Zaujal vás nějaký fyzikální jev? Nevíte si rady s jeho vysvětlením? Neváhejte a napište nám svůj dotaz!
nalezeno 6 dotazů obsahujících »krystalizační«
2) Ochrana květů meruněk proti mrazu
05. 05. 2008
Dotaz: Dobrý den, u jistého přípravku, běžně používaného proti houbovým
chorobám rostlin, je uváděno také použití při ochraně květů meruněk
proti zmrzání. Účinná látka je hydroxid měďnatý 77 %. Postřik se
provádí 0,2% koncentrací 1 - 2 dny před mrazy. Zajímalo by mně, na jakém
principu může hydroxid měďnatý zabránit zmrznutí květů. (Marie Sýkorová)
Odpověď: Odborník nejsem, ale na zahrádkářských webech jsem našla zdůvodnění týkající
se právě baktericidních účinků těchto přípravků - některé bakterie mohou
podporovat krystalizaci vody v buňkách (fungují jako krystalizační jádra) a
vzniklé krystalky ledu ničí rostlinnou tkáň. Bez těchto bakterií jsou
rostliny schopny udržet podchlazenou vodu ve svých buňkách kapalnou,
nezkrystalizovanou, a tudíž bezpečnou, pokud teplota příliš nepoklesne pod
bod mrazu.
V závěru tohoto dokumentu se dočtete něco o vlivu mrazu na rostliny a o
jejich obraně:
Dotaz: Dobrý den.Rád bych se zeptal jestli je možné v našich podmínkách/na
zeměkouli/aby voda v tekutém stavu měla méně než 0°C.Např.-0,2°C. (Jarda)
Odpověď: Ano, možné to je a stává se to poměrně běžně. Tím nemyslím v 90 %
případů, ale setkat se s tím může i normální smrtelník mimo laboratoř,
mám s tím osobní zkušenost také.
Voda při atmosférickém tlaku tuhne při teplotě 0 °C. Pokud má
kapalná fáze nižší teplotu, říkáme, že je voda přechlazená. Jedná se o
takzvaný metastabilní stav, který má tendenci dříve či později přejít do
stabilnějšího stavu - voda ztuhne. Takové tuhnutí je pak velmi prudké,
krystalizace se šíří lavinovitě celým objemem nádoby.
Na internetu je spousta videí s touto tématikou, najdete je pomocí
klíčových slov supercooled water.Velmi pěkné jsou například:
Dotaz: Preco z roztoku cukru nemozno v domacich podmienkach ziskat krystaly rovnako ako
z roztoku kuchynskej soli? (Jana Adámková)
Odpověď: Z roztoku cukru (jako z každého jiného roztoku) je možné získat krystaly, a to i v domácích podmínkách. Vyráběla se tak oblíbená cukrátka - krystaly cukru na špejli (anglicky "rock candies", český termín neznám). Základní problém ovšem představuje obrovská rozpustnost sacharózy (cukru) ve vodě:
teplota
rozpustnost (na 100 ml vody)
0°C
35,7 g soli
182 g cukru
20°C
35,9 g soli
202 g cukru
100°C
39,2 g soli
476 g cukru
(údaje převzaty z Wikipedie, která je převzdala od Mezinárodní unie čisté a užité chemie IUPAC)
Důsledky pro praxi: pokud rozpustíme ve vroucí vodě tolik soli, kolik jen
jde (tj. 39,2 g na 100 ml, tzv. nasycený roztok), ochlazením v mrazáku se
vyloučí asi jen desetina (3,5 g na 100 ml). Můžeme ovšem nechat roztok
místo ochlazování odpařovat a tím samozřejmě získáme nakonec všechnu sůl.
