Пересыщение пара образование зародышей

Одним из основных вопросов, решаемых при расчете кристаллизаторов, является описание кинетики кристаллизации, состоящей из стадий создания пересыщения, -образований зародышей и роста кристаллов. Она также зависит от перекристаллизации осадка, коалесценции и дробления кристаллов в результате столкновения между собой и со стенками аппарата. На кинетику массовой кристаллизации существенно влияют температура, степень пересыщения раствора, перемешивание, наличие примесей, физикохимические свойства раствора, конструкция аппарата и т. д. Детальное описание явлений и факторов, сопровождающих процессы массовой кристаллизации из растворов и газовых смесей, дано в монографии [17]. Важное значение имеет также описание условий равновесия между сосуществующими фазами (твердое вещество—жидкость, твердое вещество—газ (пар)). На основании условий фазового равновесия в первом приближении возможен выбор необходимого растворителя для процессов кристаллизации, а также перекристаллизации. [c.90]

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]

Процесс образования кристаллических зародышей в принципе близок к процессам образования капель жидкости в переохлажденном паре. Теория спонтанного зародышеобразования в пересыщенном паре была создана в работах [71—80]. Изменение термодинамического потенциала системы в этих теориях при образовании сферического агрегата радиуса а равно [c.277]

Таким образом, процесс образования тумана включает три стадии возникновение пересыщенного пара, образование зародышей (центров конденсации) и рост зародышей в пересыщенном паре до образования капель тумана. [c.92]

Таким образом, процесс образования тумана включает три стадии возникновение пересыщенного пара, образование зародышей [c.112]

Возникновение первого зародыша, особенно на поверхности катода из чужеродного металла, связано с преодолением заметных торможений. Общие энергетические условия появления новой фазы, которая возникает вследствие нарушения равновесия, не зависят от того, какие именно изменения вызвали отклонение от равновесия и какая фаза возникла. Примерами возникновения новой фазы могут служить образование капли жидкости из пересыщенного пара, кристаллического зародыша из пересыщенного раствора (или переохлажденного расплава) или же кристаллического зародыша металла при восстановлении его ионов на катодно поляризованном электроде. [c.493]

Как будет показано ниже, в вихревой трубе происходит организованное течение газа в высоконапряженном поле центробежных сил со сложной структурой при непрерывном изменении всех характеризующих газ параметров. Безусловно, при влажном газе, при наличии конденсирующих компонентов, а также жидкой или твердой дисперсной фаз процессы, протекающие в вихревой трубе, должны еще больше усложняться. При этом следует ожидать значительной интенсификации процессов конденсации и сепарации. При движении парогазовых смесей в каналах сопловых вводов (пар одного компонента) условием конденсации является пересыщение пара и, чем быстрее идет расширение смеси, тем к большему пересыщению приходит система, что приводит к конденсации. Как следует из данных А. Стодола, исследовавшего конденсацию водяного пара в сопле, в этих условиях возможна и гомогенная конденсация даже при наличии некоторой доли дисперсной фазы (данные представлены в монографии Л. Е. Стернина [6]). При медленном расширении пара в сопле пересыщение может и не происходить, так как пар успевает конденсироваться на посторонних частицах. Из этого следует, что для начала конденсации важную роль играет промежуток времени, в течение которого создается пересыщение. В монографии отмечается и такой факт, что при наличии в потоке газа даже небольшого количества другого вещества с более высокой температурой и давлением насыщения в первую очередь происходит гомогенная конденсация этого вещества с образованием большого количества зародышей, на которых в дальнейшем конденсируется основной компонент. Пересыщение пара при этом может и отсутствовать. О том, что конденсация в соплах возможна, можно сделать вывод, если сопоставить уравнение Клаузиуса-Клайперона (1.2) и уравнение изменения давления при адиабатическом расширении в сопле совершенного газа [c.10]

С увеличением пересыщения пара радиус зародыша уменьшается, поэтому число зародышей возрастает, т. е. увеличивается скорость образования зародышей. [c.23]

Из приведенных данных следует, что при гомогенной конденсации пара процесс формирования тумана состоит из четырех основных процессов возникновения пересыщенного пара, образования зародыщей, роста зародышей за счет конденсации пара на их поверхности и коагуляции капель. [c.53]

НОВОЙ фазы могут служить образование капли жидкости из пересыщенного пара, кристаллического зародыша из пересыщенного раствора (или переохлажденного расплава) или же кристаллического зародыша металла при восстановлении его ионов на катодно поляризованном электроде. [c.469]

