Толщина поверхностного слоя воды и этанола
В.М. Юров1, К.Н. Жангозин2
1 НАО «Карагандинский технический университет им. А. Сагинова»
2 директор ТОО «ТСК-Восток»
DOI: 10.26456/pcascnn/2023.15.338
Оригинальная статья
Аннотация: Предложена теоретическая модель, позволяющая определять толщину поверхностного слоя жидкости R(I). Для воды и этанола она оказалась равной 1,1 нм. Как следствие, этанол неограниченно растворяется в воде. Метилацетат, бензол и толуол (R(I) выше 1,4 нм), образует с водой азеотропные смеси. Глицерин, нитробензол и ртуть (R(I) больше 3 нм) практически нерастворимы в воде. Из предложенной модели можно сделать вывод, что поверхностный слой жидкости представляет собой наноструктуру с размерными эффектами. При этом толщина поверхностного слоя воды совпадает с толщиной поверхностного слоя у железа, кобальта и никеля. Найдены также работа адгезии и упругие постоянные для воды и этанола, включая модуль Юнга Установлено, что упругость воды лишь в 100 раз меньше упругости стали, т.е. воду можно рассматривать как несжимаемое вещество, а внутреннее трение в воде в три раза больше, чем в этаноле. Показано также, что универсальным элементом геометрии пространств жидких систем является тетраэдр, отвечающий sp3-гибридизации межатомных или межмолекулярных связей.
Ключевые слова: поверхностный слой, вода, этанол, жидкость, толщина слоя, кластер
- Юров Виктор Михайлович – к.ф.-м.н., доцент кафедры месторождения полезных ископаемых, НАО «Карагандинский технический университет им. А. Сагинова»
- Жангозин Канат Накошевич – к.ф.-м.н., доцент, директор ТОО «ТСК-Восток»
Ссылка на статью:
Юров, В.М. Толщина поверхностного слоя воды и этанола / В.М. Юров, К.Н. Жангозин // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. — 2023. — Вып. 15. — С. 338-349. DOI: 10.26456/pcascnn/2023.15.338.
Полный текст: загрузить PDF файл
Библиографический список:
1. Thompson, M. Philosophy for Life (Teach Yourself) / M. Thompson. – John Murray Press, 2018. – 320 p.
2. Бульенков, Н.А. Системно-структурное модульное обобщение кристаллографии связанной воды для изучения механизмов процессов в биосистемах на атомно-молекулярном уровне / Н.А. Бульенков // Кристаллография. – 2011. – Т 56. – № 4. – С. 729-746.
3. Юров, В.М. Толщина поверхностного слоя, поверхностная энергия и атомный объем элемента / В.М. Юров, С.А. Гученко, В.Ч. Лауринас // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. – 2018. – Вып. 10. – С. 691-699. DOI: 10.26456/pcascnn/2018.10.691.
4. Юров, В.М. Толщина поверхностного слоя атомарно-гладких кристаллов / В.М. Юров // Физикохимические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. – 2019. – Вып. 11. – С. 389-397. DOI: 10.26456/pcascnn/2019.11.389.
5. Юров, В.М. Толщина поверхностного слоя и анизотропия поверхностной энергии кубических кристаллов рутения / В.М. Юров, В.И. Гончаренко, В.С. Олешко, С.А. Гученко // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. – 2021. –Вып. 13. – С. 522-533. DOI: 10.26456/pcascnn/2021.13.522.
6. Юров, В.М. Толщина поверхностного слоя каркасных углеводородов / В.М. Юров, В.С. Портнов, А.Д. Маусымбаева // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. – 2022. – Вып. 14. – С. 331-341. DOI: 10.26456/pcascnn/2022.14.331.
7. Tolman, R.C. The effect of droplet size on surface tension / R.C Tolman // Journal of Chemical Physics. – 1949. – V. 17. – I. 2. – P. 333-337. DOI: 10.1063/1.1747247.
8. Лаплас, П.С. Изложение системы мира / П.С. Лаплас. – Л.: Наука, – 1982. – 376 с.
9. Русанов, А.И. Метод двух разделяющих поверхностей в термодинамике тонких пленок / А.И. Русанов // В книге: Поверхностные силы и граничные слои жидкостей; под ред. Б.В. Дерягина. – М.: Наука, 1983. – C. 152-159.
10. Tsai, C.J. Theoretical study of the (H20)6 cluster / C.J. Tsai, K.D. Jordan // Chemical Physics Letters. – 1993. – V. 213. – I. 1-2. – P. 181-188. DOI: 10.1016/0009-2614(93)85438-Т.
11. Смирнов, А.Н. Новые структуры воды-эмулоны / А.Н. Смирнов // Химия и жизнь. – 2012. – № 12. – С. 36-39.
12. Nilsson, A. Perspective on the structure of liquid water / A. Nilsson, L.G.M. Pettersson // Chemical Physics. – 2011. – V. 389. – I. 1-3. – P. 1-34. DOI::10.1016/j.chemphys.2011.07.021
13. Игнатов, И. Математические модели, описывающие структуру воды / И. Игнатов, О.В. Мосин, Б. Великов // Интернет-журнал «НАУКОВЕДЕНИЕ». – 2013. – № 3 (16). – 25 c.
14. Chen, M. Ab initio theory and modeling of water / M. Chen, H.-Yu. Ko, R.C. Remsing et al. // PNAS. – 2017. – V. 114. –- № 41. – P. 10846-10851. DOI: 10.1073/pnas.1712499114.
15. Chaplin, M.F. Structure and properties of water in its various states / M.F. Chaplin. // In: Encyclopedia of Water: Science, Technology, and Society; ed. by P.A. Maurice. – John Wiley & Sons, 2019. – Р. 1-19. DOI: 10.1002/9781119300762.wsts0002.
