Растущий кристалл - льд
Cтраница 1
 |
Подвижность носителей зарядов в растворе. [1] |
Растущий кристалл льда избирательно сорбирует ионы, большую часть которых он оттесняет в жидкую фазу. Следствием избирательной сорбции ионов в районе концентраций примесей - 10 - 10 - 10 - 3 моля при медленной скорости роста кристалла - 10 - 4 см / сек являются большие разности потенциалов, которые возникают между твердой и жидкой фазой в процессе роста кристалла. Эта разность потенциалов для раствора NH4SO4 при концентрации соли - 10 - 7 моля составляет - 100 в. Впервые этот эффект был обнаружен и описан Воркманом и Рейнольдсом в 1950 г. Когда концентрации примесей в воде не превышают 10 - 3 моля, твердая фаза, как правило, заряжена положительно по отношению к жидкой, за исключением растворов фторидов. [2]
Коагуляция имеет место и в случае замораживания золя. Это происходит потому, что частицы кремнезема концентрируются между растущими кристаллами льда до тех пор, пока они не сдавливаются вместе, после чего происходит связывание частиц. Хотя представляется возможным добавлять какой-либо антифриз, например гликоль или этиловый спирт, это не столь легко выполнимо в случае коммерческих золей. [3]
 |
Схема установки для концентрирования летучих веществ из жидких сред при вытеснении током гелия. [4] |
Этот метод исключает возможность разложения компонентов, неустойчивых при нагревании, однако ему присущи весьма значительные недостатки. В частности, трудно исключить захват примесей из анализируемой пробы растущими кристаллами льда. Газовые включения, сохраняющиеся между кристаллами льда, также могут содержать примеси растворенных веществ; поэтому рекомендуется при вымораживании создавать вакуум над раствором. Процесс вымораживания затрудняется при наличии в пробах значительных количеств солей. Полное отделение льда от остающейся жидкой фазы происходит с трудом, так что требуется прибегать к многократной промывке льда или даже повторению всего процесса вымораживания. [5]
В том случае, когда замораживается раствор коллоидного кремнезема или поликремневой кислоты, растущие кристаллы льда будут вытеснять кремнезем до тех пор, пока последний не накопится между кристаллами льда в виде концентрированного золя. Такой кремнезем затем полимеризуется и образует плотный гель. При последующем расплавлении льда получается кремнезем в виде чешуек неправильной формы, образовавшихся между гладкими поверхностями кристаллов льда. Благодаря высокой концентрации кремневой кислоты перед процессом ее полимеризации в гель структура образовавшегося геля отличается высокой плотностью. Удельная поверхность микропористой массы составляет около 900 м2 / г, так что размеры первичных частиц кремнезема могут составлять всего лишь 20 - 30 А. [6]
В более жестких условиях замораживания латекс полностью коагулирует. Наблюдаемой при этом коалесценции способствует накопление и сжатие первичных частиц в пространствах между растущими кристаллами льда. [7]
Наиболее отвечающим действительности представляется мнение, что развитие градиента влагосодержания, точнее - градиента капиллярно-влажностного потенциала, происходит вследствие увеличения капиллярно-влажностного потенциала незамерзшей влаги в промерзающей зоне. Потенциал увеличивается как из-за уменьшения общего количества жидкой влаги, так и ввиду уменьшения толщины водной пленки на поверхности частиц грунта и растущих кристаллов льда. Здесь следует заметить, что использование уравнения влагопроводности, сформулированного с применением методов классической термодинамики, позволяет производить количественную оценку мигрирующей к фронту промерзания влаги независимо от механизма образования градиента влагосодержания. [8]
Величина деформации морозного пучения обусловлена увеличением объема воды при переходе ее в лед с перераспределением и подсосом влаги к кристаллам льда в процессе промерзания грунта, а величина силы морозного пучения зависит от сопротивления среды, в которой происходит льдообразование. Так, например, при замерзании солевого раствора лед образуется без включения молекул соли в кристаллическую решетку с дальнейшим повышением концентрации части еще не замерзшего раствора, поэтому в данном случае сила кристаллизации равна только сопротивлению молекул соли, которые отталкивается растущим кристаллом льда. Точно так же отталкиваются и твердые частицы грунта от кристалла льда, и опять сила морозного пучения ограничена только величиной сопротивления твердых частиц грунта. [9]
При температуре ниже точки замерзания поровая вода превращается в лед. Этому явлению даны различные объяснения. Согласно одному из них, пленка воды на растущем кристалле льда имеет пониженную температуру, а следовательно, и более сильное поверхностное натяжение, поэтому капиллярная вода, соприкасаясь со льдом, будет притягиваться к растущему кристаллу льда. [10]
При температуре ниже точки замерзания поровая вода превращается в лед. Этому явлению даны различные объяснения. Согласно одному из них, пленка воды на растущем кристалле льда имеет пониженную температуру, а следовательно, и более сильное поверхностное натяжение, поэтому капиллярная вода, соприкасаясь со льдом, будет притягиваться к растущему кристаллу льда. [11]
Страницы: 1