Физико-химические термины, процессы и явления

Агломерация – термический способ окускования мелких сыпучих материалов путем сжигания мелкодисперсного топлива, равномерно распределенного в шихте и непрерывного продува ее воздухом. Используется в металлургии и строительном материаловедении. Окускование при А. происходит, главным образом, в результате образования жидких легкоплавких химических соединений, связывающих при остывании отдельные зерна в куски.

Агрегатные состояния – состояния одного и того же вещества, переходы между которыми сопровождаются скачкообразным изменением его свободной энергии, энтропии, плотности и др. физических свойств. Все вещества (за некоторым исключением) могут существовать в трех А.с. – твердом, жидком и газообразном. Так, вода при нормальном давлении р = 101325 Па = 760 мм рт.ст. и при температуре 0°С кристаллизуется в лед, а при 100°С кипит и превращается в пар. Четвертым А.с. часто считают плазму.

Агрегация – явление слипания тонких частиц. Склонность к А. возрастает с увеличением удельной поверхности частиц и, как следствие, возрастанием поверхностной энергии системы.

Природа А. связана с проявлением поверхностных сил в местах контактов и зависит от параметров кристаллического состояния частиц (энергия кристаллической решетки, природа химических связей, тип структуры, координационные числа, а также прочность, твердость др.). А. тем сильнее, чем материал тверже, больше степень ковалентности и жесткости связи, больше пространственных связей в соединении. А. имеет место при тонком помоле твердых материалов (например, клинкера). Чем больше энергии затрачивается на разрушение и образование новых поверхностей, тем выше поверхностная энергия частиц и склонность к А.

Адгезия – возникновение связи между поверхностными слоями двух разнородных (твердых или жидких) тел (фаз), приведенных в соприкосновение; является результатом межмолекулярного взаимодействия, ионной или металлической связей.

Активность гидравлическая – условная величина, отражающая скорость набора прочности цементным камнем и прочность, достигаемую в 28 суточном возрасте.

А.г. связана со степенью гидратации цемента a (или со скоростью ее изменения во времени a - da/dt) и изменением концентрации новообразований с_н во времени (dс_н/dt). Эта зависимость сложным образом отражается на марочной прочности цемента, поскольку быстрый набор прочности в ранние сроки приводит к накоплению внутренних напряжений и затрудняет релаксацию этих напряжений.

Ангобирование – процесс нанесения тонкого декоративного слоя глины на поверхность керамического изделия.

Аппретирование – обработка волокнистых материалов и текстильных изделий специальными составами с целью придания им необходимых свойств, напр. гидрофобности или гидрофильности, упругости, жесткости, огнестойкости и др.

Аппреты – веществава, вводимые в волокнистые материалы, с целью придания им необходимых свойств. В качестве аппретов могут использоваться: карбоксиметилцеллюлоза, крахмал и его производные, синтетические латексы, кремнийорганические жидкости и различные смолы и др. вещества.

Аэрогели – хрупкие микропористые тела, образующиеся высушиванием геля, которые используются как сорбенты.

Аэрозоли – дисперсные системы, состоящие из мельчайших частиц, взвешенных в воздухе (газе). Различают пыли, дымы, туманы. Пыли состоят из тв. частиц размером 10…100 мкм, диспергированных в газообразной среде в результате механического измельчения твердых тел. Частицы пыли быстро оседают под действием силы тяжести. Дымы (0, 1..5 мкм) – более устойчивые системы; образуются гл. обр. в результате горения твердых тел. Туманы состоят из капелек жидкости (³ 10 мкм), образующихся при конденсации пара или распыления жидкости.

Аэросил – высокодисперсныйаморфный кремнезём, с уд. поверхностью 175…380 м²/г. А. получают разложением паров в SiСl₄ в атм. водяного пара при 1100…1400^оС.

Вулканизация [от имени Вулкана (Vulcanus) бога огня и кузнечного дела в римской мифологии)] – технологический процесс резинового производства, при к-ром каучук превращается в резину. В результате процесса В. повышаются прочность, твёрдость, тепло- и морозостойкость каучука, снижается степень его набухания в органич. Растворителях. Эти изменения обусловлены соединением макромолекулы каучука в т.н. вулканизационную сетку, образуемую хим. поперечными связями. В их создании участвуют вулканизирующие агенты (сера, органич. перекиси, синтетич. смолы и др.), усорители (органич. сульфиды, меркптаны и пр.), активаторы (ZnO, MgO и др.) Темп-ра В. порядка 140…200^оС.

