Самопроизвольное возникновение - зародыш
Cтраница 1
Самопроизвольное возникновение зародышей вызвано флюк-туациями - случайными отклонениями от равномерного распределения молекул или ионов в растворе вследствие теплового движения. В результате этого в разных точках объема пересыщенного раствора появляются мельчайшие упорядоченные образования из ионов и молекул. Чрезмерно малые образования вновь распадаются, те же из них, размеры которых больше некоторой критической величины, зависящей от пересыщения, становятся зародышами будущих кристаллов. Образование новой твердой фазы связано с возникновением границы раздела фаз, обладающей избыточной свободной поверхностной энергией. [1]
Самопроизвольное возникновение зародышей вызвано флюктуа-циями - оно заключается в появлении в разных точках объема пересыщенного раствора мельчайших упорядоченных образований из ионов и молекул. Чрезмерно малые образования вновь распадаются, те же из них, которые имеют размеры, большие некоторой критической величины, зависящей от пересыщения, становятся зародышами будущих кристаллов. Образование новой твердой фазы связано с возникновением границы раздела фаз, обладающей избыточной свободной поверхностной энергией. Избыточная свободная энергия незначительно пересыщенного раствора для формирования устойчивых зародышей может оказаться недостаточной. Вообще, вероятность образования зародышей возрастает с увеличением пересыщения. При небольших же пересыщениях зародыши могут образоваться только на уже существующих поверхностях - на пылинках, на стенках кристаллизатора или на специально опускаемых в раствор предметах. Начальную стадию кристаллизации можно значительно ускорить искусственным введением в раствор зародышей - мелких частиц кристаллизующегося вещества. Зародыши не должны быть меньше определенных для данного вещества и температуры размеров, так как очень мелкие зародыши могут оказаться термодинамически неустойчивыми и будут растворяться, увеличивая пересыщение раствора. Для получения крупных кристаллов число зародышей должно быть невелико. [2]
Самопроизвольное возникновение зародышей вызвано флюк-туациями - случайными отклонениями от равномерного распределения молекул или ионов в растворе вследствие теплового движения. В результате этого в разных точках объема пересыщенного раствора появляются мельчайшие упорядоченные образования из ионов и молекул. Чрезмерно малые образования вновь распадаются, те же из них, размеры которых больше некоей критической величины, зависящей от пересыщения, становятся зародышами будущих кристаллов. Образование новой твердой фазы связано с возникновением границы раздела фаз, обладающей избыточной свободной поверхностной энергией. Избыточная свободная энергия незначительно пересыщенного раствора для формирования устойчивых зародышей может оказаться недостаточной. Вообще, вероятность образования зародышей возрастает с увеличением пересыщения. При небольших же пересыщениях зародыши могут образоваться только на уже существующих поверхностях - на пылинках, на стенках кристаллизатора или на специально опускаемых в раствор предметах. Начальную стадию кристаллизации можно значительно ускорить искусственным введением в раствор зародышей - мелких частиц кристаллизующегося вещества, так называемой затравки. Зародыши не должны быть меньше определенных для данного вещества и температуры размеров, так как очень мелкие зародыши могут оказаться термодинамически неустойчивыми и будут растворяться, увеличивая пересыщение раствора. Для получения крупных кристаллов число зародышей должно быть невелико. [3]
Процесс самопроизвольного возникновения зародышей можно описать с помощью кривой распределения скоростей движения молекул, так как скорость движения молекул существенно влияет на процесс кристаллизации. Слишком большая скорость мешает молекулам агрегироваться, а слишком маленькая скорость ограничивает число их столкновений, поэтому зародыши лучше всего образуются при некоторой оптимальной скорости. Это подтверждается также тем, что скорость возникновения зародышей находится в сильной зависимости от температуры. На рис. 52 представлены кривые распределения количества молекул с определенной скоростью движения при изменении температуры. На абсциссе отложены величины у - скорости движения молекул, а на ординате - количества молекул nv в %) со скоростью У. Понижение температуры ( Ti Tz Ts) смещает максимум кривой распределения влево; заштрихованная область характеризует оптимальную зону возникновения зародышей. [4]
