Self-diffusion processes in diluted water-alcohol solutions

Abstract

The concentration and temperature dependences of both the self-diffusion coefficient of water molecules in diluted water-ethanol solutions and its collective part have been discussed. The cluster model of the solution structure is used to explain nontrivial features in the behavior of the self-diffusion coefficient which is considered as a sum of contributions given by water molecules located inside and outside the clusters. The law describing the dependence of the total self-diffusion coefficient on the ethanol concentration has been found. The collective part of the self-diffusion coefficient and the residence time of water molecules are demonstrated to increase with the ethanol concentration. A model of elementary water-ethanol cluster has been proposed and physically substantiated. A careful comparison of theoretical results with experimental ones on the molecular light scattering (MLS) and the incoherent scattering of thermal neutrons has been carried out.

Обговорюються концентрацiйна i температурна залежностi коефiцiєнта самодифузiї молекул води та його колективної складової в розбавлених розчинах вода–етанол. Для пояснення нетривiальних особливостей поведiнки коефiцiєнта самодифузiї використовуються кластернi уявлення про структуру розчину. Згiдно з цим коефiцiєнт самодифузiї молекул води представлено у виглядi суми внескiв, зумовлених молекулами води, розмiщеними всерединi та ззовнi кластерiв. Встановлено закон залежностi повного коефiцiєнта самодифузiї вiд концентрацiї етанолу. Показано, що колективна складова коефiцiєнта самодифузiї та час осiлого життя молекул води зростають зi збiльшенням концентрацiї етанолу. Запропоновано i фiзично обґрунтовано модель елементарного водно–етанолового кластера. Виконано ретельне порiвняння теоретичних результатiв з результатами експериментiв з молекулярного розсiяння свiтла та некогерентного розсiяння теплових нейтронiв.