Коллоидный журнал

Произведен расчет тензора напряжений Ирвинга–Кирквуда в сферической щели внутри аморфного твердого тела, моделирующей сферическую пору адсорбента с находящимся в ней адсорбатом. Рассчитаны как нормальная, так и тангенциальная компоненты тензора напряжений. Хотя локальное их изменение аналогично, нормальная компонента примерно в два раза больше. При заданной ширине щели компоненты тензора напряжений принимают разные значения на ограничивающих щель поверхностях, и абсолютные значения компонент на поверхности наночастицы больше, чем на поверхности макрофазы. Оценен вклад пустой полости в напряжения сферической пленки, и показано, что он незначителен. Произведен расчет расклинивающего давления сферической щели, и проведено сопоставление со случаем плоскопараллельной щели. Средняя разница двух функций составляет примерно 20%. Видно, что кривизна щели приводит к увеличению абсолютной величины расклинивающего давления на всем ее протяжении.

Метод полноатомной молекулярной динамики применен для изучения процессов самоагрегации и солюбилизации в водных растворах, содержащих декан, ионное и неионное поверхностно-активные вещества (ПАВ), а также добавки солей. В частности, проведено моделирование мицеллообразования в водном растворе анионного ПАВ (додецилсульфата натрия) в присутствии углеводорода (декана) при заданных температуре и давлении и разных начальных концентрациях ПАВ и углеводорода в растворе. Также проведено моделирование самоагрегации в системах, содержащих воду, декан и смесь анионного (додецилсульфат натрия) и неионного ПАВ (монодециловый эфир гексаэтиленгликоля, C₁₀E₆), как в бессолевом растворе, так и в присутствии хлорида натрия, хлорида кальция или смеси этих солей. Рассчитаны коэффициенты диффузии агрегатов, состоящих из молекул углеводорода и ПАВ, и произведена оценка вязкости соответствующих водных растворов. Расчеты вязкости произведены в ячейках моделирования, содержащих как один, так и несколько агрегатов.

Исследованы структурные (коэффициент структурного сопротивления, объемная пористость, коэффициент извилистости, коэффициент фильтрации, удельная поверхность) и электрокинетические (удельная электропроводность, потенциал течения, электрофоретическая подвижность частиц) характеристики микро- и макропористых стекол, изготовленных из натриевоборосиликатного двухфазного стекла, в растворах хлорида никеля с ионной силой 10^–4–0.3 М. Полученные экспериментальные данные использованы для расчета значений среднего радиуса пор, коэффициента эффективности, электрокинетического потенциала. Проанализирована зависимость структурных и электрокинетических характеристик пористых стекол от заряда противоиона в ряду Na⁺, Ni²⁺, La³⁺.

Представлены результаты экспериментального исследования самопроизвольного роста воздушных пузырьков размером 1 мм и менее, посаженных на твердую поверхность в этаноле и его водных растворах, при постоянных внешних условиях (атмосферное давление и температура 20°С). Заметный рост объема пузырьков в течение двух часов и более обнаружен в растворах этанола, начиная с концентрации спирта 50%. Зависимости объема пузырька от времени имеют разный характер в растворах этанола и в неразбавленном спирте.

Исследована частотная дисперсия динамических коэффициентов вязкости, полученных как на основе уравнения Смолуховского, описавшего диффузионный механизм релаксации, так и на основе аппроксимации Бхатнагара–Гросса–Крука, приводящей к экспоненциальному затуханию тензора напряжения магнитных жидкостей. В первом случае функция Грина, содержащаяся в интегральных частях коэффициентов переноса, является медленно затухающей функцией, изменяющейся по закону t^−3/2, который обнаружен во многих компьютерных экспериментах. В этом случае область частотной дисперсии коэффициентов вязкости как следствие степенного затухания релаксирующих потоков, является очень широкой. Во втором случае область частотной дисперсии коэффициентов вязкости, как следствие экспоненциального затухания тензора напряжения, является узкой и совпадает с экспериментальными результатами.

Работа посвящена исследованию структурно-морфологических свойств коллоидного раствора серебра, полученного методом электроискрового разряда в дистиллированной воде. Наночастицы серебра образуются в результате распыления металла с поверхности серебряных электродов, между которыми создается импульсный высоковольтный электрический разряд. Стабилизация раствора обеспечивается образованием слоя анионов вокруг наночастиц. Структурные характеристики коллоидного раствора изучали методами малоуглового рентгеновского рассеяния и просвечивающей электронной микроскопии. Качественно ионный состав определяли с помощью электроспрейной масс-спектрометрии, концентрацию серебра оценивали, используя атомно-эмиссионную спектрометрию с индуктивно-связанной плазмой.

Изучена адсорбция дезоксирибонуклеиновой кислоты из водных растворов на поверхности наноразмерных диоксидов титана и церия в зависимости от pH и концентрации адсорбата. Сопоставление данных по адсорбции ДНК, неорганического фосфата и нуклеотидов, которые являются составными звеньями молекул нуклеиновых кислот, и состояния поверхностных функциональных групп оксидов металлов показало, что адсорбция двухцепочечной ДНК осуществляется в основном с участием фосфатного остова молекулы. Гетероциклические основания нуклеотидов не участвуют в адсорбции. Приближение ДНК к поверхности оксидов за счет электростатического притяжения делает возможным и другие типы взаимодействий, например, дисперсионные и образование водородных связей.