Выщелачивание – извлечение на основе избирательной растворимости одного или нескольких компонентов из твёрдого пористого тела (см. Экстракция).

Глазурование – процесс декорирования керамических изделий путём нанесения на поверхность тончайшего слоя водной суспензии стеклопорошка (фритты). Г. осуществляется, в зависимости от технологических условий и вида изделий поливом, распылением или окунанием с последующим обжигом.

Глазурь (нем. Glasur, от Glas – стекло) – стекловидное покрытие толщ. 0, 13…0, 3 мм на керамике, закреплённое обжигом. По хим. природе Г. представляет собой щелочные, щелочноземельные и др. алюмосиликатные и алюмоборосиликатные стёкла. Г. предохоаняет керамич. черепок от загрязнении, действия к-т и щелочей, делает его водонепроницаемым и придаёт изделям декоративные св-ва, соответствующие архит.-художеств. требованиям. Г. подразделяют на прозрачные и непрозрачные (глухие), бесцветные и окрашенные.

Гашение – технологическая операция при получении гидратной извести (пушонки) или известкового теста из комовой или молотой извести (кипелки). Гашение или гидратация извести кипелки заключается в затворении её водой. При этом на 1 кг извести выделяется 1155, 7 кДж (276 ккал). Для получения гидратной извести пушоки необходимо 60…70% воды затворения от массы негашеной извести, для получения известкового теста – 100…120%. Процесс гашения продолжается в течение 8…30 мин и более и зависит от активности негашёной извести.

Гелеобразование – переход коллоидного растврора из свободно-дисперсионного состояния (золя) в свзнодисперсное состояние геля.

Гидратация – процесс взаимодействия в-в с водой, при котором молекулы воды не разрушаются (в отличие от гидролиза и др. р-ций с участием воды); частный случай сольватации. В результате Г. часто образуются соединения пост. или перем. состава – гидраты. Кристаллич. гидраты определенного состава, т.н. кристаллогидраты известны для многих в-в (цементов, солей и др.)

Горение – сложное, быстро превращающее хим. превращение, сопровождающееся выделением теплоты и света. Основа Г. экзотермич. окислительно-восстановит. реакция (или комплекс реакций) вещества с окислителем (кислородом, перекисями и др).

Дислокации – линейные несовершенствование кристаллической решетки, которые в двух измерениях имеют размеры порядка атомных, а в третьем - большой размер может тянуться через весь кристалл. Из-за дислокации прочность реальных (дефектных) кристаллов во много раз меньше, чем иделальных (бесдефектных).

Дисперсные системы – образования из двух или более числа фаз (тел) с сильно развитой поверхностью раздела между ними. В Д.с. одна из фаз (дисперсионная фаза) распределена в виде мелких частиц (кристалликов, капель, пузырьков) распределена в другой фазе (дисперсионной среде). Примерами Д.с. служат дымы, облака, атмосферные осадки, горные породы, растительные и животные ткани, краски, моющие средства и др.

Диссипация – процесс рассеяния (разрушения) динамических систем, у которых полная мех. энергия (сумма кинетич. и потенц. энергии) при движении непрерывно уменьшается.

Диссипация (от лат. dissipatio – рассеивание) у физических систем – переход части энергии упорядоченного процесса (напр. электрического тока) в энергию неупорядоченного процесса, и в конечном счёте – в тепловую энергию (напр., в джоулеву теплоту); у механических систем – переход части их механической энергии в другие формы энергии (напр., в теплоту) за счёт наличия сил сопротивления.

Диссоциация (от лат. dissociatio – разъединение, разделение) – распадение молекул на нескольео более простых частиц, молекул, атомов, радикалов или ионов. Обычно различают три вида Д.: термическую, проиходящую при повышении температуры (напр., N₂O₄ Û 2NO₂), электролитическую – расщепление молекул в растворе электролитов на ионы (напр., КОН Û К⁺ + ОН^-) и фотохимическую, наблюдаемую при действии света (напр., Сl + hν → 2Cl, где hν – квант света). Количественной характеристикой Д. является степень диссоциации – отношение числа распавшихся молекул к общему числу молекул.

