Особливості проявів і врахування кластерної адсорбції у металевих рідинах поблизу поверхонь оксидних фаз - Автореферат

Включення кластерної адсорбції у перелік специфічних явищ фізико-хімічних основ вчення про будову міжфазних границь дозволить більш глибоко зрозуміти механізми багатьох ефектів у дисперсних системах на основі рідин різної природи, дозволить пояснити незвичайні статичні й динамічні властивості рідин, що знаходяться у пристінкових шарах всередині тонких капілярів, пористих тіл, тонких плівок тощо. На цей час вже відомо, що найбільш масштабно кластерна адсорбція виявляється у металевих рідинах на границях із твердими оксидними фазами, коли товщини адсорбційних кластерних шарів досягають у ряді випадків десятків мікрометрів. Робота виконувалась у відповідності до затвердженого Міністерством освіти України тематичного плану науково-дослідних робіт Одеського державного політехнічного університету (тема № 341-38 “Тонка структура і фізико-хімічні властивості металевих рідин та металевих стекол”; тема № 365-34 “Тонка структура і фізико-хімічні властивості металевих рідин”). Вивчити фізико-хімічні особливості формування й проявів кластерної адсорбції в металевих рідинах на міжфазних границях із твердими оксидними фазами; розробити на цій основі методи коригування експериментальних даних щодо вивчення фізико-хімічних властивостей рідких металів. Для досягнення поставленої мети було необхідно розвязати такі задачі: - систематизувати й проаналізувати з наукових позицій літературні і власні дослідні дані щодо специфічних особливостей адсорбції кластерів рідкої фази на міжфазних поверхнях у системах типу металева рідина - тверда оксидна фаза і запропонувати механізм формування адсорбційних кластерних шарів;Аналіз дослідних даних, описаних у науковій літературі, показує, що металеві рідини у широкому інтервалі температур над температурами їх плавлення (ліквідуса) виявляються структурно й хімічно мікронеоднорідними. У рамках цієї моделі рідина розглядається як структурно мікронеоднорідна фаза, у якій можна виділити окремі структурні складові - кластери (компактні мікроутворення з упорядкованим взаємним розташуванням частинок) та розупорядковану зону (зону з хаотичним розташуванням частинок, яка заповнює проміжки між кластерами). Аналіз наведених у літературі даних показує також, що це явище у ряді випадків вносить значні (до десятків відсотків) погрішності у результати вимірювань відповідних величин при вивченні фізико-хімічних властивостей рідких металів, коли обєм рідини, що досліджується, знаходиться в тонких капілярах або пристінкових шарах поблизу поверхні твердих тіл. Показано, що типовим випадком для системи металева рідина - тверда оксидна фаза є позитивна кластерна адсорбція, оскільки кластери у рідких металах заряджені позитивно, а поверхня оксиду має деякий ефективний негативний потенціал. Встановлено, що температурні залежності товщин адсорбційних кластерних оболонок на оксидних дисперсіях у системах, які аналізуються, можуть бути описані експоненціальними рівняннями, з яких безпосередньо виходить, що адсорбція кластерів на твердих оксидах у металевих рідинах на основі заліза - процес екзотермічний.Враховуючи це, а також можливість вибірної адсорбції структурних складових металевої рідини на міжфазних поверхнях, пристінкові шари рідкого металу (товщиною у десятки мікрометрів), що спостерігаються у дифузійних вимірюваннях із застосуванням тонких капілярів (внутрішнім діаметром менше 2 мм), класифіковані як адсорбційні кластерні шари. Для врахування позитивної кластерної адсорбції у дифузійних вимірюваннях запропоновано удосконалений метод двох капілярів, який включає як методику проведення дослідів, так і кількісний апарат для обробки первинних дослідних даних. Для варіанту резервуар-капілярної методики, коли дифузант мігрує з резервуару в капіляр, розроблено систему рівнянь, які коригують експериментальні величини середніх концентрацій дифузанта у капілярах двох діаметрів: де - дійсна середня концентрація дифузанта в капілярі після досліду; і - експериментальні середні концентрації дифузанта у капілярах внутрішніми діаметрами і відповідно; d - ефективна товщина пристінкового (адсорбційного кластерного) шару рідкого металу. Для варіанту, коли дифузант переходить із капіляра у резервуар, система коригуючих рівнянь така: (1) де - вихідна концентрація дифузанта у капілярі. Для визначення коефіцієнтів дифузії з використанням методики складеного капіляра також розроблена система коригуючих рівнянь для обробки первинних дослідних даних: (2) де [(сх)екс]1 та [(сх)екс]2 - експериментальні величини концентрації дифузанта на відстані х від площини зчленування капілярів відповідно для капілярів складених дифузійних ячейок діаметром (dкап)1 і (dкап)2; c0 - вихідна концентрація дифузанта в одному з однакових за діаметром напівбезконечних капілярів складеної дифузійної ячейки; erf y - функція помилок (гаусівський інтеграл), яка дозволяє за допомогою математичних таблиць визначити величину допоміжної перемінної у, необхідної для розрахунку дійсного коефіцієнта дифузії за традиційним для цього методу рівняннямНа основі літератур

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