Особливості флуктуацій концентрації в розбавлених водно-спиртових розчинах

Abstract

Дисертація присвячена дослідженню характеру кластеризації, рівняння стану та особливостей флуктуацій концентрації в розбавлених водно-спиртових розчинах. Показано, що дві-три молекули спирту та близько десяти молекул води утворюють молекулярні комплекси – елементарні кластери, які впливають на стан системи як псевдочастинки. При відносно малих мольних концентраціях розчин псевдочастинок є стабільним, а його властивості можна моделювати рівнянням Ван-дер-Ваальса. Детально аналізується характер взаємодії між псевдочастинками. Показано, що при певних концентраціях і температурах система стає нестійкою. Границею стабільності розчину є псевдоспінодаль, положення якої розраховується за допомогою рівняння Ван-дер-Ваальса. Показано, що в залежності від характеру взаємодії між водно-спиртовими кластерами у розчині, псевдоспінодалі відповідає або недосяжна верхня критична точка (як у розчині вода-гліцерин), або недосяжна нижня критична точка (як у розчині вода-γ-піколін). При концентраціях спирту, які суттєво перевищують 05 .0~x, елементарні кластери руйнуються, і стан системи втрачає ті характерні риси, які спричинюються підсистемою елементарних кластерів. Аномальне зростання флуктуацій концентрації та молекулярного розсіювання світла пов’язується з наближенням до псевдоспінодалі розчину. Досліджено концентраційну залежність відношення Ландау-Плачека у водних розчинах гліцерину та γ-піколіну. В роботі обговорюється концентраційна і температурна залежності коефіцієнту самодифузії молекул води та його колективної складової в розбавлених розчинах вода-етанол. Побудована комп’ютерна модель елементарного кластеру у розчині вода-етанол. Встановлено характер залежності повного коефіцієнту самодифузії від концентрації етанолу. Показано, що колективна складова коефіцієнту самодифузії та час осілого життя молекул води зростають зі збільшенням концентрації етанолу. На основі побудованого рівняння стану в роботі аналізуються особливості розповсюдження звуку у водному розчині γ-піколіну при наближенні до його псевдоспінодалі. Показано, що положення мінімуму швидкості звуку, розраховане на основі рівняння стану, повністю узгоджується з експериментальними даними.