Սառույց III

Սառույց III, ջրային սառույցի տետրագոնային բյուրեղային տարատեսակ։ Կարելի է ստանալ ջուրը 300 ՄՊա ճնշման տակ մինչև -23 °C (250 Կ) ջերմաստիճանը սառեցնելով։ Դրա խտությունը ավելի մեծ է, քան ջրի խտությունը, բայց այն ամենաքիչ խիտն է բարձր ճնշման գոտում գտնվող բոլոր տեսակի սառույցների մեջ (1.16 գ / սմ³ 350 ՄՊա ճնշմամբ)։ Նույն ճնշման դեպքում ջրի խտությունը կազմում է մոտ 1,12գ/սմ³:

350 ՄՊա ճնշման դեպքում III սառույցի խտությունը 1.16 գ /սմ³ է։ Ստատիկ դիէլեկտրական թափանցելիությունը 117 է։  

Սովորական ջրային սառույցը, ըստ Բրիջմանի անվանացանկի, պատկանում է Ih սառույցին։ Լաբորատոր պայմաններում (տարբեր ջերմաստիճաններում և ճնշումներում) ստեղծվել են սառույցի տարբեր տարատեսակներ՝ սառույց II- ից մինչև սառույց XVI :

Հայտնագործման պատմություն 
Բարձր ճնշման սառույցի փոփոխությունները առաջին անգամ հայտնաբերել է Բրիջմանը, ով 1912 թվականին կառուցել է ջրի փուլային դիագրամ։ Ուսումնասիրելով ջուրը տարբեր ջերմաստիճաններում և ճնշումներում, նա, բացի սովորական սառույցից, բացահայտել է դրա կառուցվածքային փոփոխություններից ևս 6-ը, որոնք նա նշանակել է սառույց II - սառույց VII:

Մինչև 1960-ական թվականները սառույցի ձևափոխումների բյուրեղային կառուցվածքը պարզ չէր։ 1960 թվականին Բ․ Քեմբը (Barclay Camb) և Դատտան սառույցում ռենտգենյան դիֆրակցիայի վերլուծության շնորհիվ սառույց III-ում տետրագոնալ համաչափություն են հայտնաբերել, որը նման է սիլիցիումի օքսիդի՝ SiO2 -ի։

Ստացում 

Սառույց III- ը առավել հեշտությամբ է ստացվում և հարմար է բարձր ճնշման սառույցի հետազոտության համար։ Այն առաջին անգամ ստացվել է սովորական սառույցից −22 °C  (սառույցի եռակի կետի Ih - սառույց III - ջուր) ջերմաստիճանում` ճնշումը հասցնելով 210 ՄՊա։

Հնարավոր է սառույցը III-ը ստանալ 210-350 ՄՊա ճնշմամբ ջուրը դանդաղ (մոտ 0,5 °C /րոպե) սառեցնելով մինչև եռակի կետից ցածր ջերմաստիճաններ (−22 °C):

Ուսումնասիրություններ անցկացնելու  համար սառույց III-ը -40 °C ջերմաստիճանում կես ժամ պահելուց հետո արագորեն սառեցնում են հեղուկ ազոտով մինչև -175 °C-ից ցածր ջերմաստիճան։ Այս ջերմաստիճանում սառույց III- ը մետաստաբիլ է (կայունանման), այն պահպանում է իր կառուցվածքը, երբ ճնշումն ընկնում է մինչև մթնոլորտային ճնշումը, չնայած փուլային դիագրամում այդ ճնշումները և ջերմաստիճանը համապատասխանում են սառույց II-ին (200 ՄՊա-ից բարձր) և սովորական սառույցին (200 ՄՊա-ից ցածր)։

Սառույց III-ը անկայուն է ռենտգենյան ճառագայթների դեմ և արագ փլուզվում է ինտենսիվ ճառագայթահարման պայմաններում, ինչը ռենտգենյան դիֆրակցիայի վերլուծության համար դժվարություններ է առաջացնում։

Ֆիզիկական հատկություններ

Բյուրեղի կառուցվածքը 
Սառույց III- ն ունի տետրագոնալ բյուրեղային ցանց (P41212): Մթնոլորտային ճնշման և -175 °C ջերմաստիճանի դեպքում ցանցի պարամետրերը կազմում են a = 6.73 ± 0.01 Å և c = 6.83 ± 0.01 Å, ջրածնային կապերի միջին երկարությունը 2.775 Å է։

Ի տարբերություն ուղիղ տետրագոնալ ցանցի, սառույց III- ն ունի խախտված բյուրեղային կառուցվածք։ Միջին հաշվով, յուրաքանչյուր մոլեկուլ ջրածնային կապերով կապված է 4-ի փոխարեն 3.2 հարևանի հետ, բայց մոտ 3,6 Å հեռավորության վրա կան ևս 2 կամ 3 հարևան մոլեկուլներ, որոնք կապված չեն ջրածնային կապերով։

Փուլային գծապատկերի եռակի կետերը 
Աղյուսակում տրված են սովորական և ծանր ջրի ճնշման և ջերմաստիճանի արժեքները եռակի կետերում։

Հալման ջերմաստիճան 
Աշխատանքի մեջ ներկայացված են սառույցի տարբեր փոփոխությունների հալման ջերմաստիճանի՝ ճնշումից  կախվածության մաթեմատիկական արտահայտությունները։ Սառույց III-ը հալվում է 251.165 Կ (−21.985 °C) - 256.164 Կ (.916.986 °C) ջերմաստիճանների սահմանում, մինչդեռ  ±3% սխալով չափված ճնշումը տատանվում է 209.9-ից 350.1 ՄՊա։ Սառույց Ih-ի և սառույցի III հալման մոդելները ներդաշնակեցնելու համար ընդունվել է ճնշում 258.566 ՄՊա (շեղումը փորձարարական արժեքից 0.64%) ճնշում`III- Ih-Հեղուկ եռակի կետի համար։ Այս ենթադրության համաձայն, հալման գծի վրա  ճնշման կախվածությունը ջերմաստիճանից արտահայտվում է հետևյալ բանաձևով.

 
Եռակի կետում փորձարարական արժեքի համար (P = 209.9 ՄՊա) բանաձևն ստանում է հետևյալ տեսքը'

Վերջին բանաձևից ստանում ենք հալման ջերմաստիճանի՝ ճնշումից հետևյալ կախվածությունը.

որտեղ 209.9 <P <350.1 ՄՊա։

Բոլոր բանաձևերում ջերմաստիճանը չափվում է Կ- ով, ճնշումը՝ ՄՊա- ով։

Ծանոթագրություններ

Արտաքին հղումներ 

 

Սառույց
Ջրաբանություն