Зародышеобразование в физических процессах

Из метастабильного состояния целевой компонент может попасть в кристаллическое за счет физического процесса зародышеобразования. Вероятность такого перехода рз5 может быть рассчитана согласно (3.29). Возможен переход целевого компонента из метастабильного состояния в кристаллическое и вслед- [c.154]

Зародышеобразование сопровождается описанными выше поверхностными химическими процессами. Кроме того, протекают различные физические процессы, благодаря которым образуется новая фаза в результате агломерации химических частиц, возникших в ходе поверхностной реакции. [c.35]

В ходе дальнейшего обсуждения в первую очередь важно изучить относительно простые случаи, такие, как конденсация пара, кристаллизация чистой жидкости, выделение твердых веществ из насыщенных растворов, т. е. чисто физические процессы превращения. Изучение этих процессов позволяет выявить роль физических факторов в образовании новой фазы. Но нри объяснении явлений зародышеобразования в ходе реакции необходимо учитывать дополнительные обстоятельства — появляющиеся зародыши могут состоять только из частиц, которые возникли в химическом процессе. В дальнейшем будут последовательно рассмотрены оба аспекта проблемы. [c.42]

Зародышеобразование в физических процессах [c.42]

Теоретические выводы относительно зародышеобразования в твердой фазе многих авторов [2—4], включая работы, объясняющие влияние конденсированных веществ на зародышеобразование [3], можно проверить только в редких и частных случаях. Чтобы выявить роль чисто физических процессов в химических превращениях твердых веществ, приходится довольствоваться качественными аналогиями с процессами конденсации пара в капли. [c.44]

Выше было показано, что зародышеобразование в физическом процессе облегчается в присутствии примесей или различных гетерогенных включений. Существование аналогичных явлений в химическом зародышеобразовании можно объяснить, по-видимому, тем, что процесс зародышеобразования включает физическую стадию. Более того, различные части твердого реагента [c.45]

Математические операции при решении данной модели сопряжены со значительными трудностями, поэтому в традиционной химической кинетике при описании химических и физических процессов используются некоторые упрощения. Одно из основных упрощений — положение о лимитирующей стадии. Считается, что скорость процесса, в целом, определяется скоростью самой медленной, лимитирующей стадии и может быть выражена одним уравнением. Соответственно все модели разделяют на диффузионные,, лимитируемые процессами на границе раздела фаз, лимитируемые процессами зародышеобразования и лимитируемые скоростью химического взаимодействия. [c.66]

Возникновение реакционной поверхности раздела соответствует фактически образованию продуктов реакции причем продукты не появляются равномерно по всему образцу, а возникают в виде отдельных островков, зародышей. Зародышеобразование сопровождается поверхностными химическими процессами. Кроме того, протекают различные физические процессы, в частности агломерация частиц, возникших в ходе поверхностной реакции, в результате которой образуется новая фаза 11]. [c.100]

Малая продолжительность первого этапа процесса кристаллизации является спецификой исследуемой системы, у которой в начальной точке из-за больших пересыщений наблюдаются очень большие скорости зародышеобразования. Поэтому, для того чтобы полное оптимальное время процесса имело реальное с физической точки зрения значение, время пребывания в начальной точке должно равняться малым долям секунды. Для растворов других кристаллизуемых веществ продолжительность первого этапа может быть существенно больше. Однако характер начального этапа процесса кристаллизации остается одинаковым для любых кристаллизующихся систем. [c.358]

Рассмотрим вопрос о конкретном физическом смысле линии равновесия графит — алмаз (расчеты Лейпунского и других авто-зов) применительно к системе графит — расплав металла — алмаз. <ак уже отмечалось, использование подобных расчетов без учета деформационных полей в случае твердотельного (т. е. прямого) фазового перехода физически не оправдано, поскольку без учета деформационной энергии и процесса зародышеобразования получаются неверные значения р-Г-параметров области равновесия. Иначе обстоит дело при перекристаллизации графита (или другой углесодержащей фазы) в алмаз в растворе. [c.351]

В учебниках и руководствах по очистке воды часто указывают, что основное назначение быстрого перемешивания коагулянта с водой — как можно более полное и быстрое распределение реагента в массе воды. Как свидетельствуют многочисленные наблюдения, роль быстрого перемешивания на этом далеко не исчерпывается. В гетерогенном процессе, каковым является зародышеобразование и формирование частиц малорастворимых продуктов гидролиза коагулянта, характер и интенсивность перемешивания накладывают сильный отпечаток на физические свойства образующихся впоследствии хлопьев коагулированной взвеси [1—4]. Поэтому быстрое перемешивание следует рассматривать прежде всего как первый и очень важный этап образования новой фазы. Приведем несколько примеров [c.127]

