İnqrid Fadelli , Phys.org tərəfindən

Sadie Harley tərəfindən redaktə edilib , Robert Egan tərəfindən nəzərdən keçirilib

 Redaktorların qeydləri

 GIST

Tercih edilən mənbə kimi əlavə edin

Mənbə: Şəkil redaksiya heyəti tərəfindən illüstrativ məqsədlər üçün süni intellektdən istifadə etməklə yaradılıb.

Şüşələr, molekulların və atomların müntəzəm kristal qəfəsdə deyil, nizamsız bir şəkildə düzüldüyü kristal olmayan, lakin bərk maddə hallarıdır. Şüşə materiallar müxtəlif şəraitdə, məsələn, dərmanların sintezində və elektronika və ya optik cihazların hazırlanmasında geniş istifadə olunur.

Müxtəlif materiallar və maddələrdə hərəkət və dəyişiklikləri öyrənərkən fiziklər adətən sözdə Arrhenius modelinə əsaslanırlar. Bu, 1889-cu ildə Svante Arrhenius tərəfindən təqdim edilən və temperaturun istiliklə aktivləşən kimyəvi reaksiyanın və ya fiziki prosesin sürətinə necə təsir etdiyini hesablamaq üçün istifadə edilə bilən riyazi bir çərçivədir.

Keçmiş tədqiqatlar göstərmişdir ki, Arrhenius modeli molekulyar şüşələrə tətbiq edildikdə, qeyri-real dərəcədə kiçik eksponensial faktorlar verir. Eksponensial faktorlar, temperatur təsirlərini nəzərə almadan molekulların hərəkətinin daxili zaman miqyasını təsvir edən dəyərlərdir.

Sileziya Universiteti və Vaşinqtondakı Dəniz Tədqiqatları Laboratoriyasının tədqiqatçıları Arrhenius modelinin bu yaxşı sənədləşdirilmiş uyğunsuzluğunu izah edə biləcək yeni dəlillər toplayıblar.

Onların “Physical Review Letters” jurnalında dərc olunmuş məqaləsində eynəklərdə və digər nizamsız materiallarda tədricən molekulyar dəyişiklikləri təsvir etmək üçün istifadə edilə bilən yenilənmiş fiziki çərçivə təqdim olunur.

Məqalənin ilk müəllifi Marzena Rams-Baron Phys.org-a bildirib ki, “Bu əsərin ilham mənbəyi on illərdir bu sahədə mövcud olan, lakin bir çox tədqiqatçının tədricən qəbul etməyi öyrəndiyi bir problemdir”.

“Alimlər Arrenius tənliyindən istifadə edərək eynəklərdəki molekulyar hərəkətləri təhlil edərkən, çox vaxt açıq şəkildə qeyri-fiziki, bəzən molekulyar baxımdan mümkün olandan bir neçə dəfə kiçik olan eksponensial faktorlar əldə edirlər. Uzun müddət ərzində bu uyğunsuzluq üçün inandırıcı bir izahatımız da yox idi.”(a) Dipolla işarələnmiş şüşə əmələ gətiricinin kimyəvi quruluşu. (b) 173 K-də BDS spektri CF3-fenilen fırlanmasından β relaksasiyasını və alkil zəncirinin hərəkətindən daha sürətli γ relaksasiyasını göstərir; qeyri-polyar analoq yalnız γ prosesini göstərir. (c)–(e) İzobarik soyutma (0.1 MPa) və izotermik sıxılma (261 K və ya 244 K) üzərində qeydə alınan spektrlər. (f) Klassik tənlik (1) ilə təchiz edilmiş τβ-nın Arrenius qrafiki, log τ 0 ¼ −15.52 ± 0.10 s və ΔEa ¼ 46.75 ± 0.40 kJ=mol və modifikasiya edilmiş tənlik (3), −11.0 s-də sabitlənmiş log τ0, ΔEa ¼ 46.75 0.40 kJ=mol, a ¼ −86.6 ±1.8. (g),(h) Sabit T-də τβ-nın təzyiq asılılığı; bərk xətlər τ ¼ τ0 expðPΔVact=RTÞ uyğunluqlarıdır. Mənbə: Physical Review Letters (2026). DOI: 10.1103/jpnz-xfbj

Arrhenius modelinin müəyyən edilmiş uyğunsuzluğunun həlli

Bu tədqiqatın ideyası tədqiqatçıların ağlına molekulyar rotor adlanan daxili fırlanan fraqmentləri ehtiva edən diqqətlə hazırlanmış bir sıra molekulları araşdırarkən gəldi. Bu sistemlərdə molekulun seçilmiş hissələri molekulyar strukturun qalan hissəsinə nisbətən fırlana bilər.

