Испарение веществ в разреженной среде. Часть 1

Количество тепла, затрачиваемое на испарение при данной температуре, характеризуется скрытой теплотой испарения. С повышением температуры скрытая теплота испарения уменьшается и при критической температуре равна нулю. С понижением температуры скрытая теплота испарения возрастает.

Обычно считают, что испарение происходит равномерно со всей поверхности. Соответственно этому принимают, что пар, диффундируя через пограничный слой, распределяется равномерно по всему пространству. При рассмотрении с макропозиций процесс испарения действительно происходит со всей поверхности. Но сообщенная при этом поверхности энергия передается далеко не равномерно, силы взаимодействия между молекулами нарушаются вплоть до полного разрушения комплексов на отдельные, не связанные между собой молекулы и ассоциаты. В связи с этим происходит вылет с поверхности тех молекул или ассоциатов, которые получили наибольшую энергию и у которых больше всего ослаблены силы взаимодействия с поверхностью испарения. Испарение с позиций микроструктуры имеет как бы взрывной характер.

Испарение ниже тройной точки происходит с поверхности твердого вещества (сублимация). В первом приближении процесс сублимации можно рассматривать как прямой переход отдельных молекул и даже частиц вещества из твердого состояния непосредственно в пар. Молекулы и частицы в поверхностном слое связаны энергией, эквивалентной теплоте сублимации. Согласно этому предположению такие частицы имеют одинаковую вероятность перехода из твердого состояния в пар.

Однако, как показали исследования, частицы твердого тела не могут переходить в пар с одинаковой вероятностью. Некоторыми исследователями показано, что лишь для весьма малого числа частиц имеется вероятность «прямого испарения». В большинстве же случаев сублимация начинается с процесса перехода частиц из одного места поверхности в другое, где энергия связи будет меньше. При последующем постепенном нагревании вещества молекулы переходят (путем мигрирования по поверхности) из положения с более прочной связью (впадина) в новое менее прочное энергетическое состояние. При дальнейшем ослаблении связей между молекулами комплекса или частицы это состояние переходит в состояние адсорбционного слоя и затем в парообразное. Этот процесс прямо противоположен образованию сублимационного льда в условиях вакуума, которое начинается с адсорбции молекул на поверхности с последующим образованием кристаллов льда.

Перенос энергии в твердых телах происходит сложнее, чем в жидкостях. В твердом веществе радиус упорядоченного взаимодействия молекул значительно больше, чем в жидкой среде. Отсюда следует, что для преодоления сил взаимодействия между молекулами поверхности испарения, т. е. для вырывания частиц с поверхности твердого тела, требуется значительно больше энергии, чем для вырывания тех же частиц с поверхности жидкости. Энергия затрачивается не только на десорбцию отдельных молекул, но и на разрушение кристаллических решеток вещества и на вырывание комплексов с твердой поверхности.

 

Другие части:

Испарение веществ в разреженной среде. Часть 1

Испарение веществ в разреженной среде. Часть 2

Испарение веществ в разреженной среде. Часть 3

Испарение веществ в разреженной среде. Часть 4

Испарение веществ в разреженной среде. Часть 5