Образование зародышей жидкой фазы в парах

ОБРАЗОВАНИЕ ЗАРОДЫШЕЙ ЖИДКОЙ ФАЗЫ В ПАРАХ [c.213]

Явления, связанные с электрическими свойствами, имеют очень большое практическое значение. Так, движение и оседание частиц аэрозолей является причиной грозовых явлений, а также серьезных помех в работе управляющих и следящих устройств. Изменение условий образования зародышей жидкой фазы весьма важно для метеорологии, для искусственного дождевания, во всех технологических процессах, связанных с конденсацией паров. [c.298]

Физические характеристики процессов зародышеобразования проще всего рассмотреть на примере образования зародышей жидкой фазы из пересыщенного пара. Этот случай поддается подробному теоретическому и экспериментальному исследованию. [c.42]

Доминирующая гипотеза о зарождении паровых пузырьков состоит в том, что они образуются в результате флуктуаций плотности жидкой фазы. Случайные образования ( зародыши паровой фазы ) получают дальнейшее развитие только в том случае, если удовлетворяется условие равновесия основных сил, действующих на них. К этим силам относятся силы давления окружающей пузырек жидкости и пара внутри пузырька и сила поверхностного натяжения самого пузырька. Если форма пузырька близка к сферической, то равновесие этих сил, определяемое соотношением Гиббса, принимает вид [c.213]

II.4. Теория конденсации Беккера — Дёринга. Повышенное давлс ние паров над малыми каплями тесно связано с трудностью образования зародышей жидкой фазы в пересыщенном паре. Капли, давление паров которых равно давлению пересыщенного пара, находящегося в контакте с ними, могут быть названы зародышами , имеющими критические размеры. Любая капля большего размера будет, как правило, расти путем присоединения молекул. Любая капля меньшего размера будет стремиться испаряться и в конце концов вообще исчезнет. [c.49]

Переохлаждение пара ниже температуры конденсации для образования новых мельчайших капелек жидкости (зародышей) необходимо потому, что равновесное давление пара над выпуклой поверхностью мельчайшей сферической капли жидкости (зародыша) выше, чем над плоской поверхностью макроколичества жидкости. При большой кривизне поверхности молекулы слабее удерживаются на поверхности зародыша жидкой капли и легче переходят в парообразную фазу. [c.376]

Рассмотрим влияние заряда на процесс конденсационного образования новой фазы. Явления, происходящие в камере Вильсона, показывают, что радиоактивная частица, проходящая через пересыщенный пар, оставляет видимый след (трек), образованный жидкими капельками аэрозоля (тумана). Прохождение частицы с высокой энергией вызывает ионизацию, а следовательно появление электрических зарядов, облегчающее образование зародышей, которое в обычных условиях затруднено в связи с большой величиной давления пара над малыми каплями. [c.300]

Рассмотрим сначала механизм образования новой фазы а отсутствие посторонних зародышей, пользуясь представлениями, развитыми Фольмером. Для простоты возьмем случай, когда образуется дисперсная система с жидкой дисперсной фазой. Если только система не близка- к критическому состоянию, возникновение новой (жидкой) фазы без сильного пересыщения невозможно. Причина этого заключается в том, что первоначально образующиеся мельчайшие капельки, необходимые для получения тумана со сравнительно большими частицами, обладают очень малым радиусом кривизны, вследствие чего давление пара у поверхности таких капелек весьма велико и они легко испаряются. Это становится более понятным из следующих рассуждений. [c.357]

К образованию капелек из пара непосредственно примыкает явление выделения капелек из жидких смесей — растворов. Теоретический анализ остается во всех деталях тем же самым, если соответственным образом заменить величины, относящиеся к фазовому переходу. Абсолютный расчет значений / покамест не удается из-за незнания величины IV, — числа молекул, переходящих из одной фазы в другую. До сих пор в экспериментах не удается избавиться от вызывающего конденсацию влияния посторонних частиц. Такие взвешенные частицы присутствуют всегда во всех газах. В экспериментах с образованием зародышей эти частицы устраняются в процессе предварительных опытов по расширению газа, когда частицы оказываются включенными в образующиеся капельки. Подобная очистка в случае жидких смесей невозможна. Если получение в какой-то мере оптически прозрачных жидкостей представляет большие трудности, то надежных методов для удаления субмикроскопических частиц, все еще активных в отношении образования зародышей, вообще не существует. Пересыщения, установленные Г. С. Дэвисом для гомогенного образования [c.146]

