Динамика кристаллизации твердого этанола

Abstract

Экспериментальные исследования кинетики фазовых переходов образцов этилового спирта C₂H₅OH из аморфной в кристаллическую фазу показали, что скорость переходов и их энергетические характеристики сильно зависят от размеров и состава образцов (спирт-ректификат, абсолютный спирт). Массивные аморфные образцы спирта-ректификата размерами в несколько миллиметров кристаллизовались почти полностью в моноклинную фазу за несколько часов при температуре Т ~ 125 К, в то время как в аморфных нанокластерных образцах, состоящих из кластеров размерами порядка десятков нанометров, подобный переход наблюдали при Т ~ 110 К. Характерные времена перехода из одной кристаллической фазы в другую также сильно отличались. Температуры перехода из пластической фазы в моноклинную как массивных, так и нанокластерных образцов абсолютного спирта были ниже (100–105 К), и кристаллизация нанокластерных образцов происходила существенно быстрее. Показатели степени во временной зависимости x ~ t n по модели JMAK (кристаллизация аморфного вещества) сильно зависели от температуры, и для нанокристаллитов составляли порядка единицы и менее, в то время как для массивных образцов показатель степени n оказался ближе к двум как для ректификата, так и для абсолютного спирта.

Експериментальні дослідження кінетики фазових переходів зразків етилового спирту C₂H₅OH з аморфної у кристалічну фазу показали, що швидкість переходів та їх енергетичні характеристики сильно залежать від розмірів зразків та складу зразка (спирт-ректифікат, абсолютний спирт). Масивні аморфні зразки спирту-ректифікату розмірами в декілька міліметрів кристалізуються майже повністю в моноклинну фазу за кілька годин при температурі Т ~ 125 К, в той час як в аморфних нанокластерних зразках, що складаються з кластерів розмірами порядку десятків нанометрів, подібний перехід спостерігали при Т ~ 110 К. Характерні часи переходу з однієї кристалічної фази в іншу також сильно відрізнялися. Температури переходу з пластичної фази в моноклинну як масивних, так і нанокластерних зразків з абсолютного спирту були нижче (100–105 К), і кристалізація нанокластерних зразків відбувалася значно швидше. Показники степені залежності x ~ t n за моделлю JMAK (кристалізація аморфної речовини) сильно залежали від температури, і для нанокристалітів становили близько одиниці та менше, в той час як для масивних зразків показник степені n виявився ближчим до двох як для ректифікату, так і для абсолютного спирту.

Experimental studies of the kinetics of phase transitions of samples of ethanol C₂H₅OH from amorphous to crystalline phase have shown that the rate of transitions and their energy characteristics strongly depend on the size of the samples and the composition of the sample (rectified alcohol or absolute alcohol). Massive amorphous samples with a size of several mm of rectified alcohol crystallized almost completely into the monoclinic phase in a few hours at a temperature of T ~ 125 K, while in amorphous powder samples consist of clusters of the order of tens of nm had a similar transition at T ~ 110 K. The characteristic times of transition between two crystalline phase for absolute ethanol were also very different. The temperatures of transition from the plastic phase to the monoclinic for both bulk and nanoclusters samples were lower (100–105 K), though the crystallization of nanoclusters samples was much faster. The exponent in the time dependence x ~ t n for the JMAK model (crystallization of the amorphous substance) strongly depended on the temperature, and for nanocrystallites was on the order of 1 or less, while for massive samples the exponent n turned out to be closer to 2, and for the rectificate and for the absolute ethanol.