|
 |
|
Dobar dan,
Kad promatramo plinove, iz ideje da je energija jednako podijeljena na sve dostupne načine gibanja možemo izvesti i dokazati neke relacije koje opisuju plinove. Zanima me zašto se baš energija tako dijeli, rijetko kad se izotropnost baš naglašava kao svojstvo, postoje li situacije kada svojstvo izotropnosti ne vrijedi? Pročitala sam u jednoj knjizi da se kao jedini uistino izolirani sistem može doživljavati svemir, taj podatak mi je ostao malo apstraktan pa me zanima na koje sve načine se odnosi? Vrijedi li pojam zatvorenog sistema samo za ne relativističke uvjete?
Hvala Vam unaprijed na odgovorima =).
|
|
Ime i prezime:
Ana Piroš
pirosa0805@gmail.com
|
 |
 |
Izotropnost neke tvari ili medija tipično proizlazi kao zaključak kad ne možemo naći razloga za anizotropiju. Recimo, nije poznato niti jedno eksperimentalno opažanje koje bi sugeriralo da je prostor anizotropan tj. da bi kretanje u nekom smjeru bilo drugačije u odnosu na ostale. S druge strane, za vrijeme možemo reći da je izrazito anizotropno jer ne postoji nijedan eksperimentalni dokaz koji bi demonstrirao kretanje unazad kroz vrijeme.
Što se tiče atomsko-molekulske materije, anizotropija proizlazi iz načina na koji su čestice međusobno posložene. Uzmemo li kakav monokristal, imat ćemo pravilno posložene čestice, što znači da će i npr. njihovi dipolni ili magnetski momenti također biti pravilno raspoređeni. Takav raspored znači da će svojstva materijala (vodljivost topline ili električne struje, apsorpcijski spektar, polarnost) ovisiti o smjeru unutar kristala. Npr. nije isto gledamo li dipolni moment duž polarnih veza ili okomito na njih.
Ako sad taj kristal sameljemo u sitan prah, dobit ćemo mnoštvo sitnih kristalića koji će vjerojatno biti u svakakvim međusobnim orijentacijama. Ako se radi o kompaktnim blokovima, neće postojati poseban razlog za ovu ili onu međusobnu orijentaciju pa možemo očekivati ugrubo izotropni prašak. Međutim, ako se kristal mljevenjem raspada na igličaste ili listićaste fragmente, oni će vjerojatno biti paralelno posloženi jer tako naprosto bolje popune prostor. U takvim slučajevima nešto od anizotropije kristala preostane i u prašku i to je relevantno npr. kod röntgenske difrakcije na praškastim uzorcima.
Taljenjem kristala (ako se ovaj pritom ne razgradi) dobit ćemo tekućinu, dakle nakupinu gusto posloženih čestica koje se mogu slobodno kretati i rotirati. Kako će one prosječno međusobno stajati u prostoru, ovisi o njihovim oblicima i unutrašnjim nabojima, ali izvjesno je da neće biti preferiranih orijentacija u prostoru, tako da su tekućine tipično izotropne.
Ipak, postoji grupa spojeva kod kojih se grijanjem ne raskinu sve veze među česticama, nego ostanu npr. linearne nakupine. To znači da ćemo imati tekućinu s nekim svojstvima kristalâ, dakle anizotropnu tekućinu. Takve se tekućine zovu tekući kristali i o njima ima podosta literature jer se na njima zasniva dobar dio tehnologije zaslonâ za elektroničke uređaje.
Kod plinova su međumolekulske interakcije minimalne pa se čestice slobodno kreću i rotiraju jer ih ništa ne drži na nekom položaju ili u nekoj orijentaciji. Zbog toga će se na makroskopskoj skali ravnomjerno naći u svim mogućim orijentacijama i u svim dijelovima dostupnog prostora. To znači da će se čak i jako polarne čestice kao plinovita masa ponašati izotropno.
Pitanje koje bi se još moglo postaviti je kako natjerati plin da bude anizotropan. Očito, trebalo bi mu čestice natjerati da se orijentiraju u prostoru. To se može napraviti (barem) na dva načina. Jedan je da se plin stavi u električno polje, a drugi da se stavi u magnetsko. Na tu je temu napravljeno nešto spektroskopskih istraživanja o kojima ne znam previše. Međutim, nije zgorega primijetiti da se taj princip rutinski koristi na atomskim jezgrama, u kontekstu nuklearne magnetske rezonancije. Naime, atomske se jezgre ponašaju ponešto distancirano u odnosu na elektrone i u tom su smislu izotropan sustav posve lišen interakcija među česticama. Stavi li se uzorak u jako magnetsko polje, jezgre se orijentiraju u odnosu na to polje (a micati se ne mogu jer su zarobljene u atomima) i izotropija se gubi te se javljaju kvantne energijske razine mjerenjem čijih razlika se može strukturno analizirati organske i anorganske molekule.
Nisam siguran da je Svemir izolirani sustav i ne bih rekao da u ovom času to možemo provjeriti. Em nije riješeno pitanje je li uopće konačan (zato imamo termin opaziv Svemir (observable universe)), em nemamo pojma što se zbiva u crnim rupama. Da ne govorim o tomu da nije jasno što bi bile tamna tvar ili tamna energija. A ako ne znaš ukupnu količinu materije i energije, teško ćeš znati mijenja li se ona ili ostaje konstantna.
Vjerojatno ideja da je Svemir jedini uistinu izolirani sustav proizlazi iz ideje da je Svemir zatvoren, ili eventualno da je ukupnost svih, eventualno povezanih svemira, opet zatvorena. S druge strane, zakon o očuvanju materije ima jaku racionalnu podlogu, tako da nije blesavo misliti da se kad-tad može doći do uistinu izoliranog sustava, ma što on točno bio i kakvi točno zakoni u njemu vladali. No, sad je jasno da smo se našli u cirkularnoj definiciji.
Zbog toga je zatvoreni sustav u prvom redu apstrakcija, odnosno idealizacija odstupanjem od koje dolazimo do realnih modela.
Pozdrav, |
|
|
Odgovorio:
Ivica Cvrtila
icvrtila@chem.pmf.hr
<-- Povratak
|
|
|
Postavite
pitanje iz bilo kojeg područja kemije i
e-škola će osigurati da dobijete odgovor od kompetentnog znanstvenika. |
  |
|
