конденсация

КОНДЕНСАЦИЯ (от позднелат. condensatio - уплотнение, сгущение) - переход вещества из газообразного состояния (пара) в жидкое или твёрдое состояние. Ква-зистатич. процесс К. происходит в условиях равновесия сосуществующих фаз и является фазовым переходом 1-го рода. Если при этом давление р поддерживается постоянным, то сохраняется постоянной и абс. темп-ра Т. Связь между р и Т определяется равенством химических потенциалов и для пара и жидкости соответственно:

или задаётся Клапейрона - Клаузиуса уравнением. Эти ур-ния справедливы как для К., так и для обратного процесса - испарения, направление же процесса определяется теплообменом с окружающей средой: если системе сообщается теплота, происходит испарение, при её отводе - К. Кол-во теплоты, выделяющееся при К. единицы массы, равно теплоте испарения. В квази-статич. условиях К. пара в жидкость возможна в интервале давления от критического до давления в тройной, точке. Ниже давления в тройной точке конденсирующийся пар граничит с кристаллом (рис. к ст. Испарение).

Равновесие между паром и конденсированной фазой (напр., в замкнутом объёме) имеет динамич. характер: ср. потоки конденсирующихся и испаряющихся молекул равны между собой, т. е. компенсируют друг друга. При нарушении фазового равновесия величину нескомпенсированного потока молекул можно оценить, используя приближение идеального газа для пара (т. н. ур-ние Герца - Кнудсена):

где - коэф. конденсации, различный для разных веществ, р_н - равновесное давление (давление насыщения при темп-ре Т), т - масса молекулы. Если в газовой фазе присутствует неконденсирующий газ, то К. пара происходит при его парциальном давлении, соответствующем линии насыщения чистого вещества. Молекулы газа скапливаются у поверхности раздела фаз и затрудняют К., снижая её скорость, однако появляющийся градиент концентраций вызывает их диффузию.

Если первоначально пар не сосуществует с конденсированной фазой, то он может перейти в метастабиль-ное состояние, характеризуемое степенью пересыщения =р/р_н. При высоких степенях пересыщения внутри парогазовой смеси даже в отсутствие конденсирующих поверхностей может начаться процесс К. Кинетика нач. стадии такой объёмной К. описывается теорией гомогенного зародышеобразования. Высокая степень пересыщения создаётся при быстром расширении пара в потоке, при смешении пара с холодным газом, в молекулярных пучках. Образование зародышевых капель облегчается на смачиваемых стенках, твёрдых частицах (гетерогенное зародышеобразование) и на ионах (напр., в Вильсона камере).

К. и испарение играют важную роль в круговороте воды в природе, а также в разл. технол. процессах. На тепловых и атомных электростанциях К. отработанного водяного пара происходит при низком давлении (ок. 4 КПа). На смачиваемой твёрдой охлаждаемой поверхности конденсат образует сплошную плёнку, к-рая ухудшает теплообмен между паром и стенкой. В отсутствие смачивания наблюдается капельный режим К., к-рый предпочтительнее плёночного, однако при длит. работе несмачиваемая поверхность обычно становится смачиваемой. К. используется также в холодильных машинах, в ожижителях газов, в опреснительных и ректификационных установках. Кроме К. на твёрдой поверхности в технике применяют К. на струях и каплях предварительно охлаждённой жидкости.

Неравновесная К. на твёрдой поверхности с темп-рой (T_тp - темп-pa тройной точки) может идти по схеме пар жидкость кристалл. Для ряда веществ экспериментально показано, что ниж. граница перехода к механизму К. пар-кристалл лежит при T_тp (см. Кристаллизация ).Неравновесная К. на охлаждаемой подложке (напр., для воды при 120 К) может приводить к образованию твёрдого аморфного (стеклообразного) слоя вещества.

Лит.: Радченко И. В., Молекулярная физика, М. 1965; Хирс Д., Па унд Г., Испарение и конденсация пер. с англ., М., 1966; Кириллин В. А., Сычев В. В. Шейндлин А. Е., Техническая термодинамика, 4 изд. М., 1983. В. П. Скрипов

   <<      Предметный указатель      >>