Вопрос 1

С атомно-молекулярной точки зрения по мере возрастания числа атомов в ансамбле возникает такое устойчивое состояние, когда средняя частота присоединения атомов к ансамблю становится равной средней частоте отрыва. Такой ансамбль рассматривается как критический зародыш новой фазы.

В термодинамическом смысле зародышеобразование – это критическое явление, связанное с возникновением в объеме материнской фазы поверхности раздела, ограничивающей минимальное количество другой фазы, называемое критическим зародышем и способное к дальнейшему самопроизвольному росту.

Поверхность раздела представляет собой слой конечной толщины, в котором в направлении от одной фазы к другой изменяются на конечную величину по крайней мере один из параметров системы( объем, энтропия, химический состав и др.).

Гетерогенным принято считать процесс зародышеобразования, протекающий на контакте с неоднородностями в материнской фазе, либо с поверхностью. Зародышеобразование в объеме материнской фазы считают гомогенным. С формальной точки зрения описания зародышеобразования на поверхности и в объеме эквивалентны: в первом случае рассмотрение ведется в двумерной, во втором – в трехмерной областях.

К настоящему времени для описания закономерностей зарождения и роста новой фазы накоплен достаточно широкий круг теоретических моделей и подходов, призванных в той или иной мере приблизится к пониманию реальных процессов фазообразования.

Существуют различные модели гомогенного и гетерогенного зародышеобразования процесса формирование новой фазы, которые мы с вами рассматривать не будем, т. к. эти вопросы рассматриваются в курсе общего материаловедения. Отметим только, что реальная картина зарождения и роста частиц новой фазы как на микро-, так и на макроуровне очень сложна и должна отражать единый физико-химический процесс, включающий ряд взаимосвязанных стадий, наиболее существенные из которых – реакции химического превращения (источник «строительного материала»), массоперенос (диффузионная подвижность и транспорт конденсирующихся частиц в зону сборки), сорбционные процессы в реакциях частиц на поверхности зародышей и их кристаллизацию.

Все эти теоретические модели позволяют оценить характерные размеры критического зародыша. Результаты такой оценки радиуса критического зародыша для ряда металлов и числа составляющих критический зародыш атомов, в случае кристаллизации из расплава, приведены в таблице 1.

Металл	Rкр, нм	Число атомов
Fe	1,17	553
Ni	1,07	453
Pt	1,15	418
Cu	1,14	512
Au	1,26	483
Pb	1,94	991
Al	1,23	466
Hg	1,24	316

Таким образом, размеры критических зародышей (при данных степенях переохлаждения) лежат в пределах 1 ? 2 нм. Содержание атомов в них равно 10² ? 10³. При кристаллизации из паровой фазы эти значения ниже. Например, для железа размер критического зародыша в этом случае равен 0,47 нм. Такой зародыш содержит ~ 33 атомов. То есть, эти значения существенно меньше, чем при кристаллизации из расплава.