A equação de Kelvin

a equação de Kelvin relaciona a pressão de vapor de um líquido ao efeito da curvatura da superfície, ou seja, um menisco com raio. A equação ilustra que, devido à tensão superficial e à superfície ser maior que o volume, há uma taxa de evaporação muito maior para líquidos de gotículas menores quando comparados com os de gotículas maiores.

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

a equação de Kelvin também mostra que partículas menores exibem maior solubilidade do que partículas maiores. Isso ocorre devido a uma pressão muito maior dentro da gota do que fora e, portanto, a difusão de gás pode ocorrer através das bordas do Planalto da gota, enfraquecendo as paredes (de alta a baixa pressão). A pressão de vapor daquela sobre a gota de água do raio r e dentro de uma bolha de água a uma temperatura específica poderia ser calculada usando a equação de Kelvin abaixo.

parâmetros da equação de KELVIN

P: pressão de vapor real

P0: pressão de vapor saturada

tensão superficial do líquido

MW: peso Molecular

R: Radius

Densidade

R: constante Universal dos gases (8.314 J K-1 mol-1)

T: Temperatura em Kelvin

Kelvin equação tem uma variedade de efeitos significativos, pois fornece esclarecimentos para tais fenômenos, incluindo a supersaturação de vapores, superaquecimento, Ostwald amadurecimento e condensação capilar. Este efeito é conhecido como efeito Kelvin e também efeito Gibbs-Kelvin ou efeito Gibbs-Thomson. (Barnes 2005)

supersaturação

o efeito na equação de Kelvin poderia ser explicado em termos de supersaturação do vapor. O termo supersaturação refere-se ao estado em que uma solução dissolveu excessivamente o material do que o de uma solução saturada. A supersaturação também pode ser referida ao vapor do composto com maior pressão parcial do que a da pressão de vapor do composto.

na forma sólida, as pequenas partículas podem levar a cristalitos ou grande formação de cristais únicos. Em uma suspensão polidispersa, o material se dissolverá até atingir seu nível saturado a essa temperatura. Quando a amostra é armazenada, a temperatura flutuará ligeiramente independentemente do local de armazenamento. Por exemplo, se a amostra for armazenada na geladeira, a temperatura pode variar e, portanto, a temperatura da suspensão pode aumentar, levando a um aumento no nível de saturação, permitindo que partículas menores se dissolvam ainda mais até que um novo nível de saturação seja atingido. Quando a temperatura cai, a suspensão é afetada em termos de consistir mais do que o habitual das espécies dissolvidas. A nova concentração é descrita como supersaturação. As espécies dissolvidas restantes precipitariam de volta em todas as partículas, as partículas menores se dissolveriam preferencialmente e, portanto, partículas maiores com uma pelagem aumentariam. Assim, as soluções supersaturadas são um resultado devido à alteração da solução saturada, ou seja, temperatura, volume ou pressão.

alguns exemplos de supersaturação são Cerveja e água gaseificada. A água é capaz de dissolver muito dióxido de carbono do que a pressão atmosférica, O Que Acontece com a pressão elevada na garrafa. No estado de pressão atmosférica, a fuga do gás dióxido de carbono do líquido supersaturado é bastante lenta. Este processo é avançado pela existência de pequenas bolhas causadas pela agitação do produto.

Rock candy

Rock candy é um tipo de mineral de confeitaria composto por cristais de açúcar relativamente grandes. O doce é formado permitindo que uma solução supersaturada de açúcar e água cristalize em uma superfície adequada para nucleação cristalina, como um barbante ou bastão…

no fenômeno do superaquecimento, a substância homogênea sem ferver é aquecida a uma temperatura na qual é maior que o ponto de ebulição normal dos líquidos. Para que uma bolha de vapor se expanda e, consequentemente, exploda na superfície( para ferver), o aquecimento da temperatura deve ser altamente suficiente (elevado acima do ponto de ebulição) para que a pressão do vapor vá além da pressão atmosférica. (Patrick 2006) uma temperatura insuficiente abaixo fará com que a bolha de vapor diminua e desapareça.

no entanto, em termos de superaquecimento, o líquido é visto que não ferve apesar de ter a pressão de vapor excedendo a pressão atmosférica. Como resultado, a tensão superficial restringe o crescimento das bolhas. Chips de ebulição que também são conhecidos como pedras de ebulição ou grânulos anti-colisão são propositalmente adicionados ao líquido para facilitar a ebulição sem que o líquido fique superaquecido. São pedras porosas pequenas e insolúveis que compõem do carbonato de cálcio ou do carboneto de silicone. Dentro das Pedras, eles têm poros que permitem que as cavidades prendam o ar e forneçam espaços nos quais as bolhas de solvente podem se desenvolver (locais de nucleação, ou seja, formação das bolhas de vapor nas cavidades).

quando há uma adição de microplaquetas de ebulição a um solvente e é aquecido, liberaria bolhas muito pequenas. Essas pequenas bolhas evitam esbarrar, perda de solução e, portanto, permitem que o líquido ferva mais facilmente sem ser superaquecido. Sem a adição de ebulição chips em um solvente, o líquido aquecido poderia ser definido como superaquecido, um estado instável e, portanto, seria capaz de liberar uma quantidade de bolhas de gás, de repente, ou, talvez, violentamente. Como consequência da súbita expulsão de vapor do recipiente do líquido, isso pode levar à ruína do experimento para causar queimaduras severas.

