Orbitdə xörək duzu içi boş kublar şəklində böyüdü. Cazibə duzu yox, duzlu məhlulu dəyişdi

Orbitdə adi xörək duzu içi boş, pilləli kublara çevrilərək böyüdü

Kristallar memarlıq quruluşuna bənzəyirdi: kvadrat çərçivələrin içində başqa kvadrat çərçivələr, səthlərində isə pilləkən kimi içəri çökən boşluqlar.

Onlar adi natrium xloriddən — xörək duzu ilə eyni birləşmədən — ibarət idi. Qeyri-adi olan maddənin özü yox, onu əhatə edən duzlu məhlul idi.

Yer üzündə santimetr miqyaslı maye həcmində böyüyən kristal aşağı çökə, divara və ya səthə toxuna və məhlulu dövr etdirən sıxlıq fərqlərinin yaranmasına kömək edə bilər. Beynəlxalq Kosmik Stansiyada isə adi çökmə və üzmə qüvvəsinin yaratdığı axın ciddi şəkildə zəifləmişdi. Bəzi duz kristalları kifayət qədər uzun müddət asılı qaldı və yavaş, daha simmetrik böyüyərək kənarları 2–8 millimetr olan hopper kublarına çevrildi.

2011, 2015 və 2019-cu illərdə dərc olunmuş üç məqalə bu təcrübələri təsvir edir. Birlikdə onlar nəqliyyat fizikası üzrə aydın bir dərs verir: həll olmuş maddənin kristala necə çatdığını dəyişmək, atom quruluşunu dəyişmədən onun görünən formasını dəyişə bilər.

Bu işlər kosmosun “mükəmməl kristallar” yaratdığını göstərmir, sənaye prosesi qurulmasını nümayiş etdirmir və yeni duz növü aşkar etmir.

Kubu hopper formasına nə çevirir?

Adi natrium xlorid kristalının atom düzülüşü kubikdir. Hopper kristalı da kubik qalır, amma onun künc və kənarları səthlərin mərkəzindən daha sürətli böyüyür. Nəticədə hər üzdə içi boş, pilləli çökəklik yaranır — sanki kub əvvəlcə çərçivəni qurur, sonra divarları doldurmağa çalışır.

Daha sonrakı ISS nümunəsi bu böyümə formasını vizual göstərir, amma bu, burada müzakirə olunan üç natrium-xlorid məqaləsinin sübutu yox, kontekstdir. Donald Pettitin aşağıdakı şəkli və time-lapse videosu başqa duz olan kalium xloridin mikroqravitasiyada pilləli hopper və burulğanabənzər morfologiyalar yaratdığını göstərir.

Kristallar ifrat doymuş duzlu məhluldan böyüyür: verilən şəraitdə tarazlıq halında saxlayacağından daha çox həll olmuş natrium xlorid ehtiva edən duzlu sudan. Natrium və xlorid ionları mayenin içindən keçərək kristalın səthinə çatmalıdır.

Onları daşımağın iki əsas yolu var. Diffuziya həll olmuş maddəni mayenin bütöv şəkildə dövr etməsi olmadan konsentrasiya fərqinin az olduğu istiqamətə aparan təsadüfi molekulyar hərəkətdir. Konveksiya isə mayenin özünün hərəkətidir. Adi cazibə şəraitində temperatur və ya konsentrasiyadakı kiçik fərqlər sıxlığı dəyişə və üzmə qüvvəsinin yaratdığı dövranı hərəkətə gətirə bilər. Kristallar həmçinin çökə, yəni mayenin içində aşağı enə bilər.

Bu təcrübə orbitdəki mikroqravitasiya laboratoriyası olan Beynəlxalq Kosmik Stansiyada aparılıb. Mikroqravitasiya “cazibənin olmaması” demək deyil. 2019-cu il məqaləsi Yer səthindəki cazibə sürətlənməsinin təxminən 1,2 milyonda biri, yəni 1,2 mikro-g qədər qalıq sürətlənmə və yavaş dövri maye hərəkəti qeydə alıb. Mühit nəqliyyat mexanizmləri arasındakı tarazlığı dəyişib; duzlu məhlulu tam hərəkətsiz etməyib.

Millimetr ölçülü kublara aparan yavaş yol

2019-cu il tədqiqatı ISS-də duzlu məhluldan su buxarlanarkən yaranan hopper kublarına fokuslanıb. Bildirilən kub kənarlarının uzunluğu 2–8 millimetr idi. Böyümə sürəti dəqiqədə 0,34–1,0 mikrometr (təxminən gündə 0,49–1,44 millimetr) arasında dəyişib; orta qiymət dəqiqədə 0,68 mikrometr, standart sapma isə 0,23 olub.

