Молекулярная теория структурной релаксации и вязкоупругие свойства растворов электролитов

• Автор: Додарбеков, Амирбек Шарифбекович
• Шифр специальности: 01.04.14
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Душанбе
• Количество страниц: 115 с. : ил.

ГЛАВА I. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ И ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ЯВЛЕНИЯ ПЕРЕНОСА И АКУСТИЧЕСКИХ

СВОЙСТВ РАСТВОРОВ ЭЛЕКТРОЛИТОВ

§1.1. Обзор экспериментальных исследований акустических и

вязкоупругих свойств жидкостей

§1.2. Обзор теоретических исследований вязкоупругих

свойств жидкостей

ГЛАВА II. МОЛЕКУЛЯРНАЯ ТЕОРИЯ СТРУКТУРНОЙ

РЕЛАКСАЦИИ В РАСТВОРАХ ЭЛЕКТРОЛИТОВ

§2.1. Описание системы и исходные кинетические уравнения

§2.2. Уравнение для бинарной плотности

§2.3. Уравнения обобщенной гидродинамики

ГЛАВА III. СТРУКТУРНАЯ РЕЛАКСАЦИЯ И ВЯЗКОУПРУГИЕ
V СВОЙСТВ РАСТВОРОВ ЭЛЕКТРОЛИТОВ
§3.1. Вязкоупругие свойства растворов электролитов
§3,2. Статистическая модель и описание структуры растворов электролитов
§3.3. Зависимость динамических коэффициентов переноса и модулей упругости растворов электролитов от параметров состояния
ГЛАВА IV. ИССЛЕДОВАНИЕ АКУСТИЧЕСКИХ СВОЙСТВ
РАСТВОРОВ ЭЛЕКТРОЛИТОВ
§4.1. Частотная дисперсия скорости и коэффициенты
поглощения звуковых волн в растворах электролитов
§4.2. Структурная релаксация и спектр коллективных мод в
растворах электролитов
ЗАКЛЮЧЕНИЕ И ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ
ЛИТЕРАТУРА
Современная молекулярная теория растворов представляет собой обширную, интенсивно развивающуюся область молекулярной физики. Молекулярная теория жидких растворов опирается на теорию чистых однокомпонентных жидкостей и теорию межмолекулярных сил. Растворы электролитов - особый класс конденсированных ионно-молекулярных систем. Чрезвычайная сложность изучаемого объекта предопределяет многочисленные трудности и проблемы в этой отрасли научного познания.
Явления переноса в водных растворах тесно связаны со строением отдельной молекулы воды и с молекулярной структурой всей жидкой воды, т.е. со строением воды как жидкости, состоящей из отдельных молекул. Процессы переноса связаны с динамическими и статистическими свойствами нескольких одновременно взаимодействующих молекул. Эти свойства зависят от формы и вида молекул и от сил взаимодействия молекул с окружающей средой. В свою очередь силы взаимодействия зависят от свойств окружающей среды и являются функциями расстояния и пространственного направления. Потенциал, соответствующей силе, возникающей при взаимодействии -соседних молекул, зависит только от расстояния между ними. Влияние растворенных ионов на структуру воды отличается от влияния на нее нейтральных молекул. Изменение в структуре воды, вызванное ионами, невозможно отделить от явления ионной гидратации. Электрическое поле ионов изменяет ориентацию дипольных молекул воды, искажая первоначально льдоподобную структуру, а также сжимая молекулы воды. Тем самим электрическое поле ионов разрушает и размягчает области с льдоподобной структурой в отличие от влияние нейтральных молекул, которые стабилизируют первичную структуру воды. Электрическое поле растворенных ионов более или менее искажает тетраэдрическое расположение молекул воды, поскольку взаимодействие ион-вода значительно отличается от взаимодействия вода-вода. Ионы деформируют решетчатое расположение молекул воды. Структу-

ра водного раствора вплоть до высоких концентраций регулируется короткодействующими силами, которые проявляются на малых расстояниях.
Кинетические свойства растворов определяются главным образом взаимодействием с ближайшими к нему молекулами воды и практически не зависят от взаимодействия с удаленными молекулами, т.е. связаны в основном с ближней гидратацией. Потенциал, соответствующий силе, возникающей при взаимодействии соседних молекул, зависит только от расстояния между ними. Растворы электролитов - это прежде всего жидкости, т.е. системы с отчетливо выраженным ближнем упорядочением и отсутствующим дальним. Одновременное сосуществование заряженных и нейтральных частиц со сложной микроскопической структурой - причина значительных различий формы потенциальной энергии взаимодействий на близких, промежуточных и дальних межчастичных расстояниях. Растворенные вещества изменяют структуру растворителя. Эти изменения зависят от характера взаимодействия между частицами растворителя и растворяемого вещества, от сил взаимодействия, заряда, и радиуса этих частиц. Явления переноса в растворах тесно связаны со структурой жидкости и с изменениями этой структуры. Построение количественной теории растворов связано с большими трудностями, так как:
а) имеется проблема в строгом и последовательном учете взаимодействия всех частиц, образующих раствор электролита;
б) отсутствует ясность в структуре и характере теплового движения частиц раствора;
в) не выявлена природа релаксационных процессов;
г) нет определенного кинетического уравнения, пригодного для описания неравновесных процессов в растворах электролитов.
Знание молекулярного механизма релаксационных процессов, в особенности структурной, позволяет более детально изучить явления переноса в растворах. В узком интервале температур, концентраций, давлений и часТолько совместное решение кинетических уравнений (2.1) и (2.2) позволяет получить обобщенное уравнение для функции fa = /„(?,,/>„,г). Уравнение (2.1) с учетом (2.28) является обобщенным кинетическим уравнением для функции fa = /„(?!,#,,/)•> в котором наряду с релаксацией fa в импульсном пространстве, содержатся также члены, описывающие пространственно - временное поведение бинарной плотности паЬ и бинарного потока ионов в конфигурационном пространстве, т.е. величины, непосредственно характеризующие структурную релаксацию. Уравнение (2.1) с учетом (2.28) примем за исходное кинетическое уравнение и выведем уравнения обобщенной гидродинамики для растворов электролитов, считая паЬ и За“ известными. Пользуясь определениями импульсных моментов одночастичной функции распределения
на основе (2.1) с учетом (2.28) получим следующие линеаризованные урав нения переноса для растворов электролитов:
(2.29)
где п (#,,/), Т( (2.30)
^ + Р0<ЛуЗ = о,
(2.31)