Rams-Baron dedi: “Bu sistemlər demək olar ki, ideal model birləşmələr idi, çünki biz hansı molekulyar fraqmentin fırlandığını dəqiq bilirdik”.

“Təəccüblüdür ki, rotorlar struktur baxımından çox oxşar olsalar da, eksperimental olaraq müəyyən edilmiş eksponensial əmsallar təxminən yeddi böyüklük dərəcəsi ilə dəyişirdi. Bu məqamda bizə aydın oldu ki, problem sadəcə molekulyar quruluşdan qaynaqlana bilməz. Demək olar ki, məhz həmin anda fransız fiziki Brotun 1960-cı illərin sonlarında dərc etdiyi əsasən unudulmuş nəzəri məqaləyə rast gəldik.”

“O, aktivləşmə enerjisinin ənənəvi Arrhenius analizində fərz edildiyi kimi əslində sabit olmaya biləcəyini, əksinə temperaturla dəyişə biləcəyini irəli sürdü. Bu, yalnız sabit həcmli təcrübələrlə həll edilə bilər.”

Tədqiqatçılar göstərdilər ki, 80 il əvvəl Klod Brot tərəfindən irəli sürülən bu ideya molekulyar eynəklərdə müşahidə edilən anomal Arrenius parametrlərini izah edə bilər. Beləliklə, onlar bu konsepsiyanı özləri hazırladıqları molekulyar sistemlərdən istifadə edərək eksperimental olaraq sınaqdan keçirməyə başladılar.

Rams-Baron izah etdi: “Beləliklə, əsas məqsədimiz uzun müddətdir davam edən ‘Arrhenius paradoksu’nun daxili istilik effektlərini ənənəvi ölçmələrdə gizlənmiş sıxlıqla əlaqəli effektlərdən ayırmaqla nəhayət həll edilə biləcəyini müəyyən etmək oldu”.

Gündəlik məlumat üçün Phys.org-a etibar edən 100.000-dən çox abunəçi ilə elm, texnologiya və kosmosdakı ən son yenilikləri kəşf edin . Pulsuz bülletenimizə abunə olun və vacib olan nailiyyətlər, innovasiyalar və tədqiqatlar haqqında gündəlik və ya həftəlik yeniliklərdən xəbərdar olun .

“Əsas fikir, ətraf mühit təzyiqi şəraitində relaksasiya müddətlərinin temperaturun funksiyası kimi ölçüldüyü zaman adi təcrübələrdə temperatur və sıxlığın ayrılmaz olduğunu anlamaq idi.”

Bir material sabit təzyiqdə soyuduqda, onun temperaturu deyil, həm də altındakı molekulların bir-birinə nə qədər sıx yerləşdiyi də dəyişir. Əgər molekulların sıxlığı da dəyişərsə, aktivləşmə enerjisinə həm istilik, həm də molekul sıxlığı ilə əlaqəli təsirlər təsir göstərəcəkdir.

Məqalənin həmmüəllifi Marian Paluch bildirib ki, “Bu effektləri ayırmaq üçün genişzolaqlı dielektrik spektroskopiyasını təzyiq-həcm-temperatur (PVT) ölçmələri ilə birləşdirdik”.

“Bu, sabit həcm (və ya izoxorik) şəraitdə relaksasiya müddətlərini yenidən qurmağa imkan verdi . Sadə dillə desək, biz soruşduq: temperatur dəyişərkən sıxlıq sabit qalsa nə baş verir? Bunu etdikdən sonra paradoks əslində yox oldu.”

Komandanın təcrübələri göstərdi ki, molekulyar şüşələrdə aktivləşmə enerjisi sabit deyil, əksinə temperatur azaldıqca xətti olaraq azalır. Xüsusilə, Brotun onilliklər əvvəl proqnozlaşdırdığı şey məhz budur.

“Bu o deməkdir ki, ənənəvi Arrhenius analizində müşahidə edilən anomal pre-eksponensial amillər sirli və ya qeyri-fiziki deyil; onlar sıxlıq effektlərinin standart ölçmələrin içərisində gizlənməsi səbəbindən yaranır”, – deyə Palux bildirib.

