|
Методы контроля за состоянием вещества в течение опыта
(см. один из следующих разделов) применяются пока очень ограниченно. За
ними, несомненно, будущее. Основной же в настоящее время - метод закалки.
При очень быстром снижении температуры до комнатной скорость всех происходящих
в системе химических реакций уменьшается на много порядков. В результате
мы извлекаем из охлажденных реакторов вещество в
том состоянии, в каком оно находилось в опыте.
Это, без сомнения, верно для подавляющего большинства
твердых фаз. Достаточно хорошо закаляются в стекла силикатные расплавы
почти всех составов. Исключение составляют ультраосновные
расплавы, в которых успевает кристаллизоваться тонкозернистый агрегат
пироксенов и оливинов (закалочные фазы).
В подобных случаях экспериментаторы вынуждены разрабатывать критерии отличия
фаз, образовавшихся в процессе опыта от закалочных. Растворенные в расплаве
летучие компоненты выделяются в процессе закалки в стекле в виде мельчайших
пузырьков.
Хуже всего закаляются водные растворы. Суждения о концентрациях и формах
существования растворенного в них вещества корректны лишь для водных растворов
тяжелых металлов, да и то не для очень высоких (до 3000) температур.
Кроме быстрого снижения температуры к эффекту закалки,
т.е. к практически мгновенной остановке химической реакции, приводит быстрый
отвод летучих компонентов из реактора при сбросе давления. Таким образом,
возможны следующие варианты закалки: изобарическая,
изотермическая, изохорная (автоклавная).
Последний вариант наиболее распространен. Автоклав или другой реактор
быстро охлаждается от температуры опыта до комнатной погружением его в
холодную воду, обдуванием воздухом или туманом. В силу большой теплоты
парообразования воды происходит очень быстрый отвод тепла. В соответствии
с изменением теплофизических свойств передающей давление среды параллельно
с температурой понижается и давление. Стенки рабочего сосуда при этом
работают в очень напряженных условиях и интенсивно корродируются, что
значительно сокращает срок их службы. От закалки туманом, предложенной
в 70-е годы практически сразу по этой причине отказались. При автоклавном
методе закалки не всегда может быть решена проблема идентификации
закалочных фаз.
Изобарическая закалка
производится в опытах при атмосферном давлении. Иногда для ее ускорения
контейнер с образцом сбрасывают в сосуд, наполненный водой или ртутью.
Изобарическая закалка также наиболее обычна на твердофазных установках
и газовых бомбах с внутренним нагревом. В них производится
просто отключение тока, а продолжающее работать охлаждение установки обеспечивает
быстрое понижение температуры. Последнее облегчается чрезвычайно низкой
инерционностью маленьких печей, используемых в таких аппаратах.
Иногда в газовых бомбах ампула для закалки выбрасывается из горячей зоны
нагревателя при помощи электромагнитного устройства или изменением положения
(наклоном) реактора.
Гораздо реже используется метод изотермической закалки.
Метод резкого сбрасывания давления и отвода флюидной
фазы (изотермической закалки) применяется главным образом в тех случаях,
если нужно различать фазу, которая может кристаллизоваться как в процессе
опыта, так и выпадать как закалочная из флюида. Такую закалку возможно
проводить на гидротермальных установках экзоклавного
типа, твердофазных установках и, в принципе,
в газовых бомбах. Изотермическая закалка может привести к ряду нежелательных
явлений. В сухих высокотемпературных системах может резко возрасти степень
плавления вещества. Минеральные фазы, содержащие летучие компоненты, начнут
при сбросе давления разлагаться, расплавы с летучими - кипеть. Будет происходить
разгерметизация ампул. Все эти явления при резком сбросе давления могут
иметь характер взрывов и сопровождаться разбрызгиванием вещества опытов,
возможной порчей рабочей камеры.
|
