Гетерогенное образование зародышей в парах

Процесс гомогенной конденсации пара существенно отличается от гетерогенной конденсации пара и состоит из трех стадий образование пересыщенного пара образование зародышей конденсация пара на поверхности зародышей и их рост до размеров капель тумана. [c.15]

Рассмотрим теперь влияние смачивания на фазовый переход жидкость—пар (кипение). Для начала кипения необходим, как правило, более или менее значительный перегрев жидкости выше температуры кипения. Перегрев требуется потому, что при возникновении пузырьков пара образуется новая поверхность раздела фаз пар — жидкость (при гомогенном образовании зародышей), а при гетерогенном образовании зародышей возникает также поверхность раздела фаз твердое тело — пар. Поверхность раздела фаз твердое тело — жидкость при кипении уменьшается. По этой причине влияние смачивания на кипение диаметрально противоположно его влиянию на конденсацию. Именно кипение значительно облегчается при плохом смачивании стенок нагревательного аппарата. Работа образования пузырька критического размера (способного к дальнейшему росту) прямо пропорциональна произведению (1 + os Во) (2 — os Во) [348]. Соответственно при плохом смачивании кипение может начаться при значительно меньшем перегреве, чем при хорошем смачивании. [c.214]

Анализ рисунка показывает надежность уравнения Френкеля, и поскольку в опытах Вильсона газ наиболее полно очищался от взвешенных частиц и газовых ионов, можно принять, что полученные Вильсоном данные соответствуют гомогенному образованию зародышей . Подавляющее же большинство имеющихся экспериментальных данных получено при работе с газовыми смесями, недостаточно полно очищенными от взвешенных частиц и газовых ионов, поэтому они более соответствуют гетерогенной конденсации пара . [c.44]

Образование пара на существовавшем ранее зародыше в жидкости соответствует отклонению от неустойчивого равновесного состояния. Для описания этого процесса используется термин гетерогенная нуклеация. [c.364]

ГЕТЕРОГЕННОЕ ОБРАЗОВАНИЕ ЗАРОДЫШЕЙ В ПАРАХ [c.235]

Математическое описание гетерогенного зародышеобразования пока разработано крайне слабо. Зачастую оно относится к фазо-образованию в пересыщенных парах, а не в растворах. Правда, специфические для конденсации паров явления иногда используют для объяснения сущности гетерогенного образования зародышей в растворах. Например, для объяснения снижения работы зародышеобразования при переносе центра кристаллизации из объема на поверхность используются представления о зависимости удельной энергии на границе раздела от природы соприкасающихся фаз [2, 26]. По сути дела речь идет о явлении смачиваемости. Для случая зародышеобразования в растворах такое представление не совсем приемлемо, потому что ни краевых углов смачивания, ни самой картины смачивания мы здесь не наблюдаем. [c.55]

Переход однородной системы к гетерогенной сопровождается конечными изменениями состояния, и для осуществления таких изменений системе требуется преодолеть некоторый барьер, т. е. пройти через состояние с большей энергией Гельмгольца при заданных Т и V, чем в исходном состоянии. В случае переохлажденного пара этот барьер связан с образованием очень малых капель— центров конденсации, в случае перегретой жидкости— с образованием зародышей паровой фазы. [c.166]

При получении капель из газовой фазы необходимо перевести пар в метастабильное состояние (перенасыщенный пар), из которого система самопроизвольно может перейти в гетерогенное состояние, которое не обязательно окажется устойчивым. Представляет интерес работа РГ, этого перехода, так как именно от нее зависят параметры образующейся гетерогенной системы при заданном перенасыщении гомогенной системы. Например, число зародышей новой фазы д, возникающих путем флуктуации плотности пара, связано с работой образования зародыша законом Больцмана [c.574]

Гетерогенное зарождение из пара и роль поверхностной диффузии. Паунд и др. [120] (см. [112]) рассмотрели процесс поверхностной диффузии в связи с гетерогенным образованием куполообразных зародышей из пара на подложках. В этом случае множитель до в формуле, аналогичной формуле (14.9а), определяется поверхностной диффузией, поскольку конденсация из пара непосредственно в зародыши, как оказалось, играет относительно малую роль. Формула для скорости зарождения принимает вид [c.420]

