ДАЛЬНОДЕЙСТВИЯ В ПЛЕНКАХ И КОЛЛОИДАХ ДАЛЬНОДЕЙСТВИЯ В МОДЕЛИ
Рассмотрим границу раздела кристаллического вещества с жидкостью, например, воды со льдом при 0оС. Одна из основных задач теории поверхностных явлений - определение профилей или кривых непрерывного изменения свойств от одной фазы к другой в переходной зоне [155]. Согласно традиционной теории, жесткость структуры поддерживается обычными химическими взаимодействиями с дальнодействием порядка нанометра, R 1 нм. Вязкость и другие кинетические свойства должны измениться от "жидкостных" значений к "твердотельным" в слое толщиной порядка нанометра или молекулярного диаметра. Часто считают этот переход практически скачкообразным; предполагается, что внешний монослой кристалла имеет объемные "твердотельные" кинетические свойства, а внешний монослой жидкости - уже нормальные "жидкостные" свойства. В предлагаемой модели стабильность и жесткость структуры определяются "взаимодействиями" Fст c радиусом дальнодействия R порядка коллоидного параметра, R L 1 мкм; толщина переходного слоя в этой модели будет на 3-4 порядка больше, чем в традиционной. Если традиционная теория приводит к представлению о тонких поверхностных нанопленках, в основном мономолекулярных, то предлагаемая модель приводит к толстым микронным пленкам толщиной 103-104 монослоев. В предлагаемой модели с потенциалом типа (2.1) для Fст изменение кинетических свойств при переходе границы раздела получится довольно плавным; на расстоянии 103-104 монослоев механические и кинетические свойства плавно изменяются от объёмных свойств жидкости до объёмных свойств кристалла; коэффициент вязкости возрастает, как и при стекловании, примерно на 15 порядков величины, коэффициент диффузии убывает примерно на 4 порядка и др. Для границы вода - лёд изменение кинетических свойств на этом расстоянии L 10 мкм будет эквивалентно переохлаждению (без кристаллизации) от 0 оС до -138 оС (Тст = -138 оС), а для границы твёрдого железа с жидким - переохлаждению от 1535 оС до 600 оС. При таком передвижении последовательно встретятся сначала маловязкая, затем вязкая, высоковязкая жидкость, "размягчённый" кристалл и , наконец, нормальное кристаллическое вещество. Если плавление идёт непосредственно в простую жидкость, то на определённом горизонте встретится ещё и переход от простой жидкости к реальной. Возможны и зафиксированы также другие "фазовые переходы", разные фазовые состояния, приходящиеся на определенные интервалы толщины пленки. Случай плёнки жидкости на поверхности кристалла иной природы в предлагаемой модели с потенциалом Fст (2.1.) отличается тем, что сетки центров притяжения Fст кристалла и жидкости имеют разную геометрию и могут при сложении в некоторых случаях взаимно ослаблять друг друга. На некоторых расстояниях от границы могут получиться не повышенные, а пониженные значения вязкости жидкости. Рассмотрим вопрос: каковы будут свойства системы, если твердая фаза будет не в виде подложки под слоем жидкости, а в виде малых частиц, взвешенных в жидкой фазе? Очевидно, слои жидкости, прилегающие к твердым частицам, будут иметь переменную вязкость, возрастающую с приближением к границе раздела до "твердотельных" значений; толщина таких слоев с повышенной вязкостью, как и у пленок на кристаллических подложках, будет равна примерно коллоидному параметру L 10 мкм. Если расстояния между частицами взвеси много больше L, то такие околоповерхностные слои не соприкасаются, основная часть жидкости находится в "нормальном" состоянии с обычной вязкостью, и вся система в целом будет жидкотекучей. Если твердые частицы измельчить, и расстояния между ними сделать меньше L, то околоповерхностные слои будут перекрываться; вся жидкость будет состоять из таких вязких околоповерхностных слоев, и мы получим вязкую массу. Так, смесь воды с несколькими процентами силикатного песка (Na2O)*(SiO2)n остается жидкотекучей, если частицы песка сравнительно крупные, d >> L; но в результате пропускания через коллоидную мельницу и измельчения частиц до размера d < L система становится вязким силикатным клеем. Коллоидный параметр L является пограничным характерным размером частиц (точнее - расстояний), отделяющим область жидкотекучей взвеси от вязкого коллоида. В традиционной модели два кристалла, разделенные пленкой жидкости, испытывают лишь взаимное притяжение или отталкивание ("расклинивающее давление"), причём лишь на малых расстояниях порядка нескольких нанометров. В предлагаемой модели при дальнодействующих силах Fст с потенциалом (2.1) механические взаимодействия кристаллов будут, естественно, более дальнодействующими и более сложными. В частности, энергия взаимодействия двух кристаллов через плёнку жидкости будет наибольшей при одинаковой ориентации их решёток. Если решётка одного кристалла как бы продолжает решётку другого, то их Fст -поля в жидкости будут просто складываться. При разориентации решёток эти поля в каких-то зонах будут гасить или искажать друг друга. Одинаковая ориентация энергетически более выгодна, и, следовательно, возникнет механический момент сил, приближающий кристаллы к одинаковой ориентации. Если дальнодействие Fст анизотропно, радиус R дальнодействия зависит от направления, то взаимодействие малых кристалликов через пленку жидкости по одной из осей, соответствующей наибольшему радиусу R, будет максимально; энергетически наивыгоднейшей будет конфигурация кристалликов в жидкости в виде цепочки, при последовательном присоединении их друг к другу по оси с наибольшим дальнодействием. Коллоидные частицы действительно часто выстраиваются в цепочки, нити; так образуется нитяной каркас коллоида, что приводит к его застудневанию; таковы превращения золь - гель в геллертах, студнях типа BaSO4 [120]. Таким образом, предлагаемая молекулярная модель с Fст-дальнодействиями приводит к представлению о микронных пленках жидкости с повышенной вязкостью и о вязких коллоидных системах. При последовательном анализе на основе традиционной модели получается вывод, что невозможны ни вязкие пленки, ни вязкие коллоиды. Предлагаемый потенциал (2.1.) приводит также к ориентационным взаимодействиям кристаллических частиц коллоида, разделенных пленкой жидкости, а также к образованию цепочек или нитей из коллоидных частиц. Рассмотрим опытные данные.
Ви переглядаєте статтю (реферат): «ДАЛЬНОДЕЙСТВИЯ В ПЛЕНКАХ И КОЛЛОИДАХ ДАЛЬНОДЕЙСТВИЯ В МОДЕЛИ» з дисципліни «Про кризу кінетичної теорії рідини і затвердіння»
