|
ИСТИНА |
Войти в систему Регистрация |
ИПМех РАН |
||
Моделирование гидратных оболочек растворенных в воде нанопузырьков газовтезисы доклада Тезисы
- Автор: Тытик Д.Л.
- Сборник: Сборник тезисов докладов третьей всероссийской конференции "Физика водных растворов"
- Серия: Физика водных растворов
- Тезисы
- Год издания: 2020
- Место издания: ИОФ РАН Москва
- Первая страница: 48
- Последняя страница: 48
- Аннотация: Газовые нанопузырьки в водных растворах давно и успешно регистрируются с помощью приборов высокого разрешения [1,2]. В настоящее время наиболее разработанной теорией формирования нанопузырьков в водных растворах является модель бабстонов [3], связывающая их стабильность с адсорбцией ионов на межфазной границе вода-газ. Рассмотрены структурные модели стабильных оболочек связанной воды морфологически подобные икосаэдру и полостям-многогранникам в водных клатратных каркасах (додекаэдр, многогранники Аллена). Обсуждена возможность применения структур связанной воды для моделирования строения межфазной области, микрогетерогенных свойств водных систем при растворении в воде атмосферных газов.Используя молекулярное представление о строении объемной воды (модель сетки водородных связей [4] и упругой сетки водородных связей [5]), можно заключить, что газы диффундируют внутрь объема по системе дефектов сетки водородных связей. В процессе растворения газа в воде конкурируют два основных фактора – давление атмосферы на границе газ-вода, обусловливающее диффузию газов, и обратный процесс – выталкивание молекул газа из упругой сетки водородных связей (УСВС) из-за гидрофобного (сольвофобного) эффекта. Это, по-видимому, приводит к молекулярным процессам, формирующим некоторый оптимум, когда избыточное локальное напряжение в УСВС может компенсироваться слиянием, например, газогидратных оболочек и формированием более крупных полостей – нанопузырьков («стоки напряжений» в УСВС). Стабильность нанопузырьков, в основном, определяется постоянным действием градиента химического потенциала между фазой объемной воды (УСВС) и газовой фазой внутри пузырька. Действие этого фактора приводит к структурированию части молекул УСВС и формированию стабильной («напряженной») межфазной области (модель поверхностного слоя воды Н.А.Бульёнкова [6]) с избыточной свободной энергией.Состав квазиравновесной нанопузырьковой фазы в воде зависит от многих физико-химических параметров – давления атмосферы, температуры, pH раствора, механического воздействия (перемешивание/встряхивание) и ряда других. Если принять концентрацию нанопузырьков примерно 109 1/мл [7], а средний их размер 150 нм, то внутренняя поверхность нанопузырьков составит примерно 3000 см2/л. Таким образом, регулируя состав нанопузырьковой фазы, можно в определенной мере управлять, например, адсорбционными свойствами водных растворов.[1] Н.Ф. Бункин, О.И. Виноградова, А.И. Куклин, А.В. Лобеев, Т.Г. Мовчан, К вопросу о наличии воздушных субмикропузырей в воде: эксперимент по малоугловому рассеянию нейтронов, Письма в ЖЭТФ, том 62 (8), стр. 659-662 (1995).[2] Д.Л. Тытик, С.А. Бусев, В.В. Высоцкий, А.А. Ревина, О.В. Суворова, В.И. Кузьмин, А.Ф. Гадзаов, Эффект рассеяния ультрафиолетового излучения деионизованной водой, Журнал физической химии, том 93, № 12, стр. 1865–1869, (2019).[3] Н.Ф. Бункин, Ф.В. Бункин, Бабстонная структура воды и водных растворов электролитов, УФН, том 186, №9. стр.933-952, (2016).[4] A. Geiger, H.E. Stanley, Tests of universality of percolation exponents for a three-dimensional continuum system of interacting waterlike particles, Physical Review Letters vol. 49(26), p.1895–1898, (1982).[5] M. Rodnikova, J. Barthel, Elasticity of the spatial network of hydrogen bonds in liquids and solutions, Journal of Molecular Liquids, vol. 131–132, p. 121–123, (2007).[6] Н.А. Бульенков, Е.А. Желиговская, Функциональная модульная динамическая модель поверхностного слоя воды, Журнал физической химии, том 80, № 10, стр. 1784–1805, (2006).[7] T. Fujita. The status and future of fine bubble generation, measurements and applications, 7th International Symposium of Fine Bubble Technology, Sydney, Australia, July 25, 2016, (2016).
- Добавил в систему: Тытик Дмитрий Леонидович