Koho by ovšem napadlo, že nasycený roztok cukru ve vroucí vodě vytvoříme
tak, že na 1/2 hrnku vody nasypeme skoro 1/2 kg cukru?! Budeme-li z
neznalosti postupovat odhadem, tj. přidáme asi takové množství jako v
případě soli (několik lžic), i při zchlazení na bod mrazu či odpaření
velké části vody bude v roztoku stále ještě příliš malá koncentrace cukru na to,
aby se začaly vylučovat krystaly - při pokojové teplotě musí koncentrace
překročit 202 g cukru na 100 ml vody, aby začal krystalizovat.
Pro optimální výsledek by tedy bylo třeba ve vroucí vodě rozpustit opravdu
ono neuvěřitelné množství cukru, při ochlazení na pokojovou teplotu se pak
více jak polovina množství vyloučí ve formě krystalů (například na
zmíněných špejlích, chceme-li vyrábět cukrátka), případně můžeme nechat roztok volně odpařovat za pokojové teploty a získat ještě větší část rozpuštěného cukru
ve formě krystalů.
Druhou věcí je výsledná podoba krystalů. Zde se uplatňuje vliv uspořádání
"experimentu" - koncentrace roztoku, rychlost odpařování nebo snižování
teploty, čistota roztoku, přítomnost krystalizačních jader - jakýchsi
zárodků pro vznik krystalů a podobně. Ve výsledku se může stát, že právě
vlivem uspořádání získáme místo pěkných oddělených krystalů nevzhlednou
krustu poslepovanou z malých jehliček.
Dotaz: Dobrý den, chtěla bych se zeptat na informace o výrobě umělých krystalů.
Děkuji (Karla D.)
Odpověď: Za zrodem technik výroby umělých krystalů stojí zřejmě šperkařství a jeho
snaha o levnější (ale stejně krásné) alternativy přírodních drahých kamenů.
Již v roce 1891 byl ve Francii A. Verneuilem vyroben první umělý korund
(rubín). Potřebné chemikálie (v případě rubínů a safírů jde o oxid hlinitý s
příslušnou barvicí přísadou) v podobě prášku se smísí a roztaví. Kapky směsi
pak dopadají na krystalizační "zárodek" - tedy malý krystalek původního
drahého kamene - a krystalují v tenoučkých vrstvách za vzniku rostoucího
krystalu. Po dosažení dostatečné velikosti se kámen dále zpracovává (štěpí,
brousí... ) Takto se připravují syntetické rubíny, safíry, spinely a
poněkud odlišným způsobem - nikoli z taveniny, ale z par metanu redukovaného
chemickou reakcí na uhlík - i diamanty. Podstatným prvkem procesu je volba
vhodného podkladu, jehož prostorovým uspořádáním je růst umělého krystalu
řízen. Je zřejmé, že přirozeně nejvhodnějším podkladem je vzorek příslušného
přírodního drahokamu.
Protože dodáním vhodných chemikálií je možné připravit kámen libovolné
barvy, používá se postup nejen k výrobě syntetických verzí zmíněných kamenů,
ale také k výrobě napodobenin nejrůznějších jiných drahokamů, které se samy
uměle připravují nesnadno.
Problémem některých takto připravených kamenů je jednak velké vnitřní pnutí
jako důsledek rychlého růstu (kámen nelze zpracovat vcelku, ale musí se
nejprve rozštěpit, aby později nedošlo k jeho popraskání; případně je možné
vyrábět kameny jen do určité velikosti) a dále "přírůstkové pásky" vzniklé z
jednotlivých vrstviček a jiné strukturní vlastnosti, které dovolují odlišit
syntetický kámen od přírodního drahokamu. Odborníci v této oblasti ovšem
stále zdokonalují technologické postupy, které by vedly k produkci kamenů
nerozeznatelných od jejich přírodních protějšků. Například odlišení
nejmodernějších syntetických diamantů od přírodních vyžaduje velmi nákladné
a složité zkoumání fyzikálních vlastností krystalů, které se vyplatí pouze u
nejvzácnějších kamenů určených pro šperkařský trh - pro technologické
využití, kam většina uměle připravených kamenů směřuje (rubíny pro lasery,
diamantové elektrody v polarografii - chemické analýze, atd.), je informace
o "přírodnosti" nepodstatná.
