Составители:
Рубрика:
Определенную роль в процессе льдообразования играет также электрическая природа
поверхности частицы и наличие примесей на поверхности и в переохлажденной воде. Для
льдообразования энергетически благоприятна совокупность узлов атомной решетки, содержащая
приблизительно равные количества положительно и отрицательно заряженных частиц, так как в этом
случае диполи воды будут иметь произвольную ориентацию. Экспериментально было показано, что
эффективность нуклеации — наибольшая вблизи изоэлектрической точки. Кроме того, на
эффективность льдообразования влияет разная поляризуемость ионов подложки, благодаря которой
на поверхности образуется двойной электрический слой, что сказывается на характере
взаимодействия молекул воды с подложкой, а следовательно, на величине поверхностной энергии
подложки и условиях ее смачивания. Попадая в поверхностный слой, отделившиеся от кристалла
ионы понижают энергию поверхностного натяжения, чем способствуют замерзанию капли.
Влияние примесей на эффективность льдообразования зависит от концентрации и типа
примесей. Известно, что ионы вследствие их размеров и сильного радиального электрического поля
могут разрушать структуру воды вне адсорбционного слоя путем разрыва водородных связей и
образования гидратных оболочек, препятствуя этим образованию льда. Вместе с тем примеси в
решетке подложки могут улучшать кристаллографическое соответствие ее решетке льда,
одновременно повышая эффективность льдообразования. Некоторые примеси способствуют
возникновению активных центров, в частности в результате реакции на поверхности субстрата.
Например, добавление 0,6% KNO
3
к AgJ увеличивает интенсивность адсорбции воды в десятки раз.
Активные центры образуются также при загрязнении подложки молекулами поверхностно-активных
веществ, а также гидрофобной поверхности гидрофильными примесями. Однако адсорбция
поверхностных газов и паров, например таких, как SO
2
, NH
3
, NO
2
, активными центрами на
поверхности льдообразующих частиц заметно уменьшает их эффективность. «Отравляют» активные
центры также растворенные в капле вещества, особенно различные соли. В отсутствие химических
или других взаимодействий при концентрацих растворимого вещества, меньших 10
-3
моль/л, влияние
их на эффективность льдообразования не наблюдается.
Ледяные облака. Формирование ледяных частиц при температуре ниже 0
0
C также не может
рассматриваться как только процесс, в ходе которого происходят преодоление энтропийных
барьеров и нуклеация. При появлении льда в жидкокапельных облаках термодинамически ситуация
становится неравновесной: согласно фазовому правилу мы имеем дело с единственным
компонентом, находящимся одновременно в трех фазах и не обладающим никакими степенями
свободы, так что ледяная фаза должна расти засчет водяной. Этот переход составляет основу
формирования осадков и называется процессом Бержерона — Финдайзена. Он обусловливает
возможность активных воздействий на облачность путем ее засева реагентами (йодистым серебром,
сухим льдом и т.д.).
Лед может формироваться в ходе замерзания уже сконденсировавшихся капель воды или
непосредственно из парообразной фазы. Хотя развитие методов измерений ядер нуклеации
продолжается, пока экспериментально измеренные концентрации ядер нуклеации в целом плохо
согласуются с концентрацией естественных ледяных частиц в облаке. Физические и кристаллические
свойства льда сложнее свойств жидкой воды, и до сих пор нет полного понимания тех механизмов,
благодаря которым большая часть естественных облаков содержит больше ледяных кристаллов, чем
их должно быть согласно расчетам, основанным на измеренных концентрациях ядер нуклеации.
Хорошо известно, что возможны антропогенные изменения свойств ледяных облаков и что
ледяные облака могут формироваться в чистом воздухе. На это, в частности, указывает частое
появление в различных местностях конденсационных следов самолетов. Например, Е.Биггом
отмечалось сравнительно частое появление в атмосфере слоев, которые при температуре ниже 0
0
C,
будучи пересыщенными по отношению ко льду, оставались ненасыщенными по отношению к
жидкой воде и свободными от облачности. Сформировавшись и замерзнув в подобной среде, капли
становятся устойчивыми и не испаряются.
Превращение жидкости в твердое вещество в водной среде не происходит автоматически при
температуре ниже 0
0
C, и существование жидкокапельных облаков при температуре ниже точки
замерзания служит предпосылкой для активных воздействий на эти облака йодистым серебром,
сухим льдом и другими реагентами для стимулирования из них осадков. В литературе, посвященной
активным воздействиям, можно найти указания на то, что на протяжении последних 20 лет имело
место существенное уменьшение частоты «ситуаций для засева». Это обстоятельство связывается с
Страницы
- « первая
- ‹ предыдущая
- …
- 158
- 159
- 160
- 161
- 162
- …
- следующая ›
- последняя »