16. Полянская, А.В. Связь явлений переноса с характеристиками кластерной структуры воды / А.В. Полянская, А.М. Полянский, В.А. Полянский // Журнал технической физики. – 2019. – Т. 89. – Вып. 6. – С. 958-964. DOI: 10.21883/JTF.2019.06.47647.367-18.
17. Urquidi, J. Origin of temperature and pressure effects on the radial distribution function of water / J. Urquidi, S. Singh, C.H. Cho, G.W. Robinson // Physical Review Letters. – 1999. – V. 83. – I. 12. – Р. 2348-2350. DOI: 10.1103/PhysRevLett.83.2348.
18. Poole, P.H. Phase-behavior of metastable water / P.H. Poole, F. Sciortino, U. Essmann, H.E. Stanley // Nature. – 1992. – V. 360. – Р. 324-328. DOI: 10.1038/360324a0.
19. Артемьев, В.Г. Электрические свойства воды. Новый взгляд / В.Г. Артемьев, А.А. Волков // Биофизика. – 2014. – Т. 59. – № 4. – С. 636-640.
20. Wanga, Y. Effect of magnetic field on the physical properties of water / Y. Wanga, H. Weia, Zh. Lia // Results in Physics. – 2018. – V. 8. – Р. 262-267. DOI: 10.1016/j.rinp.2017.12.022.
21. Beauvais, F. Memory of water and blinding / F. Beauvais // Homeopathy. – 2008. – V. 97. – I. 1. – Р. 41-42. DOI: 10.1016/j.homp.2007.10.001.
22. Maheshwary, S. Structure and stability of water clusters (H2O)n, n=8-20: an ab initio investigation / S. Maheshwary, N. Patel, N. Sathyamurthy et al. // The Journal of Physical Chemistry A. – 2001. – V. 105. – I. 46. – Р. 10525-10537. DOI: 10.1021/jp013141b.
23. Liu, Y. Geometries and energetics of methanol–ethanol clusters: a VUV laser/time-of-flight mass spectrometry and density functional theory study / Y. Liu, S. Consta, F. Ogeer et al. // Canadian Journal of Chemistry. – 2007. – V. 85. – № 10. – P. 843-852. DOI: 10.1139/V07-104.
24. Buck, U. Structure and vibrational spectra of methanol clusters from a new potential model / U. Buck, J.-G. Siebers, R.J. Wheatley // The Journal of Chemical Physics. – 1998. – V. 108. – I. 1. – P. 20-32. DOI: 10.1063/1.475361.
25. Jorgensen, W.L. Optimized intermolecular potential functions for liquid alcohols / W.L. Jorgensen // The Journal of Physical Chemistry. – 1986. – V. 90. – I. 7. – P. 1276-1284. DOI: 10.1021/j100398a015.
26. Shi, Y.J. A 118 nm vacuum ultraviolet laser/time-of-flight mass spectroscopic study of methanol and ethanol clusters in the vapor phase / Y.J. Shi, S. Consta, A.K. Das et al. // The Journal of Chemical Physics. – 2002. – V. 116. – I. 16. – Р. 6990-6999. DOI: 10.1063/1.1466467.
27. Fanourgakis, G.S. A spectroscopic and computer simulation study of butanol vapors / G.S. Fanourgakis, Y.J. Shi, S. Consta, and R.H. Lipson // The Journal of Chemical Physics. – 2003. – V. 119. – I 13. – Р. 6597-6608. DOI: 10.1063/1.1605384.
28. Зимон, А.Д. Адгезия пленок и покрытий / А.Д. Зимон. – М.: Химия, 1977. – 352 с.
29. Головин, И.С. Внутреннее трение и механическая спектроскопия металлических материалов / И.С. Головин. – М.: Изд. дом МИСиС, 2012. – 247 с.
30. Андрижиевский, А.А. Механика жидкости и газа / А.А. Андрижиевский. – Минск: БГТУ, 2014. – 203 с.
31. Царев, М.В. Генерация и регистрация терагерцового излучения ультракороткими лазерными импульсами / М.В Царев. – Нижний Новгород: Нижегородский госуниверситет, – 2011. – 75 с.
32. Холманский, А.С. Дихотомия правого и левого / А.С. Холманский // Квантовая Магия. – 2007. – Т. 4. – Вып. 3. – С. 3125-3131.
33. Бульенков, Н.А. Функциональная модульная динамическая модель поверхностного слоя воды / Н.А. Бульенков, Е.А. Желиговская // Журнал физической химии. – 2006. – Т. 80. – № 10. – С. 1784-1805.
34. Бульенков, Н.А. Роль поверхностного слоя водной субфазы в механизме самоорганизации текстур сульфидов металлов под ленгмюровским монослоем / Н.А. Бульенков, Е.А. Желиговская, В.В. Клечковская, Г.И. Ивакин // Кристаллография. – 2011. – Т. 56. – № 3. – С. 555-564.
35. Желиговcкая, Е.А. Стеpжневые cтpуктуpы cвязанной воды: иx возможная pоль в cамооpганизации биологичеcкиx cиcтем и недиccипативной пеpедаче энеpгии / Е.А. Желиговcкая, Н.А. Бульенков // Биофизика. – 2017. – Т. 62. – № 5. – С. 837-845.
36. Желиговская, Е.А. Структурные механизмы фазовых переходов водных льдов II, IV И V в метастабильный лед Ic при атмосферном давлении / Е.А. Желиговская // Журнал физической химии. – 2023. – T. 97. – № 1. – С. 13-20. DOI: 10.31857/S0044453723010399.