Перегрев нелетучих веществ

Множество точек перегиба, соответствующих различным давлениям, для которых dV/ dT = 0, образует линию, называемую спинодалью. Спинодаль - граница термодинамической устойчивости состояния вещества (жидкого или твердого), правее которой, как видно из рис. 1, вещество не существует в конденсированном состоянии. По достижении ее все вещество переходит в газообразное состояние, и при этом объем вещества скачком изменяется до ветви b. Например, расчет по уравнению состояния воды показывает, что ее температура на линии спинодали при атмосферном давлении равна ~ 312° С. Это температура границы метастабиль-ного и лабильного (совершенно неустойчивого и реально не существующего) состояния вещества, свыше которой термодинамика запрещает перегрев воды. Уже вблизи этой температуры каждая молекула становится центром небольшого (с радиусом 3 • 10"11 м), так называемого гомогенного зародыша пара и вода вскипает по всему объему взрывообразно независимо от наличия центров зародышеобразования на дефектах поверхности сосуда. Температура такого бурного спонтанного вскипания может быть рассчитана на основании законов зародышеобразования, она обычно мало (1-3°) отличается от температуры спинодали и получила название температуры достижимого перегрева данного вещества. Именно эта температура (ZJ)1 определяется опытным путем. Значения Т некоторых веществ приведены в табл. 1. На основании теории зародышеобразо-вания спинодаль может быть определена как граница, на которой все конденсированное вещество переходит в гомогенные зародыши другой фазы. Учитывая, что число зародышей в единице объема ограничено (при большом количестве зародышей их стенки начинают соприкасаться друг с другом, вещество теряет сплошность и переходит в газовую фазу), можно показать, что температура Т1, выраженная в градусах Кельвина, связана с температурой кипения простым соотношением пропорциональности: Т = СТкип. Коэффициент Сзависит от давления и состава жидкости и характеризует максимальный избыток тепловой энергии, запасаемой при ее перегреве. Для жидких углеводородов (бензол, толуол, ксилол, октан) С = 1,25-1,37, для этилового спирта С = 1,32). При высоких давлениях коэффициент С уменьшается до единицы [2].

Достижимые перегревы летучих жидкостей хорошо изучены как экспериментально, так и теоретически. А как обстоит дело с нелетучими жидкостями и твердыми веществами? Например, с расплавами полимеров, которые при нагреве не вскипают, а начинают разлагаться. У них при нагреве происходит не только смена агрегатного состояния, но и химическое превращение - деструкция. При повышении скорости нагрева температура начала деструкции полимера также повышается. Но есть ли предел такого перегрева, существует ли химическая спинодаль - аналог фазового перехода на границе устойчивости? А как обстоит дело с твердыми веществами, которые при нагреве, не плавясь, начинают разлагаться, например питьевой содой, перманганатом калия?

Термодинамика дает на этот вопрос положительный ответ, поскольку в соответствии с уравнениями состояния твердых тел зависимость V(Т, Р) имеет такую же S-образную форму, как показано на рис. 1. Так, например, обстоит дело с уравнениями состояния полимерных систем, некоторые из которых разработаны в Институте высоких температур РАН. Коэффициент С по различным уравнениям состояния, так же как и Индекс 1 от limit - предел. для летучих веществ, лежит, как правило, в пределах 1,2-1,3 (для нормального давления). Но термодинамические расчеты, оценки и прогнозы требуют экспериментальных подтверждений, и они были недавно получены различными методами и приборами высокоскоростного термического анализа.

Другие статьи по теме

Характеристика площадки
Площадка строительства котельной расположена в центре города и ограничена с востока - р. Енисей (100м), с севера-запада и юга - жилыми кварталами города (45м). Площадка строительства ровная без ...

Потребности в природопользовании
Процесс удовлетворения личных и общественных потребностей в природных ресурсах, свойствах и качествах природных ресурсов и объектов природы, т.е. вещественной и невещественной составляющих ...

Объемы отходов промышленного производства
Основной задачей данного подраздела является охрана почвы от загрязнения отходами производства. Реконструкция котельной по ул. Ленина 160 связана с увеличением установленной мощности котельной. К д ...