Language
Country/Area
No result found
Trạng thái rắn bí ẩn của nitơ: Bí ẩn khoa học này đã được giải đáp như thế nào vào năm 1884?
Năm 1884, nhà khoa học Karol Olszewski lần đầu tiên quan sát thấy nitơ rắn, một khám phá quan trọng đã hé lộ bí ẩn về nitơ. Nghiên cứu về nitơ rắn vẫn thu hút sự chú ý rộng rãi trong cộng đồng học thuật, không chỉ vì ứng dụng của nó trong nghiên cứu khoa học mà còn vì nó đóng vai trò quan trọng trong thành phần của các thiên thể ở bên ngoài hệ mặt trời.
Nitơ rắn là một thành phần quan trọng của các thiên thể ngoài Trái Đất ở nhiệt độ thấp và áp suất thấp; ở nhiệt độ cao và áp suất cao, nó là một chất nổ mạnh có mật độ năng lượng vượt trội hơn các vật liệu phi hạt nhân khác.
Tạo ra nitơ rắn
Phương pháp thử nghiệm của Olszewski khá đơn giản nhưng rất sáng tạo: đầu tiên ông hóa lỏng hydro bằng cách làm bay hơi nitơ lỏng, sau đó sử dụng nhiệt độ thấp của hydro lỏng để làm lạnh nitơ thành dạng rắn. Quá trình này giúp ông tạo ra nhiệt độ nitơ lạnh nhất từng được ghi nhận vào thời điểm đó, 48 K (khoảng -225°C), lập kỷ lục thế giới. Cho đến ngày nay, công nghệ tạo ra nitơ rắn trong phòng thí nghiệm vẫn tuân theo quy trình tương tự, đó là làm bay hơi nitơ lỏng trong chân không.
Sự tồn tại trong tự nhiên
Nitơ rắn phân bố rộng rãi trong tự nhiên và thậm chí có thể được tìm thấy trên bề mặt của sao Diêm Vương và vệ tinh Triton của sao Hải Vương. Nitơ rắn lần đầu tiên được quan sát trực tiếp tại sao Diêm Vương bởi tàu vũ trụ New Horizons vào năm 2015, trong khi hiện tượng tương tự đã được xác nhận tại Triton bởi tàu Voyager 2 vào năm 1989. Ở nhiệt độ thấp này, nitơ rắn tương đối dễ bay hơi và có thể thăng hoa, tạo thành khí quyển hoặc ngưng tụ trở lại thành sương giá nitơ. Nitơ rắn chảy ở áp suất thấp hơn các vật liệu khác và khi tích tụ, nó sẽ có hình dạng giống như một sông băng, khiến mọi người phải kinh ngạc trước các đặc tính của nitơ rắn.
New Horizons quan sát thấy nước đá "trôi nổi" trên bề mặt sao Diêm Vương, khiến người xem ngạc nhiên trước hành vi của nitơ rắn.
Sự chuyển hóa và tính chất của nitơ rắn
Nitơ rắn thể hiện các tính chất khác nhau ở các áp suất và nhiệt độ khác nhau. Ở áp suất khí quyển chuẩn, nhiệt độ nóng chảy của nitơ là 63,23 K. Nitơ là một nguyên tố tồn tại ở nhiều dạng rắn và đặc tính nóng chảy và thăng hoa dưới áp suất cao của những dạng này đã thu hút nhiều nghiên cứu sâu rộng. Điều đáng chú ý hơn nữa là nitơ rắn thể hiện mật độ năng lượng đáng kinh ngạc dưới áp suất cao, khiến nó được coi trọng trong lĩnh vực vật liệu năng lượng.
Cấu trúc tinh thể của nitơ rắn
Đinitơ rắn tồn tại dưới dạng phân tử N2 ở nhiệt độ phòng và áp suất trung bình. Khi nhiệt độ giảm xuống dưới 35,6 K, nitơ có thể chuyển thành pha α và bắt đầu trùng hợp ở áp suất 50 GPa. Điều kiện áp suất cao hơn thúc đẩy quá trình chuyển đổi nitơ rắn thành tinh thể nitơ có cấu trúc khác nhau [như nitơ lập phương và nitơ lục giác]. Những cấu trúc tinh thể khác nhau này có sự khác biệt đáng kể về cả tính chất vật lý và hóa học.
Sự tồn tại của nitơ ở dạng rắn đã thu hút sự quan tâm lớn về tính ổn định và khả năng phản ứng của nó trong các môi trường khắc nghiệt, đặc biệt là trên các thiên thể không phải Trái Đất.
Ứng dụng và triển vọng tương lai
Các tính chất của nitơ rắn làm cho nó trở thành một hướng quan trọng cho nghiên cứu trong tương lai, đặc biệt là trong ứng dụng vật liệu năng lượng và đào sâu lý thuyết vật lý. Với sự phát triển của khoa học và công nghệ, nitơ rắn có thể đóng vai trò quan trọng trong việc thám hiểm không gian hoặc các lĩnh vực khoa học và công nghệ khác. Các nhà khoa học không ngừng khám phá sự đa dạng của nitơ rắn và các ứng dụng tiềm năng của nó, hy vọng rằng nguyên tố có vẻ bình thường này có thể chứng minh hiệu suất phi thường trong nghiên cứu khoa học trong tương lai.
Nghiên cứu về nitơ rắn sẽ ảnh hưởng như thế nào đến sự hiểu biết và ứng dụng của chúng ta về vật chất trong tương lai?