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]

Несмотря на общую чувствительность скорости кристаллизации к температуре, между полимерами остаются достаточно большие различия, позволяющие свободно и с полным основанием говорить о полимерах, которые кристаллизуются быстро, и о полимерах, которые кристаллизуются медленно. Например, пленки расплавленного полиэтилена кристаллизуются, даже если их закаливать в жидком азоте, тогда как пленки полиэтилентерефталата или найлона легко закаливаются с образованием аморфного стекла. Значительные различия в этих свойствах могут быть следующим образом связаны со структурами различных рассматриваемых здесь молекул. Как мы видели, лимитирующей стадией, определяющей скорость кристаллизации полимеров, является зародышеобразование, причем более значительную роль играет в этом отношении первичное зародышеобразование. Независимо от того, имеют ли первичные зародыши гомогенное или гетерогенное происхождение, а также от того, образован ли каждый из них несколькими соседними молекулами, вытянутыми в длину, или одной многократно сложенной молекулой, их рост до критического размера требует согласованного, или кооперативного, перераспределения молекул в пределах значительного объема расплава. Молекулы вынуждены совершать поступательное и вращательное движение относительно своих соседей, и кристаллическая упаковка будет достигнута гораздо быстрее, если эти движения происходят свободно и в ограниченных пределах. Аналогичные условия необходимы также для образования поверхностных зародышей при дальнейшем росте кристалла из первичных зародышей, и в общем случае более высоким скоростям первичного зародышеобразования соответствуют более высокие скорости вторичного зародышеобразования. Для быстрой кристаллизации очень желательно, чтобы повторяющиеся химические звенья цепи не были слишком длинными и чтобы профиль молекулы отличался высокой симметрией. Низкая симметрия уменьшает число возможных положений молекулы и, кроме того, препятствует вращательному движению, необходимому для переориентации. Особенно нежелательны большие боковые группы, так как они могут служить серьезным препятствием движению одной цепи относительно другой. Наличие полярных групп может явиться дополнительным препятствием кристаллизации, особенно если они находятся далеко друг от друга (или неравномерно расположены) в цепи молекулы, и необходимы значительные перемещения, чтобы полярные группы соседних молекул заняли в кристалле соответствующие положения. Более того, в расплаве между беспорядочно расположенными молекулами могут устанавливаться локальные полярные связи, которые должны быть затем разорваны и заново образованы в кристалле между другими парами групп. [c.412]

В тех случаях, когда образование капель происходит в результате конденсации пара на ядрах конденсации или на газовых ионах, процесс называют гетерогенной конденсацией. Если же образование капель происходит в результате конденсации пара на самопроизвольно образующихся зародышах, процесс называют гомогенной (спонтанной) конденсацией пара. [c.14]

Одним из наиболее типичных процессов, в которых выполняются сформулированные Каваи условия получения КВЦ, является твердофазная полимеризация, что было показано на примере полимеризации триоксана [56] и поликонденсации аминокапроновой кислоты [57]. Монокристаллы аминокапроновой кислоты, нагретые ниже температуры ее плавления, превращаются в высокоориентированные кристаллы поликапроамида. Направление роста полимерных фибрилл совпадает с ориентацией молекул в кристалле мономера. Анализ показывает, что при этом практически полностью отсутствуют олигомеры с низкой степенью превращения (димеры, тримеры), тогда как при проведении поликонденсации в расплаве их относительное содержание довольно высоко. Тот факт, что при твердофазной поликонденсации в различные моменты реакции мольные концентрации олигомера пренебрежимо малы по сравнению с мольными концентрациями мономера, вытекает из гетерогенного характера твердофазной реакции, когда образование полимера идет в отдельной фазе. По всей вероятности, в этом случае имеет место эпитаксиальный рост кристаллов, когда пары мономера, реагируя на кристаллической поверхности, образуют ориентированные зародыши полимерных кристаллитов [58]. Полученные таким образом зародыши ориентируются в направлениях, отвечающих направлениям ориентации низкомолекулярных кристаллов. [c.139]

