В.Д. Александров, С.А. Фролова.
АННОТАЦИЯ
На основании термограмм нагревания и охлаждения различных веществ проанализировано явление взрывной кристаллизации переохлаждённых жидкостей. В качестве доказательства явления взрывной кристаллизации приведены соответствующие термограммы в координатах температура — время для теллура, висмута, воды и уксусной кислоты. На схематической кривой охлаждения продемонстрированы различные структурные перестройки, происходящие в жидкой фазе, а также этапы затвердевания: образования зародышей кристаллов, их коагуляции и последующей изотермической кристаллизации. Взрывная кристаллизация на втором этапе характеризуется быстрым подъёмом температуры из области переохлаждения до температуры плавления со скоростями, превышающими скорости охлаждения (т.е. теплоотвода) на два-три порядка. Сделана попытка объяснения явления взрывной кристаллизации с позиций известных положений кластерно-коагуляционной модели кристаллизации и теории цепных реакций. Расчётами установлено, что критические размеры зародышей кристаллов сопоставимы с размерами элементарных ячеек соответствующих кристаллических решёток, а работа их образования — с энергиями межмолекулярных связей. На основании расчётов теплоты, выделяющейся при образовании зародышей, а также межфазной поверхностной энергии, выделяемой при коагуляции зародышей кристаллов, выдвинута гипотеза о том, что «строительным» материалом роста кристаллов наряду с молекулами, могут служить кристаллоподобные кластеры и устойчивые зародыши кристаллов. Показано, что при образовании зародышей и их коагуляции выделяемая энергия эквивалентна квантам электромагнитного излучения, которая способна к активации появления новых центров кристаллизации, размножения и коагуляции зародышей. Расчёты показали, что при коагуляции множества зародышей выделяется энергия, достаточная для быстрого прогрева вещества из области переохлаждения до температуры плавления. По аналогии с известной диаграммой теплового взрыва построена и проанализирована подобная диаграмма зависимости тепловыделения и теплоотвода от времени для процесса взрывной кристаллизации. Найдены критические значения начала взрывного процесса и скорости охлаждения жидкой фазы. Дана оценка завершающей стадии равновесной кристаллизации после взрывной.
КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА:
перегрев; переохлаждение; кластеры; зародыши; коагуляция; взрывая кристаллизация.
DOI: 10.31857/S023501062006002X