Розчи́нення — процес взаємодії речовин з переходом їх у йонну або колоїдну форми та утворенням гомогенних систем, нових сполук. Розчинення супроводжується руйнуванням взаємодій між молекулами індивідуальних речовин і утворенням між компонентами розчину. Розчинення можливе тоді, коли енергія взаємодій між компонентами розчину більша від енергії взаємодій у вихідних речовинах.
Вплив іонізуючого випромінювання на розчинення
Іонізуюче випромінювання за певних умов може бути ефективним способом інтенсифікації розчинення твердих речовин. Зазвичай розрізняють дві області розчинення — дифузійну, яка регулюється процесами переносу речовини у рідкій фазі, та кінетичну, за якої швидкість розчинення багато у чому залежить від властивостей твердої речовини. Для більшості йонних сполук стадія взаємодії розчинника із йонами, розташованими на поверхні твердої фази, перебігає майже миттєво, і швидкість розчинення визначається дифузійними процесами у розчині. У цьому випадку вплив радіаційних дефектів можу бути завуальований, оскільки масоперенесення у рідкій фазі є найбільш повільною стадією розчинення. Однак для окремих сполук (мало- та важкорозчинних) перехід йонів солі до розчину йде доволі повільно і увесь процес залежить від швидкості взаємодії розчинника із твердою речовиною, тобто від його природи, структури й наявності радіаційних дефектів (якщо вони є).
Ознаками гетерогенного процесу розчинення, який контролюється дифузією, є:
- залежність швидкості процесу від швидкості та напрямку руху розчину
- залежність швидкості розчинення від коефіцієнту дифузії й в'язкості рідини у граничному шарі біля поверхні твердого тіла, у якому скопичуються розчинені речовини або продукти реакції
- порівняно невисокі значення температурного коефіцієнту розчинення
Для кінетичної області є характерним:
- зазвичай відносно малі абсолютні значення константи швидкості розчинення
- сталість значень константи швидкості розчинення за різних інтенсивностях перемішування
- швидке збільшення коефіцієнтів швидкості розчинення із температурою
Найбільш часто при вивченні ролі радіаційних дефектів у процесі розчинення солей проводяться досліди у обмеженому об'ємі розчинника, тобто у цьому випадку справедливе рівняння кінетики розчинення більшості сполук у воді:
- де — коефіцієнт дифузії, — коефіцієнт швидкості міжфазного процесу, — ефективна товщина граничного шару, — поверхня розчинюваної сполуки, — порядок реакції розчинення, — розчинність даної сполуки, — концентрація розчину по даній сполуці на момент часу
В якості структурно-чутливої характеристики обирають швидкість розчинення, тобто зміну величини із плином часу, дозою, інтенсивністю опромінення й іншими параметрами. Виникнення у кристалічній ґратці твердил тіл зміщених атомів є одним з ефектів бомбардування тяжкими частинками (нейтрони, протони). Це супроводжується процесами іонізації й збудження із утворенням різних електронних дефектів з наступними перетвореннями (як й за -опромінення). Основні ефекти у металах пов'язані із зміщеними атомами. Для йонних кристалів, навпаки, дефекти електронного типу мають вирішальне значення. Великий вплив на розчинення мають макропорушення структури поверхні опромінюваних кристалів: ямки випаровування, тороси росту, радіаційне розтріскування, зплавлення нерівностей, які спостерігаються як за опромінення електронами, так й за бомбардування тяжкими частинками. Опромінення не завжди створює надлишкову концентрацію дефектів. Іноді буває, що внаслідок радіаційного відпалювання, кристал навіть довершується за рахунок зменшення кількості «біографічних» порушень. Концентрація та природа радіаційних порушень при зберіганні опромінених кристалів зазвичай змінюються по мірі їх взаємодії між собою. Паралельно змінюються й властивості даного зразка. Відповідно, у одних умовах після впливу радіації навіть для одного й того ж зразка процес розчинення може прискорюватися, а у інших сповільнюватися.
Бомбардування нейтронами або будь-якими прискореними тяжкими частинками, викликаючи глибокі, тривало існуючі структурні зміни у кристалічній ґратці, здійснює найбільший вплив на процес розчинення. Наприклад, при опроміненні потоком прискорених протонів із енергією 260 Мев (щільність струму протонів досягала протон/см2), швидкість розчинення зростає. Таке збільшення швидкості переходу заліза до розчину пояснюється появою великого числа об'ємних дефектів (вакансії, зміщені атоми. термічні піки) в результаті впливу протонів на кристалічну ґратку . Характерна зміна швидкості розчинення по мірі розчинення визначається двома чинниками: збідненням поверхні дефектами за рахунок їх комбінації і більш легкої їх дифузії у приповерхневій області до міжфазної границі (зтікання дефектів), а також поступовим розчиненням поверхневого шару, оголюючого більш порушені ділянки . Тому й спостерігається декотрий індукційний період у процесі розчинення.
