Millainen olisi hienoin mahdollinen jauhe?

Seuraa 
Viestejä45973
Liittynyt3.9.2015

Kiinteä aine voidaan jauhaa aina entistä pienemmiksi murusiksi, mutta tuleeko jossain raja vastaan? Käsittääkseni ennen molekyylitasoa törmätään siihen, että monet molekyylit vuorovaikuttavat keskenään monin eri keinoin ja kasaantuvat vähintäänkin muutaman molekyylin "murusiksi", elleivät jopa sitten tuhansien molekyylien "kokkareiksi". On varauksia, van der Waals voimia ja vaikka mitä kivaa sotkemassa kuviota.

Entäpä jos jauhettavan aineen molekyylit tai atomit eivät vedä toisiaan puoleensa millään voimalla? Jos vaikkapa jotain jalokaasua tai muuta neutraalia ainetta lähtisi jauhamaan? Periaattessahan monet orgaaniset molekyylit ovat ulkoisesti varauksettomia, joten nekin olisi mahdollista erottaa toisistaan ja pitää aine kuitenkin kiinteänä, eli hyvin hyvin hienona jauheena, eikö vain?

Kommentit (13)

Kanga
Seuraa 
Viestejä1327
Liittynyt26.4.2009

Moniko jalokaasu voidaan jäähdyttää kiinteään muotoon? Ja miten kylmyys vaikuttaa raekokoon. Maaperässä hienointa ainetta on savi, mutta en senkään raekokoa ulkoa muista. Mutta voiko savea jauhaa vielä pienemmiksi murusiksi?

Kyllä tässä muuten voidaan 'solu'tasolle mennä. Taistelukaasuja sekä biologisia aineita voidaan levittää hienona sumuna, joten eiköhän siellä tavoiteta ne pienimmät raekoot? Vaan voidaanko niistä sitten puhua kiinteinä aineina? Nesteitä on joka tapauksessa helpompi pilkkoa pienemmiksi murusiksi.

Riso abundat in ore stultorum

Neutroni
Seuraa 
Viestejä26912
Liittynyt16.3.2005
Tetrafuran
Kiinteä aine voidaan jauhaa aina entistä pienemmiksi murusiksi, mutta tuleeko jossain raja vastaan?



"Kiinteys" ei ole mikään binäärinen joko-tai-ominaisuus, vaan pikemminkin joukko kiteen koon kasvaessa vähitellen esiin tulevia tilastollisia ominaisuuksia. Ei voida sanoa mitään yleispätevää rajaa, minkä kokoinen kide tai molekyyli on kiinteä. Kun jauhe alkaa olla muutaman tai muutaman kymmenen atomin suuruusluokassa, se alkaa käyttäytyä kaasun tai nesteen tavoin.

Entäpä jos jauhettavan aineen molekyylit tai atomit eivät vedä toisiaan puoleensa millään voimalla?



Tuo kysymys ei ole oikein mielekäs. Kiinteän aineen ominaisuudet ovat seurausta aineen rakenneosien välisista sähkömagneettisista voimista. Hiukkasjoukko, joka ei vuorovaikuta keskenään, on määritelmän mukaan ideaalikaasua.

Jos vaikkapa jotain jalokaasua tai muuta neutraalia ainetta lähtisi jauhamaan?



Van der Waalsin voimat aiheutuvat ajallisesti fluktuoivista dipolimomenteista, joita on kvanttimekaanisista syistä myös neutraaleissa atomeissa. Ne ovat juuri syynä siihen, että jalokaasut nesteytyvät ja kiinteytyvät. En tiedä miten hienoksi kiinteää heliumia voidaan käytännössä jauhaa, mutta jossain vaiheessa siinäkin tulee vastaan raja, jonka jälkeen irroitettuja atomeja sitoutuu kiteeseen enemmän kuin siitä jauhetaan irti.

Vierailija

Muistaakseni joku on tutkinut sen, että vettä tarvitaan vähän yli 5 molekyyliä ennen kuin se tuntuu kostealta. Sitä pienempi vesimäärä ei mielestäni ole nestettä, vaan molekyyliryhmä.

Samaa pitäisi soveltaa jauheen kanssa, koska jauhe on kiinteästä aineesta käytettävä nimitys. Pitää siis olla suurempia osasia, kuin sellaiset jotka menevät suoraan solukalvon läpi, koska muuten ne eivät tunnu kiinteiltä.

Vierailija
Neutroni

"Kiinteys" ei ole mikään binäärinen joko-tai-ominaisuus, vaan pikemminkin joukko kiteen koon kasvaessa vähitellen esiin tulevia tilastollisia ominaisuuksia. Ei voida sanoa mitään yleispätevää rajaa, minkä kokoinen kide tai molekyyli on kiinteä. Kun jauhe alkaa olla muutaman tai muutaman kymmenen atomin suuruusluokassa, se alkaa käyttäytyä kaasun tai nesteen tavoin.