Аналогично протекает образование облаков и тумана в атмосфере. До температуры, значительно более низкой, чем температура замерзания, па пылинках и в особенности на частицах поваренной соли в качестве первой фазы возникают капельки воды. Образование снега и града происходит путем вторичного возникновения зародышей внутри жидкой фазы, протекающего значительно легче вследствие малого значения граничной энергии между твердой и жидкой фазами. Первичного возникновения льда следует ожидать только при очень низких температурах и нри крайне малых упругостях водяного пара. [c.189]

Различие в характере фазовых превращений этих двух групп объясняется особенностями самого механизма перехода от одной фазы к другой. Фазовые превращения первой группы начинаются на поверхности твердого тела и сразу же приводят к созданию макроскопической поверхности раздела между твердой и жидкой (или парообразной) фазами. В них в каждый момент процесса плавления (или сублимации) участвуют лишь поверхностные атомы или молекулы твердого тела. Фазовые превращения второго рода начинаются в глубине уже существующей фазы, где возникают микроскопические образования — пузырьки пара, капельки жидкости или кристаллики — зародыши новой фазы. Для этих превращений, таким образом, неизбежен переход через промежуточное, микрогетерогенное состояние, обладающее повышенным запасом свободной энергии, по сравнению с начальным и конечным состояниями. Это избыточное количество свободной энергии связано с необходимостью создания множества границ раздела между старой фазой и зародышами новой, суммарная поверхность, а следовательно, и поверхностная энергия которых весьма велики. При фазовых превращениях второй группы должен преодолеваться некоторый энергетический барьер, которого нет в случае фазовых превращений первой группы (рис. 85). [c.427]

Мелкие капли жидкости способны к переохлаждению (например, капли воды переохлаждаются до —40 °С). Поэтому есть основание предположить (Оствальд), что при образовании тумана в результате гомогенной конденсации пара в объеме в начальный период процесса образуются капли жидкости, которые затем, охлаждаясь, иногда превращаются в твердые частицы. В связи с этим рассматриваемые в настоящей работе теоретические основы образования тумана при конденсации пара справедливы по отношению к конденсационному образованию аэрозолей вообще. Если же в некоторых случаях переход вещества из газообразной фазы в твердую осуществляется непосредственно, то этот процесс также подчиняется закономерностям, свойственным процессу образования жидких зародышей. [c.9]

Работа, затраченная на образование зародыша, складывается из работы переноса частиц из газообразной фазы в жидкую (в случае пересыщенного пара эта работа будет отрицательной) и работы, связанной с образованием поверхности зародыша. Для зародыша, находящегося в неустойчивом равновесии с имеющимся пересыщенным паром, суммарная работа образования определяется по Гиббсу [c.23]

С физическо точки зрения специфика образования и роста зародыша жидкой фазы в гомогенном пересыщеннодг паре целиком определяется поверхностным натяжением. Действительно, приращение термодинамического потенциала при образовании зародыша жидкой фазы, состоящего из g молекул, имеет вид [c.146]

Способ получения частиц коллоидного размера альтернативный дроблению основан на конденсации вещества, находящегося первоначально в парообразном или растворенном состоянии. Конденсация, т. е. образование частиц твердого или жидкого вещества из его газообразной фазы или раствора, наступает при перенасыщении пара или раствора. Перенасыщение означает увеличение концентрации сверх той величины, которая присуща веществу при данных условиях (температура, природа растворителя). Перенасыщение может быть создано изменением физических условий (температура, давление газа, диэлектрическая проницаемость растворителя и др.), в которых находится исходная гомогенная фаза (пар, раствор), или проведением химической реакции между компонентами гомогенной фазы, при которой образуется новое вещество, являющееся нелетучим или нерастворимым при условиях проведения реакции. Если гомогенная система находится в мета-стабильном состоянии (перенасыщена, перегрета, переохлаждена), то конденсация вызывается введением зародышей новой фазы или иных центров конденсации. Примеры физической конденсации образование тумана (взвеси капель воды в воздухе) при охлаждении влажного воздутса, образование коллоидного раствора канифоли в воде при разбавлении водой спиртового раствора канифоли, образование полукол юидного раствора, сопровождающееся помутнением круто заваренного чая при его охлаждении, проявление треков элементарных частиц в камере Вильсона или в пузырьковой камере. Примеры химической конденсации образование дыма (взвеси частиц сажи в воздухе) при сгорании топлива, сигнальных, маскировочных и других дымов при срабатывании пиротехнических изделий, красивые реакции образования ярко-синего раствора берлинской лазури (коллоидного раствора гексацианоферрата желе-за(1П)) и ярко-красного раствора (коллоидного) тио-цианата железа(1П). Во многих реакциях качественного анализа на присутствие в растворах тех или иных ионов образуются коллоидные растворы. [c.751]

