Криохимия

Криохимия — -150 ° C-тан (-238 ° F, 123К) төмен температураларда химиялық денелердің өзара әрекеттесуін зерттейтін ғылым болып табылады. Ол «суық» дегенді білдіретін грек сөзі криосынан шыққан. Ол көптеген басқа ғылымдармен, соның ішінде химия, криобиология, конденсацияланған орталар физикасы және тіпті астрохимиямен үйлеседі.

Криохимия -210 ° С-да суық азот әдетте қол жетімді болғандықтан адамдардың қызығушылықты тудырды. Криогенді-температуралық химиялық әрекеттесулер химиялық реакциялардың егжей-тегжейлі жолдарын термиялық ауытқулардан пайда болған шатасымды кеміту арқылы зерттеуде маңызды механизм болып табылады. Криохимия медицина және зерттеу мақсаттары үшін биологиялық процестерді баяулататын немесе тоқтататын процесстерді қолданатын криобиологияның негізін құрайды.

Төмен температурадағы денелердің мінез-құлықтары

Материал салқындаған сайын оның құрамдас бөлігі молекулалардың / атомдардың салыстырмалы қозғалысы азаяды - оның температурасы төмендейді. Салқындату барлық қозғалыс тоқтағанға дейін жалғаса алады, ал оның кинетикалық энергиясы, немесе қозғалыс энергиясы, жоғалады. Бұл шарт абсолютті нөл деп аталады және ол абсолютті нөлден жоғары температураны өлшейтін Кельвин температуралық шкаласының негізін құрайды. Нөл Цельсий (0° C) 273 Кельвинмен сәйкес келеді.

Абсолют нөлдік кезде элементтердің көпшілігі қатты болады, бірақ бәрін де болжау мүмкін емес; мысалы, гелий өте ерекше сұйықтыққа айналады. Алайда, заттар арасындағы химия тіпті абсолютті нөлдік температура кезінде жоғалып кетпейді, себебі бөлінген молекулалар / атомдар әрқашан олардың жалпы энергиясын төмендетуге қабілетті болуы мүмкін. Әрбір молекула немесе элемент әртүрлі температурада түрлі қасиеттерге ие болады; егер жеткілікті суық болса, кейбір функциялар толықтай жоғалады. Криогендік химия стандартты химиямен салыстырғанда әртүрлі нәтижелерге әкелуі мүмкін және заттарда жаңа химиялық қасиеттер криогендік температурада пайда болуы мүмкін, мысалы, аргон фторсутек байланысы тек 17 К (-256,1 ° С) немесе одан төмен температурада ғана тұрақты бола алады.

Салқындату әдістері

Абсолюттік нөлге жақын температураға молекулаларды суыту үшін қолданылатын әдістердің бірі - бұл лазермен салқындату. Допплерлер салқындату процесінде лазерлер берілген молекуланың электроннан энергиясын алу арқылы молекуланы баяулатады немесе салқындатады. Бұл әдіс кванттық механикада қолданылады және бөлшектер тұзақтары мен Бозе-Эйнштейн конденсатымен байланысты. Осы барлық әдістер кеңістіктегі белгілі бір нүктеге қарсы тұратын экваторлық бұрыштарда орналасқан лазерлерден тұратын «тұзақ» пайдаланады. Лазер сәулелерінен келетін толқындар газ тәріздес атомдардың сыртқы айналатын электрондармен соқтығысады. Бұл толқындардың соқтығысы молекулаларды баялату немесе салқындату үшін олардың кинетикалық энергияның күй фракциясын төмендетеді. Ультра салқын зерттеулер әдетте химиялық әрекеттесулерге емес, негізгі химиялық қасиеттерге бағытталған.

Өте төмен температура салдарынан, химиялық күйін диагностикалау төмен температуралық физика мен химияны зерттеу кезінде басты мәселе болып табылады. Бүгінгі таңда қолданылатын негізгі техника оптикалық болып табылады - спектроскопияның көптеген түрлері бар, бірақ олар криогенді процестерге бөлме температурасына қол жеткізуді қамтамасыз ететін вакуумдық терезелері бар арнайы аппараттарды қажет етеді.