ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Скорость зародышеобразования из "Кристаллизация в химической промышленности" Скорость зародышеобразования —одна из основных характеристик процесса возникновения новой фазы. Чтобы ясно представить себе ее суть, необходимо предварительно познакомиться с понятием о зародыше и путях его образования. [c.42] Зародыш новой фазы представляет собой мельчайшую ее частицу, способную к дальнейшему росту. В данном случае речь идет о маленьком кристаллике. Существуют по крайней мере два характеризующих зародыш определения. Первое было приведено выше. Второе же предполагает, что зародышем является только та частица, которая находится в равновесии с пересыщенным раствором данной концентрации [1 ]. Но и в том, и в другом случае частицы новой фазы образуются постепенно путем укрупнения дозародышевых ассоциатов. [c.42] Ассоциаты представляют собой ионные или молекулярные образования, состоящие из различного числа простейших частиц [2]. Небольшие ассоциаты могут существовать и в ненасыщенном растворе. При переходе раствора из стабильного состояния в нестабильное они постепенно начинают увеличиваться в размере, образуя в конечном итоге частицы новой фазы. До тех пор, пока ассоциаты не приобрели присущих новой фазе свойств, раствор или расплав рассматриваются как гомогенные системы. Переход от ассоциата к мельчайшему кристаллу осуществляется в результате фазового превращения, которое приводит к упорядочению структуры. [c.42] До появления зародышей распределение ассоциатов по размерам выражается кривой, приведенной на рис. П1-1 [3]. Чем больше величина ассоциата, тем меньше его доля среди общего числа дозародышевых частиц. Кривая распределения по размерам зависит от времени нахождения раствора в пересыщенном состоянии. До тех пор, пока в системе не установится стационарный режим фазового превращения, примыкающая к оси г ветвь кривой распределения постепенно движется в сторону более крупных частиц. [c.42] Появление зародышей, таким образом, происходит не сразу. Прп любом начальном пересыщении раствора нужно некоторое время для их образования. Сначала в зародыши превращаются наиболее крупные дозародышевые частицы, затем более мелкие по мере их постепенного роста. Поэтому кривая N [ (1) имеет своеобразный характер (рис. П1-2). Сначала N = 0. Потом скорость зародышеобразования постепенно возрастает, достигает максимума и снова обращается в нуль. Вид кривой предопределяется распределением дозародышевых ассоциатов по размерам и степенью пересыщения раствора, которое в общем случае тоже не остается постоянным. По мере образования зародышей оно начинает снижаться. Процесс превращения ассоциатов в зародыши замедляется и, наконец, становится настолько медленным, что новые центры кристаллизации перестают появляться. Их время образования становится больше общего времени кристаллизации. [c.43] Скорость образования зародышей зависит от пересыщения, температуры, примесей и многого другого. В частности, конечно, существенную роль играет химический состав и особенности кристаллической структуры. Но кроме этого, при сравнении Л/, относящихся к различным веществам, необходимо учитывать связь скорости образования центров кристаллизации с предкристалли-зационным периодом, на протяжении которого идет процесс укрупнения ассоциатов. Скорость зародышеобразования должна относиться к частицам определенного размера и к определенному участку кривой N = [ (/). Здесь, конечно, имеется в виду случай фазового превращения в периодическом процессе. В непрерывном процессе скорость зародышеобразования может быть постоянной. Несколько иначе она выглядит и в присутствии твердой фазы. Особенно в присутствии затравочных кристаллов. [c.43] Не касаясь пока специфики фазообразования в системах различного состава, рассмотрим пути непосредственного изучения скорости зародышеобразования. Они так или иначе сводятся к подсчету частиц новой фазы в единице объема в данный момент времени. На основании данных о числе частиц строится кривая N = = / (/), по которой графическим путем находится скорость образования зародышей [3—5]. Разумеется, она может быть определена по данным о числе частиц и путем прямых вычислений. [c.43] Говоря о фазовом превраш,ении, применяют два термина зародыши и центры кристаллизации. Иногда под ними понимается одно и то же —растущий кристалл. Но, строго говоря, это разные понятия. [c.45] Дело в том, что под зародышем все-таки чаще всего понимают частицу (в данном случае кристалл), находящуюся в равновесии с нестабильной жидкой фазой. Другие фазовые превращения мы не рассматриваем. Образованию такого зародыша соответствует максимум на кривой АО—г. Предполагается, что растворимость зародыша отвечает концентрации пересыщенного раствора, т. е. такой раствор по отношению к частицам данного размера является насыщенным [1, 2]. С ростом пересыщения размер зародыша должен уменьшаться. Но уменьшение размера не может быть беспредельным, потому что для твердой частицы вообще и кристалла, в частности, имеются минимальные размеры. Ниже этих размеров не может образоваться кристалл или вообще частица новой фазы. [c.45] Понятге о центре кристаллизации менее определенно, но вместе с тем и менее ограничено в своем применении. По сути дела это способная к дальнейшему росту частица новой фазы, или другая твердая частица, могущая служить основой для образования новой фазы. Размеры центра кристаллизации не ограничены. Методы изучения скорости зародышеобразования по сути дела сводятся к подсчету именно центров кристаллизации, потому что считать зародыши критической величины очень трудно из-за их небольших размеров. Следовательно, правильнее в ряде случаев использовать термин центр кристаллизации или по крайней мере учитывать при выполнении расчетов различие между зародышами и центрами кристаллизации. [c.46] Вернуться к основной статье