Дистилляция (от лат. distillatio – стекание каплями) – разделение жидких смесей, основанное на различии температур кипения компонентов смеси или различии их скоростей испарения (то же, что перегонка).

Дистиллят – продукт дистилляции (перегонки); напр., при перегонке нефти Д. – бензин, керосин, смазочные масла и пр.

Дискретность (от лат. discretus – разделённый, прерывистый) – прерывность. Напр., дискретное изменение какой-либо величины во времени – это изменение, происходящее с определённой периодичностью (скачками); система целых чисел (в противоположность системе всех действительных чисел) дискретна; твёрдая фаза может быть непрерывной или дискретной. В физике и химии Д. означает атомистичность, а материаловедении – означает зернистость структуры.

Ионный обмен – процесс разделения, основанный на способности твёрдых веществ (ионитов) обменивать свои подвижные ионы на ионы растворов электролитов.

Кавитация ( от лат. cavitas – пустота) – образование в капельной жидкости полостей, заполненных газом, паром или их смесью (т.н. кавитационных пузырьков или каверн). Кавитац. пузырьки образуются в тех местах, где давление в жидкости становится ниже нек-рого критического р_кр (реальной жидкости р_кр приблиз. равно давлению насыщ. пара этой жидкости при данной темп-ре). Если понижение давления происходит вследствие больших местных скоростейв потоке движущейся жидкости, то К. наз гидродинамической, а если вследствие прохождения звуквых волн – акустической.

Коалесценция – слияние капель и газовых пузырьков при их соприкосновении. К. происходит в объёме дисперсионой среды или на поверхности к.-либо тела и является причиной разрушения эмульсий и пен. Наличие в системе ПАВ-стабилизаторов препятствует К. вследствие образования защитных адсорбционно-сольватных слоёв на поверхности капель или пузырьков. Скорость и степень К. регулируют темп-рой, перемешивание, центрифугированием, введением ПАВ, электролитов и пр.

Коагуляция – свертывание, загустевание коллоидных растворов.

Когезия – сцепление частиц вещества (молекул, ионов, атомов). составляющих одну фазу. К. обусловлена силами межмолекулярного (межатомного) притяжения различной природы.

Кольматация – проникание мельчайших твердых частиц в поры твердой фазы и закупоривание их. К. имеет место например, в технологии керамики при фильтрации глиняных суспензий, а также при устройстве гидротехнических сооружений («вмыв» мельчайших глинистых частиц в поры грунта для уменьшения его водопроницаемости)

Корродирование – процесс образования коррозии.

Кристаллизация – фазовый переход вещества из состояния переохлажденной (пересыщенной) маточной среды в кристаллическую фазу с меньшей свободной энергией.

Кристаллизация – выделение твёрдой фазы в виде кристаллов из арстворов или расплавов. Кристаллизация осуществляется в результате пересыщения или переохлаждения раствора (расплава) и характеризуется переходом вещества из жидкой фазы в твёрдую. К. – массообменый процесс.

Набухание – процесс увеличения объёма тввёрдого тела вследствие поглощения им жидкости или пара из окружающей среды. Способность к набуханию – характерная особенность тел, состоящих из природных и синтетических полимеров, а также нек-рых минералов со слоистой кристалической решёткой (напр., монмориллониты). Различают ограниченное и неограниченное Н. В первом случае макромолекулы соединены между собой достаточно прочно, и Н. прекращается, достигнув опр. предела. Набухшее тело сохраняет форму и чёткую границу раздела с жидкой средой (напр. желатин в холодной воде или древесина). Во втором случае взаимная диффузия напр., растворителя в полимер и полимера в растворитель приводит к постепенному исчезновению границы раздела и заканчивается полным растворением. Процесс набухания монтмориллонитовых глин в условиях избытка влаги приводит к полному роспуску глины и образованию сузпензии. В грунтах, такие глины, набухая при недостатке влаги в стеснённом состоянии и за счёт слоистой структуры, становятся водоупорными.