Для образования конденсационных аэрозолей, прежде всего, требуется поверхность конденсации. Такую поверхность образуют маленькие кластеры молекул пара, ионы, ионные кластеры и небольшие частицы различных веществ, называемые ядрами конденсации. Когда конденсация пара происходит на кластерах, образованных молекулами этого же пара (их еще называют зародышами), процесс называется спонтанной или гомогенной конденсацией (нуклеацией). Если же пар конденсируется на ядре из другого вещества, то процесс носит название гетерогенной нуклеации. [c.49]

Количественные соотношения для гетерогенной конденсации получают подобным же образом. При этом используют представления о смачивании инородной поверхности ядер конденсации (вследствие громоздкости вывода этих соотношений, он здесь не приводится). Получаемые соотношения позволяют утверждать, что и при гетерогенной кон,п,енсации энергия Гиббса образования зародыша равна одной трети от иоверхностной энергии. Процессы адгезии и смачивания (взаимодействия между новой фазой и инородной поверхностью) снижают энергию образования зародышей, и чем сильнее адгезия и смачивание, тем меньше необходимое пересыщение для конденсацин. Работа гетерогенного зародыше образования из пересыщенного пара во столько раз меньше гомо генного, во сколько объем зародыша — капли на поверхности ядра кондеисации меньи1е объема сферы такой же кривизны. [c.102]

Образование зародышей может быть спонтанным (гомогенная нуклеа-ция) и индуцированным (гетерогенная нуклеация). При гомогенной нуклеа-ции зародьпп появляется в результате скопления около одного центра группы ионов или ионных пар (под действием химических сил). При гетерогенной нуклеации ионы собираются вокруг посторонней твердой частицы (затравки, например пылинки) при этом ионы (или ионные пары) диффундируют к поверхности затравки и адсорбируются на ней. На практике имеет место гетерогенная нуклеация, поскольку в растворе всегда достаточно посторонних твердых частиц. К сожалению, основные теоретические положения относягся к спонтанной нуклеации. [c.10]

Если же пар конденсируется на ядре из другого вещества, то имеет место гетерогенное зародышеобразо-вание, которое проходит в три стадии. Во-первых, пар при расширении должен стать настолько пересыщенным, чтобы происходила его конденсация. Во-вторых, должны образоваться малые молекулярные кластеры, или зародыши. В-третьих, пар должен конденсироваться на зародышах, которые при этом растут, превращаясь в капли. В случае гетерогенного образования капель имеют место только первая и третья стадии. [c.825]

Насколько распространено явление включения мелкодисперсных частичек исходного катализатора в углистое вещество, образующееся на нем, можио судить по большому числу наблюдений, в которых установлено наличие золы в искусственных углистых веществах [57, 88, 89, 104, 120—125, 136—138]. Зола была обнаружена во всех сажах, причем по некоторым данным [57] для образования зародыша сажевой частицы необходима именно пылинка катализатора, срываемая с его поверхности потоком реагирующих газов. При этом надо подчеркнуть, что практически во всех случаях, когда производилось тщательное исследование углистых веществ, полученных на гетерогенных катализаторах, в них обнаруживалось присутствие распыленного вещества катализатора. Например, в опыте на алюмосиликатном катализаторе при пиролизе бензола на выходе реактора в токе паров был поставлен экран из кварцевого стекла, не соприкасавшийся с катализатором. После 90-часового опыта при 700° на экране образовался слой углистого вещества, в котором обнаружено 4% мелкодисперсной алюмосиликатной золы [51]. Иногда зола составляет значительную долю веса углистого вещества. Например, в коксе, остающемся в стальной аппаратуре после пиролиза нефти, содержится 30% железа [136]. [c.294]

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]

