Пересыщение критическое

Рассчитайте энергию Гиббса образования зародыша критического размера в пересыш,енном растворе кремниевой кислоты, полученной из водного раствора силиката натрия с помощью ионного обмена. Поверхностное натяжение на границе кремнезема с водой примите равным 45 мДж/м . Коэффициент пересыщения раствора равен 3. Плогность частиц 1,8 г/см . [c.182]

Отложения солей — это процесс выпадения в осадок, главным образом, малорастворимых неорганических солей Са, Ва, 5г и др., протекающий вследствие пересыщения раствора по отношению к данной соли. Образование твердой фазы происходит, когда радиус зародышей кристаллов превышает критическое значение, определяемое по формуле [c.231]

По теории Беккера — Деринга, скорость образования центров конденсации в значительной степени зависит от концентрации и, следовательно, от критического пересыщения. Критический размер центра конденсации жидкостей оказался примерно одинаковым для различных веществ, порядка 50—100 молекул. [c.153]

С представлениями, лежащими в основе теории фазовых превращений, лучше всего можно познакомиться на примере процесса образования жидкой фазы из пересыщенного пара. Пар можно сжимать до давлений, превышающих давление насыщения до тех пор, пока при определенной степени пересыщения (критическое пересыщение) внезапно не начнется образование тумана. Между насыщенным и критически пересыщенным состояниями пар находится в метастабильном состоянии, при котором образование жидкой фазы требует конечного времени. Это указывает на то, что, прежде чем будет достигнуто конечное равновесие двух фаз, должен быть преодолен энергетический барьер, т. е. затрачена определенная энергия активации. Происхождение такого барьера обусловлено тем, что новая фаза первоначально появляется в виде макроскопических капелек, обладающих поверхностной энергией. [c.213]

Поверхностные зародыши, содержащие от одного до десяти атомов. Как отмечает Уолтон [124], во многих случаях с холодной подложкой гетерогенное зарождение из пара должно происходить путем образования очень малых критических зародышей, содержащих, видимо, до 10 атомов (т. е. таких зародышей, присоединение к которым одного атома делает разрастание более вероятным, чем распад). Тогда предположение о том, что поверхностная энергия столь малого зародыша определяется так же, как и для (макроскопической) жидкой капли, становится менее пригодным. Для критических зародышей, состоящих из двух, трех или четырех атомов, возможное число конфигураций атомов на подложке ограничено. В предельном случае высокого пересыщения критический зародыш может состоять из одного атома, т. е. пара ассоциированных атомов скорее будет расти, нежели распадаться. При более низких пересыщениях вероятность распада такой пары возрастет — тогда для обеспечения устойчивости потребуется еще один атом, следовательно, критический зародыш будет состоять из двух атомов и будет образовываться треугольный кластер из трех атомов с двумя связями на атом. Этот кластер может к тому же оказаться энергетически выгодным (с точки зрения эпитаксии) на кристаллической подложке с ориентацией (111). Для каждого интервала температур подложки, соответствующих данному критическому размеру зародыша, можно выписать уравнение скорости [c.421]

Однако наличие пересыщенного пара является необходимым, но недостаточным условием образования тумана. Для образования тумана возникающее в данных условиях пересыщение должно превышать значение критического пересыщения. Критическое пересыщение определяют по формулам или находят в справочной литературе. [c.88]

В табл. 2.2 представлена зависимость основных параметров гомогенной конденсации от степени пересыщения пара для случая водяных паров в воздухе, находящихся при температуре 293 К и давлении 760 мм рт. ст. Из этих данных видно, что I очень сильно зависит от С другой стороны, чтобы поток зародышей стал заметным, нужно создать существенное пересыщение. Критическим (с точки зрения образования зародышей) называется такое пересыщение, при котором / = 1. [c.59]

