Кристаллизация газонасыщенных слоев аморфного льда с зародышевыми кристаллами

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Доступ платный или только для подписчиков

Аннотация

Экспериментально исследована самопроизвольная кристаллизация газонасыщенных слоев аморфного льда, полученных низкотемпературной конденсацией сверхзвуковых потоков разреженного пара и этана при их различной ориентации относительно охлаждаемой подложки. Присутствие в неравновесной среде кристаллических зародышей, образованных в сверхзвуковом потоке пара, обеспечивает условия для инициирования «горячих» центров и переход к спонтанной кристаллизации газонасыщенного слоя с образованием газового гидрата. Полученные образцы содержали высокую концентрацию газа, значительно превышающую его концентрацию для гидрата этана в равновесном состоянии. Высокая газонасыщенность указывает на присутствие молекул газа в пористой среде конденсата в свободном состоянии.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

М. З. Файзуллин

Институт теплофизики УрО РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: faizullin@itp.uran.ru
Россия, Екатеринбург

А. В. Виноградов

Институт теплофизики УрО РАН

Email: faizullin@itp.uran.ru
Россия, Екатеринбург

А. С. Томин

Институт теплофизики УрО РАН

Email: faizullin@itp.uran.ru
Россия, Екатеринбург

В. П. Коверда

Институт теплофизики УрО РАН

Email: faizullin@itp.uran.ru
Россия, Екатеринбург

В. М. Брюханов

Институт теплофизики УрО РАН

Email: faizullin@itp.uran.ru
Россия, Екатеринбург

Список литературы

  1. Mishima O. Reversible First-order Transition between Two H2O Amorphs at ~0.2 GPa and ~135 K // J. Chem. Phys. 1994. V. 100. № 8. P. 5910.
  2. Loerting T., Salzmann C., Kohl I., Mayer E., Hallbrucker A. A Second Distinct Structural “State” of High-density Amorphous Ice at 77 K and 1 bar // Phys. Chem. Chem. Phys. 2001. № 3. P. 5355.
  3. Loerting T., Winkel K., Seidl M., Bauer M., Mitterdorfer C., Handle P.H., Salzmann C.G., Mayer E., Finneyd J.L., Bowron D.T. How Many Amorphous Ices Are There? // Phys. Chem. Chem. Phys. 2011. № 13. P. 8783.
  4. Tonauer C.M., Fidler L.-R., Giebelmann J., Yamashita K., Loerting T. Nucleation and Growth of Crystalline Ices from Amorphous Ices // J. Chem. Phys. 2023. V. 158. 141001.
  5. Stevenson K.P., Kimmel G.A., Dohnalek Z., Scott Smith R., Kay B.D. Controlling the Morphology of Amorphous Solid Water // Science. 1999. V. 283. P. 1505.
  6. Kimmel G.A., Stevenson K.P., Dohnalek Z., Scott Smith R., Kay B.D. Control of Amorphous Solid Water Morphology Using Molecular Beams. I. Experimental Results // J. Chem. Phys. 2001. V. 114. № 12. P. 5284.
  7. Faizullin M.Z., Vinogradov A.V., Tomin A.S., Koverda V.P. Nonstationary Nucleation (Explosive Crystallization) in Layers of Amorphous Ice Prepared by Low-temperature Condensation of Supersonic Molecular Beams // Int. J. Heat Mass Transfer. 2017. V. 108. P. 1292.
  8. Файзуллин М.З., Виноградов А.В., Томин А.С., Коверда В.П. Исследование процессов конденсации и кристаллизации при образовании газовых гидратов в сверхзвуковых струях // ТВТ. 2019. Т. 57. № 5. С. 769.
  9. Faizullin M.Z., Vinogradov A.V., Koverda V.P. Hydrate Formation in Layers of Gas-saturated Amorphous Ice // Chem. Eng. Sci. 2015. V. 130. P. 135.
  10. Sloan E.D., Koh C.A. Clathrate Hydrates of Natural Gases. 3rd ed. Boca Raton: CRC Press, 2007. 752 p.
  11. Kvendolden K. Gas Hydrates–Geological Perspective and Global Change // Rev. Geophys. 1993. V. 31. № 2. P. 173.
  12. Hag B.U. Gas Hydrates: Greenhouse Nightmare? Energy Panacea or Pipe Dream? // GSA Today. 1998. V. 8. № 11. P. 1.
  13. Чернов А.А. Процессы кристаллизации. В кн.: Современная кристаллография. Т. 3. М.: Наука, 1980. С. 162.
  14. Suga H., Seki S. Thermodynamic Investigation on Glassy States of Pure Simple Compounds // J. Non-Cryst. Solids. 1974. V. 16. № 2. P. 171.
  15. Ghormley J.A. Enthalpy Changes and Heat-capacity Changes in the Transformations from High-surface-area Amorphous Ice to Stable Hexagonal Ice // J. Chem. Phys. 1968. V. 48. № 7. P. 503.
  16. Файзуллин М.З., Виноградов А.В., Коверда В.П. Свойства газовых гидратов, полученных неравновесной конденсацией молекулярных пучков // ТВТ. 2014. Т. 52. № 6. С. 852.
  17. Uhlmann D.R. A Kinetic Treatment of Glass Formation // J. Non-Cryst. Solids. 1972. V. 7. № 2. P. 337.
  18. Faizullin M.Z., Skokov V.N., Koverda V.P. Glass Transition and Crystallization of Water and Aqueous Solutions of Organic Liquids // J. Non-Cryst. Solids. 2010. V. 356. № 23–24. P. 1153.
  19. Torchet G., Schwartz J., Farges J., de Feraudy M.F., Raoult B. Structure of Solid Water Formed in a Free Jet Expansion // J. Chem. Phys. 1983. V. 79. № 12. P. 6196.
  20. Yakushev V.S., Istomin V.A. Gas Hydrate Self-preservation Effect. In: Physics and Chemistry of Ice / Eds. Maeno N., Hondoh T. Sapporo: Hokkaido Univ. Press, 1992. P. 136.
  21. Stern L.A., Circone S., Kirby S.H., Durham W.B. Ano-malous Preservation of Pure Methane Hydrate at 1 atm // J. Phys. Chem. B. 2021. V. 105. P. 1756.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Схема осаждения газонасыщенных образцов: 1 – медная подложка; 2 – жидкий азот; 3, 4 – капилляры для потоков пара и газа; 5 – измерительная ячейка; 6 – образец; α, β – углы отклонения потоков пара и газа от нормали к подложке.

Скачать (11KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Поведение ДТА-термограмм при нагревании насыщенных этаном конденсатов аморфного льда, сформированных осаждением потоков пара и газа без использования сверхзвукового сопла (1) и при сверхзвуковом осаждении (2); штриховые кривые – повторный цикл охлаждение–нагревание.

Скачать (15KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Поведение тангенса угла кривых диэлектрических потерь tgδ слоев аморфного льда, насыщенных этаном, при разных углах осаждения потоков пара и газа и массовой доле газа при осаждении ω = 18%: 1 – α = β = 0°, 2 – 30°, 3 – 45°, 4 – 60°.

Скачать (14KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Поведение tgδ слоев аморфного льда, насыщенных этаном, при α = β = 60° и различном газосодержании: 1 – ω = 0%, 2 – 7%, 3 – 18%, 4 – 36%, 5 – 54%.

Скачать (15KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2025