Иные условия существования фазы на участках кривой ас и 6, где знак кривизны обратный. Флуктуации плотности приведут здесь к образованию неоднородной системы с более высоким значением f, и образовавшаяся неоднородность ликвидируется с понижением изохорного потенциала. На участках ас и М фаза обладает внутренней устойчивостью. Одновременно она неустойчива по сравнению с сочетанием фаз а и Ь. Стоит в фазе, которой отвечает участок ас, появиться зародышу фазы Ь, или в фазе, соответствующей участку М,— зародышу фазы а, как эти фазы необратимо перейдут в смесь устойчивых фаз а и Ь. Состояние фаз на участках ас (перегретая жидкость) и йЬ (пересыщенный пар) называется метастабильным. [c.369]

В 1934 г. Фольмер и Флуд создали метод экспериментального исследования кинетики гомогенной конденсации пара в отсутствие инородных частиц, с помощью которого проверили изложенную выше теорию Фольмера. Эти исследования имеют большое принципиальное значение, так как они дали возможность оценить все параметры, определяющие фазообразование, что позволило проверить теорию в особо чистых условиях. Эксперименты проводились в камере Вильсона, заполненной воздухом, насыщенным парами исследуемой жидкости. При достаточно высокой степени адиабатического расширения пары охлаждались и конденсировались, в результате образовывался туман. Скорость образования зародышей контролировалась визуально по началу конденсации, т. е. по минимальному пересыщению, при котором появлялся туман. При этих условиях /о оказалось порядка единицы. Поскольку /о зависит от пересыщения 1п (рг рх) экспоненциально, этот при- [c.97]

Пересыщенный пар, пересыщенный раствор, переохлажденная жидкость представляют собой метастабильную фазу. Переход из метастабильного состояния в стабильное, сопровождающийся уменьшением энергии Гиббса, всегда самопроизволен, за исключением стадии образования кристаллических зародышей. Изменение энергии Гиббса АО, Бызвашюе появлением зародыша новой фазы радиуса г, равно [c.362]

Появление новой фазы в пересыщенной системе представляет собой кинетическую проблему. Кинетика этого процесса (скорость образования новой фазы) очень существенно зависит от величины некоего энергетического барьера, получившего название работы образования зародыша новой фазы. Гиббс [4] показал, что эта работа может быть рассчитана термодинамическим путем, и нашел, что она равна 1/3 свободной поверхностной энергии капли такого размера, при котором давление ее пара равно давлению пара в пе- [c.94]

Конденсационный путь образования дисперсных систем связан с выделением новой фазы из гомогенной системы, находящейся в ме-тастабильном 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, метастабильной. 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. [c.39]

Отсюда видно, что /о определяется в основном работой Аь,, необходимой для образования зародыша новой фазы, т. е. агрегата молекул, давление пара которого равно давлению пересыщенного пара в системе. [c.96]

Работа образования сферического зародыша т. е. термодинамический барьер, определяющий частоту (или скорость) образования зародышей в объеме пересыщенных паров, была в свое время вычислена Гиббсом [ 1 ] в виде [c.270]

Рассмотрим термодинамику процессов гомогенного зародыше-образования новой фазы на примере образования капель воды в паре. Согласно уравнению (14.15), в пересыщенном паре в равновесии могут находиться только те капли, размер которых удовлетворяет соотношению [c.276]

Правильность теории Фольмера подтверждена экспериментально рядом исследователей. В частности, такая проверка проводилась путем адиабатического расширения воздуха насыщенного парами данной жидкости, в камере Вильсона. В результате расширения в камере происходит охлаждение, а следовательно, и пересыщение паров до вполне определенного значения. Применяя камеру Вильсона, можно визуально устанавливать начало конденсации, т. е. пересыщение отвечающее образованию тумана. Чтобы исключить возможность образования капелек на чужеродных зародышах, система должна быть предварительно очищена путем многократной конденсации, при которой посторонние ядра конденсации удаляются из газовой фазы. При этом критическое пересыщение, отвечающее началу образования новой фазы, непрерывно возрастает до определенного предела. [c.358]

Представления об образовании капель жидкости из пересыщенного пара справедливы и для образования трехмерных кристаллических зародышей. Так как поверхностная работа для разных граней кристалла различна, то работа образования кристаллического зародыша равна сумме работ образования всех равновесных граней [c.315]

