ضغط عالٍ

📅 آخر تحديث: ١ أغسطس ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ١ أغسطس ٢٠٢٦
الموسوعة الحرة

في العلوم والهندسة ، يدرس علم الضغط العالي تأثيراته على المواد وتصميم وبناء الأجهزة، مثل خلية سندان الماس ، التي يمكنها توليد ضغط عالٍ . ويُقصد بالضغط العالي عادةً ضغوطًا تعادل آلاف ( كيلوبار ) أو ملايين ( ميغابار ) أضعاف الضغط الجوي (حوالي 1 بار أو 100 كيلوباسكال ). 

التاريخ ونظرة عامة

حصل بيرسي ويليامز بريدجمان على جائزة نوبل عام  1946 لإسهامه في تطوير هذا المجال من الفيزياء بمقدار درجتين من الضغط (400 ميجا باسكال   (MPa) إلى 40 جيجا باسكال   (GPa)). ومن بين مؤسسي هذا المجال أيضًا هاري جورج دريكامر ، وتريسي هول ، وفرانسيس ب. بوندي ، وليونيد ف. فيريشاجين ، وسيرجي م. ستيشوف .

تم إنتاج الماس الصناعي لأول مرة، إلى جانب العديد من الاكتشافات المهمة الأخرى ، عن طريق تعريض الكربون لضغط ودرجة حرارة عاليتين . فعند تعريض أي مادة تقريبًا لضغط عالٍ، فإنها تتراص لتصبح أكثر كثافة؛ فعلى سبيل المثال، يتخذ الكوارتز (المعروف أيضًا باسم السيليكا أو ثاني أكسيد السيليكون ) أولًا شكلًا أكثر كثافة يُعرف باسم الكوسيت ، ثم عند تعريضه لضغط أعلى، يتحول إلى الستيشوفيت . وقد اكتُشف هذان الشكلان من السيليكا لأول مرة من قِبل مُجرّبي الضغط العالي، ثم وُجدا في الطبيعة في موقع اصطدام نيزكي .

تكون الروابط الكيميائية عرضة للتغير تحت ضغط عالٍ، عندما يصبح مصطلح P * V  في الطاقة الحرة قابلاً للمقارنة مع طاقات الروابط الكيميائية النموذجية عند حوالي100 جيجا باسكال  . من بين أبرز التغيرات تحول الأكسجين إلى معدن عند 96  جيجا باسكال (مما يجعل الأكسجين موصلاً فائقًا )، وانتقال الصوديوم من معدن شبه حر الإلكترونات إلى عازل شفاف عند ~ 200  جيجا باسكال . مع ذلك، عند الضغط العالي للغاية، ستتحول جميع المواد إلى معادن ( ). [1 ]

كما ثبت أن الضغط العالي يدفع النيتروجين إلى تكوين مركبات مع معادن غير نشطة أو ضعيفة التفاعل معه في الظروف المحيطة. على سبيل المثال، وُجد أن الفضة - وهي معدن نبيل لا يُعرف له نتريد مستقر ديناميكيًا حراريًا - تتفاعل مباشرةً مع النيتروجين الجزيئي عند ضغط يزيد عن 118 جيجا باسكال ودرجة حرارة 2000 كلفن في خلية سندان ماسية مُسخّنة بالليزر ، مُكوّنةً بنتازولات الفضة (AgN₅ ) . [ 2 ] وبالمثل، يتفاعل التنجستن مع النيتروجين عند ضغط يتراوح بين 35 و56 جيجا باسكال لتكوين نتريدات W₂N₃ و W₃N₅ فائقة الانضغاط ، وكلاهما قابل للاستعادة إلى الضغط الجوي. [ 3 ] ويتفاعل البريليوم مع النيتروجين عند ضغط يقارب 85 جيجا باسكال لتكوين BeN₄ ، الذي يتحول عند تخفيف الضغط إلى مادة ذات طبقات فان دير فالس، وهي البريلونيترين، والمتوقع أن تحتوي على فرميونات ديراك غير متناحية . [ 4 ]

أدت التجارب التي أجريت تحت ضغط عالٍ إلى اكتشاف أنواع المعادن التي يُعتقد أنها موجودة في الوشاح العميق للأرض، مثل بيروفسكايت السيليكات ، الذي يُعتقد أنه يشكل نصف كتلة الأرض، وما بعد البيروفسكايت ، الذي يحدث عند حدود اللب والوشاح ويفسر العديد من الشذوذات المستنتجة لتلك المنطقة.

