Физические явления

Растворение

Механизм растворения объясняется тепловым движением молекул. В результате растворения молекулы вещества равномерно распределяются по объему растворителя. В капиллярной дефектоскопии большинство дефектоскопических материалов жидкие. Поэтому в дальнейшем речь будет идти о растворении жидкостей, твердых тел и газовых смесей в жидкостях.

В капиллярной дефектоскопии растворение играет весьма важную роль при подготовке изделий к контролю (растворение и удаление загрязнений), удалении излишков пенетранта с поверхности изделия и окончательной очистке изделия от проявителя, особенно если для этого используются органические растворители. Кроме того, растворение газа (обычно воздуха) в индикаторной жидкости может значительно увеличить скорость и предельную глубину заполнения дефектов пенетрантом.

Существуют такие пары жидкостей, компоненты которых почти полностью нерастворимы друг в друге (вода - ртуть, вода - керосин и др.), компоненты ряда жидких систем обладают ограниченной растворимостью (вода - фенол, метиловый спирт - гексан, вода - анилин), а во многих случаях имеет место полная взаимная растворимость компонентов друг в друге.

Коротко рассмотрим некоторые основные закономерности растворения. Растворимость газов в жидкостях зависит от вида газа и растворителя, температуры и давления. При постоянной температуре влияние давления (исключая область высоких давлений) достаточно хорошо описывается законом Генри, в соответствии с которым растворимость с данного газа в данном растворителе прямо пропорциональна давлению р этого газа над раствором.

При растворении смеси газов растворимость каждого из них определяется его парциальным давлением. Растворение газов в жидкости - процесс экзотермический (идет с выделением тепла). Поэтому в соответствии с принципом Ле-Шателье повышение температуры уменьшает растворимость газов. Наличие в жидкости других растворенных веществ также уменьшает растворимость газа. Так, добавление поваренной соли в воду, нагретую до температуры ниже температуры кипения, вызывает бурное выделение пузырьков воздуха вследствие уменьшения его растворимости в воде.

Для взаимной растворимости жидкостей применяется эмпирическое правило, согласно которому «подобное растворяет подобное». Это значит, что вещества, близкие между собой по составу, строению и величине молекул, обычно хорошо растворимы друг в друге. Например, углеводороды хорошо растворяются в углеводородах, спирты - в спиртах и т.д. В разное время предпринималось немало безуспешных попыток применить то или иное свойство веществ в качестве универсального критерия растворимости жидкости. Однако одну закономерность можно считать достаточно общей: полярные вещества лучше растворимы в полярных жидкостях, а неполярные - в неполярных.

Растворимость твердых тел также сильно зависит от их природы, природы растворителя и температуры. В то же время давление, в отличие от растворимости газов в жидкостях, слабо влияет на растворимость в жидкостях твердых тел. Растворение твердого вещества в жидкости обычно сопровождается поглощением тепла (эндотермический процесс), которое расходуется на разрушение его кристаллической решетки, поэтому в соответствии с принципом Ле-Шателье растворимость твердых тел в большинстве случаев увеличивается при нагревании. Иногда облегчение растворения при нагревании зависит не от повышения растворимости вещества, а от увеличения скорости его растворения.

При некоторой концентрации (%) вещества в растворе достигается его насыщенное состояние, при котором раствор находится в устойчивом равновесии с растворенным веществом. При дальнейшем добавлении вещества оно уже не растворяется, а выпадает в осадок. Концентрацию С принято называть растворимостью вещества в данном растворителе.

На растворимость влияет множество факторов: температура, дисперсность (измельченность) вещества, продолжительность контакта, наличие или отсутствие в составе растворителя и вещества, однородных химически активных групп, молекулярный вес и полярность. С ростом температуры, степени дисперсности, усилением поверхностного взаимодействия растворителя и вещества растворимость последнего повышается. Растворимость существенно увеличивается под действием механических вибраций, особенно ультразвуковой частоты, что может быть в значительной мере обусловлено усилением поверхностного взаимодействия.

На растворение веществ различных классов значительное влияние оказывает молекулярный вес, с ростом которого растворимость в одних и тех же жидкостях уменьшается.

В капиллярном методе контроля явление растворения сопровождает все операции, начиная с приготовления дефектоскопических материалов (растворение красителей, люминофоров, очистителей), при подготовке объекта к контролю (для очистки полостей дефектов) пропитке дефектов пенетрантами, проявлении и окончательной очистке объекта после контроля.