Термодинамика и кинетика конденсации на макроскопических ядрах из растворимых поверхностно-активных веществ

• Автор: Яковенко, Татьяна Михайловна
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2001
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 103 с. : ил

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ НУКЛЕАЦИИ НА ЯДРАХ ИЗ РАСТВОРИМЫХ
ПОВЕРХНОСТНО-АКТИВНЫХ ВЕЩЕСТВ
§1. Основные термодинамические соотношения нуклеации на растворимых ядрах в предпороговой
области метастабильности пара
§2. Химический потенциал конденсата с учетом адсорбции
вещества ядра на поверхности капли
§3. Общий алгоритм расчетов термодинамических характеристик с учетом адсорбции вещества ядра на поверхности капли
ГЛАВА 2. АСИМПТОТИЧЕСКИЕ ВЫРАЖЕНИЯ ДЛЯ ОСНОВНЫХ ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК НУКЛЕАЦИИ В ПРЕДЕЛЬНЫХ СИТУАЦИЯХ
§4. Термодинамические характеристики нуклеации при сильном
недосыщении адсорбции вещества ядра на поверхности капли
§5. Термодинамические характеристики нуклеации при
адсорбции почти всего вещества ядра на поверхности капли
§6. Термодинамические характеристики нуклеации при постоянной величине адсорбции вблизи насыщения монослоя
ГЛАВА 3. РАСЧЕТЫ ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК КИНЕТИКИ НУКЛЕАЦИИ НА ЯДРАХ ИЗ РАСТВОРИМЫХ ПОВЕРХНОСТНО-АКТИВНЫХ ВЕЩЕСТВ
§7. Перенормировочные адсорбционные множители
§8. Численные расчеты основных нуклеационных
характеристик при изотерме адсорбции Фрумкина
§9. Изменение термодинамических характеристик в зависимости от параметров молекул ядра и конденсата

§10. Области применимости асимптотик для предельных ситуаций и анализ полученных результатов
ГЛАВА 4. КИНЕТИКА УСТАНОВЛЕНИЯ КВАЗИСТАЦИОНАРНОГО РЕЖИМА ПРЕОДОЛЕНИЯ АКТИВАЦИОННОГО БАРЬЕРА В НУКЛЕАЦИИ НА РАСТВОРИМЫХ ЯДРАХ ПАВ
§11. Кинетическое уравнение нуклеации.
Стационарная скорость нуклеации
§12. Решение кинетического уравнения в окрестности
точки перегиба работы образования капли
§13. Характерные времена инкубационной стадии нуклеации
§14. Сравнение характерных времен для ядер
различной природы во всем диапазоне их размеров
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ВВЕДЕНИЕ
Теория конденсации на макроскопических ядрах из растворимых и нерастворимых веществ различной природы является важным разделом теории фазовых переходов в гетерогенных системах. Известно, что механизм гетерогенной нуклеации является энергетически более выгодным по сравнению с гомогенным механизмом зарождения новой фазы, которое требует в обычных условиях чрезвычайно высоких пересыщений метастабильной фазы. Гетерогенный механизм зарождения новой фазы важен и с практической точки зрения, поскольку, например, вследствие естественных процессов и жизнедеятельности человека в атмосфере Земли присутствует большое количество частиц различной природы, которые стимулируют именно гетерогенное образование облаков.
Первой, или инкубационной, стадией процесса конденсации является стадия, на которой формируется стационарное распределение капель по размерам в окрестности максимума работы гетерогенного образования капли на ядре. На следующей стадии конденсации происходит дальнейший рост капель и образование основного числа устойчиво растущих зародышей новой стабильной фазы. Предлагаемая работа посвящена изучению термодинамики и кинетики именно инкубационной стадии гетерогенной конденсации на макроскопических ядрах из растворимых веществ.
Растворимые вещества, частицы которых могут служить центрами гетерогенной нуклеации, могут быть как поверхностно-инактивны, так и поверхностно-активны. Частицы, состоящие из молекул поверхностно-активных веществ (ПАВ), попадают в атмосферу как выбросы различных производств, образуются в результате окисления олефинов и ароматических веществ — продуктов неполного сгорания автомобильного топлива, и окисления летучих органических веществ естественного происхождения [1-4].
На первый взгляд, эффективность растворимых ядер из поверхностноактивных веществ в качестве инициатора гетерогенной нуклеации при низких пересыщениях пара уступает эффективности ядер из поверхностно-инактивных веществ ввиду того, что в первом случае на поверхности капли формируется монослой из молекул ПАВ, препятствующий обмену молекулами конденсата между каплей и паром. Однако, максимум химического

и при я = вт имеем

= 0.
(6.2)
Из соотношений (3.4), (6.1) и (6.2) получаем, что в точке максимума адсорбции ят справедливо
При приближении адсорбции я к предельному значению зу_ производная да/дв растет по абсолютной величине, а по модельным уравнениям состояния монослоя Ван-Лаара и Фрумкина даже стремится к бесконечности (формулы для уравнений состояния адсорбционного монослоя Ван-Лаара и Фрумкина будут приведены в §7). Соответственно, если вт —> то произ-
водная да/дз также стремится к бесконечности. Тогда из (6.1)-(6.4) и
(3.4) имеем:
да/дзт °0, гт —> 3/5, ат -> 12ят призт->3оо, (6.5)
что ранее отмечалось в [48].
Дифференцируя (6.1) по г, учитывая (6.2) и (6.3), для второй производной
{дв/дг2 при я = ят получаем
(6.3)
Исключая величины ат и эт из выражений (6.3) и (3.4), получаем
(6.4)
,21 Г 31па

ат!8т +
[д2а/д в2'}
(сда/дз)2т

. (6.6)