Введение к работе
Актуальность темы. Cведения о строении и процессах на поверхностях раздела фаз необходимы при разработке как теорий конденсированного состояния, так и научных основ ряда важнейших технологических процессов, связанных с созданием тонкопленочных систем, исследованием в области физики и химии поверхности наноразмерных объектов, влиянием среды на прочностные свойства материалов и т.д. Определение свойств межфазных границ жидкость – газ и металл – жидкость – центральный вопрос физики и химии поверхности, знание которого позволяет эффективно решать многие научные и практические задачи. Одним из ключевых процессов, происходящих на границах раздела фаз, является адсорбция поверхностно-активного (ПА) компонента.
Особенно актуально исследование кинетики адсорбции (КА) и межфазной энергии (МЭ) на межфазных границах, с помощью которых можно сделать вывод о скорости и о самом механизме данного поверхностного явления. Существующие прямые или косвенные экспериментальные методы измерения адсорбции на границе жидкость – газ сложные. В научной литературе эти проблемы освещены недостаточно, что в полной мере относится и к изучению указанных свойств для многокомпонентных растворов органических систем.
Изложенное свидетельствуют об актуальности теоретического и экспериментального изучения кинетики адсорбции компонентов из растворов бинарных органических систем и оценки межфазных энергий на границах грань металлического кристалла – органическая жидкость.
Цель работы – исследовать кинетические характеристики адсорбции компонентов в бинарных органических системах и установить влияние органической жидкости на межфазную энергию грани металлического кристалла.
Для реализации поставленной цели решались следующие задачи:
-
Измерить капельным методом адсорбции компонентов из раствора в бинарных органических системах бензол-гексан, бензол-декан, толуол-гексан.
-
Изучить кинетику адсорбции и установить временную зависимость коэффициента адсорбции и параметра Ленгмюра.
-
Электронно-статистическим методом вычислить межфазную энергию и температурный коэффициент межфазной энергии плотноупакованных граней металлических кристаллов групп IА, IIА, IВ, IIВ на границе с неполярными органическими жидкостями.
-
Определить межфазное натяжение границы медь – гексан (бензол, толуол) по результатам измерения угла смачивания меди органической жидкостью.
Научная новизна полученных результатов.
-
Впервые изучена кинетика адсорбции капельным методом, определены равновесные значения адсорбции и время установления равновесной адсорбции компонентов из растворов бинарных систем бензол-гексан, бензол-декан, толуол-гексан.
-
Получена зависимость коэффициента адсорбции и параметра Ленгмюра от кинетических значений адсорбции компонентов. Установлена концентрационная зависимость равновесных значений коэффициента адсорбции и постоянной Ленгмюра в системах бензол-гексан, бензол-декан, толуол-гексан.
-
Получены зависимости межфазных энергий и их температурных коэффициентов на границах граней металлических кристаллов с неполярными органическими жидкостями от макроскопической диэлектрической проницаемости жидкости в рамках электронно-статистического метода.
-
Впервые в рамках электронно-статистической теории рассчитаны межфазные энергии и их температурные коэффициенты плотноупакованных граней металлов групп IА, IIА, IВ и IIВ с ОЦК, ГЦК и ГПУ структурами на границах с неполярными органическими жидкостями.
Практическая ценность результатов.
Полученные результаты позволяют определить зависимость адсорбции компонентов в бинарных растворах, коэффициента адсорбции и параметра Ленгмюра от времени и концентрации.
Полученные результаты дают возможность предсказать зависимость от диэлектрической проницаемости жидкостей межфазных энергий и их температурных коэффициентов на границах граней металлических кристаллов с неполярными органическими жидкостями.
Предлагаемые методики экспериментов и обработки данных могут быть использованы при изучении кинетики адсорбции компонентов из раствора капельным методом.
Основные положения, выносимые на защиту.
-
Кинетика и равновесные значения адсорбции ПА компонента бинарных растворов бензол-гексан, бензол-декан, толуол-гексан полученные капельным методом. Временя установления равновесной адсорбции.
-
Коэффициент адсорбции и параметр Ленгмюра поверхностно-активного компонента в бинарных органических системах бензол-гексан, бензол-декан, толуол-гексан и их временная и концентрационная зависимости.
-
Зависимость межфазных энергий и их температурных коэффициентов на границах плотноупакованных граней металлов групп IA, IIA, IB, IIB c ОЦК, ГЦК и ГПУ структурами с неполярными органическими жидкостями от диэлектрической проницаемости жидкости полученные электронно – статистическим методом.
-
Межфазные натяжения поликристалла меди на границах с органическими жидкостями рассчитанные по результатам измерения краевых углов смачивания в системах медь – гексан (бензол, толуол).
Обоснованность и достоверность результатов диссертационной работы обеспечивается применением достаточно твердо обоснованных теоретических и экспериментальных методов исследования адсорбции и кинетики адсорбции в бинарных органических системах, межфазных энергий на границе контакта грань металлического кристалла – органическая жидкость, соответствием полученных результатов известным литературным данным, а также согласием расчетных данных с экспериментальными.
Личное участие автора в получении научных результатов, изложенных в диссертации. Диссертация представляет собой итог самостоятельной работы автора, обобщивший результаты, полученные им и в соавторстве с сотрудниками.
Задачи теоретического и экспериментального изучения адсорбции, кинетики и коэффициента адсорбции компонентов бинарных растворов, а также влияния на межфазные энергии граней металлических кристаллов неполярных органических жидкостей поставлены научным руководителем доцентом Шебзуховой И.Г., которая также принимала участие в обсуждении выбора методов исследования и полученных результатов. В обсуждении полученных результатов принимал участие профессор Хоконов Х.Б. Эксперимент проводился в лаборатории физики межфазных явлений кафедры физики конденсированного состояния КБГУ им. Х.М. Бербекова.
Остальные результаты получены автором лично.
Апробация результатов. Основные результаты диссертации докладывались на: Всероссийской научной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых “Перспектива-2006”, Нальчик, КБГУ, 2006; Тринадцатой Всероссийской научной конференции студентов-физиков и молодых ученых. – Ростов-на-Дону, Таганрог, АСФ России, 2007; Международном конгрессе студентов, аспирантов и молодых ученых “Перспектива – 2007”, Нальчик, КБГУ, 2007; I Международном симпозиуме «Физика низкоразмерных систем и поверхностей» (LDS-2008), 5-9 сентября, Ростов -на Дону – п. Лоо, 2008; ХХ Симпозиуме “Современная химическая физика”, Туапсе, МГУ, 2008; V Международной научно-технической школе-конференции “Молодые ученые – науке, технологиям и профессиональному образованию”, Москва, 2008; II Международном симпозиуме «Плавление – кристаллизация металлов и оксидов» МСМО-2009. – Ростов-на-Дону – п. Лоо, 2009; Шестнадцатой Всероссийской научной конференции студентов-физиков и молодых ученых. – Волгоград, АСФ России, 2010.
Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов, списка литературы и приложения, содержит 154 страницы машинописного текста, 38 рисунков и 47 таблиц, в том числе 23 таблицы приложения. Список литературы включает 155 наименований.