При построении количественной теории образования трехмерных и двумерных зародышей в процессе электрокристаллизации металлов М. Фольмер и Т. Эрдей-Груз исходили из представлений о механизме возникновения новой фазы из пересыщенных раствора или пара, согласно которым работа образования зародыша новой фазы тем меньше, чем меньше его размеры. Однако с уменьшением размеров зародыша возрастает химический потенциал слагающего его компонента, поскольку при малых размерах зародыша относительно велико число поверхностных атомов, обладающих повышенной энергией. При образовании новой фазы в равновесных условиях химические потенциалы каждого компонента в обеих фазах должны быть равны. Для выполнения этого условия необходимо повысить химический потенциал компонента в материнской фазе, что достигается при пересыщении раствора или пара по данному компоненту. Пересыщение — главная особенность процесса образования новой фазы. Степень пересыщения и размеры элемента новой фазы, который при этом может возникнуть и служит зародышем для роста больших кристаллов или капель, оказываются взаимосвязанными. Так, при образовании капель жидкости из пересыщенного пара радиус г капли определяется соотношением Томпсона [c.328]

Современные теории образования зародышей основаны на взглядах Д. Гиббса, развитых в дальнейшем М. Фольмером. В СССР этот вопрос плодотворно разрабатывался Я- И. Френкелем. Теория Гиббса сводится к следующему. Образование кристаллических зародышей происходит при переходе системы из метастабильного состояния в устойчивое. Примерами метастабильного состояния являются состояния пересыщенного пара, пересыщенного раствора, переохлажденной или перегретой жидкости. В метастабильном состоянии данная фаза может существовать неопределенно долгое время без всяких изменений, пока в этой фазе не появится зародыш другой фазы, например капелька жидкости в пересыщенном паре, центр кристаллизации в переохлажденной жидкости или пересыщенном растворе. Такое состояние может быть названо относительно устойчивым. Переход метастабильной фазы в стабильную всегда сопровождается уменьшением свободной энергии, всегда является самопроизвольным за исключением стадии образования зародышей. Возникновение зародышей связано с затратой свободной энергии на создание новой поверхности раздела фаз стабильной и метастабильной. Так как процесс перехода метастабильной фазы в стабильную на стадии образования зародыша сопровождается увеличением свободной энергии, то он не может происходить самопроизвольно до тех пор, пока зародыш не достигнет определенной величины. После этого переход совершается сам собой. Таким образом, для того чтобы вывести метастабильную фазу из относительно устойчивого состояния, необходимо затратить некоторую работу. Гиббс нашел способы для вычисления такой работы. [c.231]

Современное учение о возникновении новой кристаллической фазы связано с работами М. Фольмера с сотрудниками, который показал, что при образовании металлического зародыша подобно зародышу в среде пересыщенного пара, необходимо затратить работу, величину которой можно определить из подсчета свободной энергии некоторого кругового процесса. [c.328]

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]

Процесс гомогенной конденсации состоит из трех стадий образование пересыщенного пара, образование зародьпией, конденсация пара на поверхности зародышей и дальнейший их рост. Конденсация пара начинается лишь при определенном пересыщении, называемом критическим [c.379]

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]

Появление заряда в метастабильиой системе также приводит к снижению энергии Гиббса образования зародышей. В соответствии с уравнением Липпмана (11.68) поверхностное натяжение, например, па границе капли с воздухом снижается с ростом потенциала, и тем сильнее, чем больше заряд. Таким образом, зародыши, несущие на себе заряд, образуются при меньших пересыщениях— давление насыщенного пара над иими меньше получаемого ио уравнению Кельвина (II. 188). Этот факт используется для оегистрации радиоактивных частиц, которые, попадая в камеру с пересыщенным паром (камеру Вильсона), ионизируют среду на своем пути, что облегчает образование зародышей. Полосы тумана (треки), остающиеся на пути частиц, можно наблюдать или сфотографировать при боковом освещении через стеклянное дно камеры, [c.102]

При конденсации необходимо псрссыщенис, так как возникающие зародыши имеют большее равновесное давление пара (для жидкости) или большую растворимость (для твердых частиц) благодаря большой кривизне поверхности (малому радиусу частиц). Зависимость радиуса зародышей от пересыщения выражается уравнением Кельвина ( , 11). При образовании зародыша в случае лиофобных систем требуется затрата работы на создание новой поверхности. Учет этой работы и работы пересыщения дает следующее выражение для работы образования зародыша в таких системах [c.159]

Конденсационная структура может быть получена и при конденсации дисперсной фазы из пересыщенных паров, растворов или расплавов. При образовании и росте зародышей новой фазы из концентрированных пересыщенных систем может возникнуть непрерывный сетчатый каркас путем срастания и переплетения растущих частиц дисперсной фазы. Если эти частицы представляют собой кристаллы, возникающие структуры называют кристаллизационноконденсационными структурами твердения. [c.314]

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]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология