Поверхностные свойства н-алканов и их смесей; моделирование в рамках решеточной модели

• Автор: Дозоров, Виктор Анатольевич
• Шифр специальности: 02.00.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2001
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 279 с.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1 КРАТКИЙ ОБЗОР МОДЕЛЬНЫХ ТЕОРИЙ ДЛЯ ОПИСАНИЯ СТРУКТУРЫ НЕОДНОРОДНОЙ ПОВЕРХНОСТНОЙ ОБЛАСТИ В СМЕСЯХ г-МЕРНЫХ ЖИДКОСТЕЙ

1.1. Решеточные теории

1.2. Молекулярно-динамическое моделирование структуры поверхности жидких н-алканов

1.3. Поверхностное натяжение ' и профиль плотности межфазной области в градиентной теории
ГЛАВА 2 ОДНОСЛОЙНАЯ МОДЕЛЬ АДСОРБЦИИ ИЗ РАСТВОРОВ г-МЕРНЫХ ЖИДКОСТЕЙ: МЕТОД ФЛОРИ-ХАГГИНСА
2.1. Статистические суммы для различных вариантов решеточной модели многокомпонентных г-мерных растворов
2.2. Уравнения для расчета состава поверхностного слоя и поверхностного натяжения многокомпонентного раствора поли-мергомологов (открытые цепи)
2.3. Описание поверхностных свойств растворов г-меров на основе однослойной решеточной модели
ГЛАВА 3 ДЫРОЧНЫЙ ВАРИАНТ МНОГОСЛОЙНОЙ МОДЕЛИ АДСОРБЦИИ ДЛЯ СИСТЕМ МОНОМЕР - г-МЕР И СМЕСЕЙ ЦЕПОЧЕЧНЫХ г-МЕРОВ РАЗНЫХ РАЗМЕРОВ
3.1. Модель чистого г-мера
3.2. Независимые и зависимые переменные в системе “г-мер-мо-номер” (г-мер-дырки)
3.3. Равновесные составы слоев поверхностной фазы
3.4. Модель объемной фазы
3.5. Вязкость и структурные характеристики жидкостей в рамках дырочной модели
3.6. Методика расчета концентрационного профиля и распределения специфических контактных участков по ориентациям в поверхностном слое
ГЛАВА 4 МЕТОДИКА И РЕЗУЛЬТАТЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПЛОТНОСТИ, ПОВЕРХНОСТНОГО НАТЯЖЕНИЯ И ВЯЗКОСТИ СМЕСЕЙ Н-АЛКАНОВ
4.1. Методика определения плотности, вязкости и поверхностного натяжения смесей н-алканов

4.2. О точности определения плотности, вязкости и поверхностного натяжения смесей н-алканов
4.3. Результаты определения плотности, поверхностного натяжения и вязкости смесей н-алканов
ГЛАВА 5 ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОВЕРХНОСТНОГО НАТЯЖЕНИЯ СМЕСЕЙ Н-АЛКАНОВ И ПРИМЕНЕНИЯ ТЕОРЕТИЧЕСКОЙ ИНТЕРПРЕТАЦИИ ПОВЕРХНОСТНЫХ СВОЙСТВ С ПОМОЩЬЮ ДЫРОЧНОЙ РЕШЕТОЧНОЙ МОДЕЛИ
5.1. Результаты расчета состава поверхностного слоя и поверхностного натяжения r-мерных смесей с помощью однослойной решеточной модели поверхностной области
5.2. Расчет термодинамических характеристик поверхностного
слоя жидких r-мерных смесей на основе однослойной решеточной 134 модели
5.3. Результаты расчета состава поверхностного слоя г-мерных смесей и ориентационной неоднородности с помощью многослойной дырочной решеточной модели поверхностной области
5.4. Расчет поверхностного натяжения в модели многослойной поверхностной области жидких r-мерных смесей на основе дырочной решеточной модели
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Условные обозначения
ЛИТЕРАТУРА
ПРИЛОЖЕНИЕ
П. 1. Таблицы экспериментальных данных по плотности, поверхностному натяжению и вязкости н-алканов
П. 2. Вывод основных математических выражений с помощью однослойной решеточной модели
П.З. Вывод основных математических выражений с помощью многослойной решеточной модели
П. 4. Программы для расчетов характеристик поверхностного 236 слоя
П.5. Таблицы рассчитанных и экспериментально полученных термодинамических характеристик чистых н-алканов. Результаты расчетов (графики) состава поверхностного слоя и поверхностного натяжения н-алканов и их смесей

