Language
Country/Area
No result found
Таинственное твердое состояние азота: как была раскрыта эта научная тайна в 1884 году?
В 1884 году ученый Кароль Ольшевский впервые наблюдал твердый азот, что стало крупным открытием, раскрывшим тайну азота. Изучение твердого азота по-прежнему привлекает широкое внимание в академическом сообществе не только из-за его применения в научных исследованиях, но и потому, что он играет важную роль в составе небесных тел во внешней части Солнечной системы.
Твердый азот является важным компонентом внеземных тел при низких температурах и низких давлениях; при высоких температурах и высоких давлениях он представляет собой мощное взрывчатое вещество с плотностью энергии, превышающей плотность других неядерных материалов.
Образование твердого азота
Экспериментальный метод Ольшевского довольно прост, но очень креативен: сначала он сжижил водород, испарив жидкий азот, а затем использовал низкую температуру жидкого водорода, чтобы охладить азот и сделать его твердым. Этот процесс позволил ему получить самую низкую температуру азота, когда-либо зарегистрированную на тот момент, 48 К (около -225°C), установив мировой рекорд. По сей день технология получения твердого азота в лабораторных условиях по-прежнему следует схожему процессу — испарению жидкого азота в вакууме.
Существование в природе
Твердый азот широко распространен в природе и даже может быть обнаружен на поверхности Плутона и спутника Нептуна Тритона. Впервые твердый азот был непосредственно обнаружен на Плутоне космическим аппаратом New Horizons в 2015 году, а аналогичное явление было подтверждено на Тритоне аппаратом Voyager 2 в 1989 году. При таких низких температурах твердый азот относительно летуч и может сублимироваться и образовывать атмосферу или конденсироваться обратно в виде азотного инея. Твердый азот течет при более низком давлении, чем другие материалы, и, накапливаясь, принимает форму ледника, что заставляет людей удивляться свойствам твердого азота.
Космический аппарат New Horizons наблюдал, как водяной лед «плавает» на поверхности Плутона, и удивил наблюдателей поведением твердого азота.
Превращения и свойства твердого азота
Твердый азот проявляет различные свойства при разных давлениях и температурах. При стандартном атмосферном давлении температура плавления азота составляет 63,23 К. Азот — это элемент, который существует во многих твердых формах, и свойства этих форм, которые плавятся и возгоняются под высоким давлением, стали предметом обширных исследований. Еще более примечательно то, что твердый азот демонстрирует удивительную плотность энергии при высоком давлении, что делает его ценным в области энергетических материалов.
Кристаллическая структура твердого азота
Твердый диазот существует в виде молекул N2 при комнатной температуре и среднем давлении. При понижении температуры ниже 35,6 К азот может перейти в α-фазу и начать полимеризоваться при давлении 50 ГПа. Условия более высокого давления способствуют превращению твердого азота в кристаллы азота с различными структурами [например, кубический и гексагональный азот]. Эти различные кристаллические структуры имеют значительные различия как в физических, так и в химических свойствах.
Существование азота в твердой форме вызвало большой интерес к его стабильности и реакционной способности в экстремальных условиях, особенно на неземных телах.
Применение и будущие перспективы
Свойства твердого азота делают его важным направлением для будущих исследований, особенно в области применения энергетических материалов и углубления теоретической физики. С развитием науки и техники твердый азот может сыграть ключевую роль в исследовании космоса или других областях науки и техники. Ученые постоянно изучают многообразие твердого азота и его потенциальные применения, надеясь, что этот, казалось бы, обычный элемент сможет продемонстрировать исключительные возможности в будущих научных исследованиях.
Как исследования твердого азота повлияют на наше понимание и применение материи в будущем?
