1. Визначення процесу кристалізації
Кристалізація - це перехід речовини з газоподібного (пароподібного), рідкого або твердого аморфного стану в кристалічний, а також з одного кристалічного стану в інший (рекристалізація, або вторинна кристалізація); фазовий перехід першого роду.
Кристалізація з рідкої чи газової фази - екзотермічний процес, при якому виділяється теплота фазового переходу, або теплота кристалізації; при цьому зміна ентропії в більшості випадків складає [в Дж / (моль.К)]: для простих речовин 5-12, для неорганічних сполук 20 - 30, для органічних сполук 40-60. Рекристалізація може протікати з виділенням або поглинанням теплоти. У промисловості і лабораторній практиці кристалізацію використовують для отримання продуктів із заданими складом, вмістом домішок, розмірами, формою і дефектністю кристалів, а також для фракційного поділу сумішей, вирощування монокристалів та ін
. Фізико-хімічні основи процесу кристалізації
апарат кристалізація розплав
Умови, при яких можлива кристалізація, визначаються видом діаграми стану. Щоб кристалізація протікала з кінцевою швидкістю, вихідну фазу необхідно переохолодити (перегріти), переситіть кристалізується речовиною або внести у зовнішнє поле, що знижує розчинність кристаллизующейся фази. У переохолодженій (перегрітої) або пересиченої фазі відбувається зародження нової фази - утворюються центри кристалізації, які перетворюються на кристали і ростуть, як правило, змінюючи форму, зміст домішок і дефектність. Центри кристалізації виникають гомогенно в обсязі початкової фази і гетерогенно на поверхнях сторонніх твердих частинок (первинне зародкоутворення), а також поблизу поверхні раніше сформованих кристалів нової фази (вторинне зародкоутворення). Загальне число центрів кристалізації, що виникли в одиниці об'єму розчину або розплаву в 1 с, або сумарну інтенсивність їх первинного та вторинного освіти, знаходять за формулою:
де - кінетичний коефіцієнт первинного зародкоутворення, який розглядають у рамках кінетичної теорії утворення нової фази;- Газова постійна;- Температура кристалізації; питома поверхнева вільна енергія кристалів; т - молярний об'єм нової фази;
Dm=DHS і S=(Т0-7) / Т0 для розплавів;
Am=RT1n (S + 1) і S=(С-С0) / С0 для розчинів;
DH-ентальпія кристалізації;
с - концентрація речовини, що кристалізується;
Т0 і С0 - соотв температура плавлення речовини і концентрація насиченого розчину; акт - енергія активації переходу молекул з середовища в центри кристалізації; ат - інтенсивність вторинного зародкоутворення в обсязі початкової фази.
Для вимірювання a, Eaкт і Iвт знаходять залежність інтенсивності утворення центрів кристалізації від температури, пересичення і концентрації сторонніх твердих частинок.
Величина I та проходить через один або кілька максимумів (рис. 1) із зростанням переохолодження (пересичення) і збільшується при механічних впливах (перемішування, ультразвук) або під впливом іонізуючого випромінювання.
Рис. 1 Залежність швидкості зародкоутворення від переохолодження розплаву InSb: 1 - розплав масою 16 г перегрівався в кварцовому тиглі на 15 0ДО вище температури плавлення протягом 9 хв. і потім охолоджувався зі швидкістю 1 град / хв; 2 - те ж, на 55 0ДО про...
