Лайнус Полинг, Питер Полинг - Химия
Некоторые жидкости, подобно воде и глицерину, могут продолжать оставаться жидкими, будучи охлажденными ниже нормальной температуры замерзания, температуры, при которой жидкая и кристаллическая фазы данного вещества находятся в равновесии. Кристаллизация начинается с образования чрезвычайно мелкого кристаллика, ядра, которое затем начинает расти. Очень мелкие кристаллики, однако, имеют большую энергию Гиббса, чем крупные, поскольку обладают большей удельной поверхностью; избыточная поверхностная энергия и является причиной того, что давление насыщенного пара над мелкими кристаллами превышает давление насыщенного пара над крупными кристаллами, а следовательно, вызывает понижение температуры плавления. Замерзание происходит быстро, если небольшие кристаллики данного вещества ввести в качестве «затравки» в переохлажденную жидкость.
Растворы, такие как раствор ацетата натрия в воде или пары воды в воздухе, также могут находиться в переохлажденном состоянии. Дождь или снег часто не выпадают из облаков, содержащих переохлажденные водяные пары, только потому, что там отсутствуют небольшие капельки воды или кристаллики льда, способные служить затравкой.
Но дождь или снег можно в этих условиях вызвать, если рассеять в облаке мелко раздробленный лед. Однако измельчить лед в порошок трудно, а поэтому и невозможно создать в облаке большое число центров кристаллизации. Американский ученый Ирвинг Ленгмюр открыл, что мельчайшие кристаллики иодида серебра, образующиеся при конденсации паров иодида серебра, могут служить затравками для образования кристаллов льда. Это открытие легло в основу метода, позволяющего вызывать выпадение дождя или снега путем внесения затравок из иодида серебра в пересыщенные влагой участки атмосферы.
Кристаллы иодида серебра имеют поверхностные характеристики, весьма близкие к характеристикам кристаллов льда; именно это сходство и привело Ленгмюра к мысли воспользоваться иодидом серебра в качестве затравочного материала. Атомы серебра и атомы иода занимают положения чередующихся атомов кислорода в кристалле льда (рис. 9.8), и расстояние между атомами серебра и иода, равное 280 пм, всего лишь на 1,5% превышает расстояние между атомами кислорода в кристалле льда.
Ковалентный радиус меди на 16 пм меньше ковалентного радиуса серебра (см. металлические радиусы, табл. 19.5). Можно ожидать, следовательно, что кристаллический раствор иодида меди(I) в иодиде серебра при соотношении атомов меди к атомам серебра 1 : 3 будет иметь такую же среднюю длину связи, как расстояние между атомами кислорода во льду, и окажется наиболее эффективным затравочным материалом. И действительно, опыты показали, что максимальный затравочный эффект наблюдается именно при таком составе, подтверждая тем самым гипотезу, согласно которой данные кристаллы служат ядрами, вокруг которых растут кристаллы льда.