Составители:
Рубрика:
адсорбироваться должны быть ориентированы определенным образом к адсорбированной пленке.
Более выгодна неравномерная адсорбция около специфических точек в виде островков полислоев.
А.Цеттльмейер считает, что активные центры поверхности распространяют свое силовое поле в
глубину адсорбированных слоев, причем наблюдается усиление взаимодействия в следующих за
первым монослоем слоях молекул. Из изотерм воды на разных поверхностях им были получены
низкие значения энергии адсорбции и высокие энтропии, что свидетельствует о высокой
подвижности молекул адсорбированной воды в первом слое. Форма изотерм адсорбции при
температуре выше 6,5
0
C для AgJ показывает, что сначала формируется жидкая фаза, а при
некотором давлении наблюдается фазовый переход в кристаллическое состояние. Для активного
льдообразования, по А.Цеттльмойеру, необходимо, чтобы теплота адсорбции была меньше теплоты
конденсации, теплота смачивания должна возрастать при увеличении заполненности монослоя.
Оптимальным условием ядрообразования является также наличие парных соседствующих
гидроксилов.
Расчеты формирования кластера на поверхности показывают, что если энергия
взаимодействия кластер — поверхность меньше 2,0
⋅
10
-20
Дж, то структура однослойного кластера
менее стабильна, чем многослойная структура. Следовательно, на гидрофобной поверхности
многослойные кластеры в силу большей устойчивости будут преобладать, и их рост
перпендикулярен поверхности. Молекуле воды над базисной плоскостью льда энергетически
выгодно ориентироваться одним протоном к поверхностной молекуле так, чтобы строилась
правильная решетка гексагонального льда. Энергия связи для такой конфигурации получается
равной 5,5
⋅
10
-20
Дж. Если оба протона направлены к поверхности, то энергия связи уменьшается до
4,7
⋅
10
-20
Дж. Во льду присутствуют изолированные места сильной связи, окруженные областями с
отсутствием связи. Вся поверхность притягивает молекулы, которые находятся в состоянии
физической адсорбции и могут продвигаться к местам более сильной связи, преодолевая
энергетический барьер 1,11
⋅
10
-20
Дж. И, следовательно, основную роль в образовании кластера на
поверхности или роста кристалла льда (по Р.Пламмеру) играет поверхностная диффузия.
Так как каждое ядро имеет свою характеристическую температуру замерзания, то
температура замерзания капли определяется частицей, обладающей наивысшей характеристической
температурой (сингулярная гипотеза). Учитывая, что концентрация льдообразующих ядер
n=n
0
exp(β∆T) и вероятность содержания в капле объема V по крайней мере одного эффективного
ядра при ϑ=-∆T определяется как 1-e
-n
(
ϑ
)
V
, то процесс замерзания можно описать соотношением
откуда видно, что число замерзших ядер не зависит от скорости охлаждения и постоянно, если само
переохлаждение постоянно.
Ж.Дюфур и Р.Дефей, предполагая[54], что при данной температуре все ледяные зародыши,
образовавшиеся в совокупности водяных капель одинакового размера, имеют равную вероятность
достичь размера критического зародыша в результате случайных флуктуаций отдельных молекул в
воде и что природа присутствующих посторонних частиц не играет существенной роли
(статистическая гипотеза), получили выражение такого же вида [124].
Экспериментальные данные показывают необходимость предположения о наличии
совокупности ядер с собственными характеристическими диапазонами температур замерзания,
причем вероятность льдообразования за счет каждого ядра является функцией температуры
переохлажденной воды. Это качественно согласуется с механизмом замерзания Г.Эдвардса и
Л.Ивенса.
Инициирование льдообразования при контакте частицы с водной каплей более эффективно,
чем в случае ее погружения в каплю. Н.Флетчер полагает, что это объясняется частичной
растворимостью вещества, причем вода избирательно вытравливает наиболее активные центры на
поверхности частицы. Однако, согласно Л.Ивенсу, более высокую эффективность контактного
замерзания капель можно объяснить адсорбционной моделью, предположив, что частица,
погруженная в переохлажденную воду, может иметь прочно адсорбированный слой, который не
пригоден для превращения в 2М-лед. В начальный период контакта, продолжительность которого
равна периоду вращения молекул воды, может образоваться разупорядоченный адсорбированный
слой, который легче трансформируется в 2М-лед.
Страницы
- « первая
- ‹ предыдущая
- …
- 157
- 158
- 159
- 160
- 161
- …
- следующая ›
- последняя »