Gələcək kondensləşdirilmiş maddə fizikası tədqiqatlarının məlumatlandırılması

Rams-Baron və həmkarlarının son işi, molekulyar şüşələrə tətbiq edildikdə ənənəvi Arrhenius uyğunlaşdırma yanaşmalarının qeyri-real aktivləşmə enerjiləri verməyə meylli olduğunu izah edir. Bundan əlavə, o, kondensasiya olunmuş maddədə termal aktivləşdirilmiş prosesləri təhlil etmək üçün daha uyğun ola biləcək alternativ bir çərçivə təklif edir .

Rams-Baron bildirib ki, “Məqaləmiz molekulyar şüşələrdə fırlanma dinamikasının təfsirində uzun müddətdir davam edən uyğunsuzluğun fiziki izahını təqdim edir”.

“Mücərrəd entropiya düzəlişlərini tətbiq etmək əvəzinə, sıxlıq effektləri düzgün daxil edildikdə, zahirən qeyri-real Arrhenius parametrlərinin mənalı molekulyar kəmiyyətlərə çevrilə biləcəyini göstəririk.”

Tədqiqatçılar hesab edirlər ki, onların tədqiqatı molekulyar şüşələrdən kənarda digər materialların öyrənilməsinə də təsir göstərə bilər. Əslində, bu, polimerlər, müxtəlif bərk maddələr və hətta əczaçılıq məhsulları da daxil olmaqla müxtəlif materiallarda və birləşmələrdə kimyəvi və fiziki proseslərin öyrənilməsi üçün daha etibarlı yanaşmaların tətbiqinə imkan verə bilər.

“Nəticələrimiz göstərir ki, molekulyar dinamikanın sıxlıq dəyişikliklərinə həssas olduğu sistemlərdə eksperimental olaraq müəyyən edilmiş aktivləşdirmə parametrləri gizli sıxlıqla əlaqəli töhfələr ehtiva edə bilər”, – deyə Palux izah etdi. “Nəticə etibarilə, molekulyar hərəkətliliyi, relaksasiya davranışını və ya material sabitliyini təsvir etmək üçün istifadə edilən bəzi mövcud yanaşmalar düzəliş və ya yenidən şərh tələb edə bilər.”

Paluch və həmkarları tərəfindən toplanan nəticələr nəticədə daha proqnozlaşdırıla bilən istilik və mexaniki xüsusiyyətlərə malik materialların dizaynına təsir göstərə bilər. Lakin bundan əvvəl tədqiqatçılar müşahidə etdikləri fenomeni daha da araşdırıb onun universal olub-olmadığını və ya yalnız müəyyən materiallara və ya ssenarilərə aid olduğunu anlamağı planlaşdırırlar.

Rams-Baron əlavə etdi: “Məqaləmiz yalnız başlanğıcdır. Bir paradoksu həll etsə də, eyni zamanda bir çox tamamilə yeni suallar ortaya qoydu. Yaxın gələcəkdə bu fenomenin nə qədər universal olduğunu və sıxlıq dəyişikliklərinə fırlanma maneələrinin həssaslığını hansı molekulyar amillərin müəyyən etdiyini anlamaq istəyirik.”

Müəllifimiz İnqrid Fadelli tərəfindən sizin üçün yazılmış, Sadie Harley tərəfindən redaktə edilmiş və Robert Egan tərəfindən faktlar yoxlanılmış və nəzərdən keçirilmişdir — bu məqalə diqqətli insan əməyinin nəticəsidir. Müstəqil elmi jurnalistikanı yaşatmaq üçün sizin kimi oxuculara güvənirik. Bu reportaj sizin üçün vacibdirsə, xahiş edirik ianə etməyi düşünün (xüsusilə aylıq). Təşəkkür olaraq reklamsız hesab əldə edəcəksiniz .

Nəşr detalları

Marzena Rams-Baron və digərləri, Molekulyar Eynəklərdə Fırlanma Baryerlərinin İzokorik Təhlili ilə Arrhenius Paradoksunun Həll Edilməsi, Fiziki İcmal Məktubları (2026). DOI: 10.1103/jpnz-xfbj .

Jurnal məlumatları: Fiziki icmal məktubları 

Əsas anlayışlar

Tarazlıqsız statistik mexanikaİstilik xüsusiyyətləriNizamsız sistemlər