Молекулярный анализ понятия расклинивающего давления в двухфазных пористых системах

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Проведен анализ молекулярных двухфазных распределений внутри щелевидной и цилиндрических пор с однородными стенками в широком диапазоне давлений и температур, когда в ней находятся жидкость и пар. Стенки пор считаются недеформируемыми, они формируют внешнее поле для флюида. Состояние обеих фаз “жидкость в поре” и “пар в поре” удовлетворяют равенству химического потенциала с химическим потенциалом объемной фазы и между собой. Расчет распределений молекул проведен в рамках модели решеточного газа (МРГ) с простейшим парным потенциалом взаимодействия ближайших соседей. Распределение плотности молекул в неоднородном поле стенок пор связано с локальными распределениями двух видов давлений: изотермического, связанного с химическим потенциалом системы, и внутреннего механического давления (или давления расширения в терминах МРГ). Разность каждого из двух видов давлений с соответствующим давлением в объемной фазе определяет расклинивающее давление, которое активно используется при термодинамической интерпретации характеристик тонких прослоек в зависимости от их ширины. Теория позволяет учесть влияние потенциала взаимодействия адсорбент–адсорбат и его протяженности, отличие геометрии поры от исходной щелевидной формы, температуры, на значения расклинивающего давления. Молекулярная теория на базе МРГ позволила дать термодинамический анализ расклинивающего давления как характеристики ограниченных систем, отличающихся от макроскопических систем. Показано, что понятие расклинивающего давления в двухфазной системе может быть расширено на любые плотности флюида (от пара до жидкости) и на любые геометрии пор.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

Е. С. Зайцева

Институт общей и неорганической химии им. Н.С. Курнакова РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: tovbinyk@mail.ru
Россия, Москва

