Строительные исследования
страница - 0
УДК 534.5 : 532.781
О ПРИРОДЕ ВОЗНИКНОВЕНИЯ АКУСТИЧЕСКОЙ ЭМИССИИ ПРИ РАСТВОРЕНИИ ВЕЩЕСТВ Шокаров Х.Б. (hasanby@mail. ru) Кабардино-Балкарский Государственный Университет
For the first time an attempt is made of modelling the process of generation of acoustic waves under the substance dissolution.
It is shown that acoustic emission is caused by change of the molecule specific volume at dissolution.
Using the wave equation solution at the boundary conditions coming from the Stefans problem, the frequences and amplitudes of the standing sound waves caused by the interface (liquid - solution) motion in liquid are determined. A good agreement of their values with the experimental ones is obtained.
Согласно [1] акустической эмиссией сопровождаются процессы кристаллизации и плавления вещества. Поскольку при плавлении и растворении твердого тела наблюдается переход последнего в жидкую фазу, то по аналогии можно ожидать, что и процесс растворения будет сопровождаться акустической эмиссией [2,3]. В [2,3] экспериментально обнаружено возникновение акустических волн при растворении веществ и установлены закономерности изменения параметров акустической эмиссии в зависимости от концентрации раствора и его температуры, однако в литературе нет сведения о механизме возникновения акустической эмиссии при растворении веществ в жидкости.
В данном сообщении делается попытка математического моделирования этого явления.
Как известно, при растворении твердого вещества в жидкости объем раствора не равняется сумме объемов чистого растворителя и растворенного вещества - парциальные молярные объемы растворенного вещества отличны от парциальных объемов молекул в твердом состоянии. Это изменение объема равно [4]
Э lnC ЭР
где n -число атомов растворенного вещества в единице объема, к - постоянная Больцмана, Т - абсолютная температура, C°=n/N-концентрация насыщенного раствора. Формула (1) справедлива лишь для слабых растворов; AV может быть как положительным, так и
повышении давления растворимость вещества увеличивается, то AV<0.
На современной стадии развития теории нет надежной оценки изменения удельного объема растворенного вещества в жидкости, поэтому приходится руководствоваться только опытными данными. Так, например, при температуре 298.1 °К парциальный молекулярный объем аммиака в воде на 12.5% меньше, чем обычный его молекулярный объем, тогда как объем фтористого водорода в том же растворителе на 50% больше, чем его обычный объем [5].
В [5] приводится таблица парциальных молекулярных объемов
растворенного вещества и растворителя в некоторых водных растворах.
Из данных таблицы видно, что по мере возрастания концентрации растворенного вещества в растворителе парциальные молярные объемы
незначительно, и можно его не учитывать. Напротив, парциальные молярные объемы растворяемого вещества заметно меняется. Для сахара
отрицательным в зависимости от знака производной
Э1пС ЭР
Если при
последнего несколько уменьшается, но это уменьшение
это изменение можно представить в виде
V2* -1024 = Y2-1024 -(1+
8.7
- С) ,
348.6
Таблица.
Парциальные молекулярные объемы растворенного вещества и
растворителя в некоторых водных растворах.
Плотность раствора г/мл | Весовая доля растворен. вещ-ва. | Конц-я раств. вещ-ва.С0, г/мл | Парциальн. мольный объем растворителя V*-1024мл | Парциальн. мольный объем раст. вещ-ва V2* -1024мл | Кажущийся мольный объем раст. вещ-ва, V2* -1024мл |
Сахар при 298.1 0К | |||||
0.99709 | 0 | 0 | 29.803 | 348.54 | 348.54 |
1.03679 | 0.1 | 0.103679 | 29.795 | 350.09 | 349.40 |
1.07940 | 0.2 | 0.215880 | 29.780 | 351.80 | 350.28 |
Аммиак при 288 о К | |||||
0,980 | 0,0468 | 0,0459 | 29.73 | 39,74 | 40,32 |
0,960 | 0,080 | 0,941 | 29,75 | 39,63 | 40,01 |
0,940 | 0,1540 | 0,1447 | 29,79 | 39,21 | 39,72 |
Последние формулы могут быть переписаны в следующем виде
AV/V=PC,(2)
где b=2.5 10-2 для сахара и b=-0.14 для аммиака.
Таким образом, при растворении сахара в воде объем системы увеличивается, а при растворении аммиака - уменьшается.
В процессе растворения твердого вещества в жидкости узкая зона, в которой происходит отрыв молекул твердого вещества и их переход в раствор, служит зоной возмущения плотности жидкости.
Изменение плотности жидкости в этой зоне будет распространяться по всему объему жидкости в виде звуковых сигналов, иначе говоря, из зоны растворения вещества будет происходить эмиссия звуковых волн.
В качестве модели распространения акустических волн из зоны растворения веществ в жидкости рассмотрим цилиндрический сосуд,
содержание:
[стр.Введение] [стр.1] [стр.2] [стр.3]