Чутливість швидкості розчинення до опромінювання нейтронами залежить у більшій мірі від типу граней кристалу. Анізотропія радіаційного впливу характерна практично для усіх лужно-галоїдних сполук. Наприклад, у випадку та найбільш чутлива грань (100), а по граням (110) й (111) розчинення йде із однаковою швидкістю як до, так й після опромінення нейтронами (інтегральний потік см−2).
Незалежно від механізму утворення радіаційного заряду й його розподілу у об'ємі твердого тіла за певних умов спостерігаються електричні пробої, які іноді супроводжуються появою фігур Ліхтенберга. Це значить, що усередині опроміненого зразка виникає градієнт електричного поля, перевищуючий пробійну напругу. Наприклад, при опроміненні електронами із енергією 1-2 Мев кристалів у них (при експозиційних дозах електрон/см2) розвиваються деревоподібні канали — сліди пробоїв як у ході опромінення, так й після нього. Одночасно уздовж каналів й у об'ємі з'являється велика кількість крайових дислокацій й частинки колоїдного літію. Усе це накладається на радіаційні дефекти, які створюються опроміненням. Відсутність пробою не значить відсутність надлишкового радіаційного заряду у промінених потоком іонізуючих частинок діелектриках; зарядження веде до появи об'ємної поляризації, яка зберігається тривалий час й після припинення впливу радіації. Формування радіаційного заряду сильно впливає на кінетику утворення й розподілу радіаційних дефектів у кристалах, на роботу виходу електрона й каталітичні властивості окисних каталізаторів. Наявність зовнішнього електричного поля у такій гетерогенній системі, як тверде тіло-розчинник, або поява надлишкового заряду на границі поділу фаз при опроміненні або поляризації помітно змінює швидкість процесів, які є складовими елементами розчинення (сорбція, кристалізація, орієнтування бо розорієнтування молекул на міжфазній границі, швидкість їх руху у розчині тощо).
Див. також
Примітки
- Громов В. В. Воздействие ионизирующего излучения на процессы растворения. — Успехи химии, 1978. — Т. XLVII. (рос.)
Література
- Мала гірнича енциклопедія : у 3 т. / за ред. В. С. Білецького. — Д. : Донбас, 2007. — Т. 2 : Л — Р. — 670 с. — .
Вікіпедія, Українська, Україна, книга, книги, бібліотека, стаття, читати, завантажити, безкоштовно, безкоштовно завантажити, mp3, відео, mp4, 3gp, jpg, jpeg, gif, png, малюнок, музика, пісня, фільм, книга, гра, ігри, мобільний, телефон, android, ios, apple, мобільний телефон, samsung, iphone, xiomi, xiaomi, redmi, honor, oppo, nokia, sonya, mi, ПК, web, Інтернет
Rozchi nennya proces vzayemodiyi rechovin z perehodom yih u jonnu abo koloyidnu formi ta utvorennyam gomogennih sistem novih spoluk Rozchinennya suprovodzhuyetsya rujnuvannyam vzayemodij mizh molekulami individualnih rechovin i utvorennyam mizh komponentami rozchinu Rozchinennya mozhlive todi koli energiya vzayemodij mizh komponentami rozchinu bilsha vid energiyi vzayemodij u vihidnih rechovinah Solvataciya ionu natriyu molekulami vodiVpliv ionizuyuchogo viprominyuvannya na rozchinennyaIonizuyuche viprominyuvannya za pevnih umov mozhe buti efektivnim sposobom intensifikaciyi rozchinennya tverdih rechovin Zazvichaj rozriznyayut dvi oblasti rozchinennya difuzijnu yaka regulyuyetsya procesami perenosu rechovini u ridkij fazi ta kinetichnu za yakoyi shvidkist rozchinennya bagato u chomu zalezhit vid vlastivostej tverdoyi rechovini Dlya bilshosti jonnih spoluk stadiya vzayemodiyi rozchinnika iz jonami roztashovanimi na poverhni tverdoyi fazi perebigaye majzhe mittyevo i shvidkist rozchinennya viznachayetsya difuzijnimi procesami u rozchini U comu vipadku vpliv radiacijnih defektiv mozhu buti zavualovanij oskilki masoperenesennya u ridkij fazi ye najbilsh povilnoyu stadiyeyu rozchinennya Odnak dlya okremih spoluk malo ta vazhkorozchinnih perehid joniv soli do rozchinu jde dovoli povilno i uves proces zalezhit vid shvidkosti vzayemodiyi rozchinnika iz tverdoyu rechovinoyu tobto vid jogo prirodi strukturi j nayavnosti radiacijnih defektiv yaksho voni ye Oznakami geterogennogo procesu rozchinennya yakij kontrolyuyetsya difuziyeyu ye zalezhnist shvidkosti procesu vid shvidkosti ta napryamku ruhu rozchinu zalezhnist shvidkosti rozchinennya vid koeficiyentu difuziyi j v yazkosti ridini u granichnomu shari bilya poverhni tverdogo tila u yakomu skopichuyutsya rozchineni rechovini abo produkti reakciyi porivnyano nevisoki znachennya temperaturnogo koeficiyentu rozchinennya Dlya kinetichnoyi oblasti ye harakternim zazvichaj vidnosno mali absolyutni znachennya konstanti shvidkosti rozchinennya stalist znachen konstanti shvidkosti rozchinennya za riznih intensivnostyah peremishuvannya shvidke zbilshennya koeficiyentiv shvidkosti rozchinennya iz temperaturoyu Najbilsh chasto pri vivchenni roli radiacijnih defektiv u procesi rozchinennya solej provodyatsya doslidi u obmezhenomu ob yemi rozchinnika tobto u comu vipadku spravedlive rivnyannya kinetiki rozchinennya bilshosti spoluk u vodi d c d t g D D d g S c 0 c t n displaystyle frac dc dt frac gamma D D delta gamma S c 0 c t n de D displaystyle D koeficiyent difuziyi g displaystyle gamma koeficiyent shvidkosti mizhfaznogo procesu d displaystyle delta efektivna tovshina granichnogo sharu S displaystyle S poverhnya rozchinyuvanoyi spoluki n displaystyle n poryadok reakciyi rozchinennya c 0 displaystyle c 0 rozchinnist danoyi spoluki c t displaystyle c t koncentraciya rozchinu po danij spoluci na moment chasu t displaystyle t V yakosti strukturno chutlivoyi harakteristiki obirayut shvidkist rozchinennya tobto zminu velichini d c d t displaystyle frac dc dt iz plinom chasu dozoyu intensivnistyu oprominennya j inshimi parametrami Viniknennya u kristalichnij gratci tverdil til zmishenih atomiv ye odnim z efektiv bombarduvannya tyazhkimi chastinkami nejtroni protoni Ce suprovodzhuyetsya procesami ionizaciyi j zbudzhennya iz utvorennyam riznih elektronnih defektiv z nastupnimi peretvorennyami yak j za g displaystyle gamma oprominennya Osnovni efekti u metalah pov yazani iz zmishenimi atomami Dlya jonnih kristaliv navpaki defekti elektronnogo tipu mayut virishalne znachennya Velikij vpliv na rozchinennya mayut makroporushennya strukturi poverhni oprominyuvanih kristaliv yamki viparovuvannya torosi rostu radiacijne roztriskuvannya zplavlennya nerivnostej yaki sposterigayutsya yak za oprominennya elektronami tak j za bombarduvannya tyazhkimi chastinkami Oprominennya ne zavzhdi stvoryuye nadlishkovu koncentraciyu defektiv Inodi buvaye sho vnaslidok radiacijnogo vidpalyuvannya kristal navit dovershuyetsya za rahunok zmenshennya kilkosti biografichnih porushen Koncentraciya ta priroda radiacijnih porushen pri zberiganni oprominenih kristaliv zazvichaj zminyuyutsya po miri yih vzayemodiyi mizh soboyu Paralelno zminyuyutsya j vlastivosti danogo zrazka Vidpovidno u odnih umovah pislya vplivu radiaciyi navit dlya odnogo j togo zh zrazka proces rozchinennya mozhe priskoryuvatisya a u inshih spovilnyuvatisya Bombarduvannya nejtronami abo bud yakimi priskorenimi tyazhkimi