Muistan tosiaan joskus lukeneeni tai kuulleeni jotain tuollaista. Juu. Näinhän sen tätyy olla. Kiinteys on siis joukon, vaan ei yksittäisen molekyylin tai atomi ominaisuus. Tällöinhän siis läjä irtonaisia molekyylejä, valuu kuin vesi.

Niin ja tosiaan ideaalikaasussa vuorovaikutukseksi luetaan myös törmäykset. Ajattelin kiinteää molekyyliä sellaisena, että se kuitenkin saisi törmätä muihin molekyyleihin, muttei muodostaa joukkoja, ryhmiä, rakeita ja muita semmoisia.

Muistaakseni vesi muodostaa kahdeksan molekyyli ketjuja. Jotain vetysidoksia taisi muodostau niiden välille tjsp. Lopputulos oli kuitenkin se, että veden kiehumispiste on paljon korkeampi kuin molekyylimassan perusteella voisi olettaa. Vesi käyttäytyy ikäänkuin se olisi suurempi molekyyli, kuin se onkaan. Mahtaakohan yksittäisiä vesimolekyylejä olla olemassakaan.

Helium taas on ainoa aine, joka ei mene kiinteäksi kovassakaan pakkasessa, vaan on aina joko neste tai kaasu. Heliumilla kuitenkin ilmenee muita omituisia nestefaaseja. Niissä kvanttimekaniikan merkilliset ilmiöt rupeavat tuottamaan varsin yllättäviä ilmiöitä, kuten väärään suuntaan pyöriviä pyörteitä ja astian reunoja pitkin kiipeävää nestettä.

Voisivatkohan yksittäisiksi molekyyleiksi jauhettu NaCl tai muut huoneenlämmössä kiinteät aineet käyttäytyä samoin?

Neutroni
Seuraa 
Viestejä26912
Liittynyt16.3.2005
Tetrafuran

Niin ja tosiaan ideaalikaasussa vuorovaikutukseksi luetaan myös törmäykset. Ajattelin kiinteää molekyyliä sellaisena, että se kuitenkin saisi törmätä muihin molekyyleihin, muttei muodostaa joukkoja, ryhmiä, rakeita ja muita semmoisia.



Ideaalikaasun atomit törmäävät vain astian seiniin, eivät toisiinsa. Niiden voidaan ajatella olevan kooltaan äärettömän pieniä. Vasta astetta kehittyneemmät kaasumallit huomioivat molekyylien äärellisen koon ja törmäykset. Esimerkiksi van der Waalsin malli.

Muistaakseni vesi muodostaa kahdeksan molekyyli ketjuja. Jotain vetysidoksia taisi muodostau niiden välille tjsp.



Kyllä, vesimolekyylit kerääntyvät erilaisiksi ryppäiksi vetysidosten ansiosta, minkä ansiosta aineen käytös on monella tapaa anomaalista. Mutta käsittääkseni nuo kompleksit eivät ole mitään vakiokokoisia, vaan niitä on erilaisia ja ne muodostavat dynaamisen systeemin.

Mahtaakohan yksittäisiä vesimolekyylejä olla olemassakaan.



Tulistettu höyry käyttäytyy käsittääkseni niin kuin 18 atomimassaisen molekyylin pitää.

Helium taas on ainoa aine, joka ei mene kiinteäksi kovassakaan pakkasessa, vaan on aina joko neste tai kaasu.



Tuo koskee vain yhden ilmakehän painetta. Riittävän kovan paineen alaisena helium myös kiinteytyy lähellä absoluuttista nollapistettä.

Voisivatkohan yksittäisiksi molekyyleiksi jauhettu NaCl tai muut huoneenlämmössä kiinteät aineet käyttäytyä samoin?



Eivät. Niille on energeettisesti edullisempaa muodostaa isoja kiteitä, joten NaCl-molekyylit kerääntyisivät yhteen kiteeksi (tai monikiteiseksi aineeksi), jos niitä olisi tarpeeksi suuri konsentraatio. Kaasuista kasvatetaankin kiteitä erilaisilla menetelmillä, esimerkiksi elektroniikkateollisuudessa.

Vierailija

Kiitoksia täsmennyksistä Neutroni. Tosiaan tuo hyvin kuuma vesihöyry ilman muuta käyttäytyy kuten yksimolekyylinen vesi. Niinhän sen pitäisikin. Tietyssä lämpötilassa molekyylin värähtely on niin voimakasta, ettei vetysidoksia pahemmin muodostu.