Нейтрализация (франц. neutralisation, от лат. neuter – ни тот ни другой) – хим. реакция между веществом, имеющие св-ва кислоты, и веществом имеющим св-ва основания, приводящая к потере характерных св-в в обоих соединениях. Реакция Н. применяется в хим. произ-вах и произ-ве некоторых строительных материалов для уменьшения вредного влияния некоторых хим. активных компонентов (напр., нейтрализация фенолоспиртов в технологии минераловатных изделей).

Окисление – процесс соединения какого-либо вещества с кислородом. Суть окисления состоит в отнятии электронов от атомов или ионов. Кроме кислорода О₂ окислителями являются: озон О₃, перекись водорода Н₂О₂, хлор Сl₂, фтор F₂ и др.

Оксидирование – окисление поверхностных слоев металлических изделий химической или электрохимической обработкой либо воздействием воздуха при высоких температурах. Образующиеся оксидные пленки имеют декоративное значение и предохраняют изделие от коррозии.

Пенообразование – процессобразования и скопления пузырей газа (пара), разделённых тонкими прослойками жидкости

Пенообразователи – повехностно-активные вещества, способствующие процессу диспергирования газов в жидкости и образованию пены.

Пены – ячеистые структурированные дисперсные системы, образованные скоплением пузырей газа (пара), разделённых тонкими прослойками жидкости. Размер пузырей – от долей до неск. десятков мм; общий объём газовой фазы может в десятки и сотни превышать объём жидкой среды. Пены разрушаются в результате коалесценции пузырей. Их устойчивость обусловлена присутствием в жидкой фазе пенообразователей (мыл, мылоподобных ПАВ, нек-рых растворимых полимеров. Устойчивые П. широко используются при получении пеноматериалов: пенобетон, пеностекло, пенокерамика, пенопласты и пр.

Пептизация – распад частиц в дисперсных системах; процесс, обратный коагуляции. П. происходит при повышении темп-ры, удалении коагулянтов, введении в дисперсную среду нек-рых электролитов или ПАВ. При П. возможно полное разрушение пространственной сетки и переход геля в золь. П. используют в хим. промышленности при получении жидких систем из порошков и паст.

Поликонденсация – процесс получения полимеров из би- или полифункциональных мономеров, сопровождающийся выделением побочного низкомолекулярного вещества (воды, спирта и др.).

Полимеризация – процесс получения полимеров, при котором макромолекула образуется путем последовательного присоединения низкомолекулярного вещества (мономера) к активному центру, находящемуся на конце растущей цепи.

Раствор пересыщенный – раствор, в к-ром концентрация растворённого в-ва выше его растворимости. Р.п. нестабильны и легко переходят в состояния насыщения. При этом из них выпадает часть твёрдой фазы.

Раствор насыщенный – раствор, находящийся в равновесии с твёрдой фазой. В Р.н. между кристаллами раствором возникает подвижное равновесие, при к-ром количество растворяющихся из кристалла частиц и вновь кристаллизующихся частиц одинаково в единицу времери.

Растворение – процесс перехода твёрдой фазы в жидкую (растворитель). Р. – процесс обратный кристаллизации (из пересышенного раствора). Относится к массобменным процессам.

Рекристаллизация (от ре… и кристаллизация) – образование и рост одних кристаллических зёрен более совершенной структуры за счётсоседних зёрен менее совешенной структуры той же фазы. Р. происходит при твёрдофазовом спекании керамики, при термической обработки металлов.

Рекуперация (от лат. recuperatio – обратное получение, возвращение):

– (в теплотехнике) использование части физ. тепла газообразных продуктов сгорания, покидающих печь или паровой котёл, для подогрева теплоносителей, ипользуемых в других установках. Р. позволяет уменьшить потери тепла с уходящими газами и повысить кпд теплового агрегата;

- (в химии) метод улавливания или выделения органич. растворителей с целью их повторного использования.

Релаксация (от лат. relaxatio – ослабление, уменьшение) – процесс постепенного перехода термодинамической системы из неравновесного состояния, вызванного внеш. воздействиями, в состояние равновесия термодинамического. Примерами релаксац. процесов являются: постепенное изменение напряжения в теле при постоянной его деформации (Р. напряжений); выравнивание неравномерно распределёной концентрации в р-рах и газовых смесях путём диффузии; выравнивание температуры в неравномено нагретом теле путём кондукции и др.