Опишем процесс массовой кристаллизации из растворов и газовой фазы с учетом контактного вторичного зародышеобразования. Контактное зародышеобразование [30, 33, 38—41] осуществляется посредством маточных кристаллов, если они сталкиваются с другой поверхностью, которой может быть поверхность других кристаллов или стенок кристаллизатора и мешалки. Контактное зародышеобразование вызывает у исследователей значительный интерес, так как вклад его в образование кристаллов наибольший среди всех других видов зародышеобразования [35, 33, 39]. В опубликованных исследованиях для этого типа зародышеобразования контакт достигался или скольжением кристалла вдоль наклонной стеклянной поверхности, погруженной в пересыщенный раствор того же самого вещества [30], или столкновением с мешалкой, или же контрольным ударным контактом между кристаллической затравкой и прутком, сделанными из различных материалов [33, 40]. Существует непосредственная корреляция между числом образовавшихся зародышей и энергией удара при постоянной площади соприкосновения. Авторы работ [33, 42] отмечают сильную зависимость скорости контактного зародышеобразования от пересыщения и предлагают объяснение этого механизма новые центры образуются в жидкой фазе около кристалла или происходят из затравочного кристалла в результате истирания при соударении, при котором от поверхности кристалла откалываются маленькие кусочки, но выживают и получают право на дальнейший рост только те, размер которых больше критического для данного пересыщения. Изучению влияния на контактное зародышеобразование размеров затравочных кристаллов и интенсивности перемешивания посвящены работы [40, 43]. [c.47]

Рассмотрим атомистическую теорию зарождения. Выше был изложен феноменологический подход к образованию зародышей, справедливый в области не очень высоких пересыщений, когда критический зародыш включает в себя многие десятки атомов и может считаться макроскопическим образованием, имеющим форму сферы, куба или параллелепипеда, обладающим поверхностной энергией. Однако при очень больших пересыщениях, когда размер критического зародыша приближается к атомному, использованный подход не обоснован. В этом случае скорость образования зародышей должна определяться из атомистических, а не макроскопических соображений. Наметим общие черты атомистического подхода, имея в виду прежде всего кристаллизацию на подложке, хотя эти черты сохраняются и при анализе образования зародышей в объеме. В изложении будем пользоваться рассмотрением, проведенным в [81]. [c.281]

Рассмотрим поведение слабо пересыщенного пара в ящике объема Кт с жесткими, не пропускающими тепло стенками. Через некоторое время образуется критический зародыш жидкой фазы и система перейдет в двухфазное состояние. Проведя значительное время в состоянии, близком к двухфазному равновесию, система неизбежно в результате большой флюктуации, при которой ка пля испарится, вернется в однофазное состояние пересыщенного пара, продолжая далее колебаться между обоими состояниями. Выделим мысленно внутри объема К, объем V и исключим из рассмотрения состояния, при которых закритические зародыши появятся за пределами объема V. При этом мы допустим, Что [c.283]

Рис. 5.6. Зависимость критической степени пересыщения пара от скорости движения.

Необходимым условием для конденсации в объеме является наличие пересыщенного пара. В работе В. П. Дорогого и К. Н. Шабалина [5] приведены экспериментальные данные о снижении критической степени пересыщения ф р, при которой начинается объемная конденсация, с ростом скорости ПГС [c.7]

Продолжительность индукционного периода зависит от способа смешивания реагентов, их чистоты, степени пересыщения и не зависит от метода наблюдения. Критическая степень пересыщения Г] определяется отношением [c.88]

Согласно флуктуационной теории фазообразования зародыш тогда дает начало росту новой фазы, когда его размеры становятся больше критических при данной степени пересыщения среды. Вероятность гомогенного образования критических зародышей в результате удачной флуктуации близка к нулю. В реальных случаях зародышеобразование протекает по гетерогенному механизму. Наличие подходящих поверхностей (стенки реакторов, твердые включения в составе нефтяных систем и т. п.) облегчает работу зародышеобразования, и оно становится возможным при меньших степенях пересыщения. [c.36]

Если необходимое критическое пересыщение для появления тумана берется как величина, дающая скорость образования капли 7 [c.362]

Присутствие ионов также понижает критическое пересыщение. В 13] изложены кратко теоретические разработки, представленные в [5, 9, 10]. [c.363]

