Swobodna energia
W nauce, podobnie jak w życiu, najważniejsza jest prawda.
15 obserwujących
183 notki
207k odsłon
  205   0

Alotropia żelaza w świetle fundamentalnych zjawisk

image
 Powyżej temperatury Curie te właściwości zanikają i żelazo staje się paramagnetykiem. Atomy żelaza α tworzą strukturę, w której atomy są związane za sobą za pomocą molekularnych powłok o promieniach 247,7 pm oraz 286 pm. (Możliwe jest także to, że atomy łączą się ze sobą za pomocą potencjałowych powłok o promieniach równych 2*247,7 pm lub (2^0,5)*286 pm, ale tutaj ta możliwość nie jest brana pod uwagę.) Gęstość żelaza α w temp. 20 °C  wynosi 7,86 g/cm³. Wraz ze wzrostem temperatury rośnie amplituda drgań atomów w krystalicznej strukturze. Ale dopóki jest zachowany kształt struktury, oznacza to, że atomy pozostają w obszarach powłok swoich najbliższych sąsiadów. Jednak przy wzroście temperatury zmniejsza się gęstość żelaza. Proces zmniejszania się gęstości żelaza wynika częściowo z rozszerzalności cieplnej, bo podgrzewany materiał zwiększa swoją objętość, a częściowo wynika z utraty pewnej ilości protoelektronów z zagęszczenia, które to cząstki zostały rozproszone do otoczenia. Sam proces rozszerzalności cieplnej jest związany ze zjawiskiem powstawania w krystalicznej strukturze żelaza bezatomowych szczelin. Te bezatomowe szczeliny są zamkniętymi przez atomy mikro-przestrzeniami (wnękami), które są gęsto wypełnione protoelektronami.
 
Tu w kilku słowach można uzupełnić temat przemiany ferromagnetyka w paramagnetyk. Zwiększona ruchliwość atomów w wyższej temperaturze, a przede wszystkim zwiększona ruchliwość protoelektronów oraz powstawanie bezatomowych szczelin w strukturze, łączy się z rozrywaniem międzyatomowych więzi, które istniały dzięki wzajemnemu oddziaływaniu ze sobą protoelektronowych mikro-strumieni. W temperaturze Curie dochodzi do lawinowego niszczenia tych więzi i atomy, które wcześniej nie obracały się, zaczynają się obracać.

Regularna przestrzennie centrowana krystaliczna sieć żelaza α w temperaturze 906 °C traci swoją wytrzymałość. Z powodu dużej ruchliwości  atomów więzi między nimi są rozrywane i następuje strukturalna reorganizacja sieci. Atomy opuszczają powłoki o promieniach 247,7 pm oraz 286 pm i zatrzymują się na powłokach o promieniach 258,1 pm i 365 pm, tworząc sieć regularną ściennie centrowaną żelaza γ.

image

Pomimo zmniejszonej pod wpływem temperatury gęstości protoelektronowego ośrodka, gęstość żelaza γ przy temperaturze 916 °C zwiększa się do wartości 8,05 g/cm³. Ten wzrost gęstości żelaza γ w stosunku do gęstości żelaza α wynika z tego, że średnio biorąc w jednostce objętości w jednej wersji alotropowej mieści się więcej atomów aniżeli w drugiej wersji. Co prawda, atomy są rozmieszczone względem siebie w większych odległościach, ale, jak widać, w jednostkowej sześciennej komórce żelaza γ mieści się 14 atomów, a w komórce żelaza α mieści się 9 atomów. Struktura alotropowej odmiany żelaza γ wytrzymuje wzrost temperatury do 1400 °C.

image

Przy tej temperaturze dochodzi do zmiany struktury - rozpada się struktura regularna ściennie centrowana i ponownie powstaje struktura regularna przestrzennie centrowana. Ale w tej nowej strukturze odległości między atomami są nieco inne aniżeli w poprzedniej. W tej nowo powstałej strukturze odległości między atomami wynoszą 253,7 pm i 293 pm. Nowe wielkości promieni molekularnych powłok (253,7 pm i 293 pm) w stosunku do wielkości promieni powłok, dzięki którym wcześniej istniała struktura przestrzennie centrowana ( 247,7 pm i 286 pm), są większe o ok. 2,4%. Można domyślać się, że atomy powróciły w obszary tych samych molekularnych powłok. Natomiast przyczyny wymiarowych różnic, dotyczących odległości między atomami, są związane ze znacznym rozrzedzeniem ośrodka protoelektronowego. Mniejsza gęstość protoelektronowego ośrodka, który jest skupiony w atomach, w mniejszym stopniu wpływa grawitacyjnie na zbliżanie się atomów do siebie. Stąd wynikają te nieco większe odległości między atomami.

