Студопедия — Термодинаміка утворення нової фази при конденсації.
Студопедия Главная Случайная страница Обратная связь

Разделы: Автомобили Астрономия Биология География Дом и сад Другие языки Другое Информатика История Культура Литература Логика Математика Медицина Металлургия Механика Образование Охрана труда Педагогика Политика Право Психология Религия Риторика Социология Спорт Строительство Технология Туризм Физика Философия Финансы Химия Черчение Экология Экономика Электроника

Термодинаміка утворення нової фази при конденсації.






В процесі конденсації нова фаза утворюється на поверхнях, які вже існують - гетерогенна конденсація, або на поверхні зародків, що виникають самочинно в результаті флуктуації концентрації і густини в рідині або парі – гомогенна.

Конденсація, як правило, відбувається на поверхні центрів конденсації або зародків, що мають дуже маленькі розміри, в наслідок чого їх реакційна здатність значно вища за реакційну здатність макрофази. Для того, щоб процес конденсації продовжувався необхідне пересичення пари або рідини в якій відбувається конденсація. В іншому випадку зародки, що утворюються, будуть розчинятись або випаровуватись.

Перегрітий, переохолоджений, пересичений стани називають метастабільними. Їх характеризують ступенем пересичення.

g = p/ps, g = x/xs (6.2)

де ps – тиск насиченої пари,

xs – розчинність макрофази.

Існування метастабільних станів можна пояснити тим, що пара може бути пересиченою по відношенню до плоскої поверхні і ненасиченою по відношенню до краплин.

Ступінь пересичення, при якому пара стає насиченою по відношенню до краплин називається критичним.

При g<gкр зародки самочинно виникають і відразу зникають.

При g=gкр виникає нестійка рівновага, при якій число зародків, що виникають дорівнює числу зародків, що зникають.

При g>gкр відбувається процес виникнення і росту зародків.

Розглянемо зміну енергії Гіббса на межі рідина-пара при утворенні зародку як функцію його радіуса. В найпростішому випадку вона має об’ємну і поверхневу складові.

DG = DGV + DGS = V/VM(mр – mп) + ss (6.3)

де mр, mп - хімічний потенціал рідини та пари відповідно;

VМ - мольний об`єм пари;

V – об’єм зародка.

Конденсація може відбуватися за умови, що mр < mп.

Якщо зародки, що утворюються мають сферичну форму, то:

(6.4)

Проаналізуємо одержану залежність на наявність екстремуму:

(6.5

(6.6)

Якщо записати хімічні потенціали рідини та пари через відповідні тиски пари, отримуємо:

(6.7)

тобто умова екстремуму співпадає з рівнянням Кельвіна.

Проведемо аналіз другої похідної функції.

(6.8)

(6.9)

Від’ємний знак другої похідної означає, що залежність зміни енергії Гіббса при утворенні зародку від радіуса має максимум (рис.48). Максимальна енергія Гіббса і радіус, що їй відповідає, називають критичними.

Поведінку зародків в системах, що знаходяться в метастабільному стані легко зрозуміти з графіка. Оскільки DGкр знаходиться в максимумі, то і при r>rкр і при r<rкр енергія Гіббса зменшується. Це означає, що в усіх випадках будуть відбуватися самочинні процеси.

 

Рис. 48. Залежність енергії Гіббса утворення зародку від його радіусу.

При виникненні зародків з радіусом меншим від rкр в пересиченій парі зародки, що виникають самочинно відразу випаровуються (розчиняються). При виникненні зародків з розміром r=rкр ймовірність виникнення і зникнення зародків однакова, тому число зародків, що виникає, дорівнює числу зародків, що зникає. Отже існує нестійка рівновага. При виникненні зародків з r>rкр відбувається ріст зародків.

Критична енергія Гіббса утворення зародку дорівнює

(6.10)

Таким чином, критична енергія Гіббса утворення зародку дорівнює 1/3 поверхневої енергії.

Підстановка критичного радіуса, вираженого з рівняння Кельвіна в рівняння для розрахунку DGкр приводить до виразу:

(6.11)

Чим вища ступінь пересичення і температура і менший поверхневий натяг, тим менша критична енергія Гіббса утворення зародку.

Розглянуті залежності дозволяють зробити деякі узагальнення про термодинаміку утворення зародків. Конденсація пари в рідину починається з утворення краплин, а рідини в тверду фазу з утворення кристалічних зародків. Але наявність додаткової поверхневої енергії на межі такої неоднорідності робить процес утворення зародків енергетично невигідним, якщо розміри зародку недостатньо великі. Енергія утворення зародку складається з двох конкурентних складових – програшу в поверхневій енергії і виграшу в об’ємній при переході речовини в нову фазу. Другій фактор збільшується з ростом зародків швидше ніж перший і стає, в решті решт, переважаючим. Можна сказати, що утворення зародка нової фази вимагає переходу через своєрідний „потенційний бар’єр”, пов’язаний з поверхневою енергією, що можливо лише для досить крупного зародка.

 







Дата добавления: 2015-09-04; просмотров: 524. Нарушение авторских прав; Мы поможем в написании вашей работы!



Обзор компонентов Multisim Компоненты – это основа любой схемы, это все элементы, из которых она состоит. Multisim оперирует с двумя категориями...

Композиция из абстрактных геометрических фигур Данная композиция состоит из линий, штриховки, абстрактных геометрических форм...

Важнейшие способы обработки и анализа рядов динамики Не во всех случаях эмпирические данные рядов динамики позволяют определить тенденцию изменения явления во времени...

ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ МЕХАНИКА Статика является частью теоретической механики, изучающей условия, при ко­торых тело находится под действием заданной системы сил...

ОЧАГОВЫЕ ТЕНИ В ЛЕГКОМ Очаговыми легочными инфильтратами проявляют себя различные по этиологии заболевания, в основе которых лежит бронхо-нодулярный процесс, который при рентгенологическом исследовании дает очагового характера тень, размерами не более 1 см в диаметре...

Примеры решения типовых задач. Пример 1.Степень диссоциации уксусной кислоты в 0,1 М растворе равна 1,32∙10-2   Пример 1.Степень диссоциации уксусной кислоты в 0,1 М растворе равна 1,32∙10-2. Найдите константу диссоциации кислоты и значение рК. Решение. Подставим данные задачи в уравнение закона разбавления К = a2См/(1 –a) =...

Экспертная оценка как метод психологического исследования Экспертная оценка – диагностический метод измерения, с помощью которого качественные особенности психических явлений получают свое числовое выражение в форме количественных оценок...

Психолого-педагогическая характеристика студенческой группы   Характеристика группы составляется по 407 группе очного отделения зооинженерного факультета, бакалавриата по направлению «Биология» РГАУ-МСХА имени К...

Общая и профессиональная культура педагога: сущность, специфика, взаимосвязь Педагогическая культура- часть общечеловеческих культуры, в которой запечатлил духовные и материальные ценности образования и воспитания, осуществляя образовательно-воспитательный процесс...

Устройство рабочих органов мясорубки Независимо от марки мясорубки и её технических характеристик, все они имеют принципиально одинаковые устройства...

Studopedia.info - Студопедия - 2014-2024 год . (0.009 сек.) русская версия | украинская версия