अवशिष्ट एन्ट्रापी

अवशिष्ट एन्ट्रापी एक गैर-संतुलन अवस्था और पूर्ण शून्य के निकट किसी पदार्थ की क्रिस्टल अवस्था के बीच एन्ट्रापी में अंतर है। इस शब्द का उपयोग संघनित पदार्थ भौतिकी में कांच या प्लास्टिक क्रिस्टल के शून्य केल्विन पर एन्ट्रापी का वर्णन करने के लिए किया जाता है, जिसे एक क्रिस्टल अवस्था कहा जाता है, जिसका एन्ट्रापी ऊष्मप्रवैगिकी के तीसरे नियम के अनुसार शून्य होता है। यह तब होता है जब ठंडा होने पर सामग्री कई अलग-अलग अवस्था में उपस्थित हो सकती है। सबसे आम गैर-संतुलन कांच का अवस्था , कांच के रूप में होता है।

उदाहरण के लिए - कार्बन मोनोआक्साइड जिसमें बहुत कम आणविक द्विध्रुवीय क्षण होता है। जैसा कि कार्बन मोनोऑक्साइड क्रिस्टल को पूर्ण शून्य तक ठंडा किया जाता है, कार्बन मोनोऑक्साइड के कुछ अणुओं के पास खुद को एक सही क्रिस्टल में संरेखित करने के लिए पर्याप्त समय होता है, (सभी कार्बन मोनोऑक्साइड अणु एक ही दिशा में उन्मुख होते हैं)। इस वजह से, क्रिस्टल एक अवस्था में बंद है $2^{N}$अलग-अलग संबंधित माइक्रोस्टेट (सांख्यिकीय यांत्रिकी), एक अवशिष्ट एन्ट्रापी दे रही है $S=Nk\ln(2)$ शून्य के अतिरिक्त होता है।

एक और उदाहरण है कोई भी अव्यवस्थित ठंडा पदार्थ (शीशा)। इनमें शेष अनुगमनशीलता होती है, क्योंकि परमाणु-परमाणु सूक्ष्मिक संरचना मक्रोस्कोपिक प्रणाली पर विभिन्न तरीकों में व्यवस्थित की जा सकती है।

इतिहास

अवशिष्ट एन्ट्रॉपी के पहले उदाहरणों में से एक को लिनस पॉलिंग ने पानी की बर्फ इह का वर्णन करने के लिए बताया था। पानी में, प्रत्येक ऑक्सीजन परमाणु दो हाइड्रोजन परमाणुओं से जुड़ा होता है। यद्यपि, जब पानी जम जाता है तो यह एक चतुर्भुजीय संरचना बनाता है जहाँ प्रत्येक ऑक्सीजन परमाणु में चार हाइड्रोजन पड़ोसी होते हैं (पड़ोसी पानी के अणुओं के कारण)ऑक्सीजन परमाणुओं के बीच बैठे हाइड्रोजन परमाणुओं में कुछ हद तक स्वतंत्रता होती है जब तक प्रत्येक ऑक्सीजन परमाणु के पास दो 'निकट' (या 'अन्दर') हाइड्रोजन परमाणु हों, जो पारंपरिक रूप से H2O वॉटर मोलेक्यूल बनाते हैं। चूंकि , यह पता चलता है कि इस संरचना में कई वॉटर मोलेक्यूलों के लिए हाइड्रोजन परमाणुओं के कई संभावित व्यवस्थान होते हैं जो 2-अंदर, 2-बाहर नियम को पूरा करते हैं प्रत्येक ऑक्सीजन परमाणु के पास दो 'निकट' (या 'अन्दर') हाइड्रोजन परमाणु होने चाहिए, और दो दूर (या 'बाहर') हाइड्रोजन परमाणु होने चाहिए। यह स्वतंत्रता पूर्ण शून्य तक उपस्थित है, जिसे पहले एक पूर्ण एक प्रकार की कॉन्फ़िगरेशन के रूप में देखा गया था। इन एकाधिक विन्यासों का अस्तित्व (ओ-ओ अक्ष के साथ अभिविन्यास के प्रत्येक एच के लिए विकल्प) जो पूर्ण शून्य के नियमों को पूरा करते हैं जो शून्य के नियमों (प्रत्येक ओ के लिए 2-अंदर 2-बाहर) को पूरा करते हैं, यादृच्छिकता, या दूसरे शब्दों में, एंट्रॉपी के समान है। इस प्रकार, शून्य के पास या उसके निकट कई व्यवस्थाएं अपना सकने वाले प्रणालियों को धारण करने वाली प्रणालियों को अवशिष्ट एन्ट्रॉपी कहा जाता है।

चूँकि पानी की बर्फ पहली पदार्थ थी जिसके लिए अवशिष्ट एन्ट्रापी प्रस्ताव किया गया था,लेकिन इसे अध्ययन करने के लिए पानी की बर्फ के शुद्ध दोष मुक्त क्रिस्टल तैयार को करना सामान्यतः बहुत कठिनाई होती है। इसलिए, ज्यामिति रोकित प्रणालियाँ सामान्यतः शेष एंट्रोपी प्रदर्शित करने वाली अन्य प्रणालियों की अविष्कार में अत्यधिक अध्ययन किया गया है। जो अवशिष्ट एन्ट्रॉपी प्रदर्शित करते हैं। विशेष रूप से ज्यामितीय हताशा प्रणालियाँ अधिकांशतः अवशिष्ट एन्ट्रापी प्रदर्शित करती हैं। एक महत्वपूर्ण उदाहरण स्पिन बर्फ है, जो एक ज्यामितीय रूप से रोकित चुंबकीय सामग्री होती है जहां चुंबकीय परमाणुओं के चुंबकीय चक्रवृद्धि में आइसिंग मॉडल होते हैं | और आइसिंग-जैसे चुंबकीय स्पिन होते हैं जो कोनों -साझा करने वाले टेट्राहेड्रा के नेटवर्क के कोनों पर स्थित होते हैं। इस प्रकार यह सामग्री पानी की बर्फ के समान है, इस अपवाद के साथ कि टेट्राहेड्रा के कोनों पर स्पिन टेट्राहेड्रा में या बाहर इंगित कर सकते हैं, जिससे पानी की बर्फ के समान 2-इन, 2-आउट नियम का उत्पादन होता है, और इसलिए वही अवशिष्ट एन्ट्रापी होती है। ज्यामितीय रूप से निराश चुंबकीय सामग्री जैसे स्पिन बर्फ के दिलचस्प गुणों में से एक यह है कि अवशिष्ट एन्ट्रापी के स्तर को बाहरी चुंबकीय क्षेत्र के अनुप्रयोग के लिए नियंत्रित किया जा सकता है। इस संपत्ति का उपयोग एक-शॉट प्रशीतन प्रणाली बनाने के लिए किया जा सकता है।

यह भी देखें

• बर्फ में प्रोटॉन विकार
• बर्फ के नियम
• ज्यामितीय हताशा