Работы по изучению изменения устойчивости, реологических свойств, давления на входе в нагревательный змеевик, а также показателей перегонки сырья в присутствии добавок, позволили на основании косвенных результатов сделать вывод, что сырье в активном состоянии характеризуется минимальным значением радиуса ядра ССЕ разного типа как сфюрмированного из высокомолекулярных соединений при низких температурах, так и пузырьков пара. Очевидно, имеется генетическая связь между этими типами структурных единиц. Методов непосредственного измерения радиуса пузырька при кипении нефтяного сырья до настоящего времени нет. Это и неудивительно. Процесс образования и роста пузырьков паровой ( )азы нестационарен ни в пространстве, ни во времени. Для прозрачных жидкостей можно использовать метод скоростной кинo ъe жи и статистической обработки ее результатов. Согласно гетерогенному механизму кипения [18], величина критического зародыша паровой фазы связана с па- [c.41]

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]

Здесь же можно отметить, что недавние исследования с помощью ионного проектора [121—123] гетерогенного зарождения паров металлов на вольфрамовом острие показали следующее образование зародышей не начинается до тех пор, пока не возникнет адсорбционный слой с эквивалентной толщиной не менее монослоя — это наблюдение расходится с положенным в основу теории пр дставлением о разбавленной иоверхнопний среде.- [c.421]

ЗАРОЖДЕНИЕ новой ФАЗЫ (зародышеобразование, нуклеация), процесс флуктуационного образования жизнеспособных центров выделения новой фазы при фазовых переходах первого рода Различают 3 н ф гомогенное (в объеме материнской фазы) и гетерогенное (на постороиинх частицах, пов-стях сосудов и др ) Закономерности 3 н ф и послед роста зародышей при кристалтизации, конденсации пара, кипении и расслаивании р-ров определяют строение образующихся дисперсных систем и должны учитываться при анализе условий протекания этих процессов в природе и технике [c.162]

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]

Если полученные результаты объясняются гетерогенной конденсацией на примесных ядрах в отсутствие гомогенной конденсации, обусловленной большей длительностью инкубационного периода, то можно ожидать существования следующего явления. Поскольку инкубационный период быстро уменьшается с увеличением исходной концентрации, а скорость гомогенного зародышеобразования при этом увеличивается, при достаточно больших концентрациях роль гомогенной конденсации должна превысить роль гетерогенной. В самом деле, при конденсации пара серебра с исходной концентрацией Zi° = 5-10 атомов/см в работе [3] были получены аэрозоли с настолько высокими счетными концентрациями, что участием посторонних зародышей в конденсации можно было пренгбречь заранее. Можно предположить, что при некоторых промежуточных концентрациях пара по обоим механизмам образуется сравнимое количество частиц, но поскольку по гомогенному механизму частицы образуются с опозданием, то их средний размер должен быть гораздо меньше, чем размер частиц, выросших на посторонних зародышах. Поэтому распределение частиц по размерам может быть бимодальным. При этом высокодисперсная фракция должна быть полидисперсной, поскольку она образуется по коагуляционному механизму, а более грубая — монодисперсной. Счетная концентрация в також аэрозоле должна быть высокой, что в свою очередь обусловливает быструю коагуляцию и исчезновение бимодального распределения спустя короткое время после образования аэрозоля. Предположение об образовании аэрозолей с бимодальным распределением по размерам было проверено экспериментально. [c.174]

Рост паровой фазы в перегретой жидкости (Pi — Pi < Ps Ti)) и жидкой — в переохлажденном паре Pi = Рв> Ps T)) может происходить только на жизнеспособных пузырьках (1.3.87) и каплях (1.3.89), размер которых превышает критический (а>а ). Такие жизнеспособные зародыши паровой или конденсированной фазы могут образоваться за счет двух механизмов, или иС точнпков. Первый — за счет термофлуктуационных процессов [гомогенное зародышеобразование). Второй — за счет образования пара или жидкости на частицах имеющейся взвешенной примеси, а также микронеровностях твердых стенок канала или сосуда (гетерогенное зародышеобразование). [c.127]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология