ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Ионы как ядра конденсации. Растворимые ядра из "Очистка газов" Когда ядра конденсации имеют электрический заряд или конденсация происходит на газовом ионе, давление насыщенного пара над таким кластерами и пересыщение пара, соответствующее этому давлению, меньше, чем над незаряженными каплями такого же размера. [c.59] График уравнения (2.27) для паров воды, находящихся в воздухе (е = 1 и = 78) при температуре 293 К, приведен на рис. 2.4. При расчетах принимали, что ядро имеет заряд, равный заряду одного электрона, те. q = 4,8-10 единиц заряда СГСЕ (1,6-10 Кл). [c.60] Из данных этого рисунка четко видно, что закономерности конденсации на заряженном ядре или ионе существенно отличаются от ранее рассмотренных, главным образом для мелких, капель. Например, в то время как пересыщение пара над незаряженной каплей быстро растет с уменьшением диаметра, для заряженных капель оно достигает максимального значения, равного 3,6 при d 0,0000001 см, а затем уменьшается практически до нуля. Следовательно, незаряженные капли не могут существовать в ненасыщенной газовой смеси, тогда как заряженные капли могут существовать как в насыщенном (iS = 1 ) и даже ненасыщенном паре 1 ). В результате, если в газовой смеси присутствуют газовые ионы, то очень мелкие капли не испаряются даже при ненасыщенном паре. Однако эти капли не могут вырасти до больших размеров, так как увеличение диаметра капли возможно лишь при 1 (восходящая ветвь кривой). [c.60] В том случае, когда будет создано необходимое пересыщение пара и тем самым будет пройдено состояние, характеризуемое максимумом кривой, пар начнет конденсироваться на каплях, и их размеры будут увеличиваться (нисходящая часть кривой). При этом, чем больше становится капля, тем меньше давление насыщенного пара над ней и тем меньше пересыщение, при котором растет капля. [c.60] Таким образом, механизм образования частиц аэрозоля при наличии газовых ионов и без них в основном одинаков, но пересыщение, соответствующее давлению насыщенного пара, в присутствии газовых ионов ниже. [c.60] Анализ структуры уравнения (2.26) показывает, что в общем случае в зависимости от степени пересыщения при испарении или конденсации капли, содержащей ион, возможны три варианта. [c.60] Первый вариант имеет место в ненасыщенном и насыщенном паре S 1). Здесь 1п всегда отрицателен или равен нулю, следовательно, все слагаемые уравнения (2.26) будут всегда положительными. Если диаметр d очень мал, то слагаемое, содержащее множитель Md, является преобладающим. При возрастании d вклад этого слагаемого в общую сумму уменьшается, в то время как значение слагаемого, содержащего (Р, становится более существенным (слагаемое, содержащее (f, также возрастает, но не в такой степени). Поэтому с возрастанием d величина в этом варианте сначала уменьшается, достигая минимума, а затем снова увеличивается (кривые = 0,5 и = 1 на рис. 2.5). Так как наиболее вероятной является фаза, обладающая минимальной свободной энтальпией, то данный результат означает существование стабильного состояния капли с размером, совпадающим с положением равновесной линии на рис. 2.4. При отклонении от этой линии в любую сторону капля будет испаряться. [c.60] Если ядра состоят из вещества, растворяющегося в конденсирующейся жидкости, давление пара этой жидкости понижается, а следовательно, уменьшается и пересыщение, необходимое для начала конденсации. Если раствор и чистый растворитель имеют одинаковую кривизну поверхности, то давление пара над раствором меньше на величину d , которую можно оценить различными способами. Поскольку все имеющиеся в литературе методики дают приблизительно одинаковые результаты, то приведем лишь одну из них. [c.61] В отличие от случая конденсации на каплю из чистого растворителя присутствие растворенного вещества делает возможной конденсацию даже при относительной влажности, меньшей 100 %, те. [c.62] Как и в случае конденсации на ионах, может существовать стабильная капля раствора, размер которой зависит только от массы растворенного вещества и отношенияр /р Т)- Например, капля диаметром 1 мкм, содержащая 10 г Na l, в атмосфере с= 1,001 быстро испаряется до размера 0,6 мкм. Если же начальный диаметр капли с таким содержанием ЫаС1 составляет 3 мкм, то она будет неограниченно расти, пока окружающий ее водяной пар окончательно не исчерпается или частица не будет выведена из пара иными процессами, такими, как седиментация. [c.63] Впрыскивание растворимых частиц во влажный воздух приводит к практически мгновенному образованию стабильных капель горазда большего размера. Зависимость стабильного диаметра капли от диаметра сферических частиц Na l при различных относительных влажностях приведена на рис. 2.6. [c.63] Если относительная влажность воздуха составляет 100 %, то диаметр частицы возрастает приблизительно в пять раз по сравнению с исходной частицей КаС1, имеющей массу 10 г, и в десять раз, если масса исходной частицы составляет 10 г Если капля содержит некоторые растворенные вещества, то из-за эффектов гистерезиса небольшое изменение влажности не приведет к значительному изменению стабильного размера капли в отличие от капель, состоящих из чистых растворителей. [c.63] Гистерезис состоит в том, что фазовый переход, происходящий при одном значении влажности в случае ее возрастания, при ее уменьшении происходит при другом значении. Вначале гигроскопичная растворимая частица в окружении паров растворителя в результате адсорбции покрывается оболочкой растворителя. При некотором минимуме относительной влажности количество осажденного растворителя станет таким, что частица растворится и образуется жидкая капля. Если для того, чтобы высушить каплю, влажность уменьшать, то оказывается, что капля остается, даже если относительная влажность меньше требуемой для первоначального растворения. Это означает, что раствор, из которого состоит капля, становится пересыщенным. При дальнейшем уменьшении относительной влажности растворенное в капле вещество внезапно кристаллизуется. [c.63] Вернуться к основной статье