chastinkami viklikayuchi gliboki trivalo isnuyuchi strukturni zmini u kristalichnij gratci zdijsnyuye najbilshij vpliv na proces rozchinennya Napriklad pri oprominenni F e 2 O 3 displaystyle mathrm Fe 2 O 3 potokom priskorenih protoniv iz energiyeyu 260 Mev shilnist strumu protoniv dosyagala 10 16 displaystyle 10 16 proton sm2 shvidkist rozchinennya zrostaye Take zbilshennya shvidkosti perehodu zaliza do rozchinu H C l displaystyle mathrm HCl poyasnyuyetsya poyavoyu velikogo chisla ob yemnih defektiv vakansiyi zmisheni atomi termichni piki v rezultati vplivu protoniv na kristalichnu gratku F e 2 O 3 displaystyle mathrm Fe 2 O 3 Harakterna zmina shvidkosti rozchinennya po miri rozchinennya viznachayetsya dvoma chinnikami zbidnennyam poverhni defektami za rahunok yih kombinaciyi i bilsh legkoyi yih difuziyi u pripoverhnevij oblasti do mizhfaznoyi granici ztikannya defektiv a takozh postupovim rozchinennyam poverhnevogo sharu ogolyuyuchogo bilsh porusheni dilyanki F e 2 O 3 displaystyle mathrm Fe 2 O 3 Tomu j sposterigayetsya dekotrij indukcijnij period u procesi rozchinennya Chutlivist shvidkosti rozchinennya do oprominyuvannya nejtronami zalezhit u bilshij miri vid tipu granej kristalu Anizotropiya radiacijnogo vplivu harakterna praktichno dlya usih luzhno galoyidnih spoluk Napriklad u vipadku K C l displaystyle mathrm KCl ta N a C l displaystyle mathrm NaCl najbilsh chutliva gran 100 a po granyam 110 j 111 rozchinennya jde iz odnakovoyu shvidkistyu yak do tak j pislya oprominennya nejtronami integralnij potik 1 10 8 displaystyle 1 cdot 10 8 sm 2 Nezalezhno vid mehanizmu utvorennya radiacijnogo zaryadu j jogo rozpodilu u ob yemi tverdogo tila za pevnih umov sposterigayutsya elektrichni proboyi yaki inodi suprovodzhuyutsya poyavoyu figur Lihtenberga Ce znachit sho useredini oprominenogo zrazka vinikaye gradiyent elektrichnogo polya perevishuyuchij probijnu naprugu Napriklad pri oprominenni elektronami iz energiyeyu 1 2 Mev kristaliv L i F displaystyle mathrm LiF u nih pri ekspozicijnih dozah 1 10 15 1 10 17 displaystyle 1 cdot 10 15 div 1 cdot 10 17 elektron sm2 rozvivayutsya derevopodibni kanali slidi proboyiv yak u hodi oprominennya tak j pislya nogo Odnochasno uzdovzh kanaliv j u ob yemi z yavlyayetsya velika kilkist krajovih dislokacij j chastinki koloyidnogo litiyu Use ce nakladayetsya na radiacijni defekti yaki stvoryuyutsya oprominennyam Vidsutnist proboyu ne znachit vidsutnist nadlishkovogo radiacijnogo zaryadu u prominenih potokom ionizuyuchih chastinok dielektrikah zaryadzhennya vede do poyavi ob yemnoyi polyarizaciyi yaka zberigayetsya trivalij chas j pislya pripinennya vplivu radiaciyi Formuvannya radiacijnogo zaryadu silno vplivaye na kinetiku utvorennya j rozpodilu radiacijnih defektiv u kristalah na robotu vihodu elektrona j katalitichni vlastivosti okisnih katalizatoriv Nayavnist zovnishnogo elektrichnogo polya u takij geterogennij sistemi yak tverde tilo rozchinnik abo poyava nadlishkovogo zaryadu na granici podilu faz pri oprominenni abo polyarizaciyi pomitno zminyuye shvidkist procesiv yaki ye skladovimi elementami rozchinennya sorbciya kristalizaciya oriyentuvannya bo rozoriyentuvannya molekul na mizhfaznij granici shvidkist yih ruhu u rozchini tosho Div takozhRozchinnist Pidzemne rozchinennyaPrimitkiGromov V V Vozdejstvie ioniziruyushego izlucheniya na processy rastvoreniya Uspehi himii 1978 T XLVII ros LiteraturaMala girnicha enciklopediya u 3 t za red V S Bileckogo D Donbas 2007 T 2 L R 670 s ISBN 57740 0828 2