Исследование релаксации модельного мицеллярного раствора

• Автор: Гребеньков, Денис Сергеевич
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2003
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 145 с.

Оглавление
Введение

Глава 1. Основные положения теории мицеллообразования

1.1 Краткий библиографический и исторический обзор

1.2 Физические свойства молекул ПАВ

1.3 Основные взаимодействия, формирующие мицеллы

1.4 Критическая концентрация мицеллообразования

1.5 Морфология мицеллярных агрегатов

1.6 Минимальная работа образования молекулярных агрегатов

1.7 Общие представления о структуре спектра размеров молекулярных агрегатов

1.8 Связь минимальной работы образования с ККМ

1.9 Асимптотический характер модельных приближений
1.10 Капельная модель
1.11 Жесткая модель
1.12 Квазикапельная модель
1.13 Кинетические уравнения
1.14 Термодинамические и кинетические основы теории мицеллооб-разовапия: краткий обзор
1.15 Выводы
Глава 2. Оценка точности классического приближения для стационарного потока (скорости нуклеации)
2.1 Стационарный поток через активационный барьер
2.2 Классическое приближение для стационарного потока

2.3 Численная проверка точности классического выражения для стационарного потока
2.4 Применение классического приближения для стационарного потока в теории мицеллообразования
2.5 Выводы
Глава 3. Метод параметрических уравнений
3.1 Модельное представление минимальной работы образования
3.2 Параметрические уравнения
3.3 Решение параметрических уравнений для капельной модели
3.4 Решение параметрических уравнений для жесткой модели
3.5 Выводы
Глава 4. Исследование релаксации мицеллярного раствора в численном эксперименте
4.1 Характеристики молекулярных агрегатов
4.2 Кинетические уравнения в безразмерных переменных
4.3 Постановка задачи
4.4 Численное решение кинетических уравнений
4.5 Первая стадия процесса релаксации
4.6 Вторая стадия процесса релаксации
4.7 Третья стадия процесса релаксации
4.8 Стадия предварительного накопления мицелл
4.9 Численный эксперимент для капельной модели
4.10 Выводы
Заключение
Приложение
Литература

Введение
Кинетика установления равновесия в мицеллярных растворах поверхностноактивных веществ (ПАВ), активное изучение которой началось около тридцати лет назад, продолжает оставаться предметом многочисленных теоретических и экспериментальных работ. Знание времен релаксации и различных характеристик мицеллярного раствора в их зависимости от вида ПАВ и термодинамических параметров раствора является важным источником информации о внутренней структуре мицеллярного раствора и строении молекулярных агрегатов ПАВ в нем. В последние годы интерес к проблемам кинетики значительно возрос. Здесь можно сослаться на серию работ, выполненных в Санкт-Петербургском государственном университете [1-5], и подробные обзоры [6—8].
Решение проблем кинетики тесно связано с развитием моделей молекулярных агрегатов ПАВ, с построением термодинамического описания таких агрегатов и с разработкой продуктивной теоретической картины эволюции ансамбля молекулярных агрегатов в мицеллярном растворе. В работах [1-5] было достигнуто значительное продвижение по всем вышеуказанным направлениям. В частности, получило логическое продолжение описание процесса установления равновесия в мицеллярном растворе ПАВ с использованием основных принципов теории нуклеации, начатое в пионерских работах Ани-Ешсеона и Волла [9-13]. При самых общих предположениях о зависимости от числа агрегации минимальной работы образования агрегатов из молекул ПАВ в мицеллярном растворе были получены аналитические выражения для основных характеристик процесса релаксации мицеллярного раствора.
Важным достижением работ [1—5] стало введение понятий о прямом и

свойства.
Следующим серьезным шагом в понимании физических свойств мицелляр-ного раствора была предложенная Тэнфордом [14] капельная модель сферических мицелл (которая будет подробно рассмотрена в разделе 1.10). Эта модель изначально опирается на некоторое предположение о внутренней структуре мицелл, исходя из чего удается получить модельное выражение для минимальной работы образования, которое обладает всеми указанными выше свойствами: монотонное возрастание при концентрации с меньше некоторой сю и наличие максимума и минимума при с > сю и др. Модель позволяет связать характеристики минимальной работы образования (например, положение экстремумов) с реальными физическими параметрами задачи (такими как температура, давление и др.). Теоретически это должно позволить предсказывать поведение мицелл при данных физических условиях.
Любая модель неизбежно допускает некоторую степень идеализации, в частности, физические и математические приближения. Более того, многие характеристики, касающиеся внутреннего строения мицелл, на практике определены только оценочно, с недостаточной степенью точности. Примером может случить диэлектрическая проницаемость е (см.ниже), которая в разных статьях варьируется от 30 единиц до 80. Определенные на основании столь неточных данных модельные выражения оказываются неприемлемыми для непосредственного сравнения с экспериментальными данными. В связи с этим существующие модели сферических мицелл оказываются малоэффективными для конкретных практических расчетов. В то же время нельзя недооценивать роль модельных представлений в теории мицеллообразования, поскольку они позволяют глубже понять суть происходящих явлений, отвлекаясь от второстепенных деталей (которые могут стать важными при конкретных расчетах). С уверенностью можно утверждать, что развитие физических