Р. Меры по уменьшению тумана. Склонность к возникновению и распространению тумана можно уменьшить следующими методами обеспечивать низкие степени пересыщения отсутствие пыли, выноса капель и ионов поддерживать перегрев (например, нагревом 117]) поддерживать малыми температурные напоры поддерживать высокой температуру поверхности конденсата обеспечивать малую толщину парогазовой пленкн, дающую небольшое время диффузии (образование тумана занимает время) увеличение турбулентности может, однако, уменьшать критическое пересыщение обеспечивать отсутствие вторичных веществ, которые уменьшают данление пара па капли или поверхностное натяжение предупреждать запотевание, если туман может возникнуть, для исключения уноса конденсата газом или паром, [c.363]

Как следует нз уравнения (9) работа образования критического зародыша обратно пропорциональна A , что требует заметного пересыщения в исходной гомогенной системе для возникновения новой фазы. Однако в конкретных условиях обр -зование новой фазы наблюдается при относительно невысоких пересыщениях, что связано с наличием подходящих поверхностей посторонних включений, стенок реакционных сосудов, обеспечивающих протекание процесса по гетерогенному механизму. [c.86]

Если для капли радиусом связанная с ним величина 5 меньше критического пересыщения, то капля будет испаряться, если больше — капля будет расти. При определении свободной энергии капли предполагалось, что поверхностное натяжение не зависит от размера капель. Однако если капля очень мала, то к ней трудно применить обычное определение поверхностного натяжения [100]. Некоторые авторы считают вполне приемлемым использование для очень маленьких капель величин, полученных для плоской поверхности [101]. Пока не достигнуто очень высокое пересыщение, спонтанная конденсация незначительна. Например, образование видимого тумана при адиабатическом расширении влажного воздуха, имеющего комнатную температуру, произойдет, если пересыщение влажного воздуха без пыли составит 600 %. При такой степени пересыщения критический диаметр капли равен приблизительно 0,001 мкм, что соответствует кластеру из 50 молекул. При гомогенном процессе зародыши ядер конденсации представляют собой агрегаты молекул пара, которые непрерьшно образуются и распадаются под действием случайных факторов. Кластер начинает расти, если его размер превышает критический. Вероятность его образования зависит от степени пересыщения [102]. [c.826]

Существует критическая степень пересыщения, при которой начинается объемная конденсация пара, величина ее зависит не только от физических свойств вещества, но и от скорости движения парогазовой смеси. Увеличение скорости потока парогазовой фазы снижает значение критической величины степени пересыщения и при скоростях более 70 м/с близка к единице. [c.164]

Основным фактором, от которого зависит образование новой фазы, является пересыщение. Без пересыщения (или почти без пересыщения) новая фаза зарождается только в системах, очень близких к критическому состоянию. Пересыщение необходимо для образования новой фазы потому, что очень мелкие частицы, через которые требуется пройти, чтобы получились частицы большего размера, имеют сильно выпуклую, обладающую большой кривизной [c.95]

Следовательно, надо было попытаться определить критическое пересыщение прп выделении новой жидкой фазы на жидкой подложке. [c.276]

В воздухе, содержащем пары воды, образуется туман при температуре 270,8 К (ко )ффицисит пересыщения у равен 4,21). Рассчитайте критический размер ядер конденсации и число молекул, содержащихся в них. Поверхностное натяжение воды [c.33]

Общим условием для любого процесса выделения кристаллов из раствора является наличие пересыщения. Под пересыщением подразумевается избыточная концентрация вещества, выражаемая или в виде /==С—Со или —С1С . При увеличении степени пересыщения сверх некоторого предела происходит спонтанная кри-стг ллизация, которая приводит к осаждению всех веществ, находящихся в растворе в пересыщенном состоянии, и в этом случае селективной кристаллизации достичь не удается. Как было показано в работах [7, 8], пересыщенные растворы представляют собой ультрамикрогетерогенные системы, которые являются промежуточными между истинными и коллоидными растворами. Квазикри-стйллы такой системы существуют кратковременно, распадаясь в одной точке раствора и возникая в другой. Такие квазикристаллы, достигая при определенном пересыщении критического размера, могут являться центрами кристаллизации. Величина критического размера кристаллов, находящихся в равновесии с раствором, зависит от пересыщения, температуры и физико-химических свойств раствора. Согласно Томсону связь между степенью пере- [c.19]