Juu niinhän se tuppaa olemaan, että energiaminimiin aineet pyrkivät. Epävakaat tasapainotilat, kuten ylikriittinen tai alijäähtynyt vesi ovat sitten marginaalisia poikkeuksia.

Selvästikin aineet kasaantuvat paakuiksi, murusiksi ja hitusiksi energiaminimin toivossa. Siksi toivoinkin että olisi atomi tai molekyyli, joka olisi jo valmiiksi energiaminimissään ilman että siinä on 101 samanlaista kaveria kiini tarraantuneena.

Jalokaasut ovat jo valmiiksi oktetissa, joten ainakaan kovalenttisia sidoksia ne eivät kaipaa. Metaani on sähköisesti neutraali (pooliton), joten senkään ei pitäisi olla kiinnostunut muista molekyyleistä. Kuitenkin metaani ja jalokaasut on mahdollista nesteyttää ja jähmettää alhaisissa lämpötiloissa. Millaista siis on metaanijää? Tekeekö se kiteitä kuten vesi? Jos tekee, niin mikä ihme ajaisi varauksettoman molekyylin liittymään toisiin molekyyleihin? Jotenkin tuntuu järjen vastaiselta. Kuviossa on pakko olla muita tekijöitä. Tulisiko tällaisista atomeista tai molekyyleistä enemmänkin tervamaista möhnää, jonka viskositeetti on ääretön? Sitä juuri haen että olisi molekyyli tai atomi, joka vuorovaikuttaa törmäyksien kautta, muttei tartu millän sidoksilla mihinkään.

Vierailija
Neutroni
En tiedä miten hienoksi kiinteää heliumia voidaan käytännössä jauhaa,



Yllättävä lapsus. Tuohan on ihan perustietoa.

Vierailija

Riittävästi ionisoivaa säteilyä ja minkä tahansa aineen atomit menettävät kaikki elektroninsa. Pelkkä ydin on paljon pienempi kuin vaikka vety, eivätkä ydinhylsyt muodosta sidoksia toistensa kanssa, päin vastoin!

Tällainen säteilyjauhe on pölyistä hienoin: ei pysy missään astiassa ja pölyää jo itsekseen. Ja tietenkin tuhoaa kaikkea normaalia ainetta! Nykyään sitä tehdään ydinreaktoreissa.

Vierailija
Styrge
Riittävästi ionisoivaa säteilyä ja minkä tahansa aineen atomit menettävät kaikki elektroninsa.




Ahaa, mitkä radioaktiiviset alkuaineet ovat plasmana huoneenlämmössä?

Ertsu
Seuraa 
Viestejä6541
Liittynyt8.11.2007
Styrge
Riittävästi ionisoivaa säteilyä ja minkä tahansa aineen atomit menettävät kaikki elektroninsa.

Mihin ne menettävät elektroninsa ?

Tällainen säteilyjauhe on pölyistä hienoin: ei pysy missään astiassa ja pölyää jo itsekseen.

Miksei pysy ?
http://fi.wikipedia.org/wiki/Ionisoiva_s%C3%A4teily

"Matalaenergiaiseen sähkömagneettiseen säteilyyn, esimerkiksi radioaaltoihin, verrattuna ionisoivan säteilyn kyky läpäistä ainetta on vähäinen, koska ionisoiva säteily suuren energiansa takia herkästi absorboituu aineeseen. Suurienergiaisin alfasäteily pysähtyy jo paperiarkkiin tai kankaaseen. Seuraavaksi energisimmän betasäteilyn pysäyttämiseen riittää alumiinifolio tai lasilevy. Matalaenergiaisin gammasäteily ei samalla lailla pysähdy kokonaan ainekerrokseen törmätessään, vaan se vaimenee. Gammasäteilyn tapauksessa käytetään yleensä termiä puoliintumispaksuus, joka on säteilytehon puolittamisen riittävä ainemäärä, esimerkiksi lyijyn tapauksessa noin puoli senttimetriä. Koska vaimennusvaikutus kasvaa eksponentiaalisesti - kaksi kertaa puoliintumispaksuus vaimentaa säteilyn neljäsosaan alkuperäisestä - muutama metri vettä tai betonia riittää vaimentamaan voimakkaankin gammasäteilyn käytännössä kokonaan."

Ja tietenkin tuhoaa kaikkea normaalia ainetta! Nykyään sitä tehdään ydinreaktoreissa.

Miten tuhoaa ? Päinvastoin. Sehän tuottaa normaaliainetta. Siksihän maakaasussa on heliumia, että alfa-hiukkaset kaappaavat vapaita elektroneja beeta-säteilystä.

