什么是过冷现象? 过冷现象是怎么形成的?
过冷现象的定义:
结晶时,实际结晶温度低于理论结晶温度的现象.在一定压力下,当液体的温度已低于该压力下液体的凝固点,而液体仍不凝固的现象叫液体的过冷现象(supercooled phenomena of liquid).此时的液体称为过冷液体(supercooled liquid),这是一种热力学上的不稳定状态,在通过外界摩擦等作用下会迅速凝固,并使温度回升,表现在过冷曲线上便是一个V字形.液体越纯,过冷现象越明显.高纯水-40摄氏度才开始结冰.这是因为液体太过纯净,没有凝固所需的“结晶核”所致.当具备凝固所需物质,例如投入少许固体,或摇晃液体,都能让液体迅速凝固.
过冷现象的原理:
冰的形成其实是一个结晶的过程,如果原本水中已存在结晶核(冰晶),低于其标准熔点的液体的水分子就会在核周围形成结晶结构,依附在冰晶上,结成冰的过程就可以进行.但是有些水太洁净,没有尘埃和杂质,容器又非常干净而平滑,缺少这样的晶核,冰晶就因无处可依附而不能形成,于是温度轴上的液体部分可以一直延伸,即使温度低于冰点(0°),水仍然会维持在液体的状态,直到均匀核化结晶生成.
如要进行超冷冻的现象要符合以下三个条件:
1、一瓶很纯洁,无沉淀物,无杂质的水.(最好是蒸馏水)
2、平滑而内里没划痕的容器.
3、放在可以冷冻至摄氏零下几度的冰箱一段时间.(如数小时)
什么是过冷度,影响过冷度的因素是什么
过冷度是指在一定压力下冷凝水的温度低于相应压力下饱和温度的差值 或是指物质(如金属、合金、晶体)的理论结晶温度(Tcyrstalize)与实际给定的结晶现场温度(Tcurrent)的差值,即△T=Tcyrstalize-Tcurrent。 用途 连续冷却时候,冷却速度的高低影响相变时过冷度的大小。正是过冷度的大小影响组织形貌和结晶类型。缓慢冷却时候,合金在不大的过冷度下就发生了相变。这时候只能结晶析出石墨。过冷度足够大冷却速度足够快时候,就会析出 渗碳体。(钢铁冶炼中工业生产实用参数) 随着冷却速度的增加,过冷度也会增加。在具有较大的过冷度的情况下,形核率的增加比晶核长大的速度更快从而可以获得更细晶粒 过冷度的影响因素
1.金属的性质:不同金属的过冷度不同。
2.液体金属的纯度:纯度越大,过冷度越大。
3.冷却速度:冷却速度越大,过冷度越大出现凝结水过冷度的原因有:
① 凝汽器构造上存在缺陷,管束之间蒸汽没有足够的通往凝汽器下部的通道,使凝结水自上部管子流下,落到下部管子的上面再度冷却。而遇不到汽流加热,则当凝结水流至热井中时,造成过冷度增大。
② 凝汽器水位高,以致部分铜管被凝结水淹没而产生过冷却。
③ 凝汽器汽侧漏空气或抽汽设备运行不良,造成凝汽器内蒸汽分压力下降而引起过冷却。
④ 凝汽器铜管破裂,凝结水内漏入循环水(此时凝结水质严重恶化,如硬度超标)。
⑤ 凝汽器冷却水量过多或水温过低。
为什么产生过冷现象?如何控制过冷程度
过冷现象是由于溶解在溶液中的溶质在温度降到凝固点以后,没有晶体析出而达到过饱和状态的现象,原因一般是由于寒剂温度过低,降温过快或溶液中较干净,没有杂质晶核。
在冷却过程中,如稍有过冷现象是合乎要求的,但过冷太厉害或寒剂温度过低,则凝固热抵偿不了散热,此时温度不能回升到凝固点,在温度低于凝固点时完全凝固,就得不到正确的凝固点。因此,实验操作中必须注意掌握体系的过冷程度。对于溶液而言,过冷太甚还会导致溶剂大量析出,mB变大,Tf变小,显然回升的最高温度不是原浓度溶液的凝固点,引起测量误差。
控制过冷程度的方法:调节寒剂的温度以不低于所测溶液凝固点3℃为宜;为了判断过冷程度,本实验先测近似凝固点;当溶液温度降至高于近似凝固点的0.5℃时,迅速取出冷冻管,擦去水后插入空气套管中,以防止过冷太甚。