Гетерогенное зарождение. Гетерогенное, или каталитическое, зарождение может происходить в том случае, когда в паре или в жидкости имеется твердая поверхность или примесная частица на поверхности такого инородного тела может образоваться зародыш. В этом случае свободная энергия поверхности раздела катализатор — среда уменьшается на некоторую величину, а соответствующий выигрыш свободной энергии способствует образованию зародыша (т. е. он образуется при более низких критических пересыщениях или переохлаждениях, чем в случае гомогенного зарождения). В большинстве жидкостей обычно присутствуют инородные частицы и потому гетерогенное зарождение происходит часто. Принято считать, что при образовании зародышей жидкой фазы из пара на плоских твердых поверхностях зародыш представляет собой часть сферы, называемой сферическим куполом его характеризуют краевым углом 0, который он образует с подложкой. Тогда (см., например, обзор Тернбалла [9]) из геометрических соображений выводится следующая формула для критической свободной энергии [c.419]

Конденсационный путь образования дисперсных систем связан с выделением новой фазы из гомогенной системы, находящейся в метастабильиом состоянии, например кристаллизация из пересыщенного раствора, конденсация пересыщенного пара и т. п. Этот процесс протекает в том случае, если химический потенциал вещества в новой (стабильной) фазе меньше, чем в старой, мета-стабильной ((12< 11). Однако этот выгодный в конечном счете процесс проходит через стадию, требующую затраты работы, — стадию образования зародышей новой фазы, отделенных от старой фазы поверхностью раздела. Условия для возникновения зародышей новой фазы возникают в метастабильной системе в местах, где образуются местные пересыщения — флуктуации плотности (концентрации) достаточной величины. Радиус равновесного зародыша новой фазы связан со степенью пересыщения известной зависимостью (для жидкой капельки, образующейся в пересыщенном 76 [c.76]

Еще одно важное физико-химическое явление, связанное с существованием избыточной поверхностной энергии,— это образование пересыщенных систем. При закипании жидкости образуются пузырьки (зародыши) газовой фазы в толще жидкости. Конденсация пара начинается с образования капель жидкости — зародышей жидкой фазы. Чтобы началось замерзание жидкости или выпадение твердого вещества из его насыщенного раствора, должны появиться кристаллы замерзающей жидкости или растворенного вещества— зародыши твердой фазы. Первоначальный размер зародышей новой фазы очень мал, следовательно, они имеют высокую по отношению к их объему поверхность и тем самым значительную избыточную поверхностную энергию. Это затрудняет их образование. Поэтому в определенных условиях пар может быть охлажден до температуры, существенно более низкой, чем температура конденсации, т. е. может образоваться пересыщенный пар. Аналогично, жидкость в ряде случаев может быть нагрета выше температуры кипения, т. е. может быть получена перегретая жидкость. Точно так же возмол сно охлаждение жидкости ниже температуры замерзания, т. е. образование переохлажденной жидкости. При охлаждении раствора твердого вещества, растворимость которого падает с уменьшением температуры, можно без выпадения осадка растворенного вещества понизить температуру ниже гой, при которой раствор становится насьшхенным, т. е. получить пересы-щенный раствор. [c.310]

Поэтому в атмосфере слегка пересыщенного пара (Р1 > ро) будет происходить самопроизвольное образование подзародышей жидкой фазы и самопроизвольный рост их до величины Г], отвечаюи(ей равновесному давлению Р1. Для дальнейшего роста необходима флуктуация с образованием зародыша радиусом Г), который может уже расти самопроизвольно и неограниченно, поскольку Рг над ним меньше Р) в окружающей среде во всей области размеров капли до г->-оо. [c.293]