Neutroni
Seuraa 
Viestejä26912
Liittynyt16.3.2005
Tetrafuran

Jalokaasut ovat jo valmiiksi oktetissa, joten ainakaan kovalenttisia sidoksia ne eivät kaipaa. Metaani on sähköisesti neutraali (pooliton), joten senkään ei pitäisi olla kiinnostunut muista molekyyleistä. Kuitenkin metaani ja jalokaasut on mahdollista nesteyttää ja jähmettää alhaisissa lämpötiloissa. Millaista siis on metaanijää? Tekeekö se kiteitä kuten vesi? Jos tekee, niin mikä ihme ajaisi varauksettoman molekyylin liittymään toisiin molekyyleihin?



Vaikka mainitut molekyylit ovat varauksettomia ja niillä ei ole pysyvää dipolimomenttia, ne koostuvat kuitenkin varatuista hiukkasista. Varausjakauma ei ole ajan suhteen vakaa, vaan siinä on pieniä fluktuaatioita. Ne muodostavat pieniä hetkellisiä dipolimomentteja. Vaikka dipolimomenttien aikakeskiarvo on nolla, niiden välinen voima poikkeaa nollasta ja aiheuttaa sidoksen. Tätä voimaa kutsutaan van der Waalsin voimaksi. Wikipediassa on toinen käsienheilutteluselitys, ja englaninkielisestä Wikistä löytyy linkit vakavampaan lähestymiseen.

Van der Waalsin voimien muodostamien kiinteiden aineiden kokoonpuristuvuus on aika iso. Muuten kiteissä ei ole mitään erityisen ihmeellistä. Esimerkiksi metaani kiteytyy fcc-hilaan, jonka yksikkökopissa on neljä molekyyliä [1].

Jotenkin tuntuu järjen vastaiselta. Kuviossa on pakko olla muita tekijöitä.



Luonto ei ole niin yksinkertainen, että siitä voisi tajuta kouluopetuksen ja järjen avulla muuta kuin äärimmäiset alkeet. Noita muita tekijöitä on edistyneemmässä fysiikassa lukemattomia, ja iso osa koko hommasta on approksimoida niistä tärkeimmät siten että ylipäätään jotain pystytään laskemaan. Laskut voidaan kuitenkin tehdä, ja osoittautuu että fysiikka ennustaa havaittavat aineiden ominaisuudet vähintään kohtuullisella tarkkuudella.

Sitä juuri haen että olisi molekyyli tai atomi, joka vuorovaikuttaa törmäyksien kautta, muttei tartu millän sidoksilla mihinkään.



No tuollaista hypoteettista oliota ei ole olemassakaan. Mutta jos olisi, sellaisen aineen ominaisuudet olisivat lähellä idealikaasua. Kiinteän aineen tunnusmerkit puuttuisivat täysin.

Neutroni
Seuraa 
Viestejä26912
Liittynyt16.3.2005
Lektu-Elli
Neutroni
En tiedä miten hienoksi kiinteää heliumia voidaan käytännössä jauhaa,



Yllättävä lapsus. Tuohan on ihan perustietoa.

...

Kokoonpuristuva neste ei siis mielestäni tarkoita sitä, että aine olisi kiinteää.




Miten nesteiden kokoonpuristuvuus liittyy kiinteisiin aineisiin? Oleellisin ero kiinteällä aineella ja nesteellä on kiinteän aineen suuntautuneet sidokset, jotka puuttuvat nesteiltä. Kiinteä aine voi siksi välittää poikittaisia värähtelyjä hilaa pitkin. Nesteissä etenee vain pitkittäinen värähtely.

Kiinteät aineet voivat myös käyttäytyä jäykän kappaleen tavoin, mutta eivät välttämättä. Esimerkiksi Maan vaipassa kiinteä kiviaines tekee koko ajan hidasta pyörteistä konvektiovirtausta. Sula ydin erottuu seismisissä mittauksissa kuitenkin hyvin selvästi, koska poikittaiset värähtelyt eivät mene ytimen läpi.

Kiinteä helium on tosiaan outo tuttavuus minulle, joka olen tottunut jauhamaan lähinnä puuta ja metalleja. Liekö sitten vakavakin aukko yleissivistyksessä, pitää kai ostaa Ikeasta halpa heliummylly ja kokeilla.

Mutta vakavammin puhuen: pikaisen vilkaisun perusteella aineella on aika eksoottisia ominaisuuksia. Tässä on lista linkkejä, joista käy hieman ilmi aineen erikoiset ominaisuudet, kuin myös se, että sitä tutkitaan intensiivisesti. Noita artikkeleja ei välttämättä pääse lukemaan vapaasti.

Uusimmat

Suosituimmat