Кинетика образования новой фазы

Кинетика образования новой фазы определяется двумя стадиями: 1) образование центров конденсации; 2) ростом зародышей.

Скорость зарождения центров конденсации пропорциональна вероятности его зарождения или числу флуктуаций:

(2.17)

Скорость доставки вещества к центрам конденсации пропорциональна вероятности «выживания» возникших центров:

(2.18)

где А ₁ и А ₂ – коэффициенты пропорциональности

- энергия Гиббса образования зародыша

- энергия активации вязкого течения, равна энергии перехода вещества из исходной фазы на поверхность зародыша.

где - константа, имеющая размерность вязкости.

С увеличением уменьшается .

Общая скорость образования центров конденсации (зародышей) пропорциональна произведению указанных выше вероятностей, т.к. характеризует два последовательных процесса. Общая скорость образования будет меньше скоростей, ее составляющих:

(2.19)

- коэффициенты пропорциональности.

Рассмотрим кристаллизацию переохлажденной жидкости. Для нее с ростом степени переохлаждения увеличивается, уменьшается. Зависимость имеет максимум.

Рис. 2.3. Зависимость U, I, V от Рис. 2.4. Зависимость скорости

переохлаждения жидкости от образования зародышей

температуры и роста кристаллов в

переохлаждённой жидкости

Зависимость , и в переохлажденной жидкости от температуры.

Зависимость скорости образования зародышей и роста кристаллов в переохлажденной жидкости от температуры.

После образования зародышей происходит их рост. Эта стадия включает в себя: 1) возникновение двухмерных центров конденсации на поверхности зародыша и 2) доставку вещества к этим центрам.

Уравнение скорости роста зародышей имеет вид, подобный предыдущему выводу:

(2.20)

где - энергия Гиббса образования двухмерных центов конденсации.

Зависимость скорости роста зародышей от пересыщения и переохлаждения должна иметь максимум. Взаимное расположение максимумов на кривых и говорит о характере кристаллизации и структуре продуктов кристаллизации. В метастабильных зонах и самопроизвольная кристаллизация невозможна. В метастабильной зоне высокая вязкость системы, доставка вещества к центру кристаллизации затруднена, образование кристалла не происходит.

Во метастабильной зоне при высоких температурах зародыши не образуются из-за малого переохлаждения, но происходит рост зародышей, внесенных извне.

Увеличение вязкости при высоких температурах уменьшает скорость образования и роста зародышей.

Смеси веществ кристаллизуются хуже, чем индивидуальные жидкие вещества. Для образования новой фазы необходимо иметь достаточно большое количество однородных молекул, которые могли бы расположиться в определенном порядке.

Образование новой фазы зависит от скорости переохлаждения пересыщения, при высоких скоростях зародыши новой фазы не успевают образоваться и система переходит в стеклообразное состояние.

Для получения коллоидной системы скорость образования зародышей должна быть велика, а скорость роста мала. В этом случае образуется сравнительно монодисперсные золи с большим числом кристаллов, имеющих размеры коллоидных частиц.

Если велика, а мала, то в этом случае образуется сравнительно небольшое число крупных кристаллов.

Примеры получения золей методом конденсации. Методы получения гидрозолей, как правило, основаны на образовании малорастворимых соединений с помощью химических реакций восстановления, окисления, гидролиза, обмена и др. Например:

Устойчивые золи получают в присутствии стабилизаторов, которые предохраняют частицы от слипания.

Аэрозоли с жидкой дисперсной фазой – пауманы – образуются из пересыщенного пара путем понижения температуры и повышения давления.

Пептизация – метод получения коллоидных систем – переход в коллоидный раствор осадков, образующихся при коагуляции. Пептизация осуществляется путем промывания осадка или введением специальных веществ – пептизаторов. При этом из осадка удаляются коагулирующие ионы или пептизатор абсорбируется коллоидными частицами, что ведет к образованию ДЭС или сольватных оболочек, в результате преодолеваются силы сцепления между частицами. Далее под действием теплового движения частицы равномерно распределяются в объеме жидкости. Пептизация – это процесс, обратный коагуляции.

В качестве пептизаторов могут быть использованы электролиты или ПАВ.

Например:

пептизатор: содержит

При достаточном количестве пептизатора вначале процесс идет достаточно быстро, а затем замедляется. Необходимым условием Пептизации является перемешивание системы. Скорость пептизации возрастает с увеличением температуры.

Дата добавления: 2014-01-11