amadurecimento de Ostwald

em relação às gotículas esféricas e em contato com seu vapor, os dois raios situados na fase líquida são iguais e, portanto, mantêm sinais positivos. Portanto, em referência à equação de Kelvin, a pressão de vapor da gota será maior do que o mesmo líquido com uma superfície plana. Um exemplo é que, para um raio de gota de água de 10 Nm, o aumento da pressão de vapor é de aproximadamente 10%. Quanto menor o raio das gotículas, maior a pressão de vapor. (Barnes 2005)

por exemplo, no caso de um sistema de polidispersão (gotículas com tamanhos diferentes), as partículas menores tendem a se dissolver (ou seja , ter maior solubilidade) ou evaporar anexando-se à superfície dos maiores, levando as partículas maiores a continuar a crescer com o tempo, mas as partículas menores desaparecendo. Este processo espontâneo conhecido como amadurecimento de Ostwald foi reconhecido pela primeira vez em 1896 por Wilhelm Ostwald. (Ostwald 1896)

um efeito da vida real da equação de Kelvin ocorre em nuvens nas quais as gotículas maiores crescem esperando ser pesadas o suficiente para cair como chuva. Da mesma forma, esse processo também existe para Cristais contidos em soluções. Os cristais maiores tendem a crescer em vez dos menores, resultando em um processo de amadurecimento de Ostwald. Este processo é um efeito importante do envelhecimento que ocorre em todos os sistemas do polydisperse. Pode ser observado em espumas, emulsões, bem como sols aquosos. (Adamson 1990)

em termos de instabilidade da espuma, a razão da instabilidade pode ser devido ao amadurecimento de Ostwald. A força motriz do amadurecimento de Ostwald surge devido à variação da pressão de Laplace entre bolhas de tamanho desigual que são as bolhas de espuma menores e maiores. (Barnes 2005)

as bolhas menores com uma pressão de gás maior do que as bolhas maiores causam um efeito na estabilidade da espuma. Para o período de armazenamento de espuma, as bolhas sobem no campo de gravidade até o topo do líquido devido à grande densidade existente entre o líquido e as fases do gás. A partir daqui, eles moldam uma estrutura vagamente fechada ou em forma de favo de mel, da qual o líquido drena formando espuma que acaba sendo mais seca. Os filmes finos criados podem entrar em colapso devido à gravidade e causar coalescência de bolhas. Quando o aumento da solubilidade do gás com a pressão acontece, o gás entre as bolhas é capaz de se difundir das bolhas menores para as maiores. Uma grande bolha na espuma que é cercada por bolhas menores pode causar um grande buraco na estrutura da espuma. (Hubbard 2002)

o amadurecimento de Ostwald é a causa da instabilidade da espuma quando uma diferença de pressão maior de bolhas de espuma que são Cames esféricos é vista. No caso da espuma poliédrica (com lamela líquida planar), a diferença de pressão das bolhas de espuma não é grande e, portanto, a instabilidade da espuma não é por causa do processo de Ostwald. (Tadros 2005)

como a superfície da bolha se comporta como um comportamento viscoelástico, o processo de amadurecimento de Ostwald em bolhas de espuma pode ser reduzido pela adição de um gás que é apenas solúvel no líquido. Como resultado deste processo, também tem um efeito de diminuição da área de superfície específica no tempo devido às partículas altamente solúveis. (Lyklema 2005) o amadurecimento de Ostwald é importante porque é usado para aumentar a eficiência na filtragem industrial e analítica. (Barnes, 2005)

Condensação Capilar

Kelvin efeito também pode ser observado em termos de condensação capilar devido à existência de uma curvatura, um menisco. A condensação capilar surge devido à adsorção do vapor em um capilar que cria uma superfície líquida com pequeno raio de curvatura. (Fisher 2002)

a pressão de vapor dos líquidos inferior à do mesmo líquido com uma superfície plana é uma consequência da posição dos raios na fase de vapor. Se a pressão de vapor real for maior do que a pressão de vapor calculada usando a equação de Kelvin para a superfície curva do que a condensação provavelmente ocorreria. A pressão de vapor real para uma superfície plana pode possivelmente ser menor do que a pressão de vapor de saturação. (Patrick 2006)

à medida que ocorre o Capilar preenchido por condensação capilar, imediatamente é gerado um menisco (que depende da tensão superficial dos líquidos) na interface líquido-vapor, permitindo que o equilíbrio esteja sob o Psat (pressão de vapor de saturação). A baixa pressão de vapor, o líquido condensa em menor raio do capilar. À medida que a pressão de vapor aumenta, mais condensação do líquido no capilar de raio maior é preenchida, fazendo com que o raio do menisco aumente (capilar ficando cheio). A equação de Kelvin implica que o Pv/Psat sobe dentro de um capilar e o raio do menisco se expandirá ainda mais, causando a criação de uma superfície mais plana. Portanto, a condensação de vapor é capaz de ocorrer suavemente ao longo da faixa de pressões de vapor. Para qualquer interface de vapor líquido envolvendo um menisco, a equação de Kelvin, portanto, relaciona a mudança entre a pressão de vapor de equilíbrio e a pressão de vapor de saturação.

a condensação capilar como fator importante, é significativa por meio de estruturas porosas naturais e sintéticas. Essas estruturas permitem que os cientistas reconheçam o conceito de condensação capilar para determinar a distribuição do tamanho DOS poros, bem como a área da superfície por meio de isotermas de adsorção. (Barnes, 2005)

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