Протомицелла – новый термин коллоидной науки, относящийся к мицеллоподобным агрегатам ПАВ в растворах. В отличие от обычных мицелл протомицеллы не имеют критической концентрации мицеллообразования (ККМ) и образуются постепенно путем адсорбции молекул или ионов ПАВ на солюбилизационном ядре при концентрациях значительно ниже ККМ. Полностью сформировавшаяся протомицелла выглядит как обычная мицелла с солюбилизатом. В настоящей работе методом спектрофотометрии исследован процесс мономеризации заданного количества краунзамещенного фталоцианината магния (I) в домицеллярном водном растворе бромида тетрадецилтрифенилфосфония (II). Показано, что в чисто водном растворе мономеры I отсутствуют, а димеры увеличивают свою численность при добавлении ПАВ II к раствору. Этот феномен строго доказывает существование в водном растворе молекулярных агрегатов I высоких порядков. Определен новый физико-химический параметр мономеризации фталоцианинов – концентрация мономеризации, т.е. концентрация II, соответствующая началу этого процесса. Показано, что мономеризация фталоцианина, начавшаяся задолго до ККМ II, продолжается и выше ККМ, но в замедленном темпе. На этой стадии мономеризация I идет исключительно за счет димеров.

Известно, что сильно заряженные капли, образовавшиеся в процессе электрораспыления, распадаются на ряд более мелких капель. В данной статье рассмотрены критерии неустойчивости и распада жидких проводящих капель в процессе электрораспыления. Продемонстрированы некоторые формы искажения сферической жидкой капли для случая превышения критерия устойчивости Рэлея. В результате анализа развития зарядовой неустойчивости показана возможность существования квазиустойчивого состояния в процессе распада жидкой капли в области неустойчивости согласно критерию Рэлея.

Исходя из общих представлений существующих структурных и диффузионных теорий вязкого течения предложено эмпирическое выражение для коэффициента вязкости молекулярных жидкостей, связывающее коэффициент вязкости, коэффициент самодиффузии, коэффициент поверхностного натяжения и стерический параметр молекул жидкости. Справедливость предложенного выражения иллюстрируется его применением для ряда жидкостей с различными физико-химическими свойствами.

Исследовано зависящее от времени магнитогидродинамическое течение вязких несжимаемых наножидкостей на основе воды и частиц CuO, Al₂O₃ и TiO₂ вдоль вертикальной проницаемой (за счет пористости) растягивающейся поверхности в присутствии внешнего магнитного поля, теплового излучения и вязкой диссипации. Математическая постановка задачи представляет собой сильно нелинейные связанные дифференциальные уравнения в частных производных. Для получения решения эти уравнения сначала преобразуются в обыкновенные дифференциальные уравнения с помощью подходящего преобразования Ли, а затем находится численное решение полученной системы уравнений. Численные результаты сопоставляются с результатами предыдущих исследований других авторов. Сравнительное исследование влияния различных параметров, таких как число Льюиса, отношение концентрационной и термической плавучестей, объемная доля твердой фазы в наножидкости, число Ричардсона, параметр излучения, параметр нестационарности, параметр проницаемости и других, на скорость, температуру и концентрацию наножидкостей проиллюстрировано с помощью графиков. Найдены и обсуждены коэффициенты поверхностного трения, числа Нуссельта и Шервуда на поверхности, а их численные значения представлены в виде таблиц.

В работе предложена модель газопереноса через композиционную полимерную мембрану с учетом влияния кинетики адсорбции на поверхностях селективного слоя. Получено аналитическое выражение, описывающее газоперенос с учетом конечной скорости адсорбции и согласующееся с соответствующими экспериментальными данными по газопроницаемости. Показано, что влияние конечной скорости адсорбции на газоперенос возрастает с уменьшением толщины селективного полимерного слоя и должно учитываться, наряду с диффузией, при описании и анализе процесса переноса через композиционные мембраны с активными слоями толщиной менее 1 мкм. Установлено, что при сопоставимых скоростях адсорбции и диффузии проницаемость композиционной мембраны определяется толщиной селективного слоя и поверхностной пористостью подложки, что согласуется с экспериментальными данными по газопереносу через композиционные мембраны.

Построена термодинамическая модель работы образования молекулярного агрегата из молекул неионного ПАВ и солюбилизата в растворе углеводород–ПАВ–вода как функции температуры, концентраций ПАВ и углеводорода в растворе, чисел агрегации ПАВ и углеводорода в агрегате. Модель зависит от структурных параметров и физических характеристик молекул ПАВ и солюбилизата. Исследованы предсказания модели относительно минимума и седловой точки работы агрегации, построены распределения относительных концентраций агрегатов по числам агрегации ПАВ и солюбилизата при разных концентрациях мономеров ПАВ и углеводорода в растворе. Сделаны численные оценки долей ПАВ и солюбилизата в агрегатах по отношению к равновесным концентрациям мономеров ПАВ и солюбилизата, найдены средние числа агрегации ПАВ и солюбилизата в агрегатах. Показана возможность колоссального накопления молекул солюбилизата в молекулярных агрегатах. Рассмотрены агрегация и солюбилизация при равновесных концентрациях ПАВ существенно меньших, чем критическая концентрация мицеллообразования в чистом растворе ПАВ. Установлено, что предельные концентрации неионного ПАВ и солюбилизата, соответствующие формированию устойчивых наноэмульсий, лежат в достаточно узких интервалах, попасть в которые при их случайном поиске в лабораторных экспериментах маловероятно.