, необходимые для <вращения> элементов жидкости (см. также https://vida-louca.livejournal.com/16066.html).
Что же получается в результате экспериментов Верёвкина? Какой бы ни был быстрый нагрев вещества, он, тем не менее, позволяет в течение нескольких наносекунд получить информацию о текущей температуре (с некоторой погрешностью) и о количестве тепла, затраченном для достижения данной температуры. Удивительным является то, что температурный ход кривой для теплоёмкости оказывается универсальным в том смысле, что ложится на одну и ту же кривую (почти прямую, на самом деле) независимо от скорости с которой нагревался образец. И эта универсальность наблюдается также для тех веществ, которые имеют температуру плавления, измеряемую обычными методами.
Так что же получается? Создан метод, который позволяет получать значения температуры плавления (и кое-что ещё), которые раньше невозможно было измерить? Теперь инженеры-химики могут "радоваться как дети" при разработке своих технологий? Или будут радоваться теоретики тому, что получили критически важную информацию о том, что является фундаментальными процессами при нагреве и плавлении вещества?
Думаю, нет. Никто "радоваться" не будет, пока полученные результаты не пройдут три стадии: "этого не может быть", "в этом что-то есть" и "это же очевидно". Доклад Верёвкина показывает, что "маститые" учёные начинают задумываться, а воспроизводимость его результатов говорит, что третья стадия - не за горами.
За сим откланиваюсь.
Искренне Ваш - Дулин Михаил.