ВВЕДЕНИЕ
Современное развитие молекулярной физики и физической химии построено на рассмотрении микроскопических свойств вещества с учетом данных о его молекулярном строении, характере движения и взаимодействия структурообразующих частиц. Это становится возможным благодаря высокому уровню физической и химической теории и экспериментальным методам исследования, создаваемым на ее основе.
Проблема, связанная с изучением строения вещества и его свойств, будет всегда иметь важное научное и практическое значение в обозримом будущем, так как потребность в создании технически важных материалов будет с развитием цивилизации только возрастать.
Межфазная область вследствие особенностей своего граничного положения имеет структуру более сложную, чем объемная фаза, что проявляется в существовании поверхностных явлений, вносящих весомый вклад в механическое и термодинамическое поведение всей системы, и определяющих ход многих технологических процессов, связанных с полимеризацией, сваркой, пайкой, флотацией, гранулированием и так далее. Изучение характеристик поверхностной фазы позволяет решать многочисленные технологические вопросы, связанные с получением, переработкой и использованием самых разнообразных материалов в народном хозяйстве. В частности, исследование поверхностных явлений в органических растворах имеет большую практическую значимость, связанную с технологией получения полимеров, вопросами адгезии, пленкообразования, смачивания, формирования полимерных волокон и прочее.
Знание зависимостей характеристик поверхностного слоя от температуры, давления, состава раствора и других физических параметров позволяет в ряде случаев рассчитывать коэффициенты активности компонентов растворов и составы сосуществующих фаз при равновесиях жидкость-пар и жидкость-жидкость, то есть получать необходимые данные для обоснования и расчета технологических процессов разделения веществ с помощью ректификации, перегонки и экстракции.
В этой связи задача расчета характеристик поверхностных фаз - поверхностного натяжения, адсорбции, поверхностной активности, а также функций смешения для многокомпонентных растворов, на основании данных о свойствах чистых компонентов или о бинарных системах занимает одно из центральных мест в термодинамических, молекулярно-статистических, феноменологических и модельных теориях растворов. Установление корреляции изменения поверхностных свойств растворов с различными физико-химическими характеристиками материалов играет зна-
этому на рисунке 1.3.2 представлены только результаты расчета с использованием ПЙ-приближения.
Дальнейшая разработка градиентной теории Ван дер Ваальса в части расчета межфазного натяжения для органических жидкостей была выполнена автором работы [178] в плане объединения градиентной теории с уравнением состояния Пенга-Робинсона [223]. Анализируются результаты расчетов поверхностного натяжения в случае, когда влияющий параметр вычисляется подгонкой по экспериментальному меж-фазному поверхностному натяжению чистых жидкостей, учитывается температурная зависимость этого параметра по одно- и двухпараметрической моделям, для случая неклассического поведения жидкостей, в том числе в жидкостях, способных к ассоциации. Моделью, которая наиболее точно описывает алканы, является модель, использующая линейную зависимость влияющего параметра от температуры в форме
c(T) = Pi+P2T . [178, с.92, формула (5.1)]
Процедура поиска подгоночных параметров Pi и Р2 приведена в работе [178, с.85-87], а результаты расчета поверхностного натяжения по формулам градиентной теории приведены на рисунках 1.3.2 и 1.3.3. Как следует из рисунков 1.3.2-1.3.3 и согласие между экспериментальными и рассчитанными значениями поверхностного натяжения по градиентной теории хорошее. Введение аддитивного параметра существенно уменьшает различие между расчетными и экспериментальными значениями поверхностного натяжения для алканов, однако, как отмечает автор [178], трудно найти общую тенденцию, которая связала бы параметры определенного типа жидкостей друг с другом, в отличие от однопараметрической модели [178, с.88, табл. 5.1], где такая процедура может быть вполне определена, по крайней мере для группы н-алканов.
Рис. 1.3.1. Профиль приведенной межфазной плотности для аргона, полученный согласно теории Эбнера (пунктирные кривые) и из градиентной теории (сплошные линии), использующей ГПЦ- приближение, для приведенных температур Т = 0,7; 1,0; 1,3.