ケルビン方程式

ケルビン方程式は、液体の蒸気圧を、表面曲率、すなわち半径を持つメニスカスの効果に関連付ける。 この式は、表面張力と表面が体積よりも大きいため、より大きな液滴と比較して、より小さな液滴液体の蒸発速度がはるかに高いことを示しています。

ln(P/P0)=2?Vm/rRT

ケルビン方程式はまた、より小さな粒子がより大きな粒子よりも高い溶解度を示すことを示している。 これは、液滴内部の圧力が外部よりもはるかに大きいために起こり、したがって、液滴のプラトー境界を横切ってガス拡散が起こり、壁が（高圧から低圧に）弱 半径rの水の液滴上および特定の温度での水中の気泡内の蒸気圧は、以下のケルビン方程式を用いて計算することができる。ケルビン方程式パラメータ

P：実際の蒸気圧

P0：飽和蒸気圧

液体の表面張力

MW：分子量

r：実際の蒸気圧

P0：飽和蒸気圧

: 半径

密度

R:普遍的なガス定数(8.314J K-1mol-1)

T:ケルビンの温度

ケルビン方程式は、蒸気の過飽和、過熱、オストヴァルト熟成、毛細管凝縮などの現象を明確にするため、様々な重要な効果を有する。 この効果はケルビン効果として知られており、ギブス-ケルビン効果またはギブス-トムソン効果も知られている。 （バーンズ2005)

過飽和

ケルビン方程式への影響は、蒸気の過飽和によって説明できます。 過飽和の用語は、溶液が飽和溶液のそれよりも過度に溶解した材料を有する状態を指す。 過飽和はまた、化合物の蒸気圧の分圧よりも大きな分圧を有する化合物の蒸気に言及することもできる。

固体形態では、小さな粒子は結晶子または大きな単結晶形成につながる可能性があります。 多分散懸濁液では、材料はその温度で飽和レベルに達するまで溶解する。 サンプルが貯えられるとき、温度は貯蔵の位置にもかかわらずわずかに変動します。 例えば、試料が冷蔵庫に保存されている場合、温度が変化する可能性があるため、懸濁液の温度が上昇し、飽和レベルが上昇し、新しい飽和レベルに達す 温度が低下すると、懸濁液は、溶解した種の通常よりも多くなるという点で影響を受ける。 新しい濃度は過飽和として記載されています。 残りの溶解した種は、すべての粒子上に再び沈殿し、より小さい粒子は優先的に溶解し、したがってコートを有するより大きな粒子は拡大する。 したがって、過飽和溶液は、飽和溶液、すなわち温度、体積または圧力の変化のために結果である。

過飽和のいくつかの例は、ビールと炭酸水です。 水は、ボトル内の高圧で起こる大気圧よりも多くの二酸化炭素を溶解することができます。 大気圧の状態では、過飽和液体からの二酸化炭素ガスの脱出は非常に遅い。 このプロセスは、製品を振ることによって引き起こされる小さな気泡の存在によって進められる。

ロックキャンディ

ロックキャンディは、比較的大きな砂糖の結晶で構成される菓子鉱物の一種です。 キャンディは、砂糖と水の過飽和溶液を、ひもや棒などの結晶核形成に適した表面に結晶化させることによって形成される…

過熱の現象では、沸騰しない均質な物質は、液体の通常の沸点よりも大きい温度で加熱される。 蒸気気泡が膨張し、その結果表面で破裂する（沸騰する）ためには、温度加熱は蒸気圧が大気圧を超えて行くことを非常に十分でなければならない（沸点 （Patrick2006）以下の温度が不十分であると、蒸気バブルが減少して消滅する。