Для того чтобы избежать неясности при последующем рассмотрении процессов зародышеобразования, роста кристаллов и плавления, необходимо дать точное определение поверхности и поверхностной энергии твердых тел. Удачное определение поверхности дано Гиббсом [62] это поверхность, которая образуется, если "выбрать некоторую точку на физической поверхности обособленного тела и мысленно провести геометрическую поверхность через эту точку и все другие точки, которые находятся в одинаковых условиях по отношению к граничащей с этим телом средой". Наиболее выгодно проводить поверхность вокруг твердого тела таким образом, чтобы плотность основного составляющего компонента тела на этой поверхности была равной нулю. [c.19]

Несомненно, что процессы гетерогенной кристаллизации с участием химической реакции должны быть весьма чувствительны к энергетической неоднородности поверхности, так как такие стадии процесса, как адсорбция, химическая реакция и зародышеобразование, являются сами по себе чрезвычайно чувствительными к неоднородности поверхности. Рассмотрение процесса химической кристаллизации с этих позиций наталкивается на ряд трудностей, связанных с тем, что разработка теоретических основ таких процессов находится лишь на начальной стадии. Отсутствуют данные по теплотам адсорбции многих химических веществ, участвующих в реакции, в большинстве случаев неизвестен механизм собственно химической реакции. Вполне сознавая эти трудности, авторы все же рискнули провести такое рассмотрение в первом приближении для одного типа химической кристаллизации, а именно водородного восстановления летучих галогенидов тугоплавких металлов. Этот выбор связан со спецификой кристаллизации тугоплавких металлов (в основном они имеют низкую диффузионную подвижность при температурах газофазной кристаллизации), с особенностями адсорбции водорода на переходных металлах (наблюдается сильная зависимость теплот адсорбции от степени заполнения), а также с лучшей изученностью многих физических свойств тугоплавких металлов. [c.8]

Итак, кристаллизация бикарбоната натрия в карбонизационной колонне представляет собой сложный процесс, идущий в политермических условиях. Его особенностью является то, что образование зародышей новой фазы происходит и в объеме жидкой фазы и на границе раздела фаз. Следовательно, мы имеем дело со смешанным гомогенно-гетерогенным механизмом зародышеобразования и должны учитывать зависимость N как от степени пересыщения и температуры, так и от физических свойств границы раздела фаз. Здесь имеются в виду удельная поверхностная энергия, состояние растворителя вблизи гюверхности и т. п. При кристал- [c.224]

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]

Зародышеобразование в ходе химического превращения происходит благодаря определенному химическому процессу, а не вследствие изменения физических условий. [c.44]

При исследовании процессов зародышеобразования встречается одна существенная трудность. Дело в том, что в ходе химического процесса зародышеобразования происходит очень незначительное изменение количества вещества. Эти процессы, но-видимому, почти невозможно фиксировать химическими методами. Что касается изменений физических характеристик, то их чаще всего трудно интерпретировать. Поэтому о процессах зародышеобразования известно очень мало. Достоверно известно только, что в ходе этих процессов образуется продукт реакции. [c.45]

Зародышеобразование можно, но-видимому, рассматривать как последовательность двух различных процессов, несмотря на то что современное состояние техники эксперимента не позволяет подтвердить это предположение. С одной стороны, это реакция, природа и механизм которой часто остаются неизвестными. В ходе реакции будут возникать химические частицы М с возрастающей концентрацией. С другой стороны, после того как концентрация частиц М превысит критическое значение, произойдет их ассоциация в зародыш в процессе, сущность которого является физической. В зависимости от типа превращения реакция и ассоциация могут происходить как в трехмерном пространстве, нанример нри осаждении из раствора, так и в двумерном — на поверхности твердого реагента. В последнем случае, который будет чаще встречаться при рассмотрении реакций, для описания процесса необходимо использовать явление конденсации в двумерном пространстве с применением теоретических представлений, таких же, как и при рассмотрении процессов конденсации пара. [c.45]

Однако период индукции может быть обусловлен разными причинами. Например, в таких процессах физического зародышеобразования, как конденсация пара или кристаллизация, равновесие между изолированными молекулами и агрегатами может устанавливаться в течение длительного промежутка времени. Поэтому первые зародыши могут появиться только спустя некоторое время после того, как установится необходимое для их образования пересыщение или переохлаждение. Аналогичные явления возможны при химическом зародышеобразовании. [c.51]