Процесс самопроизвольного возникновения зародышей можно описать с помощью кривой распределения скоростей движения молекул, так как скорость движения молекул существенно влияет нз процесс кристаллизации. Слишком большая скорость мешает молекулам агрегироваться, а слишком маленькая скорость ограничивает число их столкновений, поэтому зародыши лучше всего образуются при некоторой оптимальной скорости. Это подтверждается также тем, что скорость возникновения зародышей находится в сильной зависимости от температуры. На рис. 52 представлены кривые распределения количества молекул с определенной скоростью движения при изменении температуры. Понижение температуры ( Ti T-2 7з) смещает максимум кривой распределения влево; заштрихованная область характеризует оптимальную зону возникновения зародышей. [5]
Несмотря на ошибочность выводов Таммана относительно самопроизвольного возникновения зародышей, его работы имеют большое практическое значение. [6]
Общая теория образования новой фазы находится в стадии формирования, что затрудняет количественную оценку вероятности самопроизвольного возникновения зародышей пузырьков при кавитационных явлениях. Этот путь в общем случае требует информации о свойствах молекулярных агрегатов или комплексов, начиная с димеров ( сдвоенных молекул), которой мы не располагаем, а если бы располагали, то ее использование потребовало бы преодоления больших вычислительных трудностей. [7]
Из приведенных формул видно, что с увеличением переохлаждения расплава критический размер зародыша уменьшается и, следовательно, вероятность самопроизвольного возникновения зародышей кристаллов возрастает. В практике производства литья, сварки, пайки величина переохлаждения не превышает нескольких градусов, реже десятков градусов. Это свидетельствует не о самопроизвольном образовании зародышей, а о кристаллизации на готовых зародышах. [8]
Прм до стижении такой степени пересыщения, при которой имевшиеся породные ча стицы становятся способными служить центрами выделения или при которой достигается возможность самопроизвольного возникновения зародышей но - Е ей фазы, процесс начинает протекать с быстро возрастающей скоростью ( участок ВС), пока че будет исчерпано имепч ееся пересыщение. [9]
 |
Изменение скорости процесса при возникновении новой фазы. [10] |
Наиболее знакомым примером является вскипание перегретой жидкости. При достижении такой степени пересыщения, при которой имевшиеся инородные частицы становятся способными служить центрами выделения или при которой достигается возможность самопроизвольного возникновения зародышей новой фазы, процесс начинает протекать с быстро возрастающей скоростью ( участок ВС), пока не будет исчерпано имевшееся пересыщение. [11]
 |
Изменение температуры при кристаллизации воды с переохлаждением.| Изменение скорости. [12] |
Участок АВ кривой ( см. рис. 251) отвечает постепенному повышению степени пересыщения в результате изменения температуры или другим путем. При достижении такой степени пересыщения, при которой имевшиеся инородные частицы становятся способными служить центрами выделения или при которой достигается возможность самопроизвольного возникновения зародышей новой фазы, процесс начинает протекать с быстро возрастающей скоростью ( участок ВС), пока не будет исчерпано имевшееся пересыщение. [13]
 |
Изменение скорости процесса при возникновении новой фазы. [14] |
Наиболее знакомым примером является вскипание перегретой жидкости. Участок АВ кривой ( рис. 167) отвечает постепенному повышению степени пересыщения в результате изменения температуры или другим путем. При достижении такой степени пересыщения, при которой имевшиеся инородные частицы становятся способными служить центрами выделения или при которой достигается возможность самопроизвольного возникновения зародышей новой фазы, процесс начинает протекать с быстро возрастающей скоростью ( участок ВС), пока не будет исчерпано имевшееся пересыщение. [15]
Страницы: 1 2