ただし、過熱に関しては、蒸気圧が大気圧を超えているにもかかわらず液体が沸騰しないことがわかります。 その結果、表面張力は気泡の成長を抑制する。 沸騰石または抗バンプ顆粒としても知られている沸騰チップは、液体が過熱することなく沸騰を容易にするために意図的に液体に添加される。 それらは炭酸カルシウムまたは炭化ケイ素から構成される小さく、不溶解性の多孔性の石です。 石の内部には、空洞が空気を捕捉し、溶媒泡が発生する可能性のある空間を供給することを可能にする孔がある（核形成部位、すなわち空洞上の蒸気泡の形成）。

溶媒に沸騰チップを加えて加熱すると、非常に小さな泡が放出されます。 これらの小さい泡はぶつかること、解決の損失を防ぎ、それ故に液体が過熱されないでより容易に沸くようにします。 溶媒の沸騰の破片の付加なしで、熱くする液体は過熱された、不安定な状態として定義でき、従って量のガスの泡を突然または多分激しく解放できます。 液体の容器からの蒸気の突然の排出の結果として、それは実験の台無しから粗い焼跡を引き起こすことに導くことができます。

オストヴァルト熟成

球形であり、それらの蒸気と接触している液滴に関しては、液相に位置する二つの半径は等しいので、正の兆候を維持する。 したがって、ケルビン方程式を参照すると、液滴の蒸気圧は、平らな表面を有する同じ液体よりも高くなる。 一例は、水滴の半径が10nmの場合、蒸気圧の増加は約10％であることである。 液滴半径が小さいほど、蒸気圧は大きくなります。 (Barnes2005)

例えば、多分散系（サイズの異なる液滴）の場合、より小さな粒子は溶解する傾向があります（すなわち、 より大きな溶解度を有する）またはより大きな粒子の表面に自分自身を付着させて蒸発させ、より大きな粒子を時間とともに成長させ続けるが、より オストヴァルト熟成として知られるこの自発的なプロセスは、1896年にWilhelm Ostwaldによって最初に認識されました。 (Ostwald1896)

ケルビン方程式の実際の効果は、より大きな液滴が雨のように落ちるのに十分な重さになることを期待して成長する雲で発生します。 同様に、このプロセスはまた解決に含まれている水晶のためにあります。 大きな結晶は、ostwald熟成のプロセスをもたらす小さいものではなく成長する傾向があります。 このプロセスはあらゆる多分散システムで起こる重要な老化の効果です。 それは泡立ちます、乳剤、また水様のゾルで観察できます。 (Adamson1990)

泡の不安定性の点では、不安定性の理由はOstwald熟成によるものである可能性があります。 Ostwaldの熟成の原動力はより小さく、より大きい泡の泡である不均等なサイズの泡間のラプラス圧力の変化のために起こる。 (Barnes2005)

大きな気泡よりも大きなガス圧を有する小さな気泡は、泡の安定性に影響を与える。 泡の貯蔵の期間の間、泡は液体と気相の間に存在する大きい密度による液体の上に重力場で上がります。 ここから、それらは液体がドライヤーであることをなる泡を形作る流出させる構造のように緩く閉鎖詰められたか、または蜜蜂の巣を形づけます。 作成された薄膜は、重力により崩壊し、気泡の合体を引き起こす可能性があります。 圧力によるガス溶解度の増加が起こると、気泡間のガスは、より小さい気泡からより大きな気泡に拡散することができる。 より小さい泡によって囲まれる泡の大きい泡により最終的に泡の構造の大きい穴を引き起こすことができます。 (Hubbard2002)

オストワルド熟成は、球状のカムである泡の圧力差が大きいと泡が不安定になる原因である。 多面体の泡の場合には（平面の液体の薄板と）、泡の泡圧力相違は大きくないし、従って泡の不安定はOstwaldプロセスのためにありません。 (Tadros2005)

泡の表面は粘弾性挙動のように振る舞うので、泡の泡でOstwald熟成のプロセスは、液体にのみ可溶性のガスを添加することによって減少させるこ このプロセスの結果として、それはまた非常に溶ける粒子による時間の比表面積の減少の効果をもたらします。 (Lyklema2005)Ostwald熟成は、工業ろ過と分析ろ過の両方で効率を高めるために使用されるため、重要です。 (Barnes2005)

毛細血管凝縮

ケルビン効果は、曲率、メニスカスの存在による毛細血管凝縮の観点からも観察することができる。 毛管凝縮は湾曲の小さい半径と液体の表面を作成する毛管の蒸気の吸着のために起こります。 (Fisher2002)

液体の蒸気圧が平らな表面を持つ同じ液体の蒸気圧よりも低いことは、蒸気相に半径が配置されている結果である。 実際の蒸気圧が曲面のケルビン方程式を用いて計算された蒸気圧よりも大きい場合、凝縮が発生する可能性が高い。 平らな表面のための実際の蒸気圧力は飽和蒸気圧力より多分低いかもしれません。 (Patrick2006)

毛細管凝縮によって満たされた毛細管が発生すると、直ちに液体-蒸気界面でメニスカスが生成され（液体表面張力に依存する）、平衡がPsat（飽和蒸気圧） 低い蒸気圧で、液体は毛管のより小さい半径で凝縮します。 蒸気圧が増加するにつれて、より大きな半径の毛細管での液体のさらなる凝縮が満たされ、メニスカスの半径が増加する（毛細管が完全になる）。 ケルビン方程式は，ｐｖ／Ｐｓａｔが毛細管内で上昇し，メニスカス半径がさらに拡大してより平坦な表面が形成されることを示唆している。 それ故に、蒸気凝縮は蒸気圧力の範囲に滑らかに起これます。 メニスカスを含む任意の液体-蒸気界面について，ケルビン方程式は平衡蒸気圧と飽和蒸気圧の間の変化を関連づけた。

毛管凝縮は重要な要因として、天然および合成の両方で起こる多孔質構造において重要である。 これらの構造は、科学者が吸着等温線を介して細孔サイズ分布だけでなく、表面積を決定するために毛細管凝縮の概念を認識することができます。 （バーンズ, 2005)

• Adamson,W1990,physical chemistry of surfaces,5th edn,John Wiley&Sons,Canada
• Barnes,G.T2005,Interfacial science,Ist edn,Oxford University press,United States
• CUBoulder Organic Chemistry,2007,Boiling Chips,viewed28March,2010
• Economic expert,2010,Supersaturation,viewed28March,2010
• Farlex,2010,Kelvin equation,the free encyclopedia viewed25March,2010,
• fisher,Lr&Israelachvili Jn2002,Colloid Interfacial Science,3Rd Edn,Elsevier ltd,United States
• Gordon,M1988,physical chemistry,5Th Edn,mcgraw-Hill,United States
• Hiemenz,Cp1997,principles of colloid and surface,3rd Edn,Elsevier ltd,United States
• Hiemenz,Cp1997,principles of colloid And surface,3rd Edn,elsevier ltd,United States
• Hiemenz,Cp1997,principles of colloid edn,Marcel Dekker,United States
• Hubbard,T2002,Encyclopedia of Surface and Colloid Science:Por Z,2nd edn,Marcel Dekker,New York
• Lyklema,J2005,Fundamentals of interface and colloid science,2nd edn,Academic press,London,vol. 2,p.24
• Ostwald,W1896. Lehrbuch der Allgemeinen Chemie,vol. 第2部第1部 ドイツ-ライプツィヒ出身。
• Sinko,PJ2006,Martins physical pharmacy and pharmaceutical sciences,5th edn,Lippincott Williams and Wilkins,Philadelphia
• Tadros,F.T2005,Applied Surfactants: 原則とアプリケーション第4回edn、edn、Wiley-VCH、ドイツ。
• the engineering toolbox,2005,Introduction to vapor and steam,viewed28March,2010,
• UBC Chemistry Department,2002,Boiling Chips,viewed28March,2010
• Uci education,2005,沸点と蒸留,RDG,viewed28March, 2010 https://eee.uci.edu/programs/hongchem/RDGbpdostill.pdf