В предыдущем изложении основное внимание уделялось характеристическим параметрам зародышеобразования числу потенциальных зародышей, периоду индукции, константам скоростей зародышеобразования. Необходимо подчеркнуть большое значение, которое имеют определение всех этих констант и их детальное изучение в зависимости от параметров, фигурирующих в уравнении (3.13) природы твердого вещества, давления в газообразной фазе или концентрации в жидкой, температуры и т. д. Такое исследование должно привести к лучшему пониманию природы физических и химических процессов зародышеобразования. Оно может также способствовать воздействию на гетерогенные реакции, так как именно зародышеобразование, в ходе которого возникает более или менее протяженная реакционная поверхность раздела, обусловливает протекание процесса. Действительно, число потенциальных зародышей можно увеличить настолько, что скорость зародышеобразования перестанет лимитировать скорость реакции вследствие большого числа активных зародышей. [c.61]

Таким образом, следует добиваться строгого выделения процессов, происходящих в период образования поверхности раздела. Особенно необходимо всегда использовать образцы, имеющие одинаковое число потенциальных центров зародышеобразования. С другой стороны, для того чтобы провести точное исследование процесса, нужно использовать чувствительные физические методы наблюдения для независимого измерения влияния химической реакции, протекающей на поверхности раздела, и процесса образования зародышей критического размера (измерения электропроводности, магнитной восприимчивости и поверхностного потенциала, инфракрасная спектроскопия, дифракция рентгеновских лучей или электронов — для выяснения роли первого процесса электронная или оптическая микроскопия, рентгеновские лучи или дифракция электронов — для выяснения роли второго процесса). [c.207]

В любом исследовании, проводимом с целью описания кинетического поведения гетерогенной реакции, предполагается, что можно найти способ описания кинетики зародышеобразования. Следовательно, принимается, что существует выражение, связывающее, с одной стороны, число зародышей, присутствующих на новерхности твердого реагента в данный момент, и с другой — время, обычные экспериментальные параметры (температура, давление, концентрация) и, при необходимости, число потенциальных зародышей. Эта гипотеза не является сама по себе ограничивающей. Она просто соответствует постулату, лежащему в основе любого физического или физикохимического исследования исследуемый процесс подчиняется закону, который можно выразить математически. [c.314]

Прежде всего эти теории основываются на конкретной и точной модели разветвления зародышей. Речь идет о вещественном, физически непрерывном разветвлении. Своеобразным подходом является математическое описание быстрого ветвления зародышевого дерева независимо от более медленного процесса — утолщения ветвей. Лишь в теориях Хасимото [19, 21] содержится детальное описание процесса зародышеобразования. В остальных теориях зародышеобразование рассматривается с совершенно абстрактных, а часто и неопределенных позиций, и основная задача теорий — нахождение зависимости между степенью превращения и временем без какой-либо физической конкретизации процессов. Предлагаемые нами теории благодаря [c.436]

Сами кинетические измерения в равной степени нуждаются в результатах чисто физических измерений. В гл. 7 уже отмечалась их роль для изучения зародышеобразования и определения класса реакции. Именно физические измерения позволяют сделать первые шаги к интерпретации, чем, собственно, и обусловлена надежность последующих описаний процесса. [c.454]

Поскольку гетерогенные центры играют, по-видимому, преобладающую роль в процессе зародышеобразования, определение их природы необходимо для того, чтобы иметь возможность контролировать конечные размеры кристаллов и, следовательно, свойства кристаллических полимерных материалов. Отметим, что наличие химически отличающихся центров не является необходимым условием, поскольку даже в расплаве полимера могут существовать области физической упорядоченности, разрушения которых происходят во времени. Имеются доказательства того, что предварительная ориентация в расплаве полимера может влиять на скорость процесса кристаллизации. Кажется очень вероятным, что именно этим можно объяснить многочисленные данные, указывающие на связь предыстории расплава и скорости кристаллизации. Время, необходимое для того, чтобы расплавить полимер (т. е. разрушить кристаллические области), является измеримой величиной, превышающей продолжительность установления термического равновесия. Следовательно, при быстром циклическом изменении температуры можно достичь некоторой фиксированной упорядоченности. Вообще говоря, число зародышей, возникающих при каждой данной температуре кристаллизации, должно быть постоянным, если только температура расплава была выше температуры плавления. [c.112]

Первая (Ю. Ф. Макогон, 1974, 1985 гг.) состоит в утверждении, что на поверхности контакта газ—вода находится переходный слой, в котором в пересыщенном состоянии находится как вода, так и газ. Поверхность контакта представляет собой ...торосистое нагромождение разрозненных кипящих кластеров.. . . Между кластерами воды расположены внедрившиеся молекулы газа. Нуклеация происходит при соответствующих термобарических условиях в результате фиксации молекул воды и газа в этом переходном слое. На наш взгляд, такое представление носит сугубо умозрительный характер и имеет право на существование скорее как художественный образ, а не как физическая модель процесса. Иная точка зрения на механизм зародышеобразования высказана Р. М. Мусаевым (1985 г.). [c.113]

Предложенный Р. М. Мусаевым механизм также носит в значительной степени гипотетический характер, хотя предлагаемая модель уже сопровождается некоторыми численными оценками. В перспективе реально прояснить рассматриваемый вопрос удастся, по-видимому, только численным моделированием процесса на ЭВМ в рамках метода молекулярной динамики. Как нам представляется, окончательно физическая картина зародышеобразования на поверхности раздела газовой и водной фаз, по-видимому, еще длительное время не будет выяснена, хотя бы по той причине, что до сих пор нет даже полной определенности в молекулярных моделях жидкой воды. [c.114]

Образование сростков кристаллов в процессе формирования физической структуры цементного камня зависит от множества факторов особенностей кристаллической структуры срастающихся кристаллов, состава и свойств водного раствора, ориентации кристаллов, усилия их сжатия между собой и т. д. Установлено, что закономерные сростки кристаллов гидросиликатов и гидроалюминатов кальция, портландита и гипса (структура срастания, прорастания и врастания) появляются на стадии зародышеобразования в пересыщенном по отношению к соответствующим гидратам водном растворе. Зародыши сростков кристаллов (друзы, лучистые агрегаты, дендриты) со временем развиваются, достигая размеров, определяющихся наличием свободного пространства и питательного вещества. Прочность контактных зон кристаллических сростков, возникших из зародышей, соизмерима или даже несколько выше прочности кристаллических ветвей сростка. [c.342]

Проведем анализ этой модели применительно к однородному, микростационарному с физической точки зрения, процессу зародышеобразования. Вероятности переходов Х и р, будем считать постоянными, не зависящими от времени, но зависящими от размеров комплексов Хг Ф при г Фу. Тогда кинетика процесса описывается однородной системой дифференциальных уравнений с постоянньпк1и коэффициентами [120] [c.689]

В более сложном случае, когда зависимость /(П) можно принять в виде квадратичного одночлена /(П) =/o(П/Пo) , приближенное решение системы (3.10), (3.11) дает [8] еще более узкий фракционный состав кристаллического продукта г = 0,824гт, что объясняется физически, поскольку при более крутом падении интенсивности зародышеобразования по мере уменьшения пересыщения большая часть зародышей образуется в самые начальные моменты периодического процесса. [c.158]

Можно дать следующее физическое объяснение такого поведения. Когда температура падает ниже Т , движущая сила зародышеобразования увеличивается и, следовательно, возрастает скорость зародышеобразования. Но при еще более низких температурах возрастает вязкость жидкости, причем в такой степени, что молекулы не могут больше проникать через поверхность раздела жидкость — твердое, и это ведет к прекращению процесса зародышеобразования. Система переходит в стеклообразное состояние. В этой связи полезно вспомнить сообщение Таммана [Татшап, 1925, стр. 249] о том, что в случае некоторых органических веществ максимум скорости зародышеобразования находится ниже температуры, нри которой ве- [c.96]

В предлагаемых теориях, как и в некоторых других, можно учитывать различные типы роста зародышей. Наши теории имеют то преимущество, что их легче применить к случаю, когда учитывается перекрывание зародышей таким образом, с их помощью можно достаточно точно описывать не только первые стадии, но и весь процесс превращения. Однако с помощью наших теорий нельзя точно описать пространственные связи между зародышами. В этом отношении они уступают теориям Хасимото [19, 21], которые, к сожалению, слишком трудно использовать в практических целях. В частности, в рамках наших теорий нельзя построить модель процесса фрагментации, которую нередко связывают с зародышеобразованием по разветвленному цепному механизму. Зато они позволяют выявить различные свойства процессов размножения зародышей, такие, как растрескивание твердого вещества или просто образование дислокаций перед поверхностью раздела, и ряд других возможных эффектов, перечисленных Янгом [4]. Другое преимущество наших теорий — не только их более широкая применимость, но и ясный физический смысл моделей, на которых они основаны. Например, вводимые константы соответствуют элементарным процессам, в которых отсутствует какая-либо неонределенность. [c.440]