При любой температуре в твердых телах, как и в жидкостях, существует некоторое количество атомов с высокой кинетической энергией, достаточной для преодоления потенциального поверхностного барьера. Этот процесс, как мы знаем, называется сублимацией, или возгонкой. Сублимация во многом сходна с испарением жидкости и всегда имеет место на границе сосуществования твердой и газообразной фаз Следствием сублимации, например, является резкий запах, испускаемый многими твердыми телами (нафталин, камфара и др.). Твердая двуокись углерода ("сухой лёд") при нормальном давлении интенсивно сублимирует, минуя жидкую фазу, и способна за счет этого охлаждаться до температуры минус 80°С.
 (8.5.1)
|
Скорость сублимации в вакуум (если ее выражать в кг/(м2 с)), приближенно удается оценивать с помощью формулы Герца-Кнудсена
где αс - коэффициент сублимации (он близок по своим значениям к коэффициенту конденсации). У льда, например, αс = 0,5 ¸ 1,0 и растет вплоть до единицы по мере снижения температуры. У метилового спирта αс = 0,045 (при 0°С) У металлов αс «1.
Явление сублимации находит широкое применение в технике. Примером является возгонка кристаллов в вакууме с последующим осаждением их паров в виде тонких кристаллических или аморфных плёнок (пленочное напыление).
Переход вещества из твердой фазы в жидкую, как мы уже знаем, называется плавлением. У кристаллических тел этот процесс полностью описывается уравнением Клапейрона-Клаузиуса. Аморфные тела плавятся иначе Фазовый переход у них, как уже отмечалось, растягивается на значительный температурный интервал. Однако аналогичную ситуацию можно наблюдать и у кристаллических тел. Типичным примером такой аномалии служит оттаивание мерзлого грунта и замороженных пищевых продуктов. Объясняется это тем, что в пористых телах вода проявляет различные формы связи с поверхностью капилляров и пор. Поэтому при замерзании и оттаивании влажных тел фазовый переход вода - лед происходит не при 0°С, а растягивается на область температур от 0°С до минус 30°С. Следует, однако, помнить, что причина здесь связана не с водой (в свободном состоянии плавление и кристаллизация воды полностью подчиняются уравнению Клапейрона-Клаузиуса и удовлетворяют всем признакам фазовых переходов первого рода), а с тем, что внутри пористой структуры проявляются значительные побочные факторы.
Процесс кристаллизации вещества из жидкой фазы всегда сопровождается выделением теплоты кристаллизации, которая совпадает по величине с теплотой плавления. У химически чистых веществ он протекает при постоянной температуре и во многом напоминает процесс конденсации пара. Так, для возникновения кристаллизации в жидкости должны присутствовать центры кристаллизации. В качестве таких центров могут быть мелкие твердые частицы, взвешенные в жидкости.
Если жидкость тщательно очищена от инородных твердых частиц, то ее удается значительно переохладить ниже температуры кристаллизации. Вязкие жидкости при переохлаждении успевают затвердеть настолько, что превращаются в устойчивое аморфное твердое тело. Такой переход жидкости в твердое аморфное состояние называют стеклованием, а само вещество – застеклованным. Условную температурную границу стеклования и размягчения называют температурой стеклования, используя для ее определения "излом" на температурной зависимости удельного объема вещества.
Дата добавления: 2015-11-30; просмотров: 68 | Нарушение авторских прав