Есть конспект?
Пришлите нам!

Новая технология создания уникальных материалов малой плотности использует свойства энтропии


Физики Университета Штата Пенсильвания выяснили, что добавление “пуха” к коллоидным молекулам во время процессов энтропии может способствовать тому, чтобы они формировали предсказуемое множество кристаллических решеток. Управляемое энтропией явление представляет путь, который может использоваться учеными для конструктивных целей.

Ученые, во главе с физиком Университета Штата Пенсильвания Рэндаллом Д. Камиеном, исследовали эффекты свечения молекул полимера на других сферических молекулах, приостановленных в жидкости. Результаты исследования опубликованы 24 октября в выпуске журнала “Физической Химии B”.

Работа Камиена добавляет новое свидетельство того, что процесс Броуновского движения (энтропии) является гораздо большим, чем просто движение к универсальному беспорядку. Возможно, этот процесс может стать “игроком” в мире самособирающихся молекул.

Все процессы, идущие в природе, стремятся прийти к наибольшему хаосу, наибольшему беспорядку, одновременно поддерживая существование материи во Вселенной. Эти самые процессы обеспечивают выравнивание температуры. Тоже относится и к Броуновскому движению и ко всем процессам, действующим в комплексе, зависимо друг от друга.

Если любой, даже самый упорядоченный процесс начнет развиваться без внешних воздействий, то он всегда будет стремиться к наибольшему беспорядку. Навести порядок в системе можно лишь из вне, воздействуя на нее, затрачивая при этом энергию.

Сама мера беспорядка определяется величиной, введенной еще Л. Больцманом, и называемой - энтропия. Таким образом, в природе, постоянно идет необратимый процесс увеличения энтропии.

Однако процесс энтропии, где происходит движение нестабильных молекул, можно использовать для создания новых материалов.

Для этого достаточно ввести в стабильный процесс энтропии, происходящий в некоем сосуде, препятствие, например, в виде пуха, что и было проделано учеными.

Теоретическая работа Камиена была сосредоточена на коллоидах, приостановленных в жидкости препятствием. Коллоиды – это почти все молекулы вокруг нас, составляющие всевозможные предметы и тела - от молока до простой краски. Кристаллы, сформированные из коллоидных молекул формируют основание для нового класса функциональных материалов, которые могут использоваться в оптических выключателях, химических реакторах и молекулярных решетках.

"Поскольку размер коллоидных частиц и взаимодействующих с ними более мелких частиц - гармоничен", сказал Камиен, "это позволяет изготавливать нужные структуры химических соединений с желательными интервалами кристаллической решетки, что может быть использовано для придания им особых механических, тепловых и электрических свойств".

С тех пор, как сэр Уолтер Ралей обдумывал наиболее эффективные средства укладки пушечных ядер, приблизительно 400 лет назад, ученые подозревали, что свободная энергия энтропии, максимизируется упаковочными частицами настолько сильно, насколько возможно. Только в 1998 было доказано, что молекула в форме кубической кристаллической решетки максимизирует энтропию множества молекул формы совершенных сфер, но математическая тайна бесчисленных решеток, сформированных некоторыми молекулами неправильной формы осталась. Работа Камиена решает эту загадку, показывая пример того, как формирующиеся при энтропии молекулы становятся более сложными, когда небольшой пух вмешивается в процесс, замедляя скорость движения.

Коллоидные молекулы Камиена имели относительно плотное ядро, окруженное короной из сотен веретенообразных нитей химических соединений. Когда никакого пуха в процессе энтропии не было задействовано, частицы действительно организовывали самосбор в строгом порядке максимальной плотности, то есть в виде кубической структуры.

Если же пух задействован, то молекулы становятся менее плотными и эта плотность меняется в зависимости направления ввода пушинки (вертикально, горизонтально или по диагонали) в емкость, где происходит процесс.

"Старая теория базировалась на том, что при энтропии создаются наиболее плотные соединения", сказал Камиен. "Наша работа показывает, что все происходит наоборот, - молекулы становятся менее плотными. И чем больше разных соединений (типа пуха), замедляющих скорость реакции взаимодействия, участвуют в процессе, тем менее плотными будут конечные молекулы".

Информация для контакта:

Contact: Стив Брадт, bradt@pobox.upenn.edu, 215-573-6604, Университета Штата Пенсильвания


Dr.BoT© Konspektiruem.ru