Bu orta sürətlə 8 millimetrlik kənarın formalaşması təxminən bir həftə çəkərdi. Bu hesablamadır, bir kristalın bütün mərhələlərinin time-lapse ölçməsi deyil.

Müəlliflər ifrat doyma səviyyəsini 1,002-dən aşağı qiymətləndiriblər. Yer şəraitindəki müqayisə ədəbiyyatında isə hopper böyüməsi xeyli yüksək ifrat doyma — 1,45-dən yuxarı — şəraitində, saniyədə 10–110 mikrometr sürətlə və saniyələr və ya dəqiqələr ərzində təsvir olunub; adətən 250 mikrometrdən kiçik kublar yaranırdı.

Bu müqayisə məlumatvericidir, amma eyni şərtlərdə aparılmayıb. ISS kristalları ilə Yer ədəbiyyatındakı nəticələr eyni komandanın eyni vaxtda, eyni qurğularda apardığı Yer və orbit qollarından gəlmirdi. Cazibə ilə yanaşı qablar, interfeyslər və metodlar da nəticəyə təsir edə bilər.

Ona görə ən möhkəm fərq təsviri xarakter daşıyır: bu ISS müşahidələrində hopper kubları aşağı ifrat doyma şəraitində günlərdən həftələrədək yavaş böyüyüb və millimetr miqyasına çatıb.

Erkən mərhələdə diffuziya üstün idi; sonradan axın yenə mümkün idi

2019-cu il məqaləsi maye hərəkəti ilə daşınmanı diffuziya ilə daşınma ilə müqayisə etmək üçün Peclet ədədindən istifadə edib. Birdən aşağı dəyər diffuziyanın daha vacib olduğunu, birdən yuxarı dəyər isə həcmli maye hərəkətinin üstün ola biləcəyini bildirir.

Daha kiçik, təxminən 0,8 santimetrlik damcılarda qiymətləndirilən Peclet dəyəri nüvələşmə yaxınlığında təxminən 0,0004-dən son ölçüdə təxminən 0,03-ə yüksəlib. Diffuziya üstün olaraq qalıb.

2–3 santimetrlik kristallaşdırıcılarda qiymətləndirmə 50 mikrometrlik nüvə üçün təxminən 0,05-dən 4 millimetrlik kənar üçün təxminən 4-ə yüksəlib. Erkən böyümədə yenə diffuziya üstün idi, amma sonrakı mərhələdə yavaş dövri hərəkət də rol oynamış ola bilər.

Buna görə “mikroqravitasiya konveksiyanı aradan qaldırdı” demək səhv olardı. Adi üzmə qüvvəli dövran və çökmə ciddi azaldı. Qalıq sürətlənmə və ölçülə bilən hərəkət isə qaldı.

Mayenin forması da vacib idi

2011-ci il məqaləsi və 2015-ci il məqaləsi mənzərəni genişləndirdi. Onlar nazik təbəqələrdə, daha qalın maye qatlarında, təxminən sferik duzlu məhlul həcmlərində və səthə yapışmış damcılarda duz kristallaşmasını təsvir etdilər.

2011-ci il tədqiqatında təxminən 0,2–0,7 millimetr qalınlığında nazik təbəqələr nazik lövhəciklər və tabulyar kristallar yaradıb. Sərbəst üzən duzlu məhlul həcmləri daha simmetrik yan səthlərə və hopper kublarına imkan verib.

2015-ci il müşahidələrinə 0,2–0,7 millimetr qalınlığında nazik laylar, təxminən 4–6 millimetrlik daha qalın təbəqələr və diametri təxminən 20–32 millimetr olan səthə yapışmış yarımsferik damcılar daxil idi. Bildirilən formalar arasında tabulyar hopperlər, kublar, diskəbənzər kristallar, dendritlər, halqalar və qabıqlar vardı. Bir müşahidə seriyasında polietilen qlikol əlavə edilməsi hopper böyüməsini zəiflətdi.

Müəlliflər 2015-ci il işini ekipajın istirahət vaxtında inventarlaşdırılmamış ləvazimatlarla aparılan müşahidələr kimi təsvir ediblər, ciddi proqramlaşdırılmış tədqiqat kimi yox. Nümunələr mayenin həndəsəsinin, interfeyslərin, buxarlanmanın və əlavələrin hamısının rol oynadığını göstərir. Onlar bir qab formasının müəyyən kristal formasına zəmanət verdiyi deterministik resept müəyyən etmir.

Kristal qəfəsi yeni duz formasına çevrilmədi

Kristal quruluşu ilə morfologiya arasındakı fərq əsasdır.

Quruluş təkrarlanan atom düzülüşüdür. Morfologiya isə görünən xarici formadır. 2011-ci il məqaləsindəki neytron difraksiyası Yer nümunələri ilə müqayisədə natrium xloridin quruluşunda və ya qəfəs hüceyrəsinin parametrlərində dəyişiklik aşkar etmədi. Orbitdəki nümunələrdə həmçinin duzlu məhlul daxilolmaları — kristalın içində qapanmış kiçik məhlul cibləri — vardı.

Ona görə böyük və simmetrik görünüş daha təmiz və ya qüsursuz materialın sübutu deyil. Dosyedəki heç bir məqalə daha yüksək kimyəvi təmizlik, daha yaxşı mexaniki xüsusiyyət və ya konkret cihaz üçün yararlılıq göstərmir.

Cazibə dolayı yolla təsir etdi. O, çökməni, maye dövranını, orientasiyanı və səthlə təması dəyişdi. Natrium-xlorid rabitələrinin möhkəmliyini dəyişmədi və yeni atom fazası yaratmadı.

Bu təcrübələr bizə nə öyrədə bilər, nəyi öyrədə bilməz?

Məqalələr nəqliyyat izahını dəstəkləyir: adi çökmə və üzmə qüvvəsinin yaratdığı axının ciddi zəifləməsi bəzi kristalların daha uzun müddət asılı qalmasına və daha simmetrik şəraitdə yavaş böyüməsinə imkan verib. Ölçülən ölçülər, sürətlər və formalar birbaşa müşahidələrdir; ifrat doyma, böyümə tarixi və Peclet dəyərlərinə qiymətləndirmələr daxildir; Yerlə müqayisə isə qismən başqa dərc olunmuş təcrübələrə əsaslanır.

Bu dosye üçün vahid, təmiz məxrəc yoxdur. O, üç məqalə üzrə ayrı-ayrı kristalları, kristallaşdırıcıları və seçilmiş nümunələri birləşdirir. Hamısını bir ümumi rəqəmə toplamaq əslində olmayan vahid eksperiment təsiri yaradardı.

Tədqiqatlar istehsal iddiası üçün lazım olan sübutların heç birini də təqdim etmir. Onlar məhsuldarlığı, istehsal xərcini, enerji sərfini, çıxımı, etibarlılığı və ya faydalı material performansını ölçmür. 2015-ci il seriyası kəşfiyyat xarakterli idi. Yer müqayisələri uyğunlaşdırılmış nəzarət qrupları deyildi. Böyük və ya vizual olaraq cəlbedici olmaq da konkret tətbiq üçün daha yaxşı olmaq demək deyil.

Təbii duz yataqlarında santimetrlərlə ölçülən hopper kublarına, bəzən duzlu məhlulla islanmış palçıqda asılı halda rast gəlinir. 2019-cu il məqaləsi yavaş, diffuziya üstünlüklü böyümə ilə mümkün analogiya təklif edir. Bu maraqlı müqayisədir, amma təbii və orbital hopperlərin eyni mexanizmlə yarandığının sübutu deyil.

Təmiz xülasə

Beynəlxalq Kosmik Stansiyada buxarlanan duzlu məhluldan yetişdirilən duz kristalları arasında 2–8 millimetrlik içi boş, pilləli hopper kubları da vardı. Məqalələr nəqliyyata əsaslanan izahı dəstəkləyir: mikroqravitasiya adi çökməni və üzmə qüvvəsinin yaratdığı axını ciddi zəiflətdi, erkən mərhələdə diffuziya üstün olarkən yavaş böyümə və daha uzun asılı qalma mümkün oldu. Mayenin həndəsəsi, interfeyslər, buxarlanma və əlavələr də morfologiyaya təsir etdi. Neytron difraksiyası yeni natrium xlorid quruluşu göstərmədi və duzlu məhlul daxilolmaları qaldı. Bu iş məhdud materialşünaslıq nümunəsidir; kosmosun mükəmməl kristallar yaratdığının və ya sənaye prosesinə imkan verdiyinin sübutu deyil.