LibRar.Org.Ua — Бібліотека українських авторефератів

Загрузка...

Головна Хімічні науки → Рівноважна статистична теорія складних та асоційованих рідин в атом-атомному підході

36


НАЦІОНАЛЬНА АКАДЕМІЯ НАУК УКРАЇНИ

ІНСТИТУТ ФІЗИКИ КОНДЕНСОВАНИХ СИСТЕМ




На правах рукопису



КАЛЮЖНИЙ

Юрій Володимирович



УДК 538.91; 532.74


РІВНОВАЖНА СТАТИСТИЧНА ТЕОРІЯ

СКЛАДНИХ ТА АСОЦІЙОВАНИХ РІДИН

В АТОМ-АТОМНОМУ ПІДХОДІ





01.04.02 - теоретична фiзика

01.04.24 - фізика колоїдних систем



Автореферат дисертації

на здобуття наукового ступеня

доктора фiзико-математичних наук





Львiв - 2000

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Інституті фізики конденсованих систем НАН України


Науковий консультант:

Доктор фіз.-мат. наук, професор Головко Мирослав Федорович, Інститут фізики конденсованих систем НАН України, завідувач відділу теорії розчинів.


Офіційні опоненти:

Член-кореспондент НАН України, доктор фіз.-мат. наук, професор Булавін Леонід Анатолієвич,

Київський національний університет ім. Тараса Шевченка, декан фізичного факультету, завідувач кафедри молекулярної фізики;


Доктор фіз.-мат. наук, професор Вакарчук Іван Олександрович, Львівський національний університет ім. Івана Франка, ректор, завідувач кафедри теоретичної фізики;


Член-кореспондент НАН України, доктор фіз.-мат. наук, професор Загородній Анатолій Глібович,

Інститут теоретичної фізики ім. М.М.Боголюбова НАН України, заступник директора з наукової роботи.


Провідна організація:

Інститут фізики, відділ теоретичної фізики, НАН України, м. Київ.


Захист відбудеться "_7_"_листопада_ 2000 р. о 1530 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 35.156.01 при Інституті фізики конденсованих систем НАН України за адресою: 79011, м. Львів-11, вул. Свєнціцького, 1.


З дисертацією можна ознайомитися у науковій бібліотеці Інституту фізики конденсованих систем НАН України за адресою: 79026, м. Львів-26, вул. Козельницька,


Автореферат розісланий "_4_"_жовтня_ 2000 р.


Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради Д 35.156.01

кандидат фіз.-мат. наук Т.Є.Крохмальський

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ


Актуальнiсть теми. Дисертаційна робота присвячена побудові та застосуванню статистичної теорії складних та асоційованих рідин. Під терміном складна рідина ми розуміємо макромолекулярну рідину, молекули якої складаються з великої кількості атомів, мають складну внутрішньомолекулярну структуру та внутрішні ступені вільності. Запропоноване означення узгоджується з часто вживаним означенням складної рідини як такої, що характеризується мезоскопічними масштабами (від грецького слова mesos, тобто проміжний). Прикладами складних рідин можуть бути полімерні рідини та розчини, колоїдні суспензії, розчини сферичних поліелектролітів та глобулярних протеїнів, міцелярні розчини, мікроемульсії. Термін асоційовані рідини не потребує деталізації, загальноприйнято вважати, що це такий клас рідин, властивості яких в значній мірі визначаються наявністю та утворенням в них комплексів частинок. Зокрема, характерними прикладами можуть бути рідини, в яких комплексоутворення відбувається за рахунок водневих зв'язків (алкоголі, кислоти, вода), а також іонні рідини, в яких утворюються іонні комплекси завдяки хімічному зв'язуванню (розчини слабих електролітів), або за рахунок електростатичних взаємодій (розчини електролітів в середовищі з низькою діелектричною сталою). Ефекти асоціації є також надзвичайно важливі і у випадку складних рідин (утворення подвійного шару в заряджених колоїдних системах, внутрішньомолекулярні водневі зв'язки в полісахаридах, нуклеїнових кислотах).

Є два аспекти, які визначають актуальність тематики запропонованої роботи.Перший з них пов'язаний з практичним застосуванням об'єкту дослідження. Завдяки складним міжмолекулярним та внутрішньомолекулярним взаємодіям складні та асоційовані рідини мають надзвичайно широкий спектр властивостей, що визначає їх важливість в практичних застосуваннях. Наприклад, вода та водні розчини є невід'ємною частиною повсякденного життя: вода є присутня практично у всіх біологічних, хімічних та індустріальних процесах, які відбуваються у рідинному стані. Більшість біологічних рідин (наприклад, кров, клітинна цитоплазма), а також харчові рідини, фарби є тою чи іншою формою колоїдної суспензії. Полімери є надзвичайно важливим класом синтетичних матеріалів, завдяки широті своїх структурних, реологічних та оптичних властивостей, а біополімери (протеїни) безпосередньо є "молекулами життя". Другий аспект актуальності запропонованого дослідження пов'язаний з його теоретичною важливістю. Сучасна статистична теорія рідин базується на використанні функцій розподілу, які дозволяють описувати як структурні, так і термодинамічні властивості системи. Основним джерелом теоретичної інформації про функції розподілу є інтегральні рівняння, зокрема рівняння Орнштейна-Церніке (ОЦ), доповнене певними умовами замикання. У випадку простих рідин теорія інтегральних рівнянь в основному є побудована, тоді як у випадку складних та асоційованих рідин вона є далека від завершення. Принциповим питанням є: як, на основі достатньо простих, по можливості аналітичних методів, в рамках єдиного формалізму описати такий широкий клас об'єктів з настільки багатим спектром властивостей.

Спільною рисою значної більшості складних рідин, в контексті запропонованого означення, є те, що кожна з них може розглядатися як така, що утворилася з суміші одноатомних частинок в результаті асоціації. Така точка зору не є нова і в тій чи іншій формі обговорювалась різними дослідниками1. Отже, запропонувавши достатньо загальну і послідовну теорію асоційованих рідин, як частковий випадок повної асоціації можна отримати теорію молекулярних рідин в атом-атомному підході. Умовно розрізняють два підходи в теорії асоційованих рідин: хімічний та фізичний. Хімічний підхід, який був започаткований в 1908 році Долежалеком2, грунтується на ідеї, згідно якої асоційована рідина розглядається як багатосортна суміш асоціативних комплексів, утворених за рахунок хімічної реакції асоціації. Хоча такий підхід і є корисним при інтерпретації експериментальних даних, він втрачає свою ефективність при застосуванні до рідини з більш складними асоціативними комплексами, оскільки необхідно задавати все більше число констант рівноваги хімічної реакції.

Фізичний підхід грунтується на мікроскопічних властивостях системи і стартує з певного міжчастинкового потенціалу. Перші дослідження в цьому напрямку зв'язані з роботами Френкеля3, Банда4 та Стіллінджера5. Дещо пізніше інтенсивно почалися дослідження моделей