Для любого перенасыщения, которое характеризуется отношением Р/Ро, это уравнение дает размеры критического радиуса капли, давление наров над которой равно величине Р. Капли большего радиуса будут иметь меигзшее давление пара и стремиться к неограниченному росту . Конденсацию из пересыщенного нара мон но объяснить, допустив наличие в насыщенном паре некоторой равновесной концентрации маленьких капель. [c.558]

По данным [15], переход растворенных солей в кристаллическое состояние и их отложение в призабойной зоне скважины происходят при степени пересыщения С/Снас = 1,01. В работе [10] отмечается, что при таких малых степенях пересыщения в пористых пластах многих месторождений формирование зародышей твердой фазы, например гипса, исключается, так как средний размер пор в 2—4 раза меньше критического радиуса кристаллов Са304-2И20. Но на практике возможно выпадение твердой фазы, так как пористая среда может способствовать образованию зародышей с радиусом меньшим, чем г р. [c.231]

Морфология образующихся частиц зависит от целого ряда факторов, но наиболее важным является соотношение скоростей их зарожд ения и роста, которые в свою очередь в значительной степени зависят от пересыщения системы. Окончательный размер частиц определяется числом центров кристаллизации и скоростью осаждения вещества. Умеренно растворимые вещества, например карбонаты, обычно осаждаются в виде очень мелких частиц. При медленном, регулируемом росте умеренно растворимых солей можно получать монодисиерсные осадки. При высоких степенях пересыщения первичный критический центр кристаллизации может быть меньше размера элементарной ячейки решетки и начинает расти, не имея упорядоченной кристаллической структуры. Таким путем можно получать аморфные или частично кристаллизованные осадки [И]. При низких степенях пересыщения образуется хорошо сформированный кристаллический осадок, причем форма частиц зависит от структуры кристалла и от процессов, преобладающих на поверхности раздела фаз в ходе роста. На морфологию осадка сильно влияет скорость роста кристаллов. При низких скоростях образуются компактные кристаллы, форма которых соответствует кристаллической структуре. Ионы в растворе вблизи поверхности раздела кристалл — жидкость играют важную роль в модификации формы кристалла. При высоких степенях пересыщения нередко образуются объемистые осадки с дендритными частицами. При еще больших уровнях пересыщения получаются очень мелкие частицы, способные к агломерации или образованию золей. [c.19]

Степень пересыщения, при которой начинается объемная конденсация пара, 5 называется критической и обозначается Фкр. Она зависит от физических свойств пара, его концентрации в смеси и от наличия в парогазовой смеси центров конденсации. Согласно исследованиям Фоль-мера и Флоода [196], величина критической степени пересыщения для различных веществ колеблется в широких пределах (от 2,8 до 12,3). Дорогой и Шабалин [67] экспериментально установили, что величина фкр существенно зависит также от скорости парогазовой смеЬи. [c.169]

В отсутствие пересыщения pix = llv зависимость АС (г) имеет вид параболы. При углублении в метастабильную область J,x>- .lv на кривой С (г) появляется хмаксимум, координаты которого (6 кр и Гкр) уменьшаются но мере роста пересыщения. Работа образования критического зародыша представляет собой высоту энергетического барьера, который необходимо преодолеть для того, чтобы ироцесс роста зародышей новой фазы шел самопроизвольно (рис. 16). [c.86]

Метастабильные состояния могут возникать в системе и при повышении температуры. Пересыщение в этих случаях обусловлено появлением в результате термополиконденсационных процессов структурных единиц — кристаллитов. По достижении пороговой концентрации кристаллитов формируется аномальная жидкость с критическим напряжением сдвига (точка Г). [c.39]

Началу образования новой фазы — возникновеиню центров конденсации — соответствует определенная критическая степень пересыщения, зависящая как от природы веществ, так и от наличия ядер конденсации. При гомогенной конденсации происходит самопроизвольное образование зародыщей энергия иоверхности выступает в качестве потенциального барьера конденсации. Энергия Гиббса образования зародышей имеет три составляющих объемную, поверхностную н составляющую, обусловленную энергией упругой деформации при структурном изменении твердых тел. Длл жидких и газообразных фаз можно ограничиться двумя первыми составляющими энергии Гиббса образования зародышей. [c.99]