"معالم" الضغط

انظر أيضاً

مراجع

  1. ↑ غروخالا، فويتش؛ هوفمان، روالد؛ فينغ، جي؛ آش كروفت، نيل دبليو. (4 مايو 2007). "الخيال الكيميائي في العمل في الأماكن الضيقة للغاية". Angewandte Chemie International Edition [ الكيمياء التطبيقية - الطبعة الدولية ] . 46 ( 20 ). Wiley-VCH : 3620–3642 . doi : 10.1002/anie.200602485 . eISSN 1521-3773 . ISSN 1433-7851 . PMID 17477335. CODEN ACIEF5 .    
  2. ↑ ليانغ، أ.؛ تين إيكيلدر، هـ.ر.أ.؛ رانييري، يو.؛ سبندر، ج.؛ ماساني، ب.؛ فيدوتينكو، ت.؛ غلازيرين، ك.؛ جيوردانو، ن.؛ لورانس برايت، إ.؛ رايت، ج.؛ شي، ل.-ت.؛ ترايبل، ف.؛ لانيل، د. (2026). "تخليق عالي الضغط لأول نتريد فضة مستقر ديناميكيًا حراريًا، AgN5". مجلة الجمعية الكيميائية الأمريكية للذهب . 6 (1): 193-199 . doi : 10.1021/jacsau.5c01135 .
  3. ^ ليانغ، أ. أوزموند، أنا. كراش، G.؛ شي، L.-T.؛ برونينج، L.؛ رانييري، يو. سبندر، J.؛ تسنادي، ف.؛ ماساني، ب. ستيفنز، سي آر؛ ماك ويليامز، RS؛ لورانس برايت، إي؛ جيوردانو، ن.؛ جاليجو بارا، إس؛ يين، Y.؛ أسلاندوكوف، أ. أكبر، FI؛ جريجوريانز، إي. هكسلي، أ. بينيا ألفاريز، م.؛ سي، J.-G.؛ شنيك، دبليو؛ بيكوف، م.؛ تريبل، ف. لانيل، د. (2024). “توليف الضغط العالي من نيتريدات التنغستن غير القابلة للضغط والصلبة وفائقة التوصيل”. المواد الوظيفية المتقدمة . 2313819 . دوى : 10.1002/adfm.202313819 .
  4. ^ بيكوف، م. فيدوتينكو، ت.؛ شاريتون، S .؛ لانيل، د.؛ جلازيرين، ك.؛ هانفلاند، م. سميث، شبيبة؛ براكابينكا، VB. محمود، م ف؛ جونشاروف، AF. بونوماريفا، إيه في؛ تسنادي، ف.؛ أبريكوسوف، منظمة العفو الدولية؛ بن مسعود، ت.؛ هوتز، أنا. رودنكو، آن. كاتسنلسون، ميشيغن؛ دوبروفينسكايا، ن.؛ دوبروفينسكي، L.؛ أبريكوسوف، آي أي (2021). “توليف الضغط العالي لمواد ديراك: طبقات فان دير فالس المستعبدة BeN4 Polymorph”. رسائل المراجعة البدنية . 126 (17) 175501. دوى : 10.1103/PhysRevLett.126.175501 .
  5. ↑ دوبروفينسكايا، ناتاليا؛ دوبروفينسكي، ليونيد؛ سولوبوفا، ناتاليا أ.؛ أباكوموف، أرتيم؛ تيرنر، ستيوارت؛ هانفلاند، مايكل؛ بيكوفا، إيلينا؛ بيكوف، مكسيم؛ بريشر، كليمنس؛ براكابينكا، فيتالي ب.؛ بيتيجيرارد، سيلفان؛ تشوفاشوفا، إيرينا؛ غاشاروفا، بيليانا؛ ماتيس، إيف لوران؛ إرشوف، بيتر؛ سنيغيريفا، إيرينا؛ سنيغيريف، أناتولي (20 يوليو/تموز 2016). "توليد ضغط ثابت بتيرا باسكال باستخدام الماس النانوي ذي قوة الخضوع الفائقة" . مجلة ساينس أدفانسز . 2 (7) e1600341. الجمعية الأمريكية لتقدم العلوم . Bibcode : 2016SciA....2E0341D . دوى : 10.1126/sciadv.1600341 . ردمك 2375-2548 . إل سي سي إن 2014203143 . او سي ال سي 892343396 . بمك 4956398 . بميد 27453944 .     
  6. ↑ جانلوز، ريموند؛ سيليرز، بيتر م.؛ كولينز، جيلبرت و.؛ إيغرت، جون هـ.؛ لي، كاناني ك.م.؛ ماكويليامز، ر. ستيوارت؛ بريغو، ستيفاني؛ لوبير، بول (29 مايو 2007). "تحقيق حالات كثافة عالية من خلال تحميل عينات مضغوطة مسبقًا بموجات الصدمة" . وقائع الأكاديمية الوطنية للعلوم . 104 (22): 9172-9177 . Bibcode : 2007PNAS..104.9172J . doi : 10.1073/pnas.0608170104 . eISSN 1091-6490 . ISSN 0027-8424 . JSTOR 00278424 . LCCN 16010069. OCLC 43473694. PMC 1890466. PMID 17494771. CODEN PNASA6 .​​​​        

للمزيد من القراءة