Как было показано в предыдущем параграфе, образование жидкой фазы при конденсации паров тяжелых углеводородов начинается при условии выполнения неравенства 5 > 5 . Решая это неравенство относительно температуры, можно определить температуру Г , при которой начинается конденсация паров. Поскольку температура на входе выше Т , то по мере движения газа в теплообменнике его температура снижается и в некотором сечение станет равной Начиная с этого сечения в газе появляются зародыши жидкой фазы, которые затем увеличиваются в размерах за счет фазовых преврап1ений на поверхности и коагуляции капель. Интенсивная нуклеация и конденсация пара приводит к выделению теплоты конденсации, которая может несколько повысить температуру газа. Поскольку объемное содержание жидкой фазы мало, а интенсивность охлаждения газа по длине теплообменника достаточно большая, то в первом [c.425]

Пример 7.5.5.1. Стохастическая модель зародышеобразования. Необходимо в рамках стохастических представлений построить модель гомогенного и гетерогенного зародышеобразования (см. подраздел 8.7.1) для описания скорости образования кристаллов из жидкой фазы на основе представления о рождении и гибели кластеров [120]. При решении поставленной задачи считается, что зародышеобразование протекает по известной схеме случайного процесса гибели и рождения с конечным числом состояний [29, 99, 121, 122]. Пусть объем пересыщенного пара, незначительно превосходящий объем критического зародыша, содержит ( + 1) атомов или молекул. Символом Ео обозначим состояние этого объема, когда в нем содержится ( + 1) одиночных атомов пара, символом — состояние системы, заключающееся в образовании одного комплекса из двух атомов, — одного комплекса из трех атомов и, наконец, — одного комплекса из и атомов. Этот комплекс представляет собой критический зародыш жидкой фазы, который после присоединения еще одного атома (переход в состояние ) способен к дальнейшему самопроизвольному росту. Обозначим через ко вероятность перехода из состояния Ео в Ei, через А,] — вероятность перехода из состояния Ei в Ei а так далее, т. е. вероятности присоединения одиночных атомов к соответствующим комплексам. Через Ц] обозначим вероятность перехода из состояния Ei в Ео, через р2 — вероятность перехода из состояния в i и так далее, т. е. вероятности отрыва одиночш.1х атомов от соответствующих комплексов. Тогда граф-схема процесса будет иметь вид, представленный на рис. 7.5.5.1. Вероятность перехода системы из состояния Е в состояние 1 полагаем равной нулю ц( = 0), т. е. состояние Е для этой схемы является поглощающим. [c.689]

V—L — конденсация, для которых характерны явления метастабильности. Во всех этих переходах образование новой фазы происходит через возникновение ее трехмерных зародышей и неизбежно связано с увеличением границы раздела, а следовательно, и с возрастанием энергии системы. Трехмерным зародышем называется микрообразование новой фазы с размерами, обеспечивающими установление равновесия между ним и окружающей средой, т. е. старой фазой, внутри которой оно возникает. При переходах Si->S2, L S и V->S трехмерный зародыш — это зародыш твердой фазы, возникший в результате соответствующих превращений прежней твердой Si (рекристаллизация, появление нового твердого химического вещества), жидкой L (кристаллизация, выпадение осадка) или газообразной V (десублимация) фаз. При переходах L- V и V- -l. это зародыши пара — пузырьки (кипение) или зародыши >кидкости — капли (конденсация). [c.329]

Раскисление возможно, если произведение фактических активностей (или концентраций) больше I, т.е. необходимо некоторое пересыщение. Величина этого пересыщения определяется тем, что образование зародыша (вторая стадия) фазы AI2O3 требует создания новой поверхности, а именно поверхности раздела зародыш— жидкая сталь, т.е. необходимо преодоление энергетического барьера. При этом размер критического радиуса зародыша определяется уравнением, подобным уравнению Томсона для давления пара над каплями малого размера. При этом вместо отношения р/р , вводится величина пересыщения /L, где активности [c.290]

Коядеясациа в жидкое состояние. В случае К в объеме пара или парогазовой смеси (гомогенная К ) конденсир фаза образуется в виде мелких капель жидкости (тумана) или мелких кристаллов Для этого необходимо наличие центров К, к-рыми могут служить очень мелкие капельки жидкости (зародыши), образующиеся в результате флуктуации плотности газовой фазы, пылинки и частицы, несущие электрич заряд (ионы) При отсутствии центров К пар может в течение длит времени находиться в т наз метастабильном (пересыщенном) состоянии Устойчивая гомог К начинается при т наз критич пересыщении П,р = /),//) , где равновесное давление, соответствующее критич диаметру зародышей, давление насыщ пара над плоской пов-стью жидкости (напр, для водяного пара в воздухе, очищенном от твердых частиц или ионов, П,р = 5-8) Образование тумана наблюдается как в природе, так и в технол аппаратах, напр при охлаждении парогазовой смеси вследствие лучеиспускания, смешении влажных газов [c.449]

