Энергообмен и энергетический баланс в процессе растворения

Энергообмен и энергетический баланс в процессе растворения

Энергетический баланс. Фазовый переход, возникающий при смешивании льда с солью, сопровождается определенным тепловым эффектом. Тающий лед поглощает тепло (отрицательный тепловой эффект), различные соли при растворении могут либо поглощать, либо выделять тепло.

Например, если применить NaCl, то растворение 1 г льда при -10° С потребует поглощения 77,4 кал тепла в случае эквивалентного количества соли и 80,5 кал в случае эвтектического.

Механизм процесса растворения. Рассмотрение процесса поможет нам разобраться, каким образом начинается растворение сухих кристаллов, находящихся на поверхности сухого льда. Допустим, что на поверхности частиц соли имеется тонкая пленка адсорбированного водяного пара или что на льду есть квазижидкая пленка, способная растворить некоторое количество молекул соли. Возникающие при этом микроскопические капельки рассола при наличии градиента концентрации просачиваются в лед, нарушая равновесие внутри него. Лед растворяется и разжижает рассол, уменьшение концентрации которого приводит к тому, что в нем растворяются все новые и новые частицы соли. Если соль, растворяясь, поглощает тепло, то температура контактной зоны падает и процесс замедляется; в противном случае, когда при растворении соли выделяется тепло, в зоне контакта между нагревающейся жидкостью и холодным льдом возникает большой температурный градиент, в результате чего температура льда быстро повышается, что способствует ускорению процесса растворения льда. (Кроме того, лед тает под действием высокой температуры нагревающейся жидкости).

Если используется крупнозернистая соль, то процесс растворения поначалу идет в отдельных, изолированных друг от друга центрах. В этом случае проведенные нами расчеты [в частности, уравнение (1)] не дадут достаточно полной картины, так как мы исходим из того, что площадь равномерного контакта соли со всей массой льда способствует образованию изотермической поверхности. Некоторые характерные особенности наблюдаются и при растворении тонких ледяных пленок: в этом случае частицы соли быстро разъедают лед и опускаются на грунт; вокруг них образуются капли рассола, увеличение которых происходит медленно, так как скорость диффузии невелика. (Растворение льда здесь происходит за счет градиента концентрации рассола внутри каждой капли, т. е. происходит диффузия молекул соли от находящейся в центре капли частицы к окружающему ее льду.) Даже в том случае, когда концентрация соли превышает эквивалентную, лед не удается полностью удалить до тех пор, пока он не будет механически смешан с солью и рассолом.

Наблюдения показали, что, как правило, время растворения ледяной корки оказывается больше расчетного.

Результаты большого числа экспериментов по растворению ледяных корок разной толщины с помощью различных солей. Растворение самых тонких корок (меньше 1 мм) требует больше времени, чем более толстых. Причины этого рассматривались выше.

Читайте так же:

Комментарии запрещены.