молярным объемом Vn) из раствора с пересыщением а = с/со, где с и со — концентрация пересыщенного и насыщенного растворов. Если раствор близок к идеальному, то выражение для работы образования критического зародыша принимает вид:

Для неидеального раствора в это выражение войдут коэффициенты активности.

Кипение и кавитация. B процессах кипения и кавитации зародыши новой газообразной фазы (пузырьков пара) возникают внутри метастабильной жидкой фазы. При кипении жидкости в открытом (незамкнутом) сосуде жидкость испаряется в неограниченный объем (атмосферу), и давление пара над плоской поверхностью жидкости не повышается, так что процесс кипения происходит при атмосферном давлении. (B замкнутом же сосуде, где значительная часть его объема занята жидкостью, кипение практически невозможно, так как система придет к равновесию раньше, чем будет достигнуто необходимое пересыщение.) Соответственно, при кипении давление р"(гс) в критическом зародыше радиусом гс превышает атмосферное на величину 2<т/гс. При кавитации образование так называемых кавитационных пузырьков происходит в условиях растяжения жидкости, когда давление в ней отрицательно: р' < 0. Возникновение и последующее захлопывание кавитационных пузырьков может иметь место, например, при работе гребных винтов и вызывают ускоренный износ их поверхности. Давление пара р"(гс) в кавитационном пузырьке с критическим размером ге оказывается лишь немного ниже давления р0 насыщенного пара, равновесного с плоской поверхностью, тогда как значение отрицательного давления в жидкости может быть очень велико: — р' » р0 (рис. VI-21). Как правило, кипение и кавитация связаны с процессом гетерогенного зародышеобразования; поэтому рассматриваемый случай гомогенного образования пузырьков пара внутри жидкой фазы относится к таким особым условиям, когда влияние стенок и инородных включений устранено.

Возникновение критического зародыша при вскипании растянутой жидкости отвечает условию равенства химических потенциалов в зародыше — паре — и в жидкости. С учетом соответствующих уравнений состояния жидкости и газа получаем

Это отвечает (рис. VI-21) равенству площадей вертикального прямоугольника / и горизонтальной фигуры 2.

По Гиббсу изменение энергии системы при возникновении частицы, находящейся в равновесии с исходной маточной фазой, обусловлено двумя причинами: во-первых, возникает поверхность раздела фаз со свободной энергией 4яЛт, и во-вторых, в области системы объемом */3пг* давление оказывается повышенным до величины р"(г) по сравнению с давлением р' в окружающей среде. Тогда общее изменение свободной энергии системы при образовании критического зародыша равно

1бя(73Кт2

Rrin

Р"(гс) Po

= V'lP"(rc)-p0].

Copyright © 2007-2012 Zomber.Ru

Использование материалов сайта возможно при условии указания активной ссылки
Решить химию