Таким образом, условие экстремума совпадает с уравненпем Кельвина. При возникновении зародыша конденсации давление пересыщенного пара ркр (крипшеское) должно быть равно давлению насыщенного пара над поверхностью зародыша Рд. Размер зародып1а при этом условш называют критическим /"кр. [c.100]

В воздухе, содержащем пары воды, образуется туман при температуре 269 К, когда коэффициент пересыщения становится равным 3,71. Рассчитайте критический размер ядер конденсации и число молекул, содер ащихся в них. Поверхностное натяжение воды 76,4 мДж/м , плотность воды 1 г/см . [c.181]

В данной модели, основанной на классическом расчете радиуса критического зародыша новой фазы (уравнение Толмэна), введено понятие межфазной толщины, равной диаметру молекулы растворителя. Степень пересыщения раствора, рассчитывается в зависимости от отношения радиуса частиц растворенного вещества к диаметру молекулы растворителя. [c.78]

В основе математической модели лежат представления о кластерах - это устоюшвые образования, которые формируются в 1гересыщенном растворе в ходе серии бимолекулярных реакций между ионами или молекулами растворенного вещества кластеры, достигшие критического размера, расходуются на образование зародышей и играют важную роль в росте кристалла кластеры диффундируют к поверхности растущего кристалла и ожидают в некоторой очереди кластеров со случайной ориентацией на поверхности, что приводит к значительной пленке кластеров, нуждающейся во встраивании в кристаллическую решетку [4 . По такому механизму рост кристаллов как бы квантуется порциями этих кластеров. Причем раствор то обедняется ими за счет роста и образования зародышей, то обогащается ими за счет создания пересыщения путем химической реакции. [c.164]

Не описывая подробно эту и последующие работы (Зандер и Дамкёлер, 1943 г. Кларк и Родебуш, 1953 г.), отметим лишь, что они удовлетворительно подтверждают теорию. Разумеется, очень важно, чтобы в системе предварительно пе было никаких центров конденсации, на которых, как мы увидим далее, капли образовывались бы гораздо легче. Такая очистка легко осуществляется в камере Вильсона путем многократной конденсации при этом все конденсационные ядра, имеющиеся в газовой фазе, постепенно осаждаются, а критическое пересыщение, при котором начинается образование новой фазы, возрастает. Когда последнее достигает своего максимального значения, которое уже не меняется при повторной конденсации, можно считать, что очистка системы достигнута и налицо процесс фазообразования без участия конденсационных ядер. [c.98]

Перейдем теперь к анализу формулы (31) при ее применении к образованию новой фазы на подложке и обратимся с этой целью к рис. 9. Как уже отмечалось, утолщенная кривая для зародыша в виде полной сферы соответствует ранее данной интерпретации. В этом случае имеется одно решение для равновесной капли, соответствующее ее неустойчивому равновесию, т. е. эта капля является зародышем новой фазы, а работа ее образования — работой образования критического зародыша. При учете х>0 для каждого пересыщения, соответствующего КаКт, имеется два решения, т. е. две равновесные капли разных объемов. Обе эти капли относятся к кривым с отрицательным наклоном dJ(ld <,0, т. е. [c.274]

Исследования такого рода получили широкое развитие в области электролитического выделения новой фазы на электродеподложке под влиянием пересыщения, задаваемого в этом случае перенапряжением. К сожалению, большинство этих работ относится к выделению новой фазы в виде кристаллов, а не капель, и проблема линейного натяжения пока что решена только для смачивающей капли. Единственные данные по электролитическому выделению новой фазы в виде капель связаны с электролизом растворов солей ртути на индифферентном электроде — на графите [17] или платине [18]. В указанных работах имеются и данные по смачиваемости ртутью электрода-подложки. Автор проанализировал эти данные с точки зрения линейного натяжения. Результат [19] показал, что сильно заниженные значения критического перенапряжения по сравнению с ожидаемыми, согласно теории Фольмера (не учитывающей х), могут быть объяснены линейным натяжением, если ему приписать отрицательный знак и абсолютное значение порядка Ю " дин. Это объяснение, однако, не однозначно, так как твердые поликристаллические подложки — графитовый или платиновый катоды — могут иметь микроскопические активные участки на поверхности с сильно повышенной смачиваемостью ртутью, что и без учета х привело бы к снижению критического перенапряжения. [c.276]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология