Պինդ ջրածին

Պինդ ջրածինը ջրածնի տարրի պինդ վիճակն է, որը ձեռք է բերվում ջրածնի 14,01 Կ հալման կետից ցածր ջերմաստիճանի իջեցմամբ (−259,14 °C; −434,45 °F): Այն առաջին անգամ հավաքվել է Ջեյմս Դյուարի կողմից 1899 թվականին և հրատարակվել է «Sur la solidification de l'hydrogène» (անգլ.՝ «Ջրածնի սառեցման մասին») վերնագրով Annales de Chimie et de Physique ամսագրում, 7-րդ շարք, հատ. 18, հոկտ. 1899 թվականին^[1]^[2]։ Պինդ ջրածինն ունի 0,086 գ/սմ³ խտություն՝ այն դարձնելով ամենացածր խտությամբ պինդ մարմիններից մեկը։

Մոլեկուլային պինդ ջրածին[խմբագրել | խմբագրել կոդը]

Ցածր ջերմաստիճանների և մինչև 400 ԳՊա (3,900,000 մթնոլորտ) ճնշման դեպքում ջրածինը ձևավորում է H₂ դիսկրետ մոլեկուլներից ձևավորված պինդ փուլերի մի շարք։ I փուլը տեղի է ունենում ցածր ջերմաստիճանների և ճնշումների դեպքում և բաղկացած է H₂ մոլեկուլների ազատ պտտվող վեցանկյուն փակ զանգվածից։ Ցածր ջերմաստիճանում ճնշումը բարձրացնելու դեպքում դեպի II փուլ անցումը տեղի է ունենում մինչև 110 ԳՊա-ում^[3]։ II փուլը կոտրված սիմետրիկ կառուցվածք է, որտեղ H₂ մոլեկուլներն այլևս չեն կարողանում ազատ պտտվել^[4]։ Եթե ճնշումը հետագայում ավելանում է ցածր ջերմաստիճանում, ապա III փուլը հանդիպում է մոտ 160 ԳՊա։ Ջերմաստիճանը բարձրացնելուց հետո անցում դեպի IV փուլ տեղի է ունենում մի քանի հարյուր կելվինի ջերմաստիճանում 220 ԳՊա-ից բարձր ճնշման միջակայքում^[5]^[6]։

Մոլեկուլային պինդ ջրածնի տարբեր փուլերի ատոմային կառուցվածքների հայտնաբերումը չափազանց դժվար է, քանի որ ջրածնի ատոմները շատ թույլ են փոխազդում ռենտգենյան ճառագայթների հետ, և պինդ ջրածնի միայն փոքր նմուշներ կարելի է ձեռք բերել ադամանդե կոճի բջիջներում, այնպես որ ռենտգենյան դիֆրակցիան ապահովում է շատ սահմանափակ տեղեկատվություն կառույցների մասին։ Այնուամենայնիվ, փուլային անցումները կարելի է հայտնաբերել՝ փնտրելով նմուշների Ռամանի սպեկտրում կտրուկ փոփոխություններ։ Ավելին, ատոմային կառուցվածքները կարելի է նկատել Ռամանի փորձարարական սպեկտրների և առաջին սկզբունքների մոդելավորման համակցությունից^[7]։ Խտության ֆունկցիոնալ տեսության հաշվարկները օգտագործվել են յուրաքանչյուր փուլի համար թեկնածու ատոմային կառուցվածքների որոնման համար^[8]^[9]^[10] : Այս թեկնածու կառույցներն ունեն ցածր ազատ էներգիաներ և Ռամանի սպեկտրներ՝ համաձայն փորձարարական սպեկտրների։ Քվանտային Մոնտե Կառլոյի մեթոդները, ինչպես նաև աններդաշնակ թրթռումային էֆեկտների առաջին սկզբունքների մշակումը, այնուհետև օգտագործվել են այս կառույցների հարաբերական Գիբսի ազատ էներգիան ստանալու համար և, հետևաբար, տեսական ճնշում-ջերմաստիճան փուլային դիագրամ ստանալու համար, որը ողջամիտ քանակական համաձայնության է փորձի հետ^[11]։ Այս հիման վրա, ենթադրվում է, որ II փուլը P21/c համաչափության մոլեկուլային կառուցվածք է։ III փուլը C2/c համաչափության կառուցվածք է (կամ նման է), որը բաղկացած է մոլեկուլների հարթ շերտերից՝ աղավաղված վեցանկյուն դասավորությամբ, իսկ IV փուլը Pc-ի համաչափության կառուցվածք է (կամ նման է), որը բաղկացած է ուժեղ կապակցված մոլեկուլների այլընտրանքային շերտերից և թույլ կապակցված գրաֆենի նման թիթեղներից։

Ծանոթագրություններ[խմբագրել | խմբագրել կոդը]

↑ Correspondence and General A-I DEWAR/Box D I
↑ Dewar, James (1899). «Sur la solidification de l'hydrogène». Annales de Chimie et de Physique. 18: 145–150.
↑ H.-K. Mao & R. J. Hemley (1994). «Ultrahigh-pressure transitions in solid hydrogen». Rev. Mod. Phys. 66 (2): 671–692. Bibcode:1994RvMP...66..671M. doi:10.1103/RevModPhys.66.671.
↑ I. Goncharenko & P. Loubeyre (2005). «Neutron and X-ray diffraction study of the broken symmetry phase transition in solid deuterium». Nature. 435 (7046): 1206–1209. Bibcode:2005Natur.435.1206G. doi:10.1038/nature03699. PMID 15988519. S2CID 4416401.
↑ R. T. Howie, C. L. Guillaume, T. Scheler, A. F. Goncharov and E. Gregoryanz (2012). «Mixed Molecular and Atomic Phase of Dense Hydrogen». Phys. Rev. Lett. 108 (12): 125501. Bibcode:2012PhRvL.108l5501H. doi:10.1103/PhysRevLett.108.125501. PMID 22540596.{{cite journal}}: CS1 սպաս․ բազմաթիվ անուններ: authors list (link)
↑ M. I. Eremets & I. A. Troyan (2011). «Conductive dense hydrogen». Nature Materials. 10 (12): 927–931. Bibcode:2011NatMa..10..927E. doi:10.1038/nmat3175. PMID 22081083.
↑ J. M. McMahon, M. A. Morales, C. Pierleoni and D. M. Ceperley (2012). «The properties of hydrogen and helium under extreme conditions». Rev. Mod. Phys. 84 (4): 1607–1653. Bibcode:2012RvMP...84.1607M. doi:10.1103/RevModPhys.84.1607.{{cite journal}}: CS1 սպաս․ բազմաթիվ անուններ: authors list (link)
↑ C. J. Pickard & R. J. Needs (2007). «Structure of phase III of solid hydrogen». Nat. Phys. 3 (7): 473–476. Bibcode:2007NatPh...3..473P. doi:10.1038/nphys625.
↑ C. J. Pickard & R. J. Needs (2009). «Structures at high pressure from random searching». Phys. Status Solidi B. 246 (3): 536–540. Bibcode:2009PSSBR.246..536P. doi:10.1002/pssb.200880546. S2CID 97258049.
↑ C. J. Pickard, M. Martinez-Canales and R. J. Needs (2012). «Density functional theory study of phase IV of solid hydrogen». Phys. Rev. B. 85 (21): 214114. arXiv:1204.3304. Bibcode:2012PhRvB..85u4114P. doi:10.1103/PhysRevB.85.214114. S2CID 119269630.
↑ N. D. Drummond, B. Monserrat, J. H. Lloyd-Williams, P. Lopez Rios, C. J. Pickard and R. J. Needs (2015). «Quantum Monte Carlo study of the phase diagram of solid molecular hydrogen at extreme pressures». Nat. Commun. 6: 7794. arXiv:1508.02313. Bibcode:2015NatCo...6.7794D. doi:10.1038/ncomms8794. PMC 4525154. PMID 26215251.{{cite journal}}: CS1 սպաս․ բազմաթիվ անուններ: authors list (link)

Գրականություն[խմբագրել | խմբագրել կոդը]

Melting Characteristics and Bulk Thermophysical Properties of Solid Hydrogen", Air Force Rocket Propulsion Laboratory, Technical Report, 1972

Արտաքին հղումներ[խմբագրել | խմբագրել կոդը]

[1] Correspondence and General A-I DEWAR/Box D I

[2] Dewar, James (1899). «Sur la solidification de l'hydrogène». Annales de Chimie et de Physique. 18: 145–150.

[3] H.-K. Mao & R. J. Hemley (1994). «Ultrahigh-pressure transitions in solid hydrogen». Rev. Mod. Phys. 66 (2): 671–692. Bibcode:1994RvMP...66..671M. doi:10.1103/RevModPhys.66.671.

[4] I. Goncharenko & P. Loubeyre (2005). «Neutron and X-ray diffraction study of the broken symmetry phase transition in solid deuterium». Nature. 435 (7046): 1206–1209. Bibcode:2005Natur.435.1206G. doi:10.1038/nature03699. PMID 15988519. S2CID 4416401.

[5] R. T. Howie, C. L. Guillaume, T. Scheler, A. F. Goncharov and E. Gregoryanz (2012). «Mixed Molecular and Atomic Phase of Dense Hydrogen». Phys. Rev. Lett. 108 (12): 125501. Bibcode:2012PhRvL.108l5501H. doi:10.1103/PhysRevLett.108.125501. PMID 22540596.{{cite journal}}: CS1 սպաս․ բազմաթիվ անուններ: authors list (link)

[6] M. I. Eremets & I. A. Troyan (2011). «Conductive dense hydrogen». Nature Materials. 10 (12): 927–931. Bibcode:2011NatMa..10..927E. doi:10.1038/nmat3175. PMID 22081083.

[7] J. M. McMahon, M. A. Morales, C. Pierleoni and D. M. Ceperley (2012). «The properties of hydrogen and helium under extreme conditions». Rev. Mod. Phys. 84 (4): 1607–1653. Bibcode:2012RvMP...84.1607M. doi:10.1103/RevModPhys.84.1607.{{cite journal}}: CS1 սպաս․ բազմաթիվ անուններ: authors list (link)

[8] C. J. Pickard & R. J. Needs (2007). «Structure of phase III of solid hydrogen». Nat. Phys. 3 (7): 473–476. Bibcode:2007NatPh...3..473P. doi:10.1038/nphys625.

[9] C. J. Pickard & R. J. Needs (2009). «Structures at high pressure from random searching». Phys. Status Solidi B. 246 (3): 536–540. Bibcode:2009PSSBR.246..536P. doi:10.1002/pssb.200880546. S2CID 97258049.

[10] C. J. Pickard, M. Martinez-Canales and R. J. Needs (2012). «Density functional theory study of phase IV of solid hydrogen». Phys. Rev. B. 85 (21): 214114. arXiv:1204.3304. Bibcode:2012PhRvB..85u4114P. doi:10.1103/PhysRevB.85.214114. S2CID 119269630.

[11] N. D. Drummond, B. Monserrat, J. H. Lloyd-Williams, P. Lopez Rios, C. J. Pickard and R. J. Needs (2015). «Quantum Monte Carlo study of the phase diagram of solid molecular hydrogen at extreme pressures». Nat. Commun. 6: 7794. arXiv:1508.02313. Bibcode:2015NatCo...6.7794D. doi:10.1038/ncomms8794. PMC 4525154. PMID 26215251.{{cite journal}}: CS1 սպաս․ բազմաթիվ անուններ: authors list (link)

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]