Zmiana struktury żelaza γ, wyrażająca się powrotem do struktury żelaza α, jest spowodowana wzrostem ruchliwości atomów, jaka występuje w rosnącej temperaturze, oraz zmniejszeniem gęstości protoelektronów. Z powodu wzrostu tej ruchliwości z obszaru materii żelaza została wyrzucona duża część wcześniej zagęszczonych w atomach protoelektronów. W ten sposób powstała sytuacja, w której mogą tworzyć się molekularne więzi za pomocą powłok z mniejszymi promieniami. Bo to właśnie za pomocą powłok o mniejszych promieniach powstają bardziej trwałe międzyatomowe więzi. Przy dalszym wzroście temperatury stabilna struktura żelaza w postaci ciała stałego nie utrzymuje się jednak zbyt długo. W temperaturze 1535 °C międzyatomowe więzi stają się na tyle słabe, że pojedyncze atomy oraz atomowe klastry zaczynają przemieszczać się względem siebie, tworząc w ten sposób stan ciekły żelaza. W ciekłym żelazie średnie odległości między atomami są znacznie większe niż w stanie stałym. Wynika to z gęstości żelaza w stanie ciekłym, która w temperaturze przejścia w stan ciekły wynosi 6,98 g/cm³.

Zakończenie
Przedstawiono tu fundamentalne zjawiska, które są podstawą dla alotropowych przemian żelaza. Ale oddziaływania za pośrednictwem jądrowych i molekularnych powłok dotyczą wszelkich materialnych struktur oraz związanych z nimi fizycznych zjawisk. Bo, jak dotychczas, inne logiczne wyjaśnienia oddziaływania między składnikami materii nie istnieją. Ale dzisiejsza wiedza na ten temat jest w powijakach. Niewątpliwie, w miarę upływu czasu będzie ona dalej rozwijana. Ważne jest jedynie to, aby rozwój wiedzy był rozumny, logiczny. Obecnie podczas nauczania fizyki podawana jest informacja, że oddziaływanie między elementarnymi cząstkami odbywa się z udziałem cząstek pośredniczących. Ale czy to jest logiczna wiedza, która opiera się na doświadczalnych faktach? Nie, to nie jest rozumna wiedza - to jest mit.*5)
_______________________________
*1) "Magnetyczne oszustwo"  http://pinopa.narod.ru/10_C3_Magnet_oszustwo.pdf
*2) Informacja na ten temat znajduje się w art. "Magnesowanie - jego wpływ na masę" na http://pinopa.narod.ru/35_C4_Magnes_Masa.pdf i "Ciemna materia w zjawiskach" na http://pinopa.narod.ru/Ciemna_materia_w_zjawiskach.pdf.
*3) "Pole magnetyczne?  ...Ależ to bardzo proste!" http://pinopa.narod.ru/06_C2_Magnet_pole_pl.pdf.
*4)  "Ciemna materia w zjawiskach"  http://pinopa.narod.ru/Ciemna_materia_w_zjawiskach.pdf
  "Ładowanie akumulatora bądź kondensatora - Utrata masy" http://pinopa.narod.ru/27_C4_Utrata_masy.pdf.
*5) "Mity fizyki XX wieku" http://pinopa.narod.ru/Mity_fizyki.pdf, "Fikcja w życiu i nauce - Unifikacja fizycznych oddziaływań" http://pinopa.narod.ru/01_C4_Fikcja_w_nauce.pdf.
_______________________________
Bogdan Szenkaryk "Pinopa"
Polska, Legnica, 2021.03.21.

Lubię to! Skomentuj3 Napisz notkę Zgłoś nadużycie

Więcej na ten temat

Komentarze

Inne tematy w dziale Technologie