Теория образования зародышей пара внутри жидкого вещества представляется значительно более сложной, чем теория образования капелек. Трудности обусловлены не столь простой связью между радиусом г и числом п молекул в пузырьке. Эта связь требует, в частности, особого внимания в случае жидкостей, находящихся при отрицательном давлении. Для однокомпонентной системы указанное соотношение было рассмотрено В. Дёрингом [108], Ес.чп нельзя пренебречь сжимаемостью, как это делается в случае конденсированных фаз, то для получения этой зависимости необходимо знание соответствующего уравнения состояния. Последуем за В, Дёрингом в том смысле, что будем опираться в выводе на уравнение состояния идеального газа, а затем оценим величину проистекающей отсюда ошибки. Если через рп обозначить давление внутри пузырька радиуса г, состоящего из п молекул, то, согласно уравнению состояния газов, [c.147]

П. я., связанные с поверхностным натяжением и вызываемые искривлением жидкой пов-сти раздела, ваз. капиллярными явлениями. Капиллярное давление, т. е. разность давления в фазах, находящихся по обе стороны мениска, препятствует появлению и росту зародышей новой фазы в пересыщ. парах и р-рах, что объясняет возможность перегрева жидкости, задержку образования тумана в чистых средах В т. п. [c.451]

Основные уравнения, описывающие образование зародыщей в конденсированной фазе, обычно расплаве, выводят так же, как и уравнения, описывающие зародышеобразование в паровой фазе. При этом наиболее существенному изменению в уравнении (УП1-8) подвергается частотный множитель. Вместо пара, молекулы которого свободно сталкиваются между собой, теперь имеется плотная жидкая фаза. Поэтому скорость роста кластеров в конденсированной фазе Тернбул и Фишер [8] связывают с процессом диффузии. Теория зародышеобразования в конденсированных фазах подробно излагается в оригинальной литературе, мы же ограничимся качественным выводом конечного уравнения этой теории. Рассмотрим зародыши кристалла, образующиеся в переохлажденном расплаве. Очевидно, что скорость, с которой к зародышу добавляются отдельные молекулы, определяется частотой прыжков молекул из положений, занимаемых ими в жидкости, на поверхность зародыша. Такие прыжки мало чем отличаются от прыжков молекул в процессе диффузии, и, как следует из теории абсолютных скоростей, их частота равна частотному множителю kTjh (h — постоянная Планка), умноженному на экспоненциальный множитель, включающий свободную энергию активации диффузии. Полное число прыжков в одном кубическом сантиметре жидкости за одну секунду равно [c.301]

Образование зародышей. Маленькие частицы, появляющиеся в системе в начале полимеризации как гетерогенные образования, или специально введенные кусочки м-полимера обычно называют зародышами. Об образовании зародышей имеется мало точных данных, так как они становятся видимыми часто по прошествии значительного времени. Их появление объясняется наличием микроколичеств кислорода в системе большей воспроизводимости добились Девине и Винклер [54], добавляя определенные небольшие количества перекиси бензоила к смесям бутадиена со стиролом, что сильно сокращало индукционный период. Получаемые таким образом зародыши обычно образовывались в жидкой фазе, однако иногда они появлялись и в парах. [c.155]

Стадия зародышеобразования присуща не только кристаллизации полимеров, а свойственна всем процессам выделения отдельной фазы из первоначально однородной среды. Например, именно этот процесс играет главную роль в образовании облаков или дождевых капель из атмосферных водяных паров. В этом случае функции зародышей для конденсации паров воды играют мельчайшие частички пыли. В совершенно обеспыленном воздухе можно достичь очень больших степеней пересыщения парами. Причина этого связана с поверхностным натяжением или поверхностной энергией жидкой фазы. Молекулы в поверхностном слое жидкости обладают большей энергией, чем молекулы, находящиеся внутри ее, и, следовательно, образование свежей поверхности требует дополнительной затраты энергии. Именно поэтому молекулам, находящимся в паровой фазе, легче сконденсироваться на уже образовавшейся поверхности [c.116]