Группа французских ученых решила исследовать процесс кристаллизации соли на стенах в помещениях и ответить на вопрос, почему соль образует именно сгустки, а не непрерывное покрытие поверхности. Специалисты полагают, что результат их трудов поможет в будущем усовершенствовать технологии сохранения старых зданий и произведений искусства. В ходе проведенной серии экспериментов, а также компьютерного моделирования процесса кристаллизации соли на пористых поверхностях, ученые обнаружили эффект обратной связи.
Отложения солей встречаются в сырых подвалах, старых зданиях, и являются признаком попадания воды или конденсата в пористый материал поверхности. Иногда соль кристаллизуется не на поверхности, а внутри материала. Изучение процесса образования солевых отложений поможет реставраторам, работающим в старых церквях, со старинными фресками или картинами.
Исследование проводилось группой ученых из французского университета в Тулузе (University of Toulouse): в ходе экспериментов были изучены факторы, влияющие на пространственную организацию кристалла соли. Исследователи поставили себе целью найти возможность прогнозировать «соляной» ущерб.
Проведенный эксперимент был направлен на создание условий отложения солей на пористом материале, который был создан с помощью плотной упаковки стеклянных шариков размером в миллиметр в вертикальный тефлоновый цилиндр сантиметрового диаметра. Нижнюю часть цилиндра опустили в раствор хлорида натрия, который поднимался до верха за счет капиллярных эффектов. После испарения воды с верхней грани цилиндра поверхность стеклянных шариков покрывалась кристаллами соли. Причем, неравномерно, а отдельными участками, ближе к стенкам цилиндра.
Ученые установили, что скорость испарения у стенки цилиндра выше, чем у его оси, и зависит от скорости циркуляции воздуха над верней частью цилиндра. В ходе эксперимента исследователи меняли уровень стеклянных шариков в цилиндре, что позволило подтвердить зависимость скорости испарения и интенсивности кристаллизации.
После практических экспериментов ученые перешли к компьютерному моделированию: в основу была заложена связь кристаллизации и скорости испарения жидкости. Пористый материал был представлен в виде сети пор случайного размера, которые соединялись между собой трубками различных диаметров. Было обнаружено, что в некоторых путях жидкость передвигалась с более высокой скоростью, и кристаллизация, в свою очередь, происходила на поверхности быстрее. При этом кристаллы соли не блокировали поры, а, наоборот, увеличивали скорость испарения за счет создания большей площади поверхности испарения жидкости.
Результатом экспериментов стали количественные модели, предсказывающие области и скорость формирования соляных отложений. Исследование было опубликовано в журнале Physical Review Letters.
Цель исследования была достигнута – подобные прогнозы будут способствовать сохранению в будущем произведений живописного искусства, а также старинных зданий, с помощью определения правильных направлений потоков влаги.
Ключевые теги: кристаллизации, соли |
