Kelvin-ligningen

Kelvin-ligningen relaterer damptrykket av en væske til effekten av overflatekurvatur, dvs. en menisk med radius. Ligningen illustrerer at på grunn av overflatespenningen og overflaten er større enn volumet, er det mye høyere fordampningshastighet for mindre dråpevæsker sammenlignet med større dråper.

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

Kelvin-ligningen viser også at mindre partikler utviser høyere oppløselighet enn større partikler. Dette skjer på grunn av mye større trykk inne i dråpen enn ute, og derfor kan gassdiffusjon forekomme over dråpens platågrenser, svekke veggene (fra høyt til lavt trykk). Damptrykket av det over vanndråpen av radius r og inne i en boble i vann ved en bestemt temperatur kan beregnes ved Hjelp Av Kelvin-ligningen nedenfor.

KELVIN LIGNINGSPARAMETERE

P: faktisk damptrykk

P0: Mettet damptrykk

Overflatespenning av væske

MW: Molekylvekt

r: Radius

Tetthet

R: Universell gasskonstant (8.314 J K-1 mol-1)

T: Temperatur I Kelvin

Kelvin-ligningen har en rekke signifikante effekter da Den gir avklaringer for slike fenomener, inkludert overmetning av damp, superoppvarming, Ostwald modning og kapillærkondensasjon. Denne effekten er Kjent Som Kelvin effekt Og Også Gibbs-Kelvin effekt Eller Gibbs-Thomson effekt. (Barnes 2005)

Overmetning

effekten På Kelvin-ligningen kan forklares med overmetning av damp. Begrepet overmetning refererer til tilstanden der en løsning har altfor oppløst materiale enn en mettet løsning. Overmetning kan også refereres til forbindelsens damp som har større partialtrykk enn damptrykket av forbindelsen.

i fast form kan de små partiklene føre til krystallitter eller dannelse av store enkeltkrystaller. I en polydisperse suspensjon vil materialet oppløses til det har nådd sitt mettede nivå ved den temperaturen. Når prøven er lagret, vil temperaturen svinge litt uavhengig av lagringssted. For eksempel, hvis prøven er lagret i kjøleskapet, kan temperaturen variere, og så temperaturen på suspensjonen kan øke som fører til en økning i metningsnivået slik at mindre partikler kan oppløses ytterligere til et nytt metningsnivå er nådd. Når temperaturen faller, påvirkes suspensjonen når det gjelder å bestå mer enn vanlig av de oppløste artene. Den nye konsentrasjonen er beskrevet som overmetning. De gjenværende oppløste artene vil utfelle tilbake på alle partiklene, de mindre partiklene oppløses fortrinnsvis og så større partikler som har en frakk vil forstørre. Derfor er overmettede løsninger et resultat på grunn av endring av den mettede løsningen, dvs. temperatur, volum eller trykk.

noen eksempler på overmetning er øl og kullsyreholdig vann. Vann er i stand til å oppløse mye karbondioksid enn ved atmosfærisk trykk, noe som skjer ved forhøyet trykk i flasken. Ved tilstanden av atmosfærisk trykk er rømningen av karbondioksidgassen fra den overmettede væsken ganske langsom. Denne prosessen er avansert av eksistensen av små bobler som skyldes risting av produktet.

Rock candy

Rock candy er en type konfekt mineral består av relativt store sukkerkrystaller. Candy er dannet ved å tillate en overmettet løsning av sukker og vann å krystallisere på en overflate som er egnet for krystallkjerne, for eksempel en streng eller pinne…

i fenomenet superoppvarming oppvarmes den homogene substansen uten koking ved en temperatur som er større enn væskens normale kokepunkt. For at en dampboble skal ekspandere og dermed sprekke på overflaten (for å koke), må temperaturoppvarming være svært tilstrekkelig (hevet over kokepunktet) at damptrykket vil gå utover atmosfæretrykket. (Patrick 2006) en utilstrekkelig temperatur som er under, vil føre til at dampboblen minker og forsvinner.

når det gjelder superoppvarming, ser man imidlertid at væsken ikke koker til tross for at damptrykket overstiger atmosfæretrykket. Som et resultat hindrer overflatespenningen veksten av boblene. Kokende chips som også er kjent som kokende steiner eller anti-bumping granulater er med hensikt lagt til væsken for å gjøre koking lettere uten at væsken blir overopphetet. De er små og uoppløselige porøse steiner som består av kalsiumkarbonat eller silisiumkarbid. Inne i steinene har de porer som tillater hulrom å fange luft og forsyningsrom der løsningsmiddelboblene kan utvikle seg (nukleasjonssteder, dvs.dannelse av dampboblene i hulrom).

når det tilsettes kokende chips til et løsningsmiddel og oppvarmes, vil det frigjøre svært små bobler. Disse små boblene hindrer bumping, tap av løsning og dermed tillater væske å koke lettere uten å bli overopphetet. Uten tilsetning av kokende sjetonger i et løsningsmiddel, kan den oppvarmede væsken defineres som overopphetet, en ustabil tilstand og vil derfor kunne frigjøre en mengde gassboble plutselig eller kanskje voldsomt. Som en konsekvens av den plutselige utvise av damp fra beholderen av væsken, kan det føre til fra å ødelegge forsøket for å forårsake sterke brannskader.

Ostwald modning

når det gjelder dråper som er sfæriske og er i kontakt med dampen, er de to radiene i væskefasen like og opprettholder dermed positive tegn. Derfor, i forhold Til Kelvin-ligningen, vil dråpens damptrykk være høyere enn den samme væsken med en flat overflate. Et eksempel er at for en radius av vanndråpe på 10 nm, er økningen i damptrykk omtrent 10%. Jo mindre dråpene radius, jo større damptrykk. (Barnes 2005)

for eksempel, i tilfelle et polydispersjonssystem (dråper med forskjellige størrelser), har de mindre partiklene en tendens til å oppløse (dvs. har større oppløselighet) eller fordampe feste seg på overflaten av de større, noe som fører til at de større partiklene fortsetter å vokse med tiden, men de mindre partiklene forsvinner. Denne spontane prosessen Kjent Som Ostwald modning ble først anerkjent I 1896 Av Wilhelm Ostwald. (Ostwald 1896)

En Virkelighetseffekt av Kelvin-ligningen oppstår i skyer der de større dråpene vokser og forventer å være tunge nok til å falle som regn. På samme måte eksisterer denne prosessen også for krystaller inneholdt i løsninger. De større krystallene vil ha en tendens til å vokse i stedet for de mindre som resulterer i En Prosess Med Ostwald modning. Denne prosessen er en viktig aldringseffekt som forekommer i alle polydisperse systemer. Det kan observeres i skum, emulsjoner samt vandige soler. (Adamson 1990)

når det gjelder skumstabilitet, kan årsaken til ustabilitet skyldes Ostwald modning. Ostwald modningenes drivkraft oppstår på grunn av variasjonen Av Laplace-trykk mellom bobler av ulik størrelse som er de mindre og større skumboblene. (Barnes 2005)

de mindre boblene som har større gasstrykk enn de større boblene, forårsaker en effekt på skumstabiliteten. For perioden med skumlagring stiger boblene i tyngdekraften til toppen av væsken på grunn av den store tettheten som eksisterer mellom væsken og gassfasene. Herfra danner de en løst lukket pakket eller bikakelignende struktur hvorfra væsken drenerer og danner skum som viser seg å være tørketrommel. De tynne filmene som er opprettet, kan kollapse på grunn av tyngdekraften og forårsake koalescens av bobler. Når økt gassoppløselighet med trykk skjer, kan gass mellom bobler diffundere fra de mindre til de større boblene. En stor boble i skummet som er omgitt av mindre bobler, kan til slutt føre til et stort hull i skumets struktur. (Hubbard 2002)

Ostwald modning er årsaken til skum ustabilitet når en større trykkforskjell av skumbobler som er sfærisk cam ses. I tilfelle av polyhedral skum (med plan flytende lamell) er skumboblene trykkforskjellen ikke stor, og så er skumstabilitet ikke på Grunn Av Ostwald-prosessen. (Tadros 2005)

Siden overflaten av boblen oppfører seg som viskoelastisk oppførsel, Kan Prosessen Med Ostwald modning i skumbobler reduseres ved tilsetning av en gass som bare er løselig i væsken. Som et resultat av denne prosessen har den også en effekt av å redusere bestemt overflateareal i tid på grunn av de høyoppløselige partiklene. (Lyklema 2005) Ostwald-modningen er viktig da Den brukes til å øke effektiviteten i både industriell og analytisk filtrering. (Barnes 2005)

Kapillærkondensasjon

Kelvin-effekten kan også observeres når det gjelder kapillærkondensasjon på grunn av eksistensen av en krumning, en menisk. Kapillærkondensasjon oppstår på grunn av dampens adsorpsjon i en kapillær som skaper en flytende overflate med liten krumningsradius. (Fisher 2002)

væskens damptrykk er lavere enn for den samme væsken med en flat overflate, er en konsekvens av at radiene er plassert i dampfasen. Hvis det faktiske damptrykket er større enn damptrykket beregnet fra Å bruke Kelvin-ligningen for den buede overflaten enn kondens vil trolig forekomme. Det faktiske damptrykket for en flat overflate kan muligens være lavere enn metningsdamptrykket. (Patrick 2006)

når kapillær fylt av kapillærkondensasjon oppstår, genereres umiddelbart en menisk (som avhenger av væskens overflatespenning) ved væske-dampgrensesnittet, slik at likevekten kan være under Psat (metningsdamptrykk). Ved lavt damptrykk kondenserer væsken i mindre radius av kapillæren. Etter hvert som damptrykket øker, fylles ytterligere kondensering av væsken ved den større radiusen kapillær forårsaker radius av menisken for å øke (kapillær blir full). Kelvin ligningen innebærer At Pv / Psat stiger inne i en kapillær og menisk radius vil ytterligere utvide forårsaker en etablering av mer flat overflate. Derfor kan dampkondensasjonen oppstå jevnt over området for damptrykk. For alle væske-damp grensesnitt som involverer en menisk, kelvin ligningen derfor relaterer endringen mellom likevekt damptrykk og metning damptrykk.

Kapillærkondensasjon som en viktig faktor, er signifikant ved hjelp av både naturlig og syntetisk forekommende porøse strukturer. Disse strukturene tillater forskere å gjenkjenne begrepet kapillærkondensasjon for å bestemme porestørrelsesfordeling samt overflateareal gjennom adsorpsjonsisotermer. (Barnes, 2005)

• Adamson, W 1990, fysikalsk kjemi av overflater, 5. edn, John Wiley & Sons, Canada
• Barnes, G.T 2005, Interfacial science, Ist edn, Oxford University press, Usa
• CUBoulder Organisk Kjemi, 2007, Kokende Chips, sett på 28 Mars, 2010
• Økonomisk ekspert, 2010, Overmetning, sett på 28 Mars, 2010
• Farlex, 2010, Kelvin equation, den frie encyklopedi sett på 25 Mars, 2010,
• fisher, lr & Israelachvili Jn 2002, Kolloid Interfacial Science, 3. Edn, elsevier Ltd, Usa
• Gordon, M 1988, fysikalsk kjemi, 5. edn, mcgraw-Hill, Usa
• Hiemenz, Cp 1997, prinsipper for kolloid og overflate, 3. edn, Marcel Dekker,Usa
• Hubbard, T 2002, Encyclopedia Of Surface And Colloid Science: Por Z, 2. edn, Marcel Dekker, New York
• Lyklema, J 2005, Fundamentals of interface and colloid science, 2.edn, Academic press, London, vol. 2, s. 24
• Ostwald, I 1896. Lehrbuch Der Allgemeinen Chemie, vol. 2, del 1. Leipzig, Tyskland.
• Sinko, PJ 2006, Martins fysiske apotek og farmasøytiske fag, 5. edn, Lippincott Williams Og Wilkins,Philadelphia
• Tadros, F. T 2005, Anvendte Tensider: prinsipper og anvendelse 4. edn, edn, Wiley-VCH, Tyskland.
• the engineering toolbox, 2005, introduksjon til damp og damp, sett 28. Mars 2010,
• UBC Chemistry Department, 2002, Boiling Chips, sett 28. Mars 2010
• Uci education, 2005, Boiling point and distillation, RDG, sett 28. Mars, 2010 https://eee.uci.edu/programs/hongchem/RDGbpdostill.pdf