Фазовый переход и тепловое расширение гексафторэтана

Abstract

Проведены рентгеновские исследования параметров решетки поликристаллического гексафторэтана и получены данные о коэффициентах линейного и объемного теплового расширения низко- и высокотемпературной фаз в интервале температур 5–130 К. Установлена значительная анизотропия теплового расширения низкотемпературной моноклинной фазы. Характер анизотропии расширения подобен наблюдающемуся обычно в слоистых кристаллах. В высокотемпературной фазе обнаружено сильное затухание дифракционной картины. Высказано предположение, что этот эффект связан с особенностями динамики решетки С₂F₆, обусловленными сильным вращательно-трансляционным взаимодействием. В таком случае становится вероятным связанное с повышением температуры нарастание беспорядка как в ориентационной, так и трансляционной подсистемах кристалла и получение в определенный момент состояния «динамического стекла». Объяснен наблюдавшийся ранее эффект смещения температуры ориентационного фазового перехода до 70 К. Проведен термодинамический анализ вкладов в теплоемкость трансляционной и вращательной подсистем. Получены свидетельства чрезвычайно сильного растормаживания торсионного вращения молекул С₂F₆, приводящего, в итоге, к структурному фазовому превращению. Показано, что температурное изменение коэффициента Грюнайзена низкотемпературной фазы гексафторэтана имеет вид, качественно подобный температурной зависимости коэффициента Грюнайзена, наблюдавшейся для этана и других простых молекулярных веществ. Это может быть свидетельством близости динамики решеток и сценариев ориентационного разупорядочения в области фазовых переходов этих веществ.

Проведено рентгенівські дослідження параметрів гратки полікристалічного гексафторетану та отримано дані щодо коефіцієнтів лінійного та об’ємного теплового розширення низько- та високотемпературної фаз в інтервалі температур 5–130 К. Установлено значну анізотропію теплового розширення низькотемпературної моноклінної фази. Характер анізотропії розширення є подібним тому, що спостерігається звичайно в шаруватих кристалах. У високотемпературній фазі виявлено сильне загасання дифракційної картини. Висловлено припущення, що цей ефект обумовлено особливостями динаміки гратки С₂F₆, які визначено сильною обертово-трансляційною взаємодією. У такому випадку стає можливим пов’язане з підвищенням температури наростання безладдя як в орієнтаційній, так і трансляційній підсистемах кристала та отримання в певний момент стану «динамічного скла». Пояснено ефект, який спостерігався раніше, зміщення температури орієнтаційного фазового переходу до 70 К. Проведено термодинамічний аналіз вкладів у теплоємність трансляційної та обертової підсистем. Отримано свідчення надзвичайно сильного розгальмування торсійного обертання молекул С₂F₆, які призводять в кінцевому підсумку до структурного фазового перетворення. Показано, що температурна зміна коефіцієнта Грюнайзена низькотемпературної фази гексафторетану має якісно подібний вигляд, що спостерігався для температурної залежності коефіцієнта Грюнайзена для етану та інших простих молекулярних речовин. Це може бути свідоцтвом близькості динаміки граток та сценаріїв орієнтаційного розупо ядкування в області фазових переходів цих речовин.

The x-ray studies of polycrystalline С₂F₆ lattice parameters are performed. The data on linear and volume coefficients of thermal expansion are obtained for lowand high-temperature phases in the temperature range of 5 to 130 K. A significant anisotropy of the thermal expansion coefficient is established for a low-temperature monoclinic phase. The character of the anisotropy obtained is similar to that observed in laminar crystals. A strong decay of diffraction picture is observed for the high-temperature phase. It is suggested that this effect is caused by the lattice dynamic peculiarities of С₂F₆ which are defined by the strong rotational-translational interaction. Thus an increase of disorder in oriental and translational subsystems and formation of a “dynamic glass” state are made possible with rising temperature. The shift of orientation phase transition, temperature up to 70 K which was previously observed, is explained. Thermodynamic analysis of translational and rotational contributions to specific heat is performed. The evidence for the of extremely strong disinhibition of torsion rotation of С₂F₆. It is shown that the temperature dependence of the Grunaisen coefficient for the low-temperature phase of С₂F₆ is of qualitatively similar shape as that for ethane and other simple molecular matters. This can be an evidence for the closeness for both lattice dynamics and orientation disordering scenarios in the phase transition region for these matters.