Část informací jsem čerpala z knihy Ruperta Hochleitnera: Drahokamy a
šperkové kameny. Nakladatelství Slovart, s.r.o., Praha 1995.
Dotaz: Dobrý den, díky za pěkné stránky. Zde je můj dotaz: Na kolejích jsem měl sorpční
lednici, která chladila až mrazila. Teplotu jsme neměřili, ale někdy jsme
vyndali veci zmrzlé a jindy ne. Několikrát se mi stalo, že jsem vodu (vodovodní)
v PET lahvi vytáhl z lednice a voda byla v tekutém stavu. V okamžiku, kdy jsem
PET lahev otevřel voda během 1-2 sekund zmrzla. Krásně prokrystalizovala v celém
objemu. Podobným způsobem, jako když lupnutím aktivujete takové ty ohřívací
polštářky. Podmínky: lednice - sorpční, zavřená ve skříni PET laveh - takový ten
měkčí typ, objem 2 litry, ležíci v lednici na výparniku, úplně plná nebo téměř
plná. Zajímalo by mě, při jakých podmínkách to nastává. Kam se ztratí energie
potřebná ke změně skupenství? Jak mohu tento stav reprodukovat? Jestli si dobře
pamatuji tak energie potřebná ke změně skupenství je zhruba stokrát vyšší než ke
změně teploty kapaliny o 1C. Takže vodu podchladím, jakoby na -100C a pak se mi
přemění na led o teplotě 0C. (Jaroslav Bernkopf)
Odpověď: Voda, kterou jste vyndal z chladničky, se podle všeho nacházela v tzv. metastabilním stavu, kdy je její teplota sice už pod nulou, ale stále ještě zůstává celá v kapalném skupenství. Tento stav je tím méně pravděpodobný, čím většího přechlazení dosáhnete, případně čím více vody v nádobě máte. S dvoulitrovou PET láhví lze znatelného přechlazení dosáhnout zřídka - a když, tak pouze o několik málo stupňů Celsia. Menší množství vody (řekněme 1 ml) lze ovšem snadno přechladit i na teplotu -10 °C a méně. Drobné kapičky se dají přechladit až o desítky stupňů Celsia!
Přechlazená kapalina je nestabilní. Přítomnost rušivých vlivů (nečistoty, otřesy) a další chlazení zvyšují společně šanci, že kapalina samovolně přejde do stabilnějšího stavu - zmrzne.
Mrznutí začne tím, že se někde v objemu kapaliny (typicky na stěnách nebo částečkách nečistot) objeví první krystalek ledu. Ten velmi rychle roste v jakousi dendritickou strukturu prolínající se celou kapalinou, což je ono vámi pozorované rychlé prorůstání krystalků. Tím se ovšem uvolňuje latentní krystalizační teplo ohřívající zbytek přechlazené kapaliny. Teplota přechlazené vody tak během této "bouřlivé" krystalizace po zlomku sekundy až několika málo sekundách vzroste na teplotu tuhnutí (0 °C). Sem se tedy "ztratí" ona pohřešovaná energie. Zbytek kapaliny tuhne již běžným způsobem.
V přiloženém grafu je zachycen průběh teploty v reálném experimentu, který probíhal s 1 ml destilované vody, jejíž počáteční teplota byla přibližně 1 °C. Z grafu lze vyčíst, že se voda v tomto experimentu přechladila o více než 10 °C, načež během velice krátkého okamžiku prorostla zmíněnou dendritickou ledovou strukturou za součásného vzrůstu teploty na 0 °C. "Domrzání" potom trvalo ještě asi minutu a dvacet sekund. Teplota okolí byla přibližně -17 °C.
