10. Диффузионные процессы испарения и растворения

Растворениеявляетсясовокупностьютрехпроцессов: 1) перехода

Компонентовизиндивидуальногосостояниявраствор, сопровождающе-

госяизменениемихструктуры(фазовыйпереход); 2) химическоговзаи-

модействиярастворенноговеществасрастворителем(гидратация);

3) распределениягидратовповсемуобъемураствора(диффузия).

Лимитирующейстадиейрастворенияявляетсядиффузия; говорят,

чтопроцессрастворенияпротекаетвдиффузионномрежиме.

Закономерностидиффузионныхпроцессовбылиоткрытынемецким

химикомА. Фиком(1855). ПрименительнокрастворениюзаконыФика

используютсявформе, предложеннойроссийскимхимикомН.А. Щука-

ревым(1891):

Δm = d·(C нас– С)·S,

гдеΔm – массавещества, растворяющегосявединицувремени; S – по-

верхностьрастворяющегосявещества; C нас– концентрациявеществав

насыщенномрастворе; С– концентрациявеществаврастворевданный

моментвремени; d – коэффициентдиффузии.

ИзуравненияФика–Щукареваследует: 1) кинетическийпорядок

растворенияравенединицепорастворяющемусявеществуинулюпо

растворителю; 2) скоростьрастворениямаксимальнавначалепроцесса,

когдаразностьвеличин(C нас–С) максимальна, азатемпостепенно

уменьшаетсядонуля; 3) измельченныевеществарастворяютсясболь-

шейскоростью, таккакприизмельченииувеличиваетсяповерхностьS;

4) скоростьрастворенияувеличиваетсяпринагреваниииперемешива-

нии– этифакторыспособствуютувеличениюкоэффициентадиффузии.

ИСПАРЕНИЕ (парообразование), переход в-ва из конденсированной (твердой или жидкой) фазы в газообразную (пар); фазовый переход первого рода. И. твердого тела наз. сублимацией(возгонкой), а парообразование в объеме жидкости -кипением .Обычно под И. понимают парообразование на своб. пов-сти жидкости в результате теплового движения ее молекул при т-ре ниже точки кипения, соответствующей давлению газовой среды, расположенной над указанной пов-стью. При этом молекулы, обладающие достаточно большой кинетич. энергией, вырываются из поверхностного слоя жидкости в газовую среду; часть их отражается обратно и захватывается жидкостью, а остальные безвозвратно ею теряются. И. - эндотермич. процесс, при к-ром поглощается теплота фазового перехода - теплота И., затрачиваемая на преодоление сил мол.сцепления в жидкой фазе и на работу расширения при превращ. жидкости в пар. Уд.теплоту И. относят к 1 молю жидкости (молярная теплота И., Дж/моль) или к единице ее массы (массовая теплота И., Дж/кг). Скорость И. определяется поверхностной плотностью потока пара j_п, проникающего за единицу времени в газовую фазу с единицы пов-сти жидкости [в моль/(с.м²) или кг/(с.м²)]. Наиб.значение j_пдостигается в вакууме. При наличии над жидкостью относительно плотной газовой среды И. замедляется вследствие того, что скорость удаления молекул пара от пов-сти жидкости в газовую среду становится малой по сравнению со скоростью испускания их жидкостью. При этом у пов-сти раздела фаз образуется слой парогазовой смеси, практически насыщенный паром. Парциальное давление и концентрация пара в данном слое выше, чем в осн. массе парогазовой смеси. Нарушение термодинамич. равновесия между жидкостью и паром, содержащимся в парогазовой смеси, объясняется скачком т-ры на границе раздела фаз. Однако обычно этим скачком можно пренебречь и принимать, что парциальное давление и концентрация пара у пов-сти раздела фаз соответствуют их значениям для насыщ. пара, имеющего т-рупов-сти жидкости. Если жидкость и парогазовая смесь неподвижны и влияние своб. конвекции в них незначительно, удаление образовавшегося при И. пара от пов-сти жидкости в газовую среду происходит в осн. в результате мол.диффузии и появления вызываемого последней при полупроницаемой (непроницаемой для газа) пов-сти раздела фаз массового (т. наз. стефановского) потока парогазовой смеси, направленного от пов-сти жидкости в газовую среду