Реология (от греч. rhé os – течение, поток и ló gos – слово, учение) – наука о деформациях и текучести вещества. Рассматривает процессы, связанные с необратимыми остаточными деформациями и течением разнообразных вязких и пластичных материалов, явления релаксаци напряжений и т.д. Р. тесно связана с гидромеханикой, теориями упругости, пластичности и ползучести; в ней широко используют метододы вискозиметрии. Вопросы реологии широко рассматриваются в материаловедение, в физике полимеров, в механике грунтов, в физике дисперсных систем и др.

Самодиффузия – процесс диффузии в химически чистом веществе (однокомпонентной системе). Пример – самопроизвольное выравнивание изотропного состава по всему объёму вещества, просходящее вследствие теплового движения частиц вещества.

Синерезис (от греч. syná iresis – сжатие, уменьшение) – самопроизвольное изменение объема высокодисперсных структур, сопровождаюшееся отделением жидкой фазы (напр., из гелей, студней и пр.).

Смачиваемость – способность жидкости к смачиванию поверхности твёрдого тела.

Смачивание – проявление межмолекулярного взаимодействия на границе соприкосновения 3 фаз – жидкости (фаза 1), газа (фаза 2) (или другой жидкости, не смешивающейся с первой) и твёрдого тела (фаза 3), выражающееся в растекании жидкости по поверхности твёрдого тела. Жидкая поверхность раздела, пересекая твёрдую поверхность по нек-рой линии, называется периметром смачивания, образует с ней краевой угол Θ. Мерой С. служит величина соsΘ = (σ ₂₃ – σ ₁₃)/σ ₁₂ , где σ ₁₂, σ ₁₃ и σ ₁₃ – поверхностное натяжение на границе соответствующих фаз. Предельные случаи: Θ = 0^о – абсолютное С.; Θ = 180^о – несмачивание. Явление С. имеет место в различных технологических процессах: крашении, флотации, смешении и др. См. также Гидрофильность и Гидрофобность.

Сольватация (от лат. solvo – растворяю) – взаимодействие частиц (ионов, молекул и т.д.) растворённого вещества и растворителя. Мол. группы, образовавшиеся в результате такого взаимодействия наз. сольватами. С. в водных растворах наз. гидратацией, а образовавшиеся мол. группы гидратами.

Сольвент [от лат. solvens (solventis) – растворяющий] – жидкая смесь ароматич. углеводородов (ксилолов с примесью толуола и др.) выкипающая в пределах 120…200 ^оС. Различают С. каменноугольный и нефтяной. Применяют как растворитель в лакокрасочной, резиновой и др. отраслях пром-сти.

Спекание – процесс превращения сыпучих или вязкопластичных материалов при повышенных температурах в камневидное состояние с зернистой или монолитизированной структурой. Различают жидкостное и твёрдофазное спекание. Напр. спекание глин, -металлических порошков, спекание при агломерации и коксовании.

Твердение (вяжущих веществ) – процесс загустевания вязко-пластичных смесй до окончательной потери подвижности и превращения в упругое тело.

Флокуляция – вид коагуляции, при которой частицы дисперсной фазы образуют рыхлые, хлопьевидные агрегаты (флокулы). В жидких системах флокуляция происходит при введении специальных добавок – флокулянтов и ускоряется при тепловом или механическом воздействии. Наиболее активными флокулянтами в водных средах являются кремневая кислота и органические полимеры.

Эмалировá ние – электрохим. процесс покрытия керамич., стекл. и металлич. изделий эмалями для защиты их от коррозии, повреждения, высоких темп-р, а также придания надлежащего внешнего вида. Закрепляется эмаль обжигом.

Эмульгá торы – вещества, способствующие образованию эмульсий. К Э. относят мыла, желатину и мн. синтетич. вещества.

Эмульгирование – процесс приготовления устойчивых высокодисперсных эмульсий. Э. осуществляется двумя методами - диспергированием и конденсацией. Применяется при получении битумных (асфальтовых) эмульсий, переработке эмульсий натуральных каучуков, получении консистентных смазок и пр.

Эффузия (от лат. effusio – разлитие, растекание) – медленное истечение газов через малые отверстия. В зависимости от отношения диаметра отверстия d к длине свободного пробега молекул l различают два режима Э.: молекулярное истечение (при d/l < < 1) и истечение газа по законам гидродинамики (при d/l > > 1).