Вивчення особливостей проявів кластерної адсорбції у металевих рідинах на міжфазних границях їх із твердими оксидними фазами. Розробка методів її врахування при вивченні властивостей рідких металів. Механізм формування адсорбційних кластерних шарів.
Аннотация к работе
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