التلألؤ الحرج

تسلسل تسخين كتلة من الإيثان في حجم ثابت من اليسار إلى اليمين. في اللوحة المركزية، تظهر ظاهرة التلألؤ الحرج.

في الفيزياء ، يشير مصطلح "التلألؤ الحرج" إلى الزيادة الهائلة في تشتت الضوء في منطقة الانتقال الطوري المستمر، أو من الدرجة الثانية . بالقرب من النقطة الحرجة ، تصبح خصائص الطورين السائل والغازي غير قابلة للتمييز. وتكون تقلبات الكثافة الناتجة واسعة النطاق لدرجة أنها تشتت الضوء المرئي، مما يُضفي على المادة مظهرًا ضبابيًا أو متلألئًا . تُعد هذه الظاهرة مؤشرًا على الظواهر الحرجة في الموائع، ويمكن ملاحظتها في مواد مختلفة في ظل ظروف معينة.

تاريخ

أُبلغ عن هذه الظاهرة لأول مرة من قبل الفيزيائي الفرنسي شارل كانيارد دي لا تور عام 1823 في مخاليط الكحول والماء، ثم أدرك أهميتها الكيميائي الأيرلندي توماس أندروز عام 1869 بعد تجاربه على تحول ثاني أكسيد الكربون من الحالة السائلة إلى الغازية ؛ ومنذ ذلك الحين، اكتُشفت أمثلة أخرى كثيرة. وفي عام 1908، كان الفيزيائي البولندي ماريان سمولوشوفسكي أول من عزا ظاهرة التلألؤ الحرج إلى تقلبات الكثافة الكبيرة. وفي عام 1910، أثبت ألبرت أينشتاين أن العلاقة بين التلألؤ الحرج وتشتت رايلي علاقة كمية. [ 1 ]

أمثلة

مخاليط السوائل الثنائية

تُلاحظ هذه الظاهرة بشكل شائع في مخاليط السوائل الثنائية، مثل الميثانول والهكسان الحلقي . عند الاقتراب من النقطة الحرجة ، تبدأ أحجام منطقتي الغاز والسائل بالتذبذب على نطاقات طولية متزايدة (يتباعد طول الترابط للسائل). عندما تصبح تذبذبات الكثافة بحجم يُقارب طول موجة الضوء، يتشتت الضوء ، مما يجعل السائل الشفاف عادةً يبدو معكرًا. ومن اللافت للنظر أن التعكر لا يتلاشى مع الاقتراب من النقطة الحرجة، حيث يمكن أن تصل أكبر التذبذبات إلى أبعاد سنتيمترية، مما يؤكد الأهمية الفيزيائية للتذبذبات الأصغر.

عند الاقتراب من النقطة الحرجة من الاتجاه المعاكس، في حالة التحول من الحالة السائلة إلى الغازية، قد تحتوي المرحلة الغازية على قطرات من السائل على شكل رذاذ، بينما قد تحتوي المرحلة السائلة المغليّة على فقاعات من الغاز على شكل رغوة. بعيدًا عن النقطة الحرجة، تتسبب الجاذبية في ترسب قطرات السائل وفقاعات الغاز بسرعة نحو السطح الفاصل، كما يتسبب التوتر السطحي في اندماج القطرات والفقاعات بسرعة لتكوين فقاعات أكبر، والتي تترسب بدورها بسرعة أكبر. ولكن مع الاقتراب من النقطة الحرجة، يقل فرق الكثافة بين السائل والبخار، وكذلك التوتر السطحي. هذه التأثيرات تُبطئ ترسب القطرات والفقاعات واندماجها، بحيث يُشكّل السائل المغلي رذاذًا ناعمًا ورغوة أكثر مقاومة للترسب حول السطح الفاصل.

في حالة النقطة الحرجة بين سائلين، تترسب السوائل ذات الذوبانية المحدودة على شكل مستحلبات، والتي تستقر بسهولة على السطح البيني بعيدًا عن النقطة الحرجة على الجانب غير القابل للامتزاج. ومع الاقتراب من النقطة الحرجة، يقل فرق الكثافة بالتزامن مع انخفاض التوتر السطحي البيني، مما يؤدي إلى ترسب مستحلبات دقيقة ومتناقصة الصلابة.

بما أن النقطة الحرجة للسائل والغاز تحدث عند ضغوط تزيد عن 30 بار لجميع المواد باستثناء بعض الغازات المبردة، فإن إثبات ذلك يتطلب وعاءً شفافًا آمنًا تحت ضغط يزيد عن 30 بار، في حين يمكن إثبات النقطة الحرجة للسائل بالنسبة للعديد من الأنظمة عند الضغط المحيط ودرجات حرارة معتدلة.

أمثلة أخرى

تتميز المواد المغناطيسية الحديدية بتقلبات كبيرة في المجالات المغناطيسية بالقرب من نقطة كوري . ونظرًا لتأثر تشتت النيوترونات بالعزوم المغناطيسية للذرات، فإن هذا يُحدث ظاهرة التلألؤ الحرج. تحديدًا، إذا تم تسليط حزمة من النيوترونات على مادة مغناطيسية حديدية، فعند اقترابها من نقطة كوري، ستبدأ بتشتيت النيوترونات كما لو كانت المادة معتمة للنيوترونات. [ 2 ]

مراجع

يمكن الاطلاع على عروض تجريبية أكثر تفصيلاً حول ظاهرة التلألؤ الحرج في

  • https://web.archive.org/web/20071121073241/http://www.physicsofmatter.com/NotTheBook/CriticalOpal/Explanation.html
  • https://web.archive.org/web/20041119135015/http://www.msm.cam.ac.uk/doitpoms/tlplib/solid-solutions/demo.php