Ю. К. Товбин

Институт общей и неорганической химии им. Н.С. Курнакова РАН

Email: tovbinyk@mail.ru
Россия, Москва

Список литературы

  1. Дерягин В.Б., Чураев Н.В., Муллер В.М. Поверхностные силы. М.: Наука, 1985. 400 с.
  2. Чураев В.Н. // Успехи химии. 2004. Т. 73. № 1. С. 26–38. (Churaev N.V. // Russian Chemical Reviews. 2004. V. 73. № 1. P. 25–36).
  3. Бойнович Л.Б. // Успехи химии. 2007. Т. 76. № 5. С. 510–528. (Boinovich L.B. // Russian Chemical Reviews. 2007. V. 76. № 5. P. 471–488).
  4. Gao J., Luedtke W.D., Landman U. // J. Phys. Chem. B. 1997. V. 101. № 20. P. 4013–4023.
  5. Мартынов Г.А. // Коллоидный журнал. 2000. Т. 62. № 3. С. 393–399.
  6. Бродская Е.Н., Захаров В.В., Лааксонен А. // Коллоидный журнал. 2002. Т. 64. № 5. С. 596–602.
  7. Зайцева Е.С., Товбин Ю.К. // Физикохимия поверхности и защита материалов. 2024. Т. 60. № 1. C. 3–13.
  8. Товбин Ю.К. Теория физико-химических процессов на границе газ – твердое тело. М.: Наука, 1990. (Tovbin Yu.K. Theory of physical chemistry processes at a gas – solid surface processes. Boca Raton, Fl: CRC Press, 1991).
  9. Товбин Ю.К. Молекулярная теория адсорбции в пористых телах. М.: Физматлит, 2012. 624 с. (Tovbin Yu.K. Molecular theory of adsorption in porous solids. Boca Raton, Fl: CRC Press, 2017).
  10. Грег С., Синг К. Адсорбция, удельная поверхность, пористость. М.: Мир, 1984. 310 с. (Gregg S.J., Sing K.G.W. Adsorption, Surface Area, and Porosity. London: AcademicPress, 1982).
  11. Адамсон А. Физическая химия поверхностей. М.: Мир, 1979. (Adamson A.W. Physical chemistry of surfaces. Third edition. New York–London–Sydney–Toronto: Wiley, 1975).
  12. Плаченов Т.Г., Колосенцев С.Д. Порометрия. Л.: Химия, 1988. 176 с.
  13. Lowell S., Shields J.E., Thomas M.A., Thommes M. V. 16. Springer Science & Business Media, 2012.
  14. Thommes M., Kaneko K., Neimark A.V., Olivier J.P., Rodriguez-Reinoso F., Rouquerol J., Sing K.S. // Pure and applied chemistry. 2015. V. 87. P. 1051–1069.
  15. Товбин Ю.К. Малые системы и основы термодинамики. М.: Физматлит, 2018. 408 с. (Tovbin Yu.K. Small systems and fundamentals of thermodynamics. Boca Raton, Fl: CRC Press, 2019).
  16. Квасников И.А. Термодинамика и статистическая физика. Т. 1: Теория равновесных систем: Термодинамика. М.: Едиториал УРСС, 2002. 238 с.
  17. Хилл Т. Статистическая механика. М.: Изд-во иностр. лит., 1960. (Hill T.L. Statistical Mechanics. Principles and Selected Applications. N.Y.: McGraw–Hill Book Comp.Inc., 1956).
  18. Гиббс Дж.В. Термодинамика. Статистическая механика. М.: Наука, 1982. 584 c. (The collected works of J.W. Gibbs: In two volumes. V. 1. N.Y. etc.: Longmans, Green and Co., 1928).
  19. Товбин Ю.К. // ЖФХ, 2021. Т. 95. № 4. С. 483–507.
  20. Balbuena B., Berry D., Gubbins K.E. // J. Phys. Chem. 1993. V. 97. P. 937–943.
  21. Русанов А.И. Фазовые paвновесия и поверхностные явления. Л.: Химия, 1967. 387 с.
  22. Rusanov A.I., Brodskaya E.N. // Russian Chemical Reviews 2019. V. 88. № 8. P. 837–874.
  23. Товбин Ю.К. // Физикохимия поверхности и защита материалов. 2021. Т. 57. № 1. С. 3–18.
  24. Kolesnikov A., Budkov Yu.A., Gor G.Y. // Journal of Physics: Condensed Matter. 2022. V. 34 P. 063002.
  25. Кубо Р. Термодинамика. М.: Мир, 1970. 304 с. (Kubo R. Thermodynamics. North-Holland Publ. Company, Amsterdam: 1968).
  26. Ролдугин В.И. Физикохимия поверхности. Долгопрудный: Издательский дом “Интеллект”, 2008. 568 с.
  27. Hill T.L. Thermodynamics of Small Systems. Part 1. New York–Amsterdam: W.A. Benjamin, Inc., Publ., 1963.
  28. Hill T.L. Thermodynamics of Small Systems. Part 2. New York–Amsterdam: W.A. Benjamin, Inc., Publ., 1964.
  29. Оно С., Кондо С. Молекулярная теория поверхностного натяжения. М.: Изд-во иностр. лит., 1963. (Ono S., Kondo S. Molecular Theory of Surface Tension in Liquids. Berlin: Springer, 1960; Moscow: Inostr. Liter., 1963).
  30. Bakker G., Kapillaritat und Oberflachenspannung, Handbuch der Experimentalphysik. Bd. VI/ Hrsg. v. Wien W., Harms F. Leipzig, 1928.
  31. Gibbs J.W. // Trans. Connect. Acad. 1877–1878. V. 3. P. 343–524.
  32. Хейфец Л.И., Неймарк А.В. Многофазные процессы в пористых телах. М.: Химия, 1982. 320 с.
  33. Food E.A. // The structure and properties of porous materials. London. 1958. P. 151.
  34. Тимофеев Д.П. Кинетика адсорбции. М.: Изд-во АН СССР, 1962. 252 с.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Схема разбивки узлов по типам в двухфазной системе в поре шириной Н.

Скачать (54KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Изотермы адсорбции аргона в щелевидной поре шириной H = 40 (1 и 3) и 100 (2 и 4) и потенциалом стенок пор Q = 0 (1 и 2) и 5 (3 и 4) (по обеим осям отложены безразмерные величины).

Скачать (94KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Изотермы адсорбции в щелевидной (кривая 1) и цилиндрической (кривая 2) порах (по обеим осям отложены безразмерные величины).

Скачать (73KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Профили плотности и внутреннего давления в щелевидной поре (пояснения в тексте) (плотности и номера монослоев отложены по осям в безразмерных величинах).

Скачать (227KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Профили плотности и внутреннего давления в щелевидной поре различной ширины H = 30 (кривая 1), 100 (2), 103 (3) и 104 (4) при Q = 1.5 (плотности и номера монослоев отложены по осям в безразмерных величинах).

Скачать (185KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Профили плотности и внутреннего давления в щелевидной и цилиндрической порах при Н = 100 и Q = 1.5 (плотности и номера монослоев отложены по осям в безразмерных величинах).

Скачать (100KB)
Метаданные
8. Рис. 7. Изотермы расклинивающего давления в щелевидной поре (на оси абсцисс Н отложено в безразмерных единицах).

Скачать (207KB)
Метаданные
9. Рис. 8. Изотермы расклинивающего давления в щелевидной и цилиндрической порах (на оси абсцисс Н